NS –удобрения на основе плава аммиачной селитры и природного гипса

NS - fertilizers based on ammonium nitrate and natural gypsum
Цитировать:
Бозоров И.И., Маматалиев А.А., Намазов Ш.С. NS –удобрения на основе плава аммиачной селитры и природного гипса // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 12(81). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11140 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В работе получены образцы гранулированной NS-удобрения путём добавления к плаву аммиачной селитры (АС) природного гипса (ПГ) Шурсуйского месторождения Узбекистана при массовых соотношениях АС : ПГ от 99,5 : 0,5 до 60 : 40 с последующим гранулированием нитратно-сульфатного расплава методом приллирования на грануляционной башне. Изучены состав и свойства полученных образцов. Было показано, что увеличение количества ПГ, вводимого в расплав NH4NO3 с 0,5 до 40% уменьшает в продукте содержание азота с 34,71% до 21,0%, но с другой стороны увеличивает содержание кальция с 0,17 до 12,83%. Если для чистой АС без всяких добавок и селитры с магнезиальной добавкой (0,28% MgO) она равна – 1,3 и 1,6 МПа соответственно, то для удобрения с соотношением АС : ПГ = 80 : 20 составляет 6,09 МПа.

ABSTRACT

In this work, samples of granulated NS-fertilizer were prepared by adding ammonium nitrate (AS) natural gypsum (NG) to the melt Shursuy deposit of Uzbekistan at mass ratios of AS : NG from 99.5: 0.5 to 60: 40 followed by granulation of the nitrate-sulfate melt prilling method on a granulation tower. The composition and properties of the obtained samples were studied. It was shown that an increase in the amount of NG introduced into the melt of NH4NO3 from 0.5 to 40% reduces the content of nitrogen in the product from 34.71% to 21.0%, but on the other hand increases the calcium content from 0.17 to 12.83 %. If for pure NP without any additives and ammonium saltpeter (0.28% MgO) it is equal to 1.3 and 1.6 MPa, respectively, then for fertilizer with the ratio AS : NG = 80 : 20 it is 6.09 MPa.

 

Ключевые слова: аммиачная селитра, природный гипс, азотносерное удобрение, состав, прочность и рН 10 %-ного раствора продукта.

Keywords: ammonium nitrate, natural gypsum, nitrogenous fertilizer, composition, strength and pH of a 10% solution of the product.

 

Введение. Аммиачная селитра (АС) является самым распространенным и эффективным в мире азотным удобрением. В Узбекистане совокупные мощности трёх заводов, производящих АС (АО «Максам-Чирчик», «Навоиазот» и «Ферганаазот»), превысили 1 млн. 750 тыс. т в год. Она используется в сельском хозяйстве под все виды культур и на любых типах почв. Но ей присущ один очень серьезный недостаток – взрывоопасность [6]. В связи с этим, были ужесточены требования к качеству АС и к условиям её хранения. Перед производителями поставлена задача – обеспечить переход на выпуск удобрений на базе АС, сохраняющих агрохимическую эффективность, с существенно большей устойчивостью к внешним воздействиям и, соответственно, меньшей взрывоопасностью.

В качестве веществ – добавок, снижающих уровень потенциальной опасности аммиачной селитры, используются:

1) карбонатсодержащие соединения природного и техногенного происхождения (мел, карбонат кальция, доломит);

2) калийсодержащие вещества (хлористый калий и сульфат калия);

3) вещества, содержащие одноимённый катион – аммоний (сульфат аммония, орто- и полифосфаты аммония);

4) прочие балластные вещества, не несущие полезной нагрузки, а определяющие только механическое разбавление аммиачной селитры (гипс, фосфогипс и прочие) [7].

Добавки 1-ой группы используются в производстве, так называемой, известково-аммиачной селитры (ИАС) [1, 11, 2].

Из веществ – добавок 2-ой группы широко используется хлорид калия для производства калийно-аммиачной селитры. Последняя в зарубежных странах выпускается в довольно значительном количестве с содержанием 16-16,5% N и 25-28% K2O. В России производство азотно-калийного удобрения на основе АС и хлорида калия впервые было освоено на ОАО «Невинномысский Внештрейдинвест» в 1999 г. Метод получения и состав удобрения защищены патентом [12].

Вещества – добавки 3-ей группы использованы на ОАО «Череповецкий азот» (Россия), где в 2002 г. было налажено производство сложного NP-удобрения состава 32,3% N и 5,2% Р2О5 путём введения в раствор АС жидкого комплексного удобрения состава 11% N и 37% Р2О5 на основе суперфосфорной кислоты [3].

