Получение термостабильных удобрений на основе аммиачной селитры и бентонитов Узбекистана

АННОТАЦИЯ

В статье излагается технология получения термостабильной аммиачной селитры (АС) с хорошими химическими и физико-химическими характеристиками на основе сплава нитрата аммония и бентонита Шурсуйского и Дехканабадского месторождений. Приведены экспериментальные данные прочности гранул удобрений, полученных введением в расплав нитрата аммония бентонитовой глины Шурсуйского и Дехканабадского месторождений. Принципиальная технологическая схема получения аммиачной селитры с добавкой бентонита

ABSTRACT

The article describes the technology of producing thermostable ammonium nitrate (AN) with good chemical and physico-chemical characteristics based on ammonium nitrate and bentonite from the Shursu and Dekhkanabad deposits. The experimental data on the strength of fertilizer granules obtained by introducing bentonite clay from the Shursu and Dekhkanabad deposits into the melt of ammonium nitrate are given. The basic technological scheme of obtaining ammonium nitrate with the addition of bentonite

Ключевые слова: аммиачная селитра, термостабильность, месторождения, нитрат аммония, бентонит, гранула, прочность, качество, эффективность, сплав, принципиальная схема.

Keywords: ammonium nitrate, thermostability, deposits, ammonium nitrate, bentonite, granule, strength, quality, efficiency, alloy, schematic diagram.

Аммиачная селитра среди азотных удобрений занимает ведущую позицию как высококонцентрированное и универсальное удобрение. Её мировое производство превышает 43 млн. т в год. Она используется под все виды сельскохозяйственных культур и на любых типах почв. В Узбекистане аммиачную селитру производят три акционерные общества: «Максам-Чирчик», «Навоиазот» и «Ферганаазот» в объеме около 2 млрд. т в год. Производимая в Республике аммиачная селитра реализуется на внутреннем рынке как основное азотное удобрение, и ещё значительные её объемы экспортируются в зарубежные страны. Большие объемы производства аммиачной селитры обусловлены доступностью сырья и низкой себестоимостью продукта.

Аммиачная селитра является не только эффективным азотным удобрением, но и составной частью многих простейших взрывчатых веществ. В последние годы террористы стали её использовать при изготовлении ими взрывчатых веществ. Поэтому некоторые страны, такие как Китай, Филиппины, Колумбия, Ирландия, Индонезия и Малайзия наложили запрет на ввоз аммиачной селитры в свои страны. Во многих странах мира уже существуют ограничения в обращении аммиачной селитры.

Одним из эффективных методов получения аммиачной селитры с повышенной термостабильностью – снижение общего азота путем введения в её состав инертных добавок. Введение в аммиачную селитру добавок питательных и других полезных элементов, в частности калия, кальция, магния, микроэлементов, способствует повышению агрохимической эффективности удобрения при одновременном улучшении его физико-химических и потребительских свойств. Кроме того, введение в аммиачную селитру дополнительных неорганических веществ, менее опасных, чем аммиачная селитра, позволяет снизить ее пожаро- и взрывоопасные свойства и расширить рынок сбыта.

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

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

- калийсодержащие вещества (хлористый калий и сульфат калия);

- вещества, содержащие одноименный катион-аммоний: сульфат аммония, орто- и полифосфаты аммония;

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

Из вышеприведенного перечня добавок, снижающих уровень потенциальной взрывоопасности аммиачной селитры, бентонит входит в четвертую группу в раздел «прочие».

Бентонитовая глина представляет собой сложный минерал, состав которого определяется содержанием в глине монтмориллонита, имеющего формулу Si₈Al₄O₂₀(ОН)₄ · nH₂O, где кремний может замещаться различными катионами (алюминием, железом, цинком, магнием, кальцием, натрием, калием и др.). Монтмориллонит обладает слоистой кристаллической структурой, высокой дисперсностью и ярко выраженной способностью к адсорбции, обмену катионов и гидрофильностью.

Благодаря своему составу, бентониты имеют значительную удельную поверхность, очень высокую емкость катионного обмена, позволяющие пролонгировать действие минеральных удобрений. Они содержат большое количество микро- и макроэлементов, таких как цинк, магний, кальций, калий и др. Внесение их в почву позволяет существенно улучшить агрохимические и агрофизические свойства почвы и повысить его плодородие.

Целью настоящего исследования является разработка технологии получения термостабильной аммиачной селитры (АС) с хорошими химическими и физико-химическими характеристиками на основе плава нитрата аммония и бентонита Навбахорского месторождения.

Опыты по получению термостабильной аммиачной селитры проводили следующим образом. Аммиачную селитру расплавляли на электроплитке. В расплав селитры при 175°С вводили при перемешивании бентонит в таком количестве, чтобы весовое соотношение плава аммиачной селитры (АС) к добавке бентонита было равным 100:(5-40). Температура путем подогрева поддерживалась постоянной. Плав выдерживали в течение 10-15 мин, после чего его переливали в гранулятор, представляющий собой металлический стакан с перфорированным дном, диаметр отверстий в котором равнялся 1,2 мм. Насосом в верхней части стакана создавалось давление для выдавливания расплава через отверстия в днище. Капли, падая с высоты 35 м, застывали и превращались в гранулы. Были определены прочность гранул удобрений.

Экспериментальные данные приведены в табл. 3.1 и 3.2. 

