Товарные свойства сложных карбамидсодержащих удобрений

Введение. Сложные удобрения играют важную роль в повышении плодородия почвы и урожайности растений в сельском хозяйстве. В настоящее время в республике основным сырьем для производства фосфорных удобрений являются фосфориты Центральных Кызылкумов [1]. Одним из перспективных способов получения фосфорсодержащих удобрений считается азотнокислотная переработка фосфатного сырья. В отличие от классических способов при переработке фосфорита неполной нормой азотной кислоты образующийся нитрат кальция из системы не выводится [2-4]. Гигроскопичный нитрат кальция ухудшает товарные свойства сложного удобрения, что затрудняет его транспортировку, хранение и применение на сельскохозяйственных угодьях.

Данная работа посвящена именно способам улучшения физико-химических и товарных свойств сложных удобрений из Кызылкумских фосфоритов.

Объекты и методы исследований. Ранее авторами был изучен процесс разложения Кызылкумского фосфорита неполной нормой азотной кислоты (20-80% от стехиометрии на СаО) в присутствии карбамида, и в лабораторных условиях получены гранулированные сложные азотно-фосфорные удобрения. Удобрение марки А, содержащее Ca(NO₃)₂·CO(NH₂)_2, в своем составе имеет (мас. %) 6,16-15,06 азота, 13,21-8,08 Р₂О_5общ. и 37,05-22,65 СаО_общ.; марки Б, содержащее Ca(NO₃)₂·4CO(NH₂)_2, состоит из 13,01-26,59 азота, 11,17-5,70 Р₂О_5общ. и 31,31-15,99 СаО_общ. [6].

Разработанной П.Е. Пестовым методикой [5] определяли товарные свойства сложных удобрений.

Для этого были выбраны образцы размером от 0,5 до 5 мм с помощью сита Ротапа. Гигроскопичностью называют способность вещества поглощать влагу из воздуха. Существует несколько методов оценки гигроскопичности веществ. С ростом относительной влажности воздуха растет и влажность вещества. Отношение давления водяного пара над содержащим влагу веществом к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре, или, что то же самое, относительная влажность воздуха, при которой вещество не поглощает и не теряет воду, называется гигроскопической точкой вещества. Чем выше гигроскопическая точка, тем меньше гигроскопичность вещества. В водорастворимых солях влага содержится в виде насыщенных растворов, поэтому для характеристики гигроскопичности влажных водорастворимых солей практически можно пользоваться гигроскопическими точками их насыщенных растворов. Однако гигроскопическая точка не дает информацию о его фактической влажности, зависящей от скорости поглощения влаги. Скорость поглощения влаги подсчитывали по формуле:

Q = а×180×100/t×S,

где Q – количество поглощенной влаги, в г/100 см² за 3 часа (180 минут);

а – привес бюкса, г;

t – время бюкса в эксикаторе, мин.;

S – площадь поперечного сечения бюкса, см².

Гигроскопические точки удобрений определяли по формуле:

h=(Q₂×h_a1 – Q₁×h_a2) / (Q₂-Q₁),

где h_a1 , h_a2 – относительная влажность воздуха, %.

Эксикаторным методом определяли также сорбционную влагоемкость образцов при указанной относительной влажности воздуха. Значение сорбционной влагоемкости указывает на то максимальное количество поглощенной влаги, при котором удобрения сохраняют свой внешний вид и рассыпчатость. Влагоемкость удобрений выявляли при 40, 60 и 85% относительной влажности воздуха.

Слеживаемость образцов минеральных продуктов устанавливали следующим образом: массу продукта определенного веса помещали в цилиндр и оставляли под грузом ( 20 кг) в течение 24 часов. Затем исследуемый образец с осторожностью вынимали из цилиндра и проверяли на рассыпчатость.

Гранулометрический состав – одна из важнейших характеристик удобрений. Гранулометрический состав – процентное содержание отдельных фракций, во многом определяет слеживаемость и рассеиваемость удобрений.

Изменение физической формы удобрения путем гранулирования положительно отражается на его агрономической эффективности, снижает физические потери, улучшает физико-механические свойства, а также состояние производственной среды при работе с ним благодаря уменьшению пыления продуктов. Поэтому главным требованием потребителя к качеству удобрений является выпуск всего объема туков в гранулированном виде. Улучшение гранулометрического состава удобрений путем выравнивания гранул по размерам позволяет получить значительную прибавку урожая за счет более равномерного внесения удобрений в почву.

