Физико-химические и товарные свойства магнийсодержащей известковой аммиачной селитры

АННОТАЦИЯ

Получены образцы магнийсодержащей известковой аммиачной селитры путем добавления к плаву аммиачной селитры (АС) доломита (Д) месторождения «Навбахор» при массовых соотношениях АС : Д = 100 : (3-35). Для гранулирования нитратно-карбонатного расплава применён метод приллирования. При этом температура кристаллизации расплава аммиачной селитры снижается с исходного 168°С до 162°С, что создает благоприятные условия для формирования гранул магнийсодержащей известковой аммиачной селитры в гран. башне методом приллирования. Определен химический состав, изучены физико-химические и товарные свойства продуктов. В присутствии доломитного минерала 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. Гигроскопическая точка понижается с исходного 62% (у чистой селитры) до 52,5-53,7%. Причина низкого значения гигроскопической точки продукта, объясняется тем, что смесь солей более гигроскопична, чем составляющие её компоненты. Поэтому магнийсодержащую известково-аммиачную селитру необходимо затаривать. Хотя аммиачная селитра при достижении влаги 3,5% сильно слеживается и теряет рассыпчатость, а образцы магнийсодержащей известково-аммирачной селитры сохраняют внешний вид и рассыпчатость даже при содержании влаги 6%. Только при влажности 7% они теряют способность к рассеву.

ABSTRACT

There have been obtained the magnesium calcareous containing ammonium nitrate by dolomite (D) from “Navbakhor” in melt ammonium nitrate (AN) with weight ratio of АN : D = 100 : (3-35).  For granulation of nitrate-carbonate melt used by prilling method.  In a case crystallization temperature of melt ammonium nitrate decreased from 168 to 162°С that creates favorable conditions to form granules of magnesium calcareous containing ammonium nitrate in prilling tower. There have been determined the composition studied physicochemical and commodity properties of the products. In presence of dolomite mineral strength of granule increases that testifies on reduction of its porosity and inner specific surface while it leads to decline permeation of diesel fuel into inner of the granules, therefore reducing detonating ability of the nitre. Hygroscopic point reduced from 62 % to 52.5-53.7%. The cause of low value of hygroscopic point can be explained due to low hygroscopic point mixing salts in comparison with rectangular components of its components. Therefore, magnesium calcareous containing ammonium nitrate necessary packed. Though ammonium nitrate at 3.5% of humidity strongly cakes and loses friability, but samples based on magnesium calcareous containing ammonium nitrate maintain appearance and friability even at 69% of humidity. Only the fertilizers at 7% of humidity lose ability for sawing.

Введение. Аммиачная селитра (АС) является самым распространенным в мире и эффективным азотным удобрением. В Узбекистане совокупные мощности трёх заводов, производящих аммиачную селитру (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 у неё есть один очень серьезный недостаток – это её повышенная взрывоопасность [1, 2]. Взрывы с нитратом аммония привели к тому, что в ряде стран к нему стали добавлять карбонат кальция, мел, доломит, в результате которых была устранена всякая его опасность. Этот продукт поступает в продажу под названием Calcium Ammonium Nitrate (CAN) – «Известково-аммиачная селитра» (ИАС). Доля мощностей производства CAN в мире оцениваются примерно 7% [3]. В мире CAN с содержанием азота 20-33,5% производят и поставляют 42 фирм, из них в Европе – 31 фирма [4, 5].

В Узбекистане также имеются несколько крупных месторождений доломитного (Д) минерала: «Навбахор» (Навоийская область), «Шурсу» (Ферганская область) и другие. Поэтому появилась возможность организовать в Узбекистане производство магний и кальцийсодержащей ИАС.

Задача настоящей работы – изучить составы и физико-химические и товарные свойства продуктов, получаемой путём взаимодействия плава аммиачной селитры марки «хч» с порошковидным доломитом «Навбахор» Навоийской области.

Объекты и методы исследования. Состав исходных сырьевых материалов приведен в табл. 1. В доломитном минерале (CaСО₃×MgСO₃) содержание карбоната кальция (СаСО₃) составляет 54,35%, а карбоната магния 45,65%. В табл. 2 приведён дисперсный состав исходного доломитного минерала.

