Неслёживающаяся аммиачная селитра с добавкой лагонских бентонитовых глин Узбекистана

АННОТАЦИЯ

Были получены образцы неслёживающейся АС путем добавления бентонитовой глины (БГ) на плав NH₄NO₃ марки «ч» при массовых соотношениях АС : БГ от 100 : 0,5 до 100 : 3,0. Бентонитно-нитратный расплав выдерживали в течение 3-х минут, после чего его выливали в гранулятор, представляющий собой металлический стакан, изготовленный из нержавеющей стали марки Х18Н10Т. Насосом в верхней части стакана создавалось давление и плав распылялся с высоты 35 метров, т.е. гранулы продукта получали путем имитации процесса гранулирования в башнях. После чего производился замер прочности и слёживаемости полученных гранул размером 2- 3 мм. Определялся термическая устойчивость гранул при многократно повторяющихся циклах нагрев-охлаждение 20↔50°С.

ABSTRACT

Samples of nonpacking AS were obtained by adding bentonite clay (BC) to the swimming of brand “ч” NH₄NO₃ at mass ratios of AS: BG from 100: 0.5 to 100: 3.0. The bentonite-nitrate melt is aged for 3 minutes, after which it was poured into a granulator, which is a metal cup made of X18H10T stainless steel. Pressure and swimming from a height of 35 meters, i.e. product granules by simulating a granulation process in a tower. The granule size is 2-3 mm. The thermal stability of the granules was determined during repeated cycles of heating and cooling 20↔50°С.

Ключевые слова: аммиачная селитра, бентонитовая глина, модификатор, слёживаемость, термоцикл, грануляция, дисперсностъ, влажностъ, бентонитно-нитратный расплав.

Keywords: amonium nitrate, bentonite clay, modificator, packing, thermal cycle, granulation, dispersion, humidity, bentonine-nitrate melt.

В литературе [7] имеются сведения об устранении слёживаемости селитры с помощью бентонитовых глин. Предполагаемый механизм действия бентонита как добавки, повышающей прочность гранул АС и одновременно уменьшающей её слеживаемость, 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 [7]. Это дает основание считать бентонитовую добавку весьма перспективной для получения селитры, пригодной для бестарной перевозки и хранения. Однако следует отметить, что эффективность применения бентонитовых глин для различных месторождений в производстве АС может быть совершенно разной, ввиду непостоянства состава и свойств этого сырья. Поэтому для определения пригодности бентонитовой глины того или иного месторождения для указанной выше цели требуются специальные исследования для подбора оптимальных условий.

Влияние исходной влажности бентонитовых глин на свойства аммиачной селитры. Мы сначала поставили перед собой цель определить влияние исходной влажности бентонитов на свойства (слёживаемость, прочность и термоустойчивость гранул) модифицированной ими АС [1]. Прежде чем ввести их в плав нитрата аммония, они размалывались до размера частиц 40 мкм и подсушивались при 200°С до определенного значения влажности. Влажность исходного бентонита варьировалась от 0,5 до 4,5%. Чтобы получить бентониты с исходной влажностью 4,5%, они сначала насыщались в эксикаторе водяным паром, а потом подсушивались до необходимого значения влажности.

Для приготовления образцов неслёживающейся АС заведомое количество NH₄NO₃ марки «ч» помещали в металический стакан, который нагревали при 175°С на электрической плитке до полного расплавления, затем в полученный расплав вводили навеску порошка бентонитовой глины (БГ) при массовых соотношениях АС : БГ от 100 : 0,5 до 100 : 3,0. Бентонитно-нитратный расплав выдерживали в течение 3-х минут, после чего его выливали в гранулятор, представляющий собой металлический стакан, изготовленный из нержавеющей стали марки Х18Н10Т, с перфорированным дном, диаметр отверстий в котором равнялся 1,2 мм. Насосом в верхней части стакана создавалось давление и плав распылялся с высоты 35 метров, т.е. гранулы продукта получали путем имитации процесса гранулирования в башнях. После чего производился замер прочности и слёживаемости полученных гранул размером 2- 3 мм. Определялся термическая устойчивость гранул при многократно повторяющихся циклах нагрев-охлаждение 20D50°С. Результаты приведены в таблицах .1-3.

Таблица 1.

