duimnael|Ammoniumnitraat is 'n belangrike vorm van kunsmis omdat plante ammonium sowel as nitraat benodig. Kunsmis is 'n chemies voorbereide bemestingstof. In teenstelling met organiese mis bevat kunsmis hoofsaaklik anorganiese reste, wat dikwels ook minerale genoem word. Die samestelling van die kunsmis word bepaal deur die behoeftes van die verboude plante en die beskikbaarheid van plantvoedsel in die grond.
Veral stowwe soos stikstof, kalium en fosfate word in relatief groot hoeveelhede deur plante gebruik en veroorsaak dat landbougrond gou uitgeput raak.
Die produksie van stikstof-, kalium- en fosfaatverbindings geskied op groot skaal in die kunsmisnywerheid, wat een van die grootste vertakkinge van die swaar chemiese nywerhede is. Die ekonomiese betekenis van die kunsmisnywerheid kom sterk tot uiting in die verhoogde opbrengs uit landbougewasse.
Grondvoeding Gewasse bestaan grotendeels uit die elemente koolstof, waterstof en suurstof wat uit die lug of uit water opgeneem word. Daarnaas bevat dit ook belangrike hoeveelhede van ander elemente, wat in die vorm van oplosbare soute uit die grond opgeneem word. In die landbou word dié soute dikwels minerale genoem en deur herhaalde gewasverbouing verminder die gehalte daarvan sodanig dat die grond verarm. Sonder bemesting sal landbou op die duur nie meer moontlik wees nie en daarom word heelwat aandag aan bemesting en grondverbetering geskenk.
Die grootste gedeelte van die opgeneemde minerale word uitgeskei deur die mens en dier, wat van die plante lewe. As hierdie afvalprodukte in die grond teruggeplaas kon word kan 'n mineraalkringloop ontstaan. Sorgvuldige landbou sal meebring dat die grondvrugbaarheid lank, moontlik selfs vir ʼn onbeperkte tydperk gehandhaaf word. Die vereiste daarvoor is egter 'n dik laag humus wat die minerale kan vashou. Sulke landboumetodes beperk egter die opbrengs en daarmee ook die aantal monde wat gevoed kan word.
Die tydelike verhoging van die opbrengs geskied ten koste van die humus in die grond en as dié eers aangetas is, word die grondvrugbaarheid drasties verlaag. Dit bring mee dat die plantbedekking afneem en die grond aan erosie blootgestel word.
Essensiële elemente Die elemente wat plante vir groei benodig kan in die volgende groepe onderverdeel word:
Die hoofelemente koolstof (C), waterstof (H) en suurstof (O). Hierdie elemente is taamlik volop, want koolsuurgas in die lug lewer C en O en water lewer H en O. Albei die stowwe (water en koolsuurgas) word onder die invloed van sonlig in ingewikkelde organiese verbindings (veral suikers) en suurstof omgesit. Die hoofelemente (makro-elemente) waaraan daar gewoonlik 'n tekort is en wat daarom die hoofbestanddele van kunsmis vorm: stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K). Dit is die primêre voedingstowwe van plante. Stikstof word byvoorbeeld vir die opbou van proteïen, fosfor vir die opbou van fosfate en kalium in die selvloeistowwe van plante gebruik. Fosfate speel 'n belangrike rol by stofwisseling, terwyl kalium as 'n essensiële ioon in die selvloeistowwe aktief is. Stikstof kom vryelik in die lug voor, maar in ʼn vorm waarin plante dit nie kan opneem nie. Die elemente (makro-elemente) kalsium (Ca) magnesium (Mg) en swael (S), wat redelik volop is en die sekondêre voedingstowwe genoem word. Kalsium en magnesium bepaal in samehang met kalium die ione-ewewig in die plantsappe; slegs suurgrond het 'n tekort aan hierdie elemente. Om dit reg te stel, kan kalk, wat redelik goedkoop is, toegedien word, maar dan is daar eerder van grondverbetering as van grondbemesting sprake. 'n Swaeltekort kan met sulfaat aangevul word. Hierdie groep elemente is nie van groot ekonomiese belang nie. Die spoorelemente (mikro-elemente), wat in klein hoeveelhede in plante voorkom. Die grond bevat gewoonlik genoeg hiervan en as daar 'n tekort is, kan dit met chemikalieë en deur middel van grondverbetering aangevul word. Die belangrikste mikro-elemente is boor (B), koper (Cu) en yster (Fe). Plante benodig egter ook sink (Zn), mangaan (Mn) en molibdeen (Mo) vir gesonde groei.