Таблица 1

Химический состав доломита месторождения «Навбахор»

Лабораторные опыты по получению ИАС проводили следующим образом: химически чистую АС марки х.ч. расплавляли на электроплитке. Затем в расплав вводили тонкоизмельченный порошкообразный доломит при массовых соотношениях АС : Д = 100 : (3-35). Далее доломитсодержащий расплав АС выдерживали в течение 10 мин. при 170-175°С, после чего его переливали в лабораторный гранулятор, представляющий из себя

Таблица 2

Дисперсный состав доломитного минерала

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 рассеивалась по размерам частиц. Частицы размером 2- 3 мм подверглись испытанию на прочность по ГОСТу [6]. После чего продукты измельчались и анализировались по известным методикам [7].

Результаты и их обсуждение. Результаты показывают, что в получаемой магнийсодержащей ИАС при массовых соотношениях АС : Д от 100 : 3 до 100 : 35 содержание азота снижается от 32,52 до 25,54%, а содержание СаО и MgО повышается от 0,981 до 8,17 и от 0,901 до 6,77 соответственно. Прочность гранул чистой аммиачной селитры составляет 1,60 МПа. Прочность же гранул ИАС, полученной при изученных соотношениях АС : Д находится в пределах 3,44-10,44 МПа. Высокая прочность гранул ИАС свидетельствует о её термической стабильности [8].

В настоящем сообщении мы приводим результаты определения скорости растворения, гигроскопической точки, кинетики сорбции паров воды и сорбционной влагоёмкости гранул магнийсодержащей ИАС на основе плава аммиачной селитры и доломита «Навбахор» Навоийского месторождения. Скорость растворения, химический состав и влажность полученных удобрений приведены в таблицах 3, 4.

Таблица 3

Скорость растворения гранул магнийсодержащей ИАС

Была изучена скорость растворения гранул получаемых удобрений размером 2 мм. Для этого гранулу опускали в стакан со 100 мл дистиллированной воды, визуально наблюдали и фиксировали время её полного растворения. Температура комнатная, испытания пятикратные.

Из таблицы 3 видно, что время полного растворения гранулы чистой аммиачной селитры составляет 46,8 сек. С увеличением доли доломита в смеси с селитрой время полного растворения гранул магнийсодержащей ИАС неуклонно растет и достигает 67,85 сек. для образца, в котором АС : Д = 100 : 35. Это говорит о том, что получаемые удобрения будут значительно (в 1,5 раза) медленнее вымываться из почвы, чем чистая аммиачная селитра.

Для изучения гигроскопических точек подобрали некоторые образцы удобрений, которые приведены в таблице 4. Гигроскопическую точку образцов удобрений с размерами гранул 2- 3 мм определяли эксикаторным методом [9] при температуре 25ºС. Влажность – по [10]. Измерение величины рН 10 %-ных водных суспензий готовых удобрений осуществляли в лабораторном иономере И-130М с точностью до 0,05 единиц рН.

Как показывают данные таблицы 4, введение доломитного сырья в плав АС приводит к повышению её рН с 5,17 в исходном до 6,87-7,15 в продукте.

Таблица 4

Химический состав и влажность магнийсодержащей ИАС

Это говорит о том, что при связывании аниона NO₃^- щелочными катионами (Сa⁺) и (Mg⁺) доломита происходит рост величины рН до значения, приближающим к водным суспензиям доломита. Можно полагать, что доломитное сырьё нейтрализует кислотность АС. Обнаруженное свойство образцов может обеспечить снижение «закисления» почвы после применения АС.