В Институте общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан с целью термостабилизации АС было решено вводить в расплав АС фосфоритовую муку в количестве от 3 до 5% P2O5. Содержание азота в селитре в этом случае лежит в пределах 25,24-28,03%. Были проведены обширные исследования взаимодействия фосмуки с расплавом АС, в результате которых была разработана технология получения фосфатизированной АС под названием АФУ (азотнофосфорное удобрение) [5, 13].

Перспективны и представители четвертой группы добавок к аммиачной селитре: гипс и фосфогипс [10, 14]. В этих работах разрабатывалась технология получения термостабильного удобрения на основе аммиачной селитры путём введения в её расплав дигидрата, полугидрата фосфогипса и природного гипса. Получаемый продукт с 5-ти процентной добавкой фосфополугидрата и содержащий 33,6% N имел в два раза большую прочность гранул, чем чистая селитра, сохранял 100 %-ную рассыпчатость в течение 4-х месяцев, выдерживал 7 термоциклов при температурах 20-60ºС без значительного снижения статической прочности гранул, имел более слабую растворимость по сравнению с чистой селитрой. Продукт обладал значительно более высокой термической стабильностью по сравнению с чистой аммиачной селитрой (энергия активации для чистой селитры 160 кДж/моль; с максимальным количеством добавки фосфогипса составила 240 кДж/моль).

Задача настоящей работы расширить область применения баластных соединений, улучшение качества и повышение термостабильности АС, а также повышение содержания четвёртого питательного элемента – серы в составе удобрения. В Узбекистане имеются несколько крупных месторождений природного гипса (ПГ), что нам открывает широкие возможности организовать производство азотносерного удобрения. Учитывая химический состав, разработанность, доступность и большие запасы для своих исследований в качестве объекта выбрали ПГ чтерёх месторождений: «Шурсу» (Ферганская область), «Ок олтин», «Ингичка» (Самаркандская область) и «Охангарон» (Ташкентская область).

Целью настоящей работы было использование для получения азотносерного удобрения ПГ Шурсуйского (32,18% СаО; 46,09% SО3) месторождения Узбекистана. ПГ предварительно размалывался в фарфоровой ступке до размера частиц 0,25 мм. А в качестве образца для сравнения выбран гранулированный NH4NO3.

Объекты и методы исследования. Опыты проводили следующим образом: навеска нитрата аммония расплавлялась в металлической чашке путём электрообогрева. Затем в расплав вводили ПГ при массовых соотношениях АС : ПГ от 99,5 : 0,5 до 60 : 40. Далее гипсово-нитратный расплав АС выдерживали в течение 10 мин. при 170-175ºС, после чего его переливали в лабораторный гранулятор, представляющий из себя металлический стакан с перфорированным дном диаметр отверстий в котором равнялся 1,2 мм. Насосом в верхней части стакана создавалось давление и плав распылялся с высоты 35 м на полиэтиленовую пленку, лежащую на земле. Полученные гранулы рассевались по размерам частиц. Частицы размером 2-3 мм подверглись испытанию на прочность по ГОСТу 21560.2-82. После чего продукты измельчались и анализировались по известным методикам [8]. Результаты приведены в таблицах 1-2.

Результаты и их обсуждение. Результаты показывают, что с увеличением количества ПГ с 0,5 до 40 г по отношению с 99,5 до 60г плава NH4NO3 приводит к уменьшению содержания азота в продукте с 34,71 до 21,0%, но при этом содержание SO3общ. повышается с 0,22 до 18,43%, а СаОобщ. с 0,17 до 12,83%. Сера входит в состав белков и аминокислот при формировании урожая. По, физиологической роли в питании растений серу следует поставить на третье место после азота и фосфора [9].

Таблица 1.

Химический состав удобрений, полученных введением в расплав аммиачной селитры природного гипса

Массовое соотношение

АС : ПГ

Содержание компонентов, вес. %

,

%

,

%

N

СаОобщ

СаОводн.

SO3общ.

SO3водн.