Om grond ten beste te kan bemes, behoort dit noukeurig ontleed te word. Grondontleding word deur staatsinstellings (Direktoraat Landbou-Tegniese Dienste), semi-staatsinstellings (landboukoöperasies) en kunsmisvervaardigers gedoen. Daardeur word die besondere samestelling en behoeftes van 'n grondsoort bepaal en bemesting daarvolgens toegedien. Die gebruik van kunsmis lei oor die algemeen tot 'n aansienlike opbrengsverhoging (soms tot 10 x), maar is onderworpe aan die wet van dalende meeropbrengs.
Met kunsmis kan grond bemes word totdat 'n optimum bereik is. Al die oortollige kunsmis wat ekstra toegedien is, gaan verlore. Die oorskot word geleidelik na die dieper aardlae, buite bereik van die plantwortels, uitgespoel. Die grondsamestelling en –vrugbaarheid en die terugploeg van landreste soos strooi en blare kan die situasie verbeter.
Die gebruik van kunsmis kan sekere nadelige uitwerkings hê. Grondvrugbaarheid hang ten nouste saam met die landboumetode wat toegepas word. As genoeg bemesting ontbreek, raak die grond verarm en uitgeput, maar met oorbemesting was die misstowwe uit en kan mikroörganismes in die grond benadeel word.
'n Direkte gevolg van kunsmistoediening is dat kunsmis (al is dit min) deur die reën weggespoel word en in die oppervlakwater beland. Die water word "bemes" en bring byvoorbeeld onnatuurlike plantegroei mee, waaronder die minder gewenste onkruide en gras, wat die grond haas onbewerkbaar kan maak. Veral die fosfaatbestanddele wat in water beland, is ongewens en chemiese nywerhede word dikwels geblameer vir die waterbesoedeling wat fosfate meebring.
Vervaardiging Die meeste kunsmisstowwe bevat stikstof-, kalium- of fosforsoute. Die stowwe het egter nie almal dieselfde bemestingswaarde nie, want sommige soute is minder oplosbaar as ander. Dit is dus die taak van die kunsmisnywerheid om die soute uit beskikbare grondstowwe te verkry en dit om te sit in vorme wat plante maklik kan opneem (byvoorbeeld korrels of oplossings).
Die vervaardiging van stikstofkunsmis is baie afhanklik van olie en gasmaatskappye, aangesien hulle die grondstof ammoniak aan die kunsmisvervaardigers verskaf. Ammoniak (NH3) is 'n verbinding van stikstof en waterstof en dien as basis vir die meeste stikstofkunsmisstowwe.
Fosformisstowwe word vervaardig uit fosfaatrots, wat as mineraal by Phalaborwa ontgin word, terwyl kalium (potas) uit soutmyne afkomstig is. Die grondstowwe waarop die kunsmisnywerheid die meeste staatmaak, is chemikalieë (veral sure), wat vooraf berei moet word om dit geskik te maak vir die prosesse waarin kunsmis vervaardig word.
Swaelsuur Swaelsuur (H2SO4) is so belangrik vir die verskillende chemiese nywerhede dat dit selfs as aanduiding van die ekonomiese toestand van 'n land gebruik kan word. In Suid-Afrika gebruik die kunsmisnywerheid alleen jaarliks meer as 500 000 ton, terwyl die totale swaelsuurproduksie al 2 000 000 ton per jaar oorskry het. Swael is die enigste grondstof vir swaelsuur en word uit ystersulfied (ysterpiriet) of gips verkry. Uit swael word swaelsuur deur die sogenaamde kontakproses berei.
Gesmelte swael word in die aanwesigheid van lug verbrand en vorm swaeldioksied. Die swaeldioksied word gewas en in die aanwesigheid van 'n katalisator met suurstof vermeng. Die katalisator (byvoorbeeld vanadiumpentoksied) help die reaksie aan as die swael en suurstof daarmee kontak maak en vorm SO3. Die SO3 is nie wateroplosbaar nie en word in 98% suiwer swaelsuur, reeds vooraf berei, opgelos. Swaelsuur kan met water verdun word vir vervoer en verdere gebruik.
Swaelsuur kan ook uit gips berei word deur dit met koolstof te reduseer. Gips word byvoorbeeld as ʼn neweproduk uit die bereiding van fosforsuur verkry. Swaelsuur word in onder meer uraanwinning en die vervaardiging van staal, tekstiele, kleurstowwe, motorbatterye en in die kunsmisnywerheid vir fosforsuur en superfosfaat gebruik.
