Методы снижения слёживаемости аммиачной селитры

Methods for reducing the collectivity of ammonium nitrate
Цитировать:
Методы снижения слёживаемости аммиачной селитры // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Тожибоев М.М. [и др.]. 2020. № 1 (70). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/8710 (дата обращения: 24.10.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены результаты изучения воздействия полиморфных превращений аммиачной селитры и повышения начала температуры её разложения, повышение прочности и понижение слёживаемости гранул продукта.

ABSTRACT

This article presents the results of a study of the effects of polymorphic transformations of ammonium nitrate and an increase in the onset of its decomposition temperature, an increase in strength and a decrease in the caking of the product granules.

 

Ключевые слова: магнезита, бентонит, вермикулит, полиморфные превращения, опудривание, дисперсный и минералогический состав, физико-механические свойства.

Keywords: magnesite, bentonite, vermiculite, polymorphic transformations, dusting, dispersed and mineralogical composition, physical and mechanical properties.

 

В Республике благодаря осуществлению широких мер достигаются существенные результаты по производству фосфатизированной, бентонитовой и известковой аммиачной селитры на АО «Navoiyazot», «Farg’onaazot» и «Maxam-Chirchiq» на основе переработки местных сырьевых материалов.

Аммиачная селитра является самым крупнотоннажным азотным удобрением в мире. Её мировое производство превышает 43 млн. т в год. Она используется в сельском хозяйстве для внесения на любых типах почв и под все сельскохозяйственные культуры. Важной задачей в настоящее время является улучшение потребительских свойств аммиачной селитры. Поэтому во всём мире проведение исследований по подбору высокоэффективных добавок, повышающих прочность, снижающих слёживаемость гранул и улучшающих термостабильность селитры является актуальной.

Вместе с тем общеизвестны проблемы, связанные с необходимостью улучшения товарных, физико-химических свойств аммиачной селитры и безопасностью её обращения. Однако современные технологические разработки позволяют учесть этот нюанс и оптимизировать его ещё на стадии производства. Введение необоснованно жестких ограничений в сфере производства и обращения с аммиачной селитрой, с одной стороны, ставит на грань закры­тия соответствующие предприятия и ведет к существенному сокращению ис­пользования действительно агрохимически ценного удобрения. С другой стороны, нельзя игнорировать риски возникновения неуправляемых ситуа­ций на любой стадии производства, хранения и транспортирования аммиач­ной селитры.

Склонность удобрения поглощать атмосферную влагу (гигроскопичность) влияет на условия производства, качество продукта при хранении, транспортировке и внесении в почву. При значительной гигроскопичности аммиачной селитры слёживается, ухудшается её сыпучесть, гранулы теряют твёрдость.

Опудривание удобрений проводится различными инертными веществами: соединениями, в состав которых входит кремний (аттапульгит, сепиолит, диатомит, монтмориллонит, инфузорная и фуллеровая земли, тальк, бентонит, тонкодисперсные вулканические породы – перлит и обсидиан, аэросилы различных марок; природные цеолиты; рекомендованы соединения кальция, магния, алюминия, иллит, обезвоженный кизерит, окись магния и алюминия, углекислый кальций и сернокислый барий, нефелиновый коагулянт и т.п. [1-7]. Однако инертным добавкам присущ ряд недостатков, таких, как большие расходы (до 10 мас.%), вследствие чего понижается содержание питательных веществ в удобрении; высокая запыленность производственных помещений, сопутствующая их применению; уменьшение эффективности со временем из-за осыпания их с поверхности гранул, а также из-за ограниченной влагоёмкости добавки.

