Международный
научный журнал

Разработка технологии производства сложного азот-калий-кальций-магниевого удобрения


Development of technology of production of complex nitrogen-potassium-calcium-magnesium fertilizers

Цитировать:
Дадаходжаев А.Т., Ахмедов М.Э., Гуро В.П. Разработка технологии производства сложного азот-калий-кальций-магниевого удобрения // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2019. № 2(56). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6846 (дата обращения: 18.07.2019).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

Разработана технология получения азот-калий-кальций-магниевого комплексного сложного удобрения. Технологический процесс состоит из следующих стадий: получение двойной соли K2SO4·(NH4)2SO4 методом одноступенчатой конверсии сульфата аммония хлоридом калия без подогрева; смешение двойной соли с доломитом при соотношениях – 100:40; 60:40; обработка смеси, двойной соли и доломита азотной кислотой с концентрацией (30%, 57%), рН=6,0; сушка продукта. В результате реализации разработанной технологии можно производить комплексные удобрения следующего состава: N:K2O:СаО:MgO = (4÷7):(25÷36):(6÷8):(4÷5)

ABSTRACT

The technology of obtaining nitrogen-potassium-calcium-magnesium complex fertilizer. The technological process consists of the following stages: obtaining a double salt K2SO4∙(NH4)2SO4 by the method of single-stage conversion of ammonium sulfate with potassium chloride without heating; mixing the double salt with the dolomite in the ratio of 100:40; 60:40; treatment of the mixture of double salt and dolomite in nitric acid with a concentration of (30%, 57%), pH=6,0; drying of the product. As a result of implementation of the developed technology it is possible to produce complex fertilizers of the composition: N:K2O:CaО: MgO=(4÷7):(25÷36):(6÷8):(4÷5)

 

Ключевые слова: Хлорид калия, сульфат аммония, доломит и азотная кислота.

Keywords: Potassium chloride, ammonium sulfate, dolomite and nitric acid.

 

Одним из условий обеспечения плодородия почвы является внесение в нее минеральных удобрений с основными питательными элементами: азотом, фосфором, калием, а также микроэле­ментами. Все большее значение приобретают комплексные удобрения, содержащие их одновременно. Различают сложные, сложно-смешанные и смешанные удобрения, а также жидкие суспендированные комплексные удобрения (ЖКУ и СЖКУ).Сложные удобренияполучают в едином технологическом цикле, в результате проведения процессов химического взаимодействия между исходными компонентами. Известны их торговые марки: «Yara» (Россия, содержит макро, мезо и микроэлементы в хелатной форме); «Кристаллон» (Нидерланды, кроме N, P2O5 и K2O до 5-6%, содержит MgO); «Климаплант» (Франция, также содержит MgO); CEO AGRO: WEROLUT, WEROLES, WEROLAX (Турция, NPK тип с CaO) и др. Отличительной чертой их, в сравнении с тукосмесями, является равномерное распределение питательных веществ.

Целью работы стала разработка технологии производство сложного удобрения на основе азота, калия, кальция и магния.

Химическая промышленность Узбекистана производит ряд простых удобрений: аммиачную селитру (1910000 т/год), карбамид (630000 т/год), сульфат аммония (185000 т/год), из калийных удобрений - хлорид калия (400000 т/год). В их составе не содержатся кальций и магний, необходимые растениям в период вегетации. Из них производимые АО «Аммофос-Максам» и АО «Кукон суперфосфат заводи» суперфосфат, супрефос плохо растворимы из-за присутствия соответствующих форм кальция. Например, в удобрении PS-Агро, Ts 00203074-33-2014, он распределен так, %: CaHPO4 15÷21, Ca(H2PO4)∙2H2O 21÷26, Ca5F(PO4)3 2.5÷3, CaSO4∙2H2O 3÷5. Между тем, дефицит водорастворимого кальция в почве создает признаки «общего голодания» растений [1,2].