 

 

NH4NO3

34,96

-

-

-

-

-

-

99,5 : 0,5

34,71

0,17

0,074

0,22

0,091

43,53

41,36

99,0 : 1,0

34,45

0,31

0,130

0,41

0,160

41,94

39,02

98,0 : 2,0

34,18

0,65

0,264

0,87

0,331

40,62

38,05

97,0 : 3,0

33,67

0,97

0,373

1,34

0,50

38,45

37,31

95,0 : 5,0

33,20

1,62

0,603

2,26

0,812

37,22

35,93

92,0 : 8,0

32,06

2,59

0,925

3,70

1,245

35,71

33,65

90,0 : 10

31,39

3,23

1,083

4,63

1,513

33,53

32,68

88,0 : 12

30,0

3,88

1,212

5,51

1,726

31,24

31,32

85,0 : 15

29,64

4,84

1,40

6,95

2,114

28,92

30,42

82,0 : 18

28,57

5,79

1,531

8,32

2,380

26,44

28,61

80,0 : 20

28,0

6,43

1,559

9,18

2,501

24,25

27,24

78,0 : 22

27,22

7,10

1,672

10,14

2,616

23,55

25,80

75,0 : 25

26,15

8,06

1,798

11,59

2,840

22,31

24,50

70,0 : 30

24,43

9,65

2,067

13,86

3,20

21,42

23,09

65,0 : 35

22,68

11,32

2,335

16,17

3,537

20,63

21,87

60,0 : 40

21,0

12,83

2,50

18,43

3,765

19,49

20,43

 

А кальций по значимости для питания растений стоит на пятом месте после азота, фосфора, калия и серы. Если его вносить в почву в усвояемой для растений форме, то он даст значительную прибавку урожая [4]. Таким образом, можно говорить, что состав АС дополнительно обогащается двумя макроэлементами – серой и кальцием. Увеличение в образцах азотносерных удобрений водорастворимых форм кальция (СаОводн.) и серы (SО3водн.) с 43,53 до 19,49% и с 41,36 до 20,43% свидетельствует о прохождении вышеприведенной реакции взаимодействия NH4NO3 с CaSO4 · 2H2O с образованием Ca(NO3)2 и (NH4)2SO4.

Из таблицы 2 видно, что с увеличением количества добавок как гипсового сырья повышается прочность гранул продукта. С изменением массового соотношения плава АС к ПГ прочность гранул меняется следующим образом: при соотношении АС : ПГ = 99,5 : 0,5 – 2,33 МПа; при 80 : 20 – 6,09 МПа и при 60 : 40 – 7,83 МПа, против значения прочности гранул АС с магнезиальной добавкой (0,28% MgO) производства АО «Максам-Чирчик» – 1,60 МПа и чистой АС без добавки – всего 1,30 МПа. Чем выше прочность гранул, тем меньше их пористость и внутренняя удельная поверхность, тем меньше дизтоплива попадает внутрь гранул, и как следствие, тем в меньшей степени детонационная способность нитрата аммония.

Таблица 2.

Прочность гранул удобрений, полученных введением в расплав аммиачной селитры природного гипса

Массовое соотношение

АС : ПГ

рН 10 %-ного раствора продукта

Прочность гранул

кг/гранулу

кгс/см2

МПа

Гранулированный

NH4NO3 марки «ч»

5,17

0,67

13,51

1,30

АС с магнезиальной добавкой (0,28% MgO)

6,13

0,80

16,13

1,60

99,5 : 0,5

6,76

1,30

26,20

2,57

99,0 : 1,0

6,79

1,53

30,84

3,02

98,0 : 2,0

6,82

1,70

34,27

3,36

97,0 : 3,0

6,85

1,88

37,90

3,72

95,0 : 5,0

6,88

2,05

41,32

4,05

92,0 : 8,0

6,91

2,23

44,95

4,41

90,0 : 10

6,94

2,40

48,38

4,74

88,0 : 12

6,97

2,57

51,81

5,08

85,0 : 15

7,01

2,75

55,44

5,43

82,0 : 18

7,03

2,91

58,66

5,75

80,0 : 20

7,06

3,08

62,09

6,09

78,0 : 22

7,09

3,27

65,92

6,46

75,0 : 25

7,12

3,48

70,15

6,88

70,0 : 30

7,15

3,63

73,18

7,17

65,0 : 35

7,18

3,80

76,60

7,51

60,0 : 40

7,21

3,96

79,83

7,83

 

Используемые добавки также эффективно нейтрализуют кислотность NH4NO3 с исходного рН = 5,17 до 6,76-7,24 в продукте.

