NS –удобрения на основе плава аммиачной селитры и природного гипса

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 SO_3общ. повышается с 0,22 до 18,43%, а СаО_общ. 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

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 (СаО_водн.) и серы (SО_3водн.) 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

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.