Важным компонентом сложных удобрений является магний, участвующий в фотосинтезе и транспорте питательных веществ в корневую систему. В Узбекистане производятся магниевые удобрения, но не в достаточном количестве: гекса­гидрат сульфата магния MgSO4∙7H2O производит АО «Максам-Чирчик» (N:P2O5:K2O:MgO=10:5:20:6, марки А), калимагнезию (26÷28% К, 16/Mg) ОАО «Буйский химический завод» (г. Буй, Костромская обл.).

Исходя из указанных недостатков, задачей исследования стал перевод кальция в растворимую форму, освоение производства магний содержащих компонентов и разработка технологии комплексного удобрения из местного сырья: хлорида калия, сульфата аммония, доломита и азотной кислоты.

Методы и материалы. Магний содержащим сырьем в республике является доломит место­рождений Дехканабада, Навоийской, Ташкентской, Ферганской областей. В доломите Mg и Ca находятся в виде карбонатов, с содержанием до 30% CaCO3 и 20-21% MgCO3. Производство хлорида магния и тяжелых форм магнезии освоены [3, 4], а раствор нитрата магния, жидкого азот-кальций-магниевого удобрения (противогололедного реагента) освоено в АО «Максам-Чирчик» [5]. Содержание MgO и CaO определяли по ГОСТ 23673.1-79. Установлено, что Mg-сырье - доломит Дехканабада, Кашкадарьинской области (MgO 20-21масс.%), удовлетворяет требованию ГОСТ 23672-99 к нему: их должно быть не менее, % масс: MgO-19; СаО-34, а FeO – не более 0,05.

Результаты и обсуждение. Разработан процесс производства комплексного азот-калий-кальций-магниевого удобрения, состоящий из следующих этапов: получение двойной соли-сульфат калия с сульфатом аммония (KСl + (NH4)2SO4 = K2SO4∙(NH4)2SO4 + NH4Сl); смешение двойной соли с доломитом; обработка смеси двойной соли (K2SO4∙(NH4)2SO4) и доломита азотной кислотой (K2SO4∙(NH4)2SO4+CaCO3+MgCO3+HNO3 → K2SO4∙(NH4)2SO4 + Ca(NO3)2 + Mg(NO3)2 + CO2 + H2O); сушка продукта.

Составлена технологическая карта процесса получения (N-K-Ca-Mg) удобрения в лабораторных условиях. Его стадии: приготовление насыщенного раствора сульфата аммония; приготовление суспензии хлорида калия; добавление суспензии хлорида калия в раствор сульфата аммония, при работающей мешалке; температура реакционной смеси 25 оС, время процесса 60 мин; фильтрация – отделение влажной двойной соли K2SO4∙(NH4)2SO4; взвешивание и смешение влажной двойной соли с доломитом; в полученную смесь малыми порциями добавка равного количества, к доломиту азотной кислоты, концентрацией 30 или 56 % вес (другой вариант: смешивание доломита с азотной кислотой, затем образовавшуюся смесь перемешать с влажной двойной солью и сушка).

В лабораторных условиях проведена работа по получению азотно-калийного удобрения с добавлением Са и Mg. Использовали стеклянную ёмкости с механической мешалкой. Процесс осуществлялся в две стадии: 1 - получение двойной соли K2SO4·(NH4)2SO4 методом одноступенчатой конверсии хлорида калия сульфатом аммония при температуре 25 оС; полученный раствор добавляли в суспензию хлорида калия; для приготовления суспензии использовали хлорид калия с массовой долей калия 52,09 % или К2О=62,5%; конверсию вели при температуре 25 оС при перемешивании в течение 1 ч; полученную смесь разделяли фильтрованием на вакуум-фильтре на двойную соль и маточный раствор; влажную соль и фильтрат анализировали на содержание K+, Cl-, SO42-, NH4+); 2 - насыщение двойной соли K2SO4·(NH4)2SO4 питательными элементами Са и Mg; в качестве Са-, Mg- сырья использовали доломит состава, %: MgО 15,4; СаО 25,4; SiO2 0,02; Fe2O3 0,09.