Таблица 3.1

Прочность гранул удобрений, полученных введением в расплав нитрата аммония бентонитовой глины Шурсуйского месторождения 

Таблица 3.2

Прочность гранул удобрений, полученных введением в расплав нитрата аммония бентонитовой глины Дехканабадского месторождения 

Из таблиц видно, что добавление бентонита в плав аммиачной селитры естественно влияет на прочность её гранул. С увеличением количества добавки повышается прочность гранул. Так, при соотношении плава аммиачной селитры к добавке бентонита Шурсуйского месторождения 100 : 5прочность гранул составляет 3,44 МПа, при 100 : 10 – 4,51 МПа, при 100 : 15 – 5,26 МПа, при 100 : 20 – 6,25 МПа, а при соотношении 100 : 40 – уже 8,14 МПа, против значения прочности гранул исходной аммиачной селитры производства ОАО «Максам-Чирчик» 1,6 МПа. Аналогичная картина наблюдалась и при использовании бентонита Дехканабадского месторождения.

Предполагаемый механизм действия бентонита как добавки, повышающей прочность гранул аммиачной селитры и одновременно уменьшающей её слёживаемость, основан на создании множества центров кристаллизации, что ускоряет процесс кристаллизации и вызывает образование мелких кристаллов, которые делают гранулы более плотными и прочными. Кроме того, высокая гидрофильность бентонита позволяет предположить, что его частицы будут интенсивно поглощать влагу, содержащуюся в селитре, и тем самым удалять из гранул насыщенный маточный раствор, присутствие которого способствует разрушению и слёживанию гранул при хранении.

Чем выше прочность гранул, тем меньше их пористость, тем меньше дизельного топлива попадет внутрь гранул и тем в меньшей степени селитра будет детонировать.

Для невзрывоопасной селитры с содержанием азота 28% является, оптимальным весовое соотношение плава аммиачной селитры к бентониту является 100 : 25. В случае использования Майского бентонита  содержание азота в этом случае будет 27,58%, а прочность гранул – 6,94 МПа. Для Дехканабадской марки бентонита – содержание азота 27,58%, прочность гранул 5,95 МПа.

Результаты лабораторных экспериментов, опытов на модельной лабораторной установке и опытно-промышленных испытаний позволили нам разработать технологическую схему процесса получения термостабильного удобрения на основе плава аммиачной селитры и бентонита. Принципиальная технологическая схема получения аммиачной селитры с добавкой бентонита представлена на рис. 1.

Первая (нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком) и вторая (выпарка полученного раствора аммиачной селитры до состояния плава) стадии процесса осуществляется по технологии производства чистой гранулированной АС. Согласно этой схеме, расплав аммиачной селитры (99,5-99,7% NH₄NO₃), нейтрализованной до значения рН 5,5-6,0 из бака селитры (1) через погружной насос (2) перекачивается в напорный бак (3) затем в реактор-смеситель (6). Одновременно в реактор-смеситель из бункера (4) с помощью шнекового дозатора (5) поступает бентонит. При 180°С смесь перемешивается в течение 5 мин, затем самотеком поступает в гомогенизатор (7) с целью получения однородной массы. Далее расплав селитры с добавкой бентонита поступает грануляционную башню (9), где через гранулятор (8) разбрызгивается. В нижней части грануляционной башни (9) имеются металлические конусы, через которые поступает воздух. В грануляционной башне обеспечивается кристаллизация и остывание гранул диаметром 1- 4 мм до температуры 100-120°С. Из нижней части башни гранулированный продукт попадает на ленточный конвейер (10), с помощью которого транспортируется в аппарат охлаждения кипящего слоя (11). При этом температура охлаждённого продукта в зимнее время не должна превышать 27°С, а летом – находиться в пределах 45-50°С. Охлажденный продукт через элеватор (12) поступает  на склад готовой продукции.

Таки образом, в результате проведенных исследований нами получена термостабильная аммиачная селитра с добавкой бентонита, преимуществом которой заключается в обогащении её состава ряд микро- и макроэлементами (магний, кальций, сера, калий (до 1%), железа, алюминия и др.), которые способствуют значительному повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Рисунок 1. Технологическая схема получения термостабильной аммиачной селитры с добавкой бентонита: 1-бак плава аммиачной селитры, 2-погружной насос, 3-напорный бак, 4 - бункер для бентонита, 5-дозатор, 6- двухвальный смеситель, 7-гомогенизатор, 8-гранулятор, 9-грануляционная башня, 10-ленточный конвейер, 11-аппарат охлаждения аммиачной селитры в кипящем слое, 12-элеватор.

Список литературы:
1. Колесников В.П., Москаленко Л.В. Термографические исследования модификационных превращений удобрения, полученного на основе аммиачной селитры // Химическая промышленность сегодня. – Москва, 2006. - № 7. – С. 18-21.
2. Клякин Г.Ф., Таранушич В.А. Модифицирование аммиачной селитры добавкой нитрата калия // Новые технологии в азотной промышленности / В сб. трудов 2 Общерос. конф. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2007. – С. 67-69.
3. Кулацкий Н.С., Кряжева М.В., Противень И.Н., Савенков А.С. Исследование кинетики модификационного превращения IVIII с добавкой сульфата кальция // Вопросы химии и химической технологии. – М., 2004. - №4. – С. 172-174.
4. Клякин Г.Ф., Таранушич В.А. Влияние неорганических добавок на свойства нитрата аммония // Известия ВУЗов Сев. Кав. региона. Технические науки, 2006. – Прил. - № 10. – С. 32-26, 193-194.
5. Савченко Б.М., Пахаренко В.В., Григоренко С.С., Филонов А.П., Пахаренко В.О. Аммиачная селитра. Технологический процесс микрокапсулирования // Химическая промышленность Украины. - 2006. -№ 6. – С.19-20.