Влияние влажности исходной бентонитовой глины и её количества на слёживаемость (кг/см²) гранулированной аммиачной селитры

Из таблицы 1 видно, что характер изменения слёживаемости гранулированной АС в зависимости от исходной влажности бентонита и её количества одинаков для всех четырёх месторождений бентонитов. С увеличением влажности бентонита любового вида от 0,5 до 4,5% слёживаемость селитры повышается. С увеличением количества введённого бентонита от 0,5 до 2,5 массовых долей слёживаемость селитры уменьшается. Однако дальнейшее увеличение бентонитовой глины (до 3,0 массовых долей) приводит к некоторому повышению данного показателя.

Для сравнения – слёживаемость гранул чистой, без всяких добавок АС с исходной влажностью не более 0,3% составляет 5,62 кг/см², а селитры с добавкой 0,28% MgO и содержанием влаги не более 0,3% – 4,67 кг/см².

Аналогичную картину для всех 4-х видов бентонитовнаблюдается и в случае прочности гранул (таблица 2). С увеличением исходной влажности бентонита от 0,5 до 4,5% прочность гранул снижается, но незначительно.

Таблица 2.

Влияние влажности исходной бентонитовой глины и её количества на прочность гранул (МПа) аммиачной селитры

А с увеличением массовой доли бентонита от 0,5 до 3,0 на 100 масс. м. селитры прочность гранул постоянно увеличивается. Наибольшую прочность гранул 3,85 МПа имеет селитра, в которую ввели 3,0 массовых долей бентонита Лагонского месторождения с исходной влажностью 0,5%. Опять же для сравнения – прочность гранул чистой без добавок селитры составляет 1,36 МПа, а селитры с магнезиальной добавкой – 1,64 МПа.

В таблице 3 приведены сведения о количестве разрушаемых гранул АС после определенного количества циклов нагрев-охлаждение в диапазоне 20D50°С. Из неё видно, что гранулы чистой АС уже после 10 циклов разрушились на 5%, а после 80 циклов разрушились полностью. Гранулы селитры с магнезиальной добавкой на 9% разрушились после 20 циклов, а после 100 циклов разрушились полностью.

Таблица 3.

Влияние влаги и её количества на термоустойчивость гранул аммиачной селитры

Селитра с бентонитовой добавкой, влажность которой находится в пределах 0,5-2,0%, сохраняет целостность гранул после 50 термоциклов. Распад гранул начинается только после 60 циклов. И даже после 100 термоциклов гранулы распадаются на 3-21%. Чем больше влажность бентонита, тем меньше термоустойчивость гранул АС.

На основе полученных результатов можно заключить, что для получения неслёживающейся АС, гранулы которой обладают достаточной прочностью и выдерживают значительное количество циклов нагрев-охлаждение влажность исходной бентонитовой глины, применяемой в качестве добавки к селитре должен быть не более 1-1,5%.

Известно, что чем ниже слёживаемость гранул, тем дольше хранится продукт в рассыпчатом состоянии. Полученные данные свидетельствует о том, что добавка любого же вида бентонитовых глин Узбекистана значительно снижают слеживаемость АС [2; 3; 4; 5].

Влияние исходной дисперсносности бентонитовых глин на свойства аммиачной селитры. В данном этапе работы изучено влияние дисперсного состава бентонитовых глин вышеуказанных месторождений на свойства гранул АС. Размер частиц исходного бентонита варьировалась от 0,02 до 0,25 мм или от 20 до 250 мк [6]. Прежде чем ввести бентонитовый порошок в плав селитры, он подсушивался при 200°С до влажности 1-1,5%. Гранулы образцов получены по вышеприведенной методике.

Из таблицы 4 видно, что чем больше количества и дисперсность бентонитового порошка, тем ниже слёживаемость гранул селитры. Так, с увеличением массовой доли бентонита 0,5 до 2,5 г по отношению 100 г селитры слёживаемость гранул последнего резко снижается. Дальнейшее увеличение бентонита (до 3,0 г) приводит к некоторому ухудшению данного показателя. Хотя с уменьшением размера частиц бентонита с 0,25 до 0,02 мм слёживаемость гранул селитры неуклонно падает, позволяющий получит максимально прочные гранулы с наименьшей пористостью и внутренней поверхностью и положительно воздействующих на полиморфные превращения NH₄NO₃.