Стадию 2 проводили двух вариантах. Вариант 1.100 g двойной соли K2SO4·(NH4)2SO4 перемешивали с 40 g доломита и обработали 18 cm3 30%-ной HNO3 (или 9 cm3 57%-й HNO3) при перемешивании до полусухой массы с рН 6,0. Продолжительность процесса – 20 мин. Вариант 2. 40 g доломита обрабатывали 18 см3 30%-й HNO3 (или 9 cm3 57%-й HNO3). По окончании нейтрализации вносили 100 g влажной двойной соли и перемешивали до образования массы с рН 6,0. Продолжительность процесса – 20 мин.

По двум вышеуказанным вариантам проведены опыты с 30%-й HNO3 (4 пробы) и с 57%-й HNO3 (4 пробы), с использованием неочищенного хлорида калия, а также опыты с 57%-й HNO3 (4 пробы) и 30%-й HNO3 (2 пробы) с использованием перекристалли­зованного хлорида калия. В результате, получено 14 образцов: по варианту I - № 11; 21; 31; 41; 51; 61; 71; по варианту II - № 12; 22; 32; 42; 52; 62; 72. Образцы анализировали на содержание: K+, Cl-, SO42-, NH4+; NO3-; MgO; CaO; а также нерастворимых в воде веществ (таблица 1).

Обсуждение результатов. В результате, получены образцы азот-калий-кальций-магниевого удобрения в форме рассыпчатой массы розово-коричневого цвета (табл. 1-2). При использовании 30%-ной HNO3 и неочищенного KCl получены образцы 1-2, состава (табл. 3). При использовании 57%-ной HNO3 и неочищенного KCl получены образцы 3-4, состава (табл. 4). В опытах 5, 6, 7 использовали перекристаллизованный хлорид калия (54,87 %).

Таблица 1.

Результаты получения двойной соли

№ образца

KCl

(NH4)2SO4

Фильтрат

Двойная соль

KCl, g

Н2О, cm3

(NH4)2SO4, g

Н2О, cm3

Объём, cm3

Плотность, g/cm3

Массовая концентрация, g/dm3

Масса, g

Массовая доля, %

K+

Cl-

SO42 -

NH4+

K+

Cl-

SO42 -

NH4+

Н2О

1

240

280

204

320

680

1,142

60,0

146,4

61,5

67,1

220

37,0

3,5

48,1

3,7

9,1

2

700

1,140

57,5

131,8

65,7

69,7

227,4

37,9

12,8

44,7

3,4

9,7

3

655

1,143

45

103,8

68,6

65,3

245,4

36,6

21,7

33,2

2,5

10,5

4

670

1,137

59

142

56,8

64,8

234,9

34,9

6,0

47,4

3,0

10,0

5

690

1,140

83

154,4

9,7

51,8

231,1

27,3

1,7

47,0

4,2

9,2

6

680

1,136

61,5

150,9

9,5

61,7

242,2

34,6

2,1

52,2

4,0

5,6

7

690

1,133

63,5

141,1

48,0

63,0

221,7

37,8

3,8

50,9

6,1

6,3

 

Таблица 2.

Результат получения N-К-Ca-Mg удобрения, обозначение: 11, 21, 31,41,51,61,71 – 100 g соли + 40g доломита + HNO3 ; 12, 22, 32,42,52,62,72 - 40 g доломита + HNO3 + 100g двойной соли

№ образца

Исходное сырье

Масса сухой соли

Массовая доля, %

рН 10%-го раствора соли

Двойная соль, g

Доломит, g

HNO3,сm3 (%)

K+

Cl-

SO42 -

NH4+

NO3

MgO

CaO

Нераств. в воде

СО3

11

100

40

18 (30%)

133,2

23,9

0,6

37,9

1,8

4,2

4,7

7,3

28,8

3,2

6,0

12

100

 

18 (30%)

133,8

25,3

1,0

37,5

2,2

5,5

3,5

4,4

25,1

0,28

6,0

21

100

40

18 (30%)

134,6

25,2

4,3

32,5

2,0

5,1

3,9

6,5

26,7

2,8

6,0

22

100

 

18 (30%)