Добавки каустического магнезита [8], бентонита, вермикулита, гипса [9], солей трёхвалентного железа [10], сульфатных солей микроэлементов, азотнокислотная вытяжка природного силиката магния [11] улучшают гигроскопические характеристики аммиачной селитры. Особое влияние на гигроскопичность оказывают добавки водонерастворимых фосфатов кальция, магния, полуторных окислов или смеси их в водорастворимыми веществами (РФМ, РАП, аммофос из экстракционной фосфорной кислоты). Многие из них, как и нитраты, в условиях получения селитры теряют кристаллогидратную воду, а при охлаждении гранул насыщаются водой за счёт оставшейся влаги в селитре.

Для получения образцов фосфатизированной селитры в качестве основного компонента служил кристаллический нитрат аммония (NH4NO3) марки «ч» и заводской гранулированный продукт (АО «Maxam-Chirchiq») – аммиачная селитра марки Б с содержанием 34,6% N и 0,28% магнезиальной добавки в пересчете на MgO. В качестве образцов для сравнения были выбраны производственный продукт и чистая аммиачная селитра из NH4NO3 марки «ч», полученная в лабораторных условиях. Качественные показатели гранулированной аммиачной селитры марки Б для нужд сельского хозяйства должны отвечать требованиям ГОСТ 2-85 (Таблица 1).

Таблица 1.

Селитра аммиачная (ГОСТ 2-85)

 

В качестве объектов исследования выбраны кристаллический NH4NO3 марки «ч»; гранулированный аммиачной селитры марки Б (АО «Maxam-Chirchiq») с содержанием 34,6% N и 0,28% MgO; чистые соли: моно-, ди и трикальцийфосфаты; аммофос производства АО «Ammofos-Maxam» и агроруды Каракалпакии: желваковые фосфориты, глауконитовые пески и бентонитовые глины.

Приведены дисперсный и минералогический состав, физико-механические свойства (дисперсный состав, влажность, насыпная плотность, угол естественного откоса, текучесть, рН, гигроскопичность, влагоемкость) агроруд Каракалпакии, а также солевой состав аммофоса. Показано, что аммофос в основном состоит из дигидроорто- и гидрофосфата и сульфата аммония. Основными минералами желваковых фосфоритов Каракалпакии являются фторкарбонатапатит, кальцит, доломит, кварц и фторид кальция, бентонитов – монтмориллонит, каолинит, полыгорскит, гидрослюда и хлорит. Кроме глинистых компонентов в них присутствуют кальцит, кварц, калиевый полевой шпат, барит, галит и др. Минералогический состав глауконитовой породы состоит из глауконита, кварца, полевого шпата, гидроокиси железа, гипса, слюды и кальцита. Состав и физико-механические свойства агроруд Каракалпакстана показывают принципиальную возможность их применения в качестве модифицирующей добавки к аммиачной селитре.

Контроль качества полученных образцов аммиачной селитры с неорганическими добавкой проводили по следующим показателям: содержание азота, рН 10 %-ного раствора, прочность, слёживаемость, скорость растворения гранул в воде, гигроскопические свойства, термическая стабильность – буферное действие, пористость, впитываемость гранул по отношению к дизельному топливу, морфология и структура, полиморфные превращения при циклическом изменении температуры, термоустойчивость гранул к многократно повторяющимся циклам нагрев-охлаждение в диапазоне 20↔50°С, начальная температура и значение энергии активации термического разложения NH4NO3. При этом изучены реологические свойства расплава аммиачной селитры с различными неорганическими соединениями.

Изучались физико-механические и физико-химические свойства (слёживаемость, прочность, скорость растворения гранул в воде, пористость, впитываемость) модифицированной аммиачной селитры. В качестве образцов сравнения были выбраны гранулы NH4NO3 марки «ч» и аммиачной селитры марки Б с содержанием 34,6% N и 0,28% MgO.