Fosforsuur Fosforsuur (H3PO4) word op so 'n groot skaal vervaardig dat die oorskot, wat nie deur die kunsmisnywerheid gebruik word nie, uitgevoer word. Fosfaatrots (natuurlike kalsiumfosfaat) kom as die mineraal apatiet voor en dien as grondstof vir fosforsuur. Die rots word saam met silika en kooks in 'n oond verhit en laat dan fosfordamp vrykom. Die fosfordamp word in water gekondenseer en vorm wit fosfor, waarna dit tydens oksidasie met suurstof fostaat (P2O5) vorm. As die fosfaat met water gemeng word, word fosforsuur daaruit verkry. Fosforsuur word deur kunsmisvervaardigers berei deur fosfaatrots met swaelsuur te meng:
Ca3 (PO)4), + 3H2SO4 - 2H3 PO4 + 3CaSO4
Benewens fosforsuur (H3PO4) lewer die reaksie gips, wat op sy beurt vir die bereiding van swaelsuur geskik is. Die verkreë fosforsuur word nie sonder meer as kunsmis gebruik nie, maar word in verdere prosesse met fosfaaterts gemeng, waaruit kunsmis verkry word.
Ammoniak Ammoniak (NH3) is ewe belangrik as kunsmisgrondstof en daar word jaarliks meer as 1 000 000 ton geproduseer om in die vraag daarna te voorsien. Om ammoniak te berei, word groot hoeveelhede stikstof en waterstof bymekaargevoeg. Stikstof word uit die distillasie van vloeibare lug verkry, terwyl waterstof uit ʼn watergasreaksie afkomstig is. Waterstof word byvoorbeeld berei deur stoom oor gloeiende kooks te stuur. Die stikstof (N2) en die waterstof (H2) word dan in die aanwesigheid van metaaloksied (katalisator) gekombineer en vorm ammoniak. Die ammoniak kan in water opgelos word vir vervoer en verdere gebruik.
Salpetersuur Salpetersuur (HNO3) word vir nitraatkunsmisstowwe gebruik. Die voorganger daarvan is chilisalpeter (natriumnitraat NaNO3), wat vroeër sonder verdere bereiding as misstof gedien het. Salpetersuur word berei deur ammoniak met suurstof te oksideer (met platina as katalisator), waardeur NO2 gevorm word, en as NO2 met water vermeng word, ontstaan die HNO3, wat vir kunsmis geskik is.
Fosforhoudende kunsmis Die grondstowwe vir die kunsmisprodukte is fosfaathoudende rots (soms ook rotsfosfaat genoem), swaelsuur, fosforsuur, ammoniak, salpetersuur en kalksteen. Die volgende misstowwe word daaruit vervaardig:
Superfosfaat (19% P), wat uit ʼn mengsel van rotsfosfaat en swaelsuur bestaan. Die aktiewe bestanddeel daarvan is 'n goed oplosbare monokalsiumfosfaat. Dubbelsuperfosfaat (45 % P), wat uit rotsfosfaat en fosforsuur bestaan. Wanneer swaelsuur by rotsfosfaat gevoeg word vir die vorming van superfosfaat, ontstaan fosforsuur as neweproduk daaruit, en as dit weer eens met rotsfosfaat gemeng word, word dubbelsuperfosfaat daaruit verkry. Ammoniumfosfaat, wat verkry word deur ammoniak deur fosforsuur te lei. Die produk is ammoniumsulfaat, 'n kombinasie van stikstof en fosfor. Ammoniumsuperfosfaat, wat verkry word deur superfosfaat te meng met ammoniak, wat die sure in die kunsmis effens neutraliseer. Kalsiumnitraat, wat verkry word wanneer rotsfosfaat met salpetersuur behandel word (dit word dikwels ook nitrofosfaat genoem). Fosfaatammonsalpeter, wat ontstaan as nitrofosfaat met ammoniak behandel word. Super en kalk, wat 'n vermenging van superfosfaat en kalk is en waarin 'n gedeelte van die monokalsiumfosfaat in 'n effens minder oplosbare dikalsiumfosfaat omgesit word.
Ander misstowwe wat fosfor bevat, maar nie in die bogenoemde prosesse vervaardig word nie, is onder andere:
Slakkemeel (15% P2O5), ʼn neweproduk van staalfabrieke wat fosforryke erts gebruik. Benewens fosfor bevat dit spoorelemente soos molibdeen, mangaan en koper. Calmafosfaat (8 % P), 'n mengsel van rotsfosfaat, kwarts, kalk en magnesium, wat in die plek van slakkemeel gebruik word. Ghwano, voëlmis wat ryk is aan fosfate en nitrate.
Stikstofhoudende kunsmis Ammoniak, swael, salpetersuur en kalk is die hoofbestanddele van stikstofhoudende kunsmis. Misstowwe wat daaruit vervaardig word, is onder meer:
Ammoniumfosfaat, wat nie ʼn suiwer stikstofkunsmis is nie maar ook fosfor bevat.