Фосфатизированная аммиачная селитра на основе плава аммиачной селитры и некондиционных фосфоритов Центральных Кызылкумов

Phosphate containing ammonium nitrate based on ammonium nitrate’s melt and low-grade phosphorite from Central Kyzylkum
Цитировать:
Фосфатизированная аммиачная селитра на основе плава аммиачной селитры и некондиционных фосфоритов Центральных Кызылкумов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Пак Д.Г. [и др.]. 2016. № 8 (29). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/3535 (дата обращения: 24.06.2021).
Прочитать статью:
Keywords: ammonium nitrate, melt, phosphate raw material, nitrogen-phosphate raw material, composition, strength and dissolution rate of granule

АННОТАЦИЯ

В работе получены образцы фосфатизированной аммиачной селитры путем добавления к плаву нитрата аммония рядовой фосфоритовой муки и минерализованной массы Центральных Кызылкумов при массовых соотношениях АС: ФС = 100: (5–40) с последующим гранулированием закристаллизованного продукта методом окатывания. При этом температура кристаллизации расплава аммиачной селитры снижается с исходного 163°С до 153°С, что создает благоприятные условия для формирования гранул азотнофосфорного удобрения в барабан-грануляторе методом окатывания. Определены химический состав и изучены физико-химические свойства продуктов. Показано, что расплав селитры не только декарбонизирует карбонатное фосфатное сырьё, но и активизирует его фосфатный минерал, то есть переводит неусвояемую в нём форму Р2О5 в усвояемую для растений форму. В присутствии фосфатного сырья увеличение прочности гранул селитры свидетельствует об уменьшении её пористости и внутренней удельной поверхности, а значит к снижению проникновения внутрь гранулы дизельного топлива, а, следовательно, к уменьшению детонационной способности селитры. Введение фосфатного сырья в плав селитры приводит к повышению её рН с 6,17 в исходном до 6,72–7,14 в продукте. К тому же обнаруженное свойство образцов может обеспечить снижение «закисления» почвы после применения аммиачной селитры.

ABSTRACT

The samples of phosphate containing ammonium nitrate by addition of the phosphorite from Central Kyzyl kum into ammonium nitrate’s melt at mass ratios AN: PhR = 100: (5–40) with the following granulation of crystallized product by balling were obtain in this study. At that crystallization temperature of the ammonium nitrate’s melt is reduced from initial 163°С to 153°С that creates available condition to form granule of the nitrogen-phosphate fertilizer in the drum- granulator by balling. There were determined the chemical composition and the physico-chemical properties of the products were studied. It was shown that ammonium nitrate does not only make a decorbanization phosphate raw material, as well as makes an activation phosphate the mineral that is, translates unacceptable form of P2O5 in it into acceptable for plants form. Increasing strength of the ammonium nitrate’s granule in presence of phosphate raw material proves about decreasing its porosity and inner specific surface, so leads to reduction of diesel fuel penetration into inside granule, therefore, to decrease detonating ability of the ammonium nitrate. Introduction of the phosphate raw material into ammonium nitrate’s melt leads to decrease its pH from 6.17 to 6.72– 7.14 in the product. Moreover, revealed properties of the samples can be provided reduction “acidulation” of soil after using ammonium nitrate.

 

Введение. АО «Навоиазот» в Узбекистане с 2009 года освоил производство азотнофосфорного удобрения (АФУ) путем введения в плав аммиачной селитры перед гранулированием рядовой фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов [1; 2; 4]. Согласно ТУ 6.1-00203849-111:2007 АФУ в своем составе содержит 22–28 % азота, 1–6 % Р2О5 и имеет грансостав: 1–4 мм – не менее 95 %, менее 1 мм – не более 3 %. Прочность гранул АФУ в 4–5 раз превышает прочность АС. АФУ растворяется в воде значительно медленнее, чем АС.

