Kunsmis

Die elemente wat plante vir groei nodig het kan in die volgende aantal groepe verdeel 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 saam met kalium die ione-ewewig in die plantsappe; net 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). Maar plante het sink (Zn), mangaan (Mn) en molibdeen (Mo) wat ook nodig is 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.

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 (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 (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 (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.

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.

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.
• Ammoniumnitraat (33% N), ʼn produk van ammoniak en salpetersuur wat stikstof in ammonium- en nitraatvorm bevat. Suiwer ammoniumnitraat is vanweë die hoë stikstofinhoud plofbaar en kan gevaarlik wees.
• Kalksteen-ammoniumnitraat (26 % N), wat kalk bevat en nie plofbaar is nie.
• Ammoniumsulfaat (21 % N), ʼn mengsel van ammoniak en swael wat spesiaal vervaardig word of as ʼn neweproduk van die vervaardiging van nylon of kooks verkry kan word.
• Ureum (46% N), wat uit ammoniak en koolsuurgas berei word en baie ryk aan stikstof is. Die aktiewe bestanddeel daarvan is ammoniumkarbonaat en daar is gevind dat dit beter oplosbaar is as dit met ammoniumnitraat vermeng word.
• Natriumnitraat (NaN₃), ook chilisalpeter genoem, wat as erts ontgin word. Die ertsvoorrade raak egter uitgeput en kan nie meer in die wêreldvraag daarna voorsien nie.
• Kalsiumsiaanamied, wat uit karbied verkry word en die bemestingstof is wat die hoogste stikstofinhoud gehad het voordat daar begin is om ammoniak as bemestingstof te gebruik. Ammoniak is baie goedkoper as karbied en het dit feitlik heeltemal vervang.

Byna alle gesteentes bevat kalium, maar dit is nie altyd ekonomies ontginbaar nie. Kalium word wel uit ryk kaliumerts en soutmyne verkry en met swael, chloor en magnesium vermeng vir die vorming van die volgende produkte:

• Kaliumchloried (50% K; ook muriaat van potas genoem) word as 'n sout uit die see en soutmyne verkry.
• Kaliumsulfaat (40% K) is ʼn mengsel van kalium en magnesiumsulfaat.
• Potasmagnesia (21,S % K) word verkry uit 'n mengsel van kaliumsulfaat en magnesiumsulfaat.

Kunsmisstowwe word as poeier, soutkristalle, korrels of oplossings vervaardig en bemark. Die vorm waarin dit bemark word, hang af van die oplosbaarheid van die misstof, die verpakkingsmetode, die toedieningsmetode en die vervaardigingsmetode. Sommige soorte kunsmis is byvoorbeeld slegs oplosbaar in poeiervorm, ander in soutvorm, ensovoorts. Poeiers en soute lewer egter die probleem dat dit maklik verlore gaan (wegwaai of uitwas), onegalig gesprei word of die masjinerie laat verstop en daarom het korrels al hoe sterker op die voorgrond begin tree.

Korrels het ook die voordeel dat dit, nie so maklik soos poeier en soute, klonte vorm tydens verpakking of maklik deur vogtigheid aangetas word nie. By die vervaardiging van kunsmis het korrels gaandeweg voorkeur begin geniet omdat dit vervaardiging, verpakking en toediening heelwat vereenvoudig. Hoewel korrels dus baie voordelig blyk te wees, kan dit egter nie in alle gevalle die ander vorme vervang nie en daarom word soute, poeiers en oplossings veral vir die enkelvoudige (gekonsentreerde) misstowwe soos ammoniumsulfaat (sout), ureum (oplossing), slakkemeel (poeier), superfosfaat (sout), kaliumchloried (sout), ensovoorts, gebruik. Kunsmis word as enkelvoudige misstowwe of as mengsels vervaardig.

Die enkelvoudige misstowwe word dikwels vir grondverbetering gebruik (byvoorbeeld om suur grond soet te maak), terwyl mengsels meer op die spesifieke gewasvereistes gerig is. Die meeste kunsmis, veral mengsels, word in korrelvorm vervaardig en bemark omdat dit die vervaardiging vereenvoudig, maklik verpak kan word, die korrels nie sommer breek of klonte vorm nie en toevoerbakke (op planters) nie maklik laat verstop nie. Kunsmis was nie maklik uit die grond nie, al is dit goed oplosbaar.

