Исследование полиморфных превращений нитрата аммония и структуры неслёживающейся аммиачной селитры с добавкой бентонитовых глин

Study of polymorphic transformations of ammonium nitrate and the structure of non-caking ammonium nitrate with the addition of bentonite clays
Цитировать:
Мухаммедов С.Б. Исследование полиморфных превращений нитрата аммония и структуры неслёживающейся аммиачной селитры с добавкой бентонитовых глин // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 12(81). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11075 (дата обращения: 15.08.2022).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В цикле нагревание-охлаждение 170-25оС показано, что при охлаждении плава селитры с бентонитовой добавкой последовательно протекают превращения плав→I; I→II и II→IV. При этом в отличие чистого NH4NO3 фаза III не образуется. В образцах с бентонитом переход IV→II минует фазу III, что обеспечивает меньшую деформацию кристаллической решетки образцов и наибольшую прочность гранул. То есть, добавка бентонита стабилизирует модификацию IV: при хранении АС при колебаниях температур до +51°С резких объёмных изменений её кристаллов, связанных с модификационными переходами, происходить не будет.

ABSTRACT

In the cycle of heating-cooling 170-25°С it is shown that when the melt of nitrate with bentonite additive is cooled, the transformations of melt I; I→II and II→IV. In this case, in contrast to pure NH4NO3, phase III is not formed. In samples with bentonite, transition IV→II bypasses phase III, which provides less deformation of the crystal lattice of the samples and the highest strength of the granules. That is, the addition of bentonite stabilizes modification IV: during storage of the AC at temperature fluctuations up to + 51°C, there will be no sharp volumetric changes in its crystals associated with modification transitions.

 

Ключевые слова: аммиачная селитра, бентонитовая глина, модификатор, слёживаемость, cтабилизация, полиморф, термоцикл, грануляция, дисперсностъ, влажностъ, бентонитно-нитратный расплав.

Keywords: amonium nitrate, bentonite clay, modificator, packing, stabilization, polymorph, thermal cycle, granulation, dispersion, humidity, bentonine-nitrate melt.

 

Исходя из вышеизложенных, нами исследовано свойства образцов АС с добавкой бентонитовых глин с влажностью 1,0% Н2О и дисперсной 0,04 мм. Известно, что наиболее прочные гранулы будут получаться в случае протекания модификационных превращений аммиачной селитры с минимальными объемными и структурными изменениями, т.е. без существенной деформации её кристаллов. Это условие будет соблюдаться при замене последовательно протекающих превращений II→III→IV на превращение II→IV. Стабилизация II→IV происходит при содержании влаги не более 0,08%. В производстве такой влажности достичь трудно. Применение добавок значительно расширяет этот предел.

Одним из важнейших вопросов наших исследований было изучение влияния добавок бентонитовых глин различных месторождений на кинетику полиморфных превращений АС.

Полиморфный переход образцов [1; р.33-38]. Для изучения влияния изучаемой бентонитовой добавки на кинетику полиморфного превращения IV→III, III→II, II→I и I→плав получаемых удобрений проводили дифференциально-термический анализ (ДТА) с фиксацией их теплового эффекта. ДТА-исследованных образцов проводили в интервале температур нагрев-охлаждение от 25 до 175°С – от 175 до 25°С на приборе NETSCH STA 409 PC/PG. Методика исследования заключалась в следующем: исходный образец с постоянной скоростью 2°С/мин нагревали до температуры плавления и далее охлаждали до температуры 25°С. Для исследований отобрали образцы неслёживающейся АС с добавкой бентонитовых глин Азкамарского месторождений. Результаты приведены в таблицах 1 и на рисунках 1