По существующей схеме производства процесс приготовления нитратно-фосфатного расплава осуществляется в смесителе, расположенном в верхней части грануляционной башни. Для этого фосфатное сырье подаётся на высоту 50 метров (высота грануляционной башни на АО «Навоиазот») из хранилища с помощью пневмотранспорта. Поднять фосфатное сырьё пневмотранспортом на высоту 75 м (высота башен на АО «Максам-Чирчик» и «Ферганаазот») уже невозможно. Поэтому мы предлагаем осуществлять гранулирование расплава не в башне, а в барабанном грануляторе.

Суть предлагаемой нами технологии состоит в следующем: в плав АС вводят фосфатное сырьё в реакторе при необходимых массовых соотношениях исходных компонентов. Затем полученный нитратнофосфатный расплав поступает в шнековый смеситель, куда подаётся ретур, а затем в барабан-гранулятор с последующим выделением товарной фракции. В нашем случае не требуется транспортировки фосфатного сырья на большую высоту.

Задача настоящей работы – изучить составы продуктов, получаемых в результате введения в плав АС фосмуки и минерализованной массы Центральных Кызылкумов. Минерализованная масса является отходом Кызылкумского фосфоритового комбината. Она образуется при грохочении фосфоритной руды и в настоящее время складируется. Её объем составляет одну треть от исходной массы добытой фосфоритной руды.

Объекты и методы исследования. Состав исходных сырьевых материалов приведен в табл. 1. В рядовой муке содержание Ca5F(PO4)3 (фторапатит) составляет 40,6 %, а карбоната кальция СаСО3 – 36,4 %. А в минерализованной массе соответственно 34,70 % и 29,2 %. В табл. 2 приведён дисперсный состав исходного сырья.


Таблица 1.

Вещественный состав фосфатного сырья

Виды сырья

Содержание компонентов, вес. %

;%

Р2О5

СаО

Al2O3

Fe2O3

MgO

F

CO2

Рядовая фосфоритовая мука

17,76

47,51

0,95

0,73

1,79

2,0

17,02

17,74

Минерализованная масса

14,33

43,02

1,18

1,38

1,19

1,85

14,70

9,01

Таблица 2.

Дисперсный состав фосфатного сырья

Класс крупности, мм

Выход фракции, вес. %

 

Рядовая фосфоритовая мука

Минерализованная масса

- 2 + 0,5

-

4,4

- 0,5 + 0,315

1,5

10,2

- 0,315 + 0,16

6,3

34,1

- 0,16 + 0,1

20,3

14,5

- 0,1 + 0,063

38,3

16,3

- 0,063 + 0,05

17,2

4,7

- 0,05

16,4

15,8

Исходная масса

100

100

 

Опыты проводили следующим образом: АС (34,5 % N, 0,28 % MgO) – продукта АО «Максам-Чирчик» расплавляли при 175°С. Затем в расплав вводили фосфатное сырьё при массовых соотно­шениях АС: ФC = 100: (5-40). Плав при постоянной температуре перемешивали в течение 20 мин. Гранулирование продукта осуществляли методом окатывания, интенсивно размешивая расплав смесей стеклянной палочкой. По мере остывания образовывались твердые частицы округлой формы. Масса охлаждалась, а затем рассевалась по размерам частиц. Частицы размером 2–3 мм подвергались испытанию на прочность по ГОСТу 21560.2-82. После чего продукты измельчались и анализиро­вались по известным методикам [3]. Содержание азота определяли по Къельдалю – отгонкой аммиака в щелочной среде со сплавом Деварда с последующим титрованием. Определение форм Р2О5 (общий, усвояемый) дифференциальным способом. Усвояемые формы Р2О5 определяли по раствори­мости как в 2 %-ной лимонной кислоте, так и в 0,2 М растворе трилона Б. Содержание СО2 в образцах определили объемным методом. По изменению содержания СО2 рассчи­тывали степень декарбо­низации фосфатного сырья. Гигроскопи­ческую точку образцов удобрений с размерами гранул 2–3 мм определяли эксикаторным методом [5] при температуре 25ºС. Влажность – по [6]. Для опре­деления скорости растворения гранул изучаемых удобрений, гранулу продукта опускали в стакан со 100 мл дистиллированной воды, в котором визуально наблюдали и фиксировали полное её растворение. Температура комнатная, испытания пятикратные.