Заключение. Таким образом, смешение плава нитрата аммония с порошковидным природным гипсом с последующим гранулированием гипсово-нитратного расплава в гранбашне позволяет получать качественные азотносерные удобрения с улучшенными физико-химическими и меньшими детонационными свойствами. При этом состав селитры обогащается такими макроэлементами, как сера и кальций, способствующими повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

 

Список литературы:

  1. Жмай Л., Христианова Е. Аммиачная селитра в России и в мире. Современная ситуация и перспективы // Мир серы, N, P и K. – 2004. – № 2. – С. 8-12.
  2. Жураев Н.Ё., Маматалиев А.А., Намазов Ш.С. Гранулированной известково-аммиачной селитры на основе плава нитрата аммония и известняка // Электронный научный журнал. UNIVERSUM. Технические науки. – Россия. – 2018. – № 9 (54). – С. 41-45.
  3. Ильин В.А. Разработка технологии сложного азотно-фосфатного удобрения на основе сплава аммиачной селитры: Автореф. дис. … канд. техн. наук, Ивановский Гос. химико-технол. ун-т. – Иваново. – 2006. – 17 с.
  4. Копейкина А.Н. Значение вторичных элементов питания для сельскохозяйственных культур // Химическая промышленность за рубежом – М.: НИИТЭХИМ. – 1984. – № 1. – С. 26-44.
  5. Курбаниязов Р.К. Технология сложного азотнофосфорного удобрения на основе плава аммиачной селитры и фосфоритов Центральных Кызылкумов; Автореферат диссертации канд. техн. наук, ИОНХ АН РУз, Ташкент. – 2011. – 28 с.
  6. Лавров В.В., Шведов К.К. О взрывоопасности аммиачной селитры и удобрений на её основе // Научно-технические новости: ЗАО «ИНФОХИМ». – Спецвыпуск. – 2004. – № 4.– С. 44-49.
  7. Левин Б.В., Соколов А.Н. Проблемы и технические решения в производстве комплексных удобрений на основе аммиачной селитры // Мир серы, N, P и K. – 2004.–№ 2. – С. 13-21.
  8. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М.М.Винник, Л.Н.Ербанова, П.М.Зайцев и др. – М.: Химия. – 1975. – С. 213.
  9. Милащенко Н.З. Сульфат аммония – перспективная форма азотного удобрения // Агрохимический вестник. – 2004. – № 2. – С. 3.
  10. Москаленко Л.В. Разработка технологии получения термостабильного удобрения на основе аммиачной селитры : Автореф. дис. … канд. техн. наук, Невинномысский технологический институт, Москва, 2007.– 16 с.
  11. Набиев А.А., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Маматалиев А.А. Физико-химические и товарные свойства магнийсодержащий известковой аммиачной селитры. // UNIVERSUM, технические науки, электронный научный журнал. – Россия. – 2017. – № 5 (38). – С. 40-45.
  12. Патент № 2154620 Россия. Кл. С 05 С 1/02, С 05 D 1/00, С 05 G 1/06, С 05 D 5/00. Способ получения азотно-калийного удобрения / В.Ф.Духанин, А.И.Серебряков – 20.08.2000. – Б.И. – № 23.
  13. Пак Д.Г., Маматалиев А.А., Намазов Ш.С., Сейтназаров А.Р., Беглов Б.М. Фосфатизированная аммиачная селитра на основе плава аммиачной селитры и некондиционных фосфоритов Центральных Кызылкумов. // UNIVERSUM, технические науки, электронный научный журнал. – Россия. – 2016. – № 8 (29). – С. 57-62.
  14. Mamataliyev A.A., Namazov Sh.S. Nitrogen-sulphuric fertilizers based on ammonium nitrate melt and phosphogypsum // XXXVII International scientific and practical conference «International scientific review of the problems and prospects of modern science and education. Boston, USA. 27-28 August 2017. – № 8 (39) – РР. 11-13.
Информация об авторах

преподаватель химии первый категории, 17-Государственная специлизированная школа интернат Деновского района 190504, Узбекистан, г. Денов, улица Марварид, 27

teacher of chemistry of first category of 17-State specialized boarding school of Denov region, 190504, Uzbekistan, Denov, Marvarid str., 27

старший научный сотрудник-соискатель, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, 100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбек, 77-а

Senior scientific researcher, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek str., 77-a

Заведующий лабораторией «Фосфорных удобрений», доктор технических наук, профессор, академик, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, г. Ташкент, Узбекистан

doct. tech. sciences, prof. acad. Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

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