Обсуждение результатов исследований. Результаты анализа гранулометрического состава карбамидсодержащих азотно-фосфорных удобрений (таблица 1) показывают, что с увеличением нормы кислоты от 20 до 80% содержание товарной фракции (от -5 до + 1 мм) повышается до 99, 96-99, 98%. Для марки А наблюдается заметное увеличение фракции -5 ÷ +3 и -3 ÷ + 2 мм от 7,03 до 17,48 и от 45,02 до 49,33% соответственно. А для марки Б наблюдается увеличение содержание фракции -3 ÷ +2 и -2 ÷ + 1 мм.

Таблица 1.

Гранулометрический состав карбамидсодержащих сложных удобрений в зависимости от нормы азотной кислоты

Гигроскопические точки образцов удобрений были определены при относительной влажности воздуха 40, 60, 85 и 100% на эксикаторах. Гигроскопическая точка удобрений марок А и Б в зависимости от нормы азотной кислоты составляет 58-50% и 73-66% соответственно. Влажность удобрений марки А при этом не превышает 5,0-6,0%. Выявлено, что у продукта марки Б с влажностью 0,5-1,0 % при различной исследуемой относительной влажности равновесие достигается через 3-4 суток.

Значение объемной массы необходимо для проектирования складов, бункеров и перевозочных устройств. На объемную массу образцов удобрений (таблица 2) влияют влажность, размер гранул и уплотненность продуктов. Изменение объемной массы зависит от нормы азотной кислоты и влаги исследуемого образца. Удобрения марки А с влажностью 1,29-2,50% имеют объемную массу 1,04-1,16 г/см³, а объемная масса удобрений марки Б с влажностью 1,21-2,42% равна 0,91-1,09г/см³.

Определение слёживаемости карбамидсодержащих сложных удобрений показывает, что все образцы практически не слеживаются, т. е. они имеют 100%-ную рассыпчатость.

Для обеспечения сохранности гранулометрического состава важное значение имеет показатель прочности гранул. Он характеризует способность минерального удобрения сохранять свой гранулометрический состав в процессах транспортирования, погрузочно-разгрузочных работ, хранения, подготовки к внесению и внесения в почву. В настоящее время физико-механические свойства оцениваются динамической и статической прочностью. Однако в большинстве случаев для характеристики физических свойств продукта достаточно определить статическую прочность гранул – предел их прочности при сжатии. Определение истирания практически не применяется, за исключением отдельных продуктов для экспорта.

Значение прочности удобрений является основным физико-механическим свойством при их транспортировке и хранении. На прочность гранул удобрений решающее влияние оказывает способ гранулирования. Статическая прочность существенно зависит от влажности фосфорсодержащего удобрения. Изменение прочности удобрений зависит соответственно от их влажности и технологических показателей. По результатам исследований выявлено, что прочность гранул удобрений марки А равна 2,24-2,36 МПа, а в марке Б она составляет 2,38-2,89 МПа. Это вполне отвечает требованиям потребителей к качеству удобрений (по требованиям потребителя к качеству удобрений статическая прочность гранул должна быть на уровне не менее 2,0-3,0 МПа).

Угол естественного откоса представляет собой угол между горизонтальной плоскостью, на которой насыпью размещается удобрение, и плоскостью насыпи. Его величину надо учитывать при закладке удобрений на хранение насыпью, при проектировании бункеров, транспортных средств.

Знание величины этого угла необходимо при расчете и проектировании складов, бункеров, транспортных механизмов (ленты, элеваторы), некоторых конструкций питателей и т. п. Чем меньше угол откоса, тем большей подвижностью обладают частицы сыпучей среды. Продукты марки А и Б с размерами гранул 1 мм и 3 мм с влажностью соответственно 1,29-2,50% и 1,21-2,42% имеют угол откоса 30⁰. Это говорит о том, что способность этих удобрений к рассеву равномерная, они без всяких затруднений будут рассеваться при высушенном состоянии.

Текучесть удобрений является одним из самых важных физических свойств. В настоящее время существует несколько методов определения текучести. Опыты по определению текучести состояли в установлении времени истечения 500 граммов навески через воронку Меринга, которая имеет диаметр трубки 15 мм и угол конуса 60⁰. Выявлено, что на основе результатов исследований удобрения марки А и Б имеют текучесть по шкале 8-9 баллов.

Товарные свойства образцов удобрений