Результаты приведены в табл. 3 и 4.

Результаты и их обсуждение. Из табл. 3 видно, что расплав селитры активизирует фосфатное сырьё, то есть переводит неусвояемую в нем форму Р2О5 в усвояемую для растений форму. Увеличение массовой доли фосфатного сырья в плаве АС способствует снижению доли усвояемых форм Р2О5 и СаО. Например, в случае использования рядовой фосфоритовой муки, при изменении соотношения АС: ФС от 100: 5 до 100: 40, происходит снижение относительного содержания усвояемых по трилону Б и лимонной кислоте форм Р2О5 от 88,10 до 73,53 % и от 97,62 до 88,24 %, а относительного содержания усвояемой и водорастворимой форм СаО от 92,48 до 68,72 % и от 38,05 до 12,23 % соответственно. При этом содержание азота снижается от 32,90 до 24,86 %. Так если, при 1,62 %-ной добавке Р2О5 в виде фосмуки (при АС: ФС = 100: 10) продукт содержит 31,45 % N и усвояемой формы Р2О5 по отношению к общей 85,80 %, то при 4,65 %-ной добавке Р2О5 (при АС: ФС = 100: 35) продукт имеет 25,67 % N и усвояемой формы Р2О5 по отношению к общей 74,19 %. С таким содержанием усвояемого фосфора полученные смеси являются эффективными азотно-фосфорными удобрениями.

В случае использования минерализованной массы при массовых соотношениях АС: ФС = 100: (5–40) состав удобрений меняется (вес. %): N от 24,74 до 32,93; Р2О5общ. от 0,74 до 4,62; Р2О5усв. по трилону Б от 0,49 до 2,28; Р2О5усв. по лим. к-те от 0,67 до 3,16; СаОобщ. от 2,09 до 12,41; СаОусв. от 1,87 до 8,71; СаОводн. от 0,72 до 1,68; Р2О5усв. по трилону Б: Р2О5общ. от 49,35 до 66,22; Р2О5усв. по лим. к-те: Р2О5общ. от 68,40 до 90,54; СаОусв.: СаОобщ. от 70,18 до 89,47; СаОводн.: СаОобщ. от 13,54 до 34,45.

Таблица 3.

Химический состав удобрений, полученных введением в расплав аммиачной селитры фосфатного сырья Центральных Кызылкумов

  

Наличие в полученных продуктах водораст­воримой формы СаО и потери СО2 в газовую фазу свидетельствуют о том, что при температуре 175°С протекает реакция между нитратом аммония и карбонатом кальция в фосфатном сырье с образованием нитрата кальция, сопровождающаяся выделением в газовую фазу аммиака и диоксида углерода:

2NH4NO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + 2NH3 + CO2 + H2O

Об этом свидетельствует данные по декарбонизации фосфатного сырья, где при изучаемых соотношениях АС: ФС степень декарбонизации для фосфоритовой муки меняется в пределах от 31,85 до 41,84 %, а для минерализованной массы от 12,86 до 37,14 %. Необходимо также отметить, что температура кристаллизации расплава аммиачной селитры снижается с исходного 163°С до 153°С, что создает благоприятные условия для формирования гранул азотнофосфорного удобрения в барабан-грануляторе методом окатывания.

В табл. 4 мы приводим результаты определения прочности гранул АС с добавками фосфатного сырья Кызылкумского месторождения. Прочность гранул – это один из показателей, характеризующий стабилизированную АС.

Как видно из таблицы, добавление в плав АС рядовой фосфоритовой муки в количестве от 5 до 40 г по отношению 100 г АС увеличивает прочность гранул с 3,79 до 7,92 МПа. Введение в плав селитры минерализованной массы даёт наибольший эффект – прочность гранул повышается с 3,89 до 8,30 МПа по сравнению с прочностью гранул стандартной с добавкой 0,28 % магнезита – 1,6 МПа. Увеличение прочности гранул селитры уже свидетельствует об уменьшении её пористости и внутренней удельной поверхности, а значит к снижению проникновения внутрь гранулы дизельного топлива, а, следовательно, к уменьшению детонационной способности селитры.