132,4

30,2

3,9

33,5

2,0

5,6

4,8

6,6

29,4

0,56

6,0

31

100

40

9 (57%)

132,7

24,5

5,9

25,7

0,85

4,0

5,2

8,1

27,7

2,8

6,0

32

100

40

9 (57%)

133,9

28,5

6,9

25,5

1,3

2,7

4,8

6,6

27,0

0,16

6,0

41

100

40

9 (57%)

136,0

26,5

3,5

34,4

1,3

3,0

4,8

7,2

26,9

1,7

6,0

42

100

 

9 (57%)

135,4

32,2

3,4

35,6

2,14

2,7

4,5

6,4

23,4

0,49

6,0

51

100

40

9 (57%)

139,0

23,9

1,7

39,0

1,7

1,9

4,2

5,6

23,3

1,8

6,0

52

100

40

9 (57%)

138,2

29,5

1,6

41,5

2,1

1,9

5,3

7,0

24,6

0,92

6,0

61

100

40

9 (57%)

141,5

24,2

3,1

38,7

2,6

1,0

4,4

5,3

27,5

0,54

6,0

62

100

40

9 (57%)

140,5

32,8

2,4

40,6

1,3

1,7

2,9

3,8

27,6

0,67

6,0

71

60

40

18 (57%)

101,3

21,9

2,5

29,6

1,8

3,2

8,0

8,9

30,1

1,1

6,0

72

60

40

18 (57%)

100,8

21,7

2,4

29,7

3,1

2,8

7,3

8,1

29,7

1,2

6,0

 

Таблица 3.

Состав образцов №1-2

образец №

11

21

12

22

K+, %

23,9

25,2

25,3

30,2

Cl-, %

0,6

4,3

1,0

3,2

NH4+, %

1,8

2,0

2,2

2,0

SO42-, %

37,9

32,2

37,5

33,5

NO3-, %

4,2

5,1

5,5

5,5

CaO, %

7,3

6,5

4,4

6,6

MgO, %

4,8

3,9

3,5

4,8

СО3

3,2

2,8

0,28

0,56

нераств., %

28,8

26,7

25,1

29,4

                                                      

Таблица 4.

Состав образцов № 3-4

образец №

31

41

32

42

K+, %

24,5

26,5

28,5

33,2

Cl-, %

5,9

3,5

6,9

3,4

NH4+, %

0,9

1,3

1,3

21,4

SO42-, %

25,7

34,4

25,5

35,6

NO3-, %

4,0

3,0

2,7

2,7

CaO, %

8,1

7,2

6,6

6,4

MgO, %

5,2

4,8

4,8

4,5

СО3

2,8

1,7

0,16

0,49

нераств., %

27,7

26,9

27,0

23,4

 

Таблица 5.

Состав образцов № 5-6

образец №

51

61

52

62

K+, %

23,9

24,2

29,5

32,3

Cl-, %

1,7

3,1

1,6

2,4

NH4+, %

1,7

2,6

2,1

1,3

SO42-, %

39,0

38,7

41,5

40,6

NO3-, %

1,9

1,0

1,9

1,7

CaO, %

5,6

7,0

5,3

3,8

MgO, %

4,2

5,3

4,4

2,9

СО3

1,8

0,54

0,92

0,67

нераств., %

23,3

27,5

24,6

27,6

 

В опытах 5, 6 использовании 57%-ю HNO3 (табл.5), в опыте 7 для увеличения содержания питательных элементов Ca и Mg изменили соотношение исходных компонентов (вместо 100 g двойной соли взяли 60 g) (табл.6).

Таблица 6.

Состав образца № 7

образец №

71

72

K+, %

21,9

21,7

Cl-, %

2,5

2,4

NH4+, %

1,8

3,1

SO42-, %

29,6

29,7

NO3-, %

3,2

2,8

CaO, %

8,0

7,3

MgO, %

8,9

8,1

СО3

1,1

1,2

нераств., %

30,1

29,7

 

Из таблиц 1-6 видно, что в образцах варианта №1, кальций и магний присутствуют в нитратной и карбонатной формах одновременно. В образцах варианта №2, кальций и магний присутствуют только в нитратной форме. Для сравнения растворимости данного комплексного удобрения в воде: 1) 10,05351g соли растворяли в 100сm3 H2O; 2) 10,07753g - в 200 сm3 H2O. Через три часа отфильтровали, просушили и взвесили.