In Suid-Afrikaanse kunsmisfabrieke draai die hele vervaardigingsproses gewoonlik om ʼn korrelaanleg, ondersteun deur ander aanlegte soos die stoomaanleg, fosforaanleg, swaelaanleg, druklugaanleg en die verpakkings en versendingsaanleg. Die stoomaanleg verskaf die grootste gedeelte van die verhitting in die verskillende prosesse omdat dit op een plek ontwikkel, met pype na die vereiste plekke gebring kan word en die lug nie besoedel nie. Fosfaatrots en fosforsuur is voorheen van 'n ander aanleg aan ʼn fabriek gelewer, maar fabrieke beskik deesdae oor hulle eie fosforaanlegte. In die fosforaanleg word die fosfaatrots fyngemaal en 'n gedeelte sonder verdere verwerking as kunsmis gebruik, terwyl 'n gedeelte as grondstof vir fosforsuur dien. Swael en swaelsuur word ook deur die fabriek se eie aanleg verskaf, wat hom minder afhanklik van ander fabrieke maak. Die grondstowwe wat wel deur ander fabrieke verskaf kan word, is ammoniak en kaliumsoute (potas). Druklug (saamgeperste lug) word deur reuse kompressors op die fabrieksterrein voorsien en is onontbeerlik vir die instrumente, kontrolekleppe, droogoonde en talle ander pneumatiese toestelle. In die verpakkingsaanleg word die poeiers, soute en korrels in sakkies en die oplossings in houers verpak vir versending.

Die korrelaanleg beskik oor 'n reusagtige silinder (ongeveer 3 m in deursnee en 30 m lank) wat horisontaal om 'n as draai. Om korrels te maak, word verpoeierde kunsmis in die korreltrommel ingevoer en effens bevogtig terwyl die trommel roteer. Die poeier rol dan in klein korreltjies saam en om die proses aan te help, word rollertjies (metaal- of rubberballetjies) in die korreltrommel geplaas. Die vermenging van 'n spesifieke kunsmissoort vind terselfdertyd in die korreltrommel plaas.

Om byvoorbeeld 'n mengsel van stikstof, fosfor en potas te verkry, word verpoeierde rotsfosfaat, kaliumsout en vloeibare ammoniak gelyktydig in die korreltrommel ingevoer. Die ammoniak dien dan ook as ʼn bevogtiger en die korrels bevat die bestanddele in die regte verhouding. Die klam korrels word dan na die droogoond gestuur. Die droogoond bestaan ook uit 'n roterende silinder, sodat die korrelvorm behoue kan bly. Die gedroogte kunsmis is gewoonlik effens bros en higroskopies, wat veroorsaak dat die korrels kan breek of ongewenste vog uit die lug kan absorbeer en daarom word dit ter beskerming met 'n lagie olie bedek. Die olie (kaolienolie) word in die kaolientrommel, wat ook roteer om die korrelvorm te behou, by die kunsmis gevoeg en vorm 'n dun lagie (film) om elke korreltjie.

Die kunsmis is dan gereed vir verpakking en word met ʼn vervoerband na die verpakkingsaanleg gestuur. Die korrelaanleg word gewoonlik so ingerig dat die vloeibare grondstowwe (sure en ammoniak) met pype en kleppe en die vaste grondstowwe (poeiers en soute) met vervoerbande outomaties in die korrelsilinder ingevoer kan word. Om dus 'n spesifieke soort kunsmis te vervaardig, word die regte kleppe en vervoerbande eenvoudig in werking gestel en word daar toegesien dat die grondstowwe in die regte verhouding in die trommel kom.

Daar word gedurig monsters uit die korreltrommel geneem en in die fabriek se laboratorium ontleed om te verseker dat die mengsel in die regte verhouding en van goeie kwaliteit is.

Kunsmismengsels bestaan uit stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K) en word gebruik omdat dit, in teenstelling met enkelvoudige misstowwe, 'n meervoudige werking het en heelwat voordele bo enkelvoudige kunsmis bied. Die stikstof-, fostaat- en kaliumhoudende misstowwe is in wese ook mengsels, maar het meestal ʼn enkelvoudige werking en word as enkelvoudige misstowwe beskou. Die grondstowwe ammoniak, rotsfosfaat en kaliumsout word tot ammoniumsultaat, superfostaat en kaliumchloried verwerk en dien dan as basis vir die mengsels.

Die mengsels bevat N, P en K in sekere verhoudings, wat in persentasie ot in dele uitgedruk kan word. ʼn Mengsel wat byvoorbeeld 12 % N, 6 % P en 4 % K bevat, word ook aangedui as 6 : 3 : 2 (6 dele N, 3 dele P en 2 dele K). Die mengsel bevat altesaam dan 22 % (12 + 6 + 4) oplosbare voedingstowwe (die ander 78 % van 'n mengsel bevat ook N, P en K, maar dit is ontoeganklik vir plante). Kunsmismengsels word op groot skaal in Suid-Afrika gebruik want dit kan willekeurig vermeng word om by gewasse, grond- en klimaattoestande aan te pas.