Слёживаемость является одним из важнейших показателей товарных свойств минеральных удобрений. Она определяет пригодность гранулированного продукта к длительному его хранению. Чем ниже слёживаемость гранул, тем дольше храниться продукт в рассыпчатом состоянии. Слёживаемость чистого гранулированного NH4NO3 составляет 5,62 кг/см2, а аммиачная селитра с магнезиальной добавкой - 4,67 кг/см2. В табл.2 приведены слёживаемости гранул некоторых образцов фосфатизированной аммиачной селитры в зависимости от количества неорганических добавок по отношению 100г плава селитры. Из неё видно, что добавка любого вида неорганического вещества снижает слеживаемость аммиачной селитры и придает туку сыпучесть, подвижность при хранении и рассыпчатость.

Характер изменения слёживаемости гранул аммиачной селитры в зависимости от количества добавки и её вида одинаков для всех неорганических веществ. С увеличением количества последнего слёживаемость селитры уменьшается. Так, с увеличением соотношения аммиачная селитра (АС): МКФ от 100 : 3 до 100 : 50 (содержание N от 23,22 до 33,47%, Р2О5общ. от 1,67 до 18,92%) слёживаемость гранул фосфатизированной селитры снижается от 2,98 до 2,20 кг/см2, то есть в 1,9-2,6 раза. При АС: ДКФ = 100 : 2,5÷30,2 ( 26,31-33,60% N, 1,33-11,78% Р2О5общ.) этот показатель составляет 1,94-2,45 кг/см2, при АС : ТКФ = 100 : 2,25÷36 (25,19-33,58% N, 1,05-11,91% Р2О5общ.) – 1,85-2,52 кг/см2 и при АС : Аммофос = 100 : 100 : 5÷30 (29,24-33,31% N, 2,33-10,06% Р2О5общ.) – 2,51-2,80 кг/см2, т.е. соответственно в 2,3-2,9, 2,2-3 и 2-2,2 раза ниже чем чистая АС.

Таблица 2.

Состав и свойства термостабильной аммиачной селитры с неорганичесими добавками

Массовое соотношение

АС : ФС

Содержание азота, %

Р2О5 общ.,

%

Слеживаемость, кгс/см2

Пористость гранул, %

Впитываемость гранул, гр.

Чистая АС без добавки

34,96

-

4,67

22,0

4,82

АС с магнезиальной добавкой

34,60

-

5,62

9,10

4,33

С добавкой МКФ

100 : 3,0

33,47

1,67

2,98

8,43

2,95

100 : 22,9

28,25

10,51

2,56

7,58

2,39

100 : 50,0

23,22

18,92

2,20

6,88

2,02

С добавкой ДКФ

100 : 2,5

33,60

1,33

2,45

8,31

2,93

100 : 22,5

28,09

9,32

2,12

7,28

2,35

100 : 30,2

26,31

11,78

1,94

7,19

2,28

С добавкой ТКФ

100 : 2,25

33,58

1,05

2,52

8,38

2,95

100 : 18,9

28,86

7,09

2,26

7,31

2,42

100 : 36,0

25,19

11,91

1,85

7,12

2,24

С добавкой аммофос

100: 5

33,31

2,33

2,80

8,68

3,39

100: 15

31,35

6,07

2,66

8,15

3,10

100: 30

29,80

9,01

2,51

7,39

2,96

Сдобавкой фосфорита Ходжакульского месторождения

100 : 3

32,89

0,55

1,75

8,25

2,90

100 : 12

30,35

2,0,3

1,25

7,48

2,48

100 : 20

28,48

3,13

1,20

7,22

2,35

100 : 35

25,42

4,9

1,14

7,14

2,11

Сдобавкой Глауконит Ходжакульского месторождения

100 : 5

32,25

-

2,14

6,81

2,97

100 : 20

28,25

-

2,03

4,42

2,52

100 : 35

25,21

-

1,79

2,95

2,41

 

Наиболее эффективной добавкой в плане снижения слёживаемости можно считать Ходжакульскую фосмуку [162, рр.76-82]. Так, при соотношении АС:ФС=100:3 слёживаемость продуктов для Ходжакульской фосмуки составляет 1,75 кг/см2, при 100 : 12 – 1,25 кг/см2, при 100 : 20 – 1,20 кг/см2 и при 100:35 – 1,14 кг/см2, то есть по сравнению со слёживаемостью АС с добавкой 0,28% MgO (слёживаемость которой составляет 4,67 кг/см2), показатель ниже чем в 2,7; 3,7; 3,9 и 4,1 раза соответственно.