Из таблицы 4 также показано, что исходная влажность первого образца (аммиачная селитра) была 0,20%, второго – 0,36%, третьего – 0,39%, четвертого – 0,41% и пятого – 0,44%. Определение привеса или убыли влаги в веществе при постоянной температуре и определенных относительных влажностях воздуха проводили в течение 3-х часов. Требуемая относительная влажность воздуха создавалась в закрытом эксикаторе над слоем налитой в него серной кислоты известной концентрации. Относительная влажность воздуха, при котором вещество не увлажняется и не подсыхает, называется гигроскопической точкой вещества. Если гигроскопическая точка меньше относительной влажности воздуха, то вещество поглощает влагу из воздуха. Если она больше относительной влажности воздуха, вещество подсыхает. Значения гигроскопических точек для наших удобрений оказались равными: для образца 1 - 62,0%, для образца 2 - 53,7%, для образца 3 – 53,3%, для образца 4 – 52,8% и для образца 5 – 52,5%.

Причина низкого значения гигроскопической точки продуктов, объясняется тем, что смесь солей более гигроскопична, чем составляющие её компоненты [11]. Относительная влажность воздуха для Узбекистана характеризуется следующими цифрами: среднемесячная минимальная – 46%, среднемесячная максимальная – 74%, среднегодовая – 60%. По шкале гигроскопичности Н.Е.Пестова все наши магнийсодержащие ИАС (образцы 2-5) относятся к гигроскопичным веществам, они более гигроскопичны, чем исходная аммиачная селитра.

На рис. 1-5 приведены кинетические кривые сорбции паров воды гранулами удобрений в изотермических условиях при 25ºС и при относительных влажностях воздуха 52,5; 62,5; 70,5; 80; 90 и 100%. Нумерация рисунков соответствует номерам удобрений в таблице 4.

Как видно из рисунков 1-5 при высоких относительных влажностях воздуха 80, 90 и 100% для всех образцов равновесие не достигается в течение всего периода испытаний. При относительной влажности воздуха 70,5% для образцов 1, 4 и 5 также не устанавливается равновесие в течение всего периода испытаний. Равновесие наступает через 30 суток для второго и третьего образцов. При относительной влажности воздуха 62,5% 

равновесие наступает для первого образца через 5 суток, а для 2-5 образцов через 10-12 суток. При относительной влажности воздуха 52,5% для образцов 2-5 равновесие устанавливается на 4-6 сутки, а образец 1 не увлажняется, а подсыхает.

Сорбционную влагоемкость удобрений определяли также эксикаторным методом [9] при относительных влажностях воздуха 52,5; 62,5; 70,5; 80; 90 и 100%. Образцы удобрений над кислотой выдерживались в течение 30 суток. Сорбционная влагоемкость является очень важным показателем качества удобрений, так как указывает на то максимальное количество поглощенной влаги, при котором удобрения сохраняют свой внешний вид и рассыпчатость. На рисунке 6 приведены кривые сорбционной влагоемкости для образцов удобрений 1, 3 и 5. Кривые для образцов 2 и 4 не приведены на рисунке, так как они очень близки к кривым для образцов 3 и 5. Из рисунка видно, что аммиачная селитра при 52,5 %-ной относительной влажности воздуха не поглощает влагу, а третий и пятый образцы сорбируют 2,83 и 2,42% влаги соответственно. Но при этом гранулы сохраняют свой внешний вид и рассыпчатость. При относительной влажности воздуха 62,5% в аммиачной селитре содержание влаги достигает 1,78%, в третьем образце 7,11% и в пятом 6,82%. Гранулы при этом сохраняют свой внешний вид, но слегка комкуются. При относительной влажности воздуха 70,5% прирост влаги в селитре составляет 27,8%, в третьем образце 24,3% и в пятом - 22,06%. Все образцы переходят в жидкое состояние. Было отмечено следующее: аммиачная селитра при достижении влаги 3,5% сильно слеживается и теряет рассыпчатость, а образцы магнийсодержащей ИАС сохраняют внешний вид и рассыпчатость при содержании влаги 6%. При влажности 7% они теряют способность к рассеву.

Заключение. Таким образом, путем добавления к плаву нитрата аммония доломита при массовых соотношениях АС : Д = 100 : (3-35) при температуре 175°С с последующей грануляцией закристаллизованного продукта методом приллирования показана принципиальная возможность получения магнийсодержащей ИАС с высокой прочностью и обладающей наименьшей детонационной способностью. Гранулированную магнийсодержащую ИАС нужно затаривать в бумажные или полиэтиленовые мешки.