Таблица 4.

Товарные свойства термостабильной аммиачной селитры

Массовое

соотношение

АС : ФС

рН 10 %-

ного

раствора

Прочность гранул

Время полного растворе-ния, сек.

Гигро-скопи-ческая точка, %

кг/

гранул

кгс/см2

МПа

Аммиачная селитра с магнезиальной добавкой

-

6,17

0,81

16,32

1,60

46,8

62,0

Удобрения на основе плава аммиачной селитры и рядовой фосфоритовой муки

100 : 5

6,85

1,92

38,70

3,79

61,8

54,8

100 : 8

6,90

2,68

54,02

5,30

67,6

54,7

100 : 10

6,94

2,84

57,25

5,61

70,9

54,6

100 : 12

6,97

3,20

64,51

6,32

74,2

54,5

100 : 15

6,98

3,33

67,13

6,58

78,0

54,2

100 : 18

6,99

3,38

68,14

6,68

82,3

54,0

100 : 20

7,0

3,62

72,92

7,15

84,1

53,8

100 : 22

7,03

3,65

73,58

7,21

86,2

53,7

100 : 25

7,06

3,73

75,20

7,37

88,7

53,5

100 : 30

7,10

3,82

77,01

7,55

93,4

53,4

100 : 35

7,12

3,90

78,62

7,71

97,3

53,2

100 : 40

7,14

4,01

80,84

7,92

101,6

53,0

Удобрения на основе плава аммиачной селитры и минерализованной массы

100 : 5

6,72

1,97

39,71

3,89

61,9

54,9

100 : 8

6,76

2,76

55,64

5,46

68,6

54,7

100 : 10

6,78

2,89

58,26

5,71

72,3

54,6

100 : 12

6,81

3,31

66,72

6,54

75,7

54,4

100 : 15

6,83

3,38

68,14

6,68

79,1

54,3

100 : 18

6,84

3,51

70,76

6,94

83,6

54,1

100 : 20

6,85

3,63

73,18

7,17

84,4

54,0

100 : 22

6,86

3,80

76,60

7,51

86,7

53,8

100 : 25

6,87

3,88

78,22

7,67

88,9

53,7

100 : 30

6,88

4,0

80,64

7,91

93,8

53,5

100 : 35

6,89

4,12

83,05

8,14

98,2

53,3

100 : 40

6,90

4,20

84,67

8,30

102,5

53,1

 

Как показывают данные табл. 4, наличие фосфатного сырья в составе селитры влияет на скорость растворения гранул последней. Полное растворение гранул производственной АС в воде составляет в среднем 46,8 сек, а введение в её состав фосфатного сырья в количестве от 5 до 50 г в виде фосмуки увеличивает скорость растворения от 61,8 до 101,6 сек, а в виде минерализованной массы от 61,9 до 102,5 сек. Значит, гранулы селитры, содер­жащие фосфатное сырье растворяются медленнее, чем обычная АС. Следовательно, присутствие фосфорита в селитре способствует постепенному высвобождению азота в грануле.

Данные табл. 4 также показывают, что введе­ние фосфатного сырья в плав АС приводит к повышению её рН с 6,17 в исходном до 6,72–7,14 в продукте. Это говорит о том, что при связывании аниона NO3- щелочным катионом (Сa+) фосфорита происходит рост величины рН до значения, приближающим водным суспензиям фосфорита. Можно полагать, что фосфатное сырье нейтрализует кислотность АС. Обнаруженное свойство образцов может обеспечить снижение «закисления» почвы после применения АС. По шкале гигроскопичности Н.Е. Пестова все образцы фосфатизированной АС относятся к гигроскопичным веществам, они более гигроскопичны, чем исходная АС.

