Методы снижения слёживаемости аммиачной селитры

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%, Р₂О_5общ. 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% Р₂О_5общ.) 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% Р₂О_5общ.) – 1,85-2,52 кг/см² и при АС : Аммофос = 100 : 100 : 5÷30 (29,24-33,31% N, 2,33-10,06% Р₂О_5общ.) – 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

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).