Как видно из таблицы 1 плавление чистого NH4NO3 без добавки (образец-1), протекает через превращения IV→III; III→II; II→I и I→плав. При этом полиморфный переход IV→III при 46°С, III→II при 85°С, II→I при 126°С, а фазовый переход (I→плав), соответствующий плавлению NH4NO3, при Тплавления = 169°С [2; 312с.]. Наличие полиморфного перехода IV→III обеспечивает самую большую деформацию кристаллической решетки. Для образцов 2-11 выявлены четыре последовательных модификационных превращений, характерных для NH4NO3: IV→III, III→II, II→I и плавление, которые отличаются по температурному переходу и массовому соотношению АС : БГ. Так, при применении в качестве добавки бентонита Азкамарского месторождения, температуры переходов IV→III, III→II, II→I и I→плав для 2-го образца (АС : БГ = 1 : 0,5) изменяются соответственно 56,1; 91,1; 133,6 и 174,2°С; для 4-го образца (АС : БГ = 1 : 1,5) 59,0; 92,6; 133,9 и 172,3°С, а для 6-го образца (АС : БГ = 1 : 2,5) 58,7; 92,3; 134,1 и 170,3°С. Из этих данных видно, что добавка бентонита значительно понижает температуру плавления и кристаллизации NH4NO3. Наблюдаемые значения полиморфных переходов при нагревании выше, чем при охлаждении. При охлаждении плава селитры с бентонитовой добавкой последовательно протекают превращения плав→I; I→II и II→IV. При этом в отличие от чистого NH4NO3 фаза III при охлаждении плава не образуется. В образцах с бентонитом полиморфный фазовый переход IV→II минует фазу III, что обеспечивает меньшую деформацию кристаллической решетки образцов и большую прочность гранул. Преимущество метастабильного превращения II→IV перед стабильными переходами II→III→IV заключается в близости некоторых структурных характеристик между фазами II и IV. Различие между этими двумя кристаллическими структурами заключается в основном, в ориентации плоскостей нитрат-ионов [3; с.9-84]. Таким образом, добавка бентонита стабилизирует модификацию IV: при хранении АС при колебаниях температур до +51°С резких объёмных изменений её кристаллов, связанных с модификационными переходами, происходить не будет.

Таблица 1.

Температура модификационных переходов удобрений, полученных на основе плава нитрата аммония и бентонитовой глины Азкамарского месторождений

образ-ца

Массовое соотношение АС : БГ

Значения пика на кривой

ΙVΙΙΙ

ΙΙΙΙΙ

ΙΙΙ

Ιплав

плавΙ

ΙΙΙ

ΙΙΙΙΙ

ΙΙΙΙV

ΙΙΙV

нагрев от 25 до 175°С

охлаждение от 175 до 25°С

1

NH4NO3 «ч»

46

85

126

169

169

125

48

30

-

с добавкой БГ Азкамарского месторождения

2

100 : 0,5

56,1

91,1

133,6

174,2

167,4

122,2

-

-

49,3

3

100 : 1,0

58,2

92,0

133,7

173,4

167,0

122,2

-

-

49,9

4

100 : 1,5

59,0

92,6

133,9

172,3

166,5

122,4

-

-

50,1

5

100 : 2,0

58,3

93,0

134,0

171,1

166,2

122,6

-

-

50,4

6

100 : 2,5

58,7

92,3

134,1

170,3

166,0

123,0

-

-

50,6

 

Рисунок 1. Нагрев и охлаждение аммиачной селитры с добавкой бентонитовой глины Азкамарского месторождения (нумерация образцов соответствует нумерации образцов в таблице 1)

 

Селитра с бентонитовой добавкой, влажность которой находится в пределах 0,5-2,0%, сохраняет целостность гранул после 50 термоциклов. Распад гранул начинается только после 60 циклов. И даже после 100 термоциклов гранулы распадаются на 3-21%. Чем больше влажность бентонита, тем меньше термоустойчивость гранул АС.[4]

 

Список литературы:

  1. Turdialiev U.M., Namazov Sh.S., Seytnazarov A.R., Mirsalimova S.R. Ammonium nitrate with bentonite clays additive from Uzbekistan. // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. – Vienna, 2017. - №5-6, May-June. – pp. 33-38.
  2. Технология аммиачной селитры. / Под ред. проф. В.М.Олевского. – М.: Химия, 1978. - 312 с.
  3. Моран Ж. Исследование структуры нитрата аммония и его твердых растворов: сборник переводов «Свойства и производство аммиачной селитры» / М.: ГИАП, ОНТИ, 1972, Ч.1. – С. 9-84.
  4. Мухаммедов С.Б., Турдалиев У.М. Неслёживающаяся аммиачная селитра с добавкой лагонских бентонитовых глин Узбекистана // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 11(68). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/8180
Информация об авторах

ассистент кафедры «Химическая технология» Ферганского политехнического института, Узбекистан, г. Фергана

Assistant of the Chemical-technological department of the Fergana polytechnic institute, Uzbekistan, Fergana

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top