Низкой слёживаемостью обладают также продукты, полученные на основе плава NH4NO3 и глауконитового песка Каракалпакии (1,79-2,14 кг/см2), что гарантирует 100%-ную рассыпчатость в течение установленного для этого удобрения срока хранения (6 мес.). Полученные данные дают основание считать, что эти добавки весьма перспективны для получения селитры, пригодной для бестарной перевозки и хранения.

 

Список литературы:
1. Указ Президента Республики Узбекистан № УП-4947 от 07 февраля 2017 года «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан».
2. Постановление Президента Республики Узбекистан №3236 от 27 августа 2017 года «О программе развития химической промышленности на 2017-2021 годы».
3. Аммиачная селитра: свойства, производство, применение / А.К.Чернышов, Б.В.Левин, А.В.Туголуков, А.А.Огарков, В.А.Ильин. – М.: ЗАО «ИНФОХИМ», 2009. - 544 с.
4. Технология аммиачной селитры / Под ред. проф. В.М.Олевского. – М.: Химия, 1978. - 312 с.
5. Левин Б.В., Соколов А.Н. Проблемы и технические решения в производстве комплексных удобрений на основе аммиачной селитры // Мир серы, N, P и K. – Москва, 2004. - № 2. - С. 13-21.
6. Лавров В.В., Шведов К.К. О взрывоопасности аммиачной селитры и удобрений на её основе // Научно-технические новости: ЗАО «ИНФОХИМ». – Спецвыпуск. – Москва, 2004. - № 4. - С. 44-49.
7. Исследование влияния на модификационные превращения нитрата аммония / Сообщение VEB комбината агрохимии Пистериц и высшей технической школы «К. Шорлеммер» // Chemicshe Technik, (GDR). – 1988. – V.40. - № 3. – рр. 125-129.
8. Позин М.Е. Технология минеральных солей. – Л.: Химия. – 1974. – Ч. II – С. 1178-1236.
9. Олевский В.М., Гальперин Н.И., Иванов М.Е., Цеханская Ю.В. Таран А.Л. Пути повышения качества гранулированной аммиачной селитры // Химическая промышленность. – Москва, 1987. - № 11. - С.676-682.
10. Авт. св. СССР № 988795, Кл. С 05 С 1/02. Способ получения гранулированной аммиачной селитры / Н.Н.Поляков, В.Н.Невская, В.Р.Кутергин, Е.П.Сычёва, В.Г.Валов – Б.И. 1983, №2.
11. Патент РФ 2228919. Кл. С05С1/02. Способ получения аммиачно-нитратного удобрения / Е.А.Маклашина, Л.П.Грошева, Н.В.Горшкова, Т.Н.Черкасова, И.И.Николаева, В.А.Милованов, А.Е.Пестов, Ю.К.Самсонов, Е.В.Лысенко, А.В.Балагуров – РЖХим 2004. - №20. - 19л 119.
12. Таджиев С.М., Тожибоев М.М., Абдуллаева М.А. Производство термостабильной аммиачной селитры с добавкой бентонитов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 11(68).

 

Информация об авторах

д-р техн. наук (PhD), Ферганский политехнический институт, Узбекистан, г. Фергана

Doctor of Technical Science, PhD, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

ассистент, Ферганский политехнический институт, Узбекистан, г. Фергана

Assistant, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

старший преп., Ферганский политехнический институт, Узбекистан, г. Фергана

Senior teacher, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

ассистент, Ферганский политехнический институт, Республика Узбекистан, г. Фергана

Assistant, Ferghana Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Fergana

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