В первом случае остаток составил 3,14755 g, то есть растворилось 6,905968 g. Растворимость соли в 100 сm3 H2O 68,7%. Во втором случае остаток – 2,17934 g: растворилось 7,89819 g. Растворимость соли в 200 сm3 H2O 78,4%.

На основе данных разработана технология производства удобрения (рис).

Заключение.

Разработана технология получения азот-калий-кальций-магниевого комплексного удобрения. Сырьём для его производства служат хлорид калия, сульфат аммония, доломит и азотная кислота. Технологический процесс состоит из стадий: - получение двойной соли K2SO4·(NH4)2SO4 методом одноступенчатой конверсии сульфата аммония хлоридом калия без подогрева; - смешение двойной соли с доломитом при соотношениях – 100:40; 60:40; - обработка смеси двойной соли и доломита азотной кислотой концентрацией (30%, 57%), рН 6,0; - сушка продукта. Реализация разработанной технологии обеспечит получение комплексного удобрения состава: N : K2O : СаО : MgO = (4÷7) : (25÷36) : (6÷8) : (4÷5).

 

 

Рисунок 1. Принципиальная схема опытного производства азот-калий-кальций-магниевого комплексного удобрения

Обозначение:1 - реактор с мешалкой и паровой рубашкой; 2 - нутч-фильтр; 3 - монжус-сборник фильтрата; 4 – смеситель.

 

Список литературы:
1. Беглов Б. М., Намазов Ш. С. Нитрат кальция. Его свойства, получение и применение в сельском хозяйстве, Ташкент, 2001. – 126 с.
2. Агронавигатор: Движение в правильном направлении/ЖУРНАЛ ДЛЯ ОВОЩЕВОДОВ И САДОВОДОВ Электронный ресурс. Режим доступа – https://www.agronavigator.net/ru/shkola-agronavigatora/mineralnoe-pitanie-kaltsij-i-magnij
3. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Часть 1. - С.277-250.
4. Дадаходжаев А.Т., Разработка и внедрение технологических процессов переработки доломита. Часть 2 // Узбекский химич. ж., 2015. - №3, С.53-57.
5. Akhmedov M.E., Dadakhodzhaev A.T., Guro V.P. Аnti-сold reagent on the basis of dolomite, nitrogen acid and carbamide. Proceedings «Of the international conference on interrated innovative development of Zarafshan re-gion: achievements, challenges and prospects». Volume I. October 26-27, 2017. Navoi, Uzbekistan. P. 352-358.

 

Информация об авторах:

Дадаходжаев Абдулла Турсунович Abdulla Dadakhodzhaev

д-р техн. наук, профессор, начальник отдела разработки и внедрения инновационных технологий, научных исследований и локализации производства АО «Узкимесаноат», Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of technical sciences, professor. Head of department of development and implementation of innovative technologies, scientific research and localization of production of Uzkimyosanoat JSC, Tashkent, Uzbekistan


Ахмедов Мансур Эшмаматович Mansur Akhmedov

канд. хим. наук, главный специалист отдела разработки и внедрения инновационных технологий, научных исследований и локализации производства АО «Узкимесаноат», соискатель Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан, Узбекистан, г. Ташкент

candidate of chemical sciences, main specialist of department of development and implementation of innovative technologies, scientific research and localization of production of Uzkimyosanoat JSC, candidate of the Institute of General and inorganic chemistry of the Academy of Sciences of Uzbekistan, Tashkent, Uzbekistan


Гуро Виталий Павлович Vitaliy Guro

д-р хим. наук, профессор. заведующий лабораторией Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of chemical Sciences, Professor. Head of laboratory Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of sciences of the Republic of Uzbekistan, Tashkent, Uzbekistan


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.