Заключение. Таким образом, путем добав­ления к плаву нитрата аммония рядовой фосфоритовой муки и минерализованной массы Центральных Кызылкумов при массовых соотношениях АС: ФС = 100: (5–40) при температуре 175°С с последующей грануляцией закристаллизованного продукта методом окатывания показана принципиальная возможность получения фосфатизированной аммиачной селитры с высокой прочностью и обладающей наименьшей детонационной способностью.


Список литературы:

1. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Дадаходжаев А.Т., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Азотнофосфорные удобрения, получаемые введением в плав аммиачной селитры фосфатного сырья Центральных Кызылкумов // Химическая промышленность. – Санкт-Петербург, 2007. – т. 84. – № 5. – С. 242–248.
2. Курбаниязов Р.К. / Технология сложного азотнофосфорного удобрения на основе плава аммиачной селитры и фосфоритов Центральных Кызылкумов // Автореф. дис. канд. техн. наук, г. Ташкент, 2011. – 28 с.
3. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. / Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.М. и др. – М.: Химия, 1975. – С. 213.
4. Патент № IAP 04527 РУз. Кл. С 05 G 1/00, С 05 В 7/00, С 05 С 1/00. Способ получения азотнофосфорного удобрения / Намазов Ш.С., Ботиров Б.Б., Пак В.В., Салихов Ш.И., Реймов А.М., Якубов Р., Беглов Б.М., Курбаниязов Р.К., Пирманов Н.Н., Закиров Б.С. – Б.И. 2012, № 7.
5. Пестов Н.Е. / Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. – М.: Изд-во АН СССР, 1947. – С. 239.
6. Позин М.Е., Копылёв Б.А., Тумаркина Е.С., Бельченко Г.В. / Руководство к практическим занятиям по технологии неорганических веществ – Л.: Госхимиздат, 1963. – С. 376.


References:

1. Kurbaniyazov R.K., Reymov А.М., Dadakhodjaev А.Т., Namazov Sh.S., Beglov B.М. The nitrogen-phosphate fertilizers by introduction of phosphate raw material from Central Kyzylkum into ammonium nitrate’s melt. Himicheskaya promishlennost [Chemical industry]. St. Petersburg, 2007. Vol. 84. № 5. Р. 242–248 (In Russian).

2. Kurbaniyazov R.K. Technology of compound nitrogen-phosphate fertilizers based on ammonium nitrate’s melt and Central Kyzylkum phosphorites. Cand. tech. sci. autopap. diss. Tashkent, 2011. 28 p. (In Russian).
3. Methods of analysis of phosphate raw material, phosphoric and complex fertilizers, feed phosphates. Binnik V.V., Erbanova L.N., Zaysev P.M. Мoscow, Khimiia Publ., 1975. 213 p. (In Russian).
4. Namazov ShS., Botirov B.B., Pak V.V., Salihov Sh.I., Reymov А.М., Yakubov R., Beglov B.М., Kurbaniyazov R.К., Pirmanov N.N., Zakirov B.S. Method of nitrogen-phosphate fertilizers production. Patent RUz, no. IAP 04527. Kl. С 05 G 1/00, С 05 В 7/00, С 05 С 1/00. B.I. 2012, № 7. (In Russian).
5. Pestov N.E. Phyzico-chemical properties of grainy and powdery chemical products. Мoscow, AN SSSR Publ., 1947. 239 p. (In Russian).
6. Pozin М.Е., Kopylev B.А., Tumarkina Е.S., Belchenko G.V. Handbook for practical training on inorganic substances technology. Leningrad, Goskhimizdat Publ., 1963. 376 p. (In Russian).


Информация об авторах

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

директор по производству АО «Ферганаазот», Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, 100170, г. Ташкент, Узбекистан, ул. Мирзо Улугбек, 77-а

Director for production at JSC «Ferganaazot», Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek str., 77-a

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

Главный научный сотрудник, доктор технических наук, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан. 100170, г. Ташкент, Узбекистан, ул. Мирзо Улугбека, 77-а.

Chief researcher scientist, Doctor of science, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek str., 77-a

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

Main 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

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