Таблица 4.

Влияние тонины помола бентонитовой глины и её количества на слёживаемость (кг/см²) гранулированной аммиачной селитры

Из таблицы 5 видно, что изменение прочности гранул АС в зависимости от дисперсности помола бентонита и её количества аналогично для всех четырёх месторождений бентонитов. Так, с уменьшением исходной дисперсности бентонита от 0,25 до 0,02 мм прочность гранул повышается, но монотонно. А с увеличением массовой доли бентонита от 0,5 до 3,0 г по отношению 100 г АС прочность гранул повышается постоянно.

Таблица 5.

Влияние тонины помола бентонитовой глины и её количества на прочность гранул (МПа) аммиачной селитры

Наибольший эффект прочности гранул – 3,9 МПа имеет селитра, в которую ввели 3,0 весовых долей Лагонского бентонита с частицами 0,02 мм. Все это гарантирует 100 %-ную рассыпчатость в течение срока хранения (6 месяцов).

Пористость гранул чистого NH₄NO₃ составляет 22%, а у АС с магнезиальной добавкой – 9,1%. Из таблицы.6 видно, что добавление в плав NH₄NO₃ бентонитовых глин, наименьших размеров частиц приводит к снижению пористости и внутренной удельной поверхности гранул продукта.

Таблица 6.

Влияние тонины помола бентонитовой глины и её количества на пористость (%) гранул аммиачной селитры

Показателем, характеризующим качество гранулированной АС является также адсорбционная способность гранул к жидкому топливу.

Таблица 7.

Влияние тонины помола бентонитовой глины и её количества на впитываемость (гр.) гранул аммиачной селитры

Вывод. Таким образом, для получения гранул АС, не слёживающейся при хранении и транспортировке, к тому же без разрушения выдерживающее большое число температурных колебаний, сохраняющий при этом свой гранулометрический состав и форму исходная влажность бентонитовой глины должен быть не более 1-1,5%, а её дисперсность не должно превышать 0,08 мм.

Список литературы:
1. Турдиалиев У.М., Намазов Ш.С., Реймов А.М., Мирсалимова С.Р., Беглов Б.М. Влияние исходной влажности бентонита на свойства аммиачной селитры, содержащей его в качестве добавки. // Химическая промышленность. - Санкт-Петербург, 2015. - №6. - С. 280-288.
2. Турдиалиев У.М., Намазов Ш.С., Сейтназаров А.Р., Беглов Б.М. Неслёживающаяся Аммиачная селитра с добавкой бентонита Азкамарского месторождения // Узбекский химический журнал. – Ташкент, 2016. - №3. – С.56-62.
3. Турдиалиев У.М., Намазов Ш.С., Реймов А.М., Сейтназаров А.Р., Беглов Б.М. Неслёживающаяся аммиачная селитра с добавкой бентонитовой глины Каттакурганского месторождения // Химический журнал Казахстана». Алма-ата, 2016. - №1 – С. 390-406
4. Турдиалиев У.М., Намазов Ш.С., Реймов А.М., Сейтназаров А.Р., Беглов Б.М. Неслёживающаяся аммиачная селитра с добавкой бентонитовой глины Навбахорского и Лагонского месторождений // Химическая промышленность сегодня».- Москва, 2016.- №8. - С. 36-43.
5. Namazov Sh., Reymov A., Pirmanov N., Kurbaniyazov R. Nitrogen phosphoric fertilizer production technology on the base of Central Kyzylkum phosphorites and ammonium nitrate melt // Applied Technologies & Innovations. – Prague, 2012. – vol. 8, N 3. – pp. 20-26.
6. Турдиалиев У.М., Намазов Ш.С., Сейтназаров А.Р., Ахмедов У.К. Влияние дисперсности бентонитовых глин на основные свойства гранул аммиачной селитры. // Узбекский химический журнал. – Ташкент, 2018. - №3. – С. 60-69.
7. Фридман С.Д., Скум Л.С., Демченко В.А., Кириндасова Я.Я., Дубова В.Н., Беляева Н.Н. Получение и свойства гранулированной аммиачной селитры с бентонитовой добавкой. // Тр. Гос. науч-исслед. и проект. института азотной промышленности.- 1974, Вып. 24. – С. 15-21.