Изучение физико-химических свойств добавок при производстве новых видов сложных стабилизированных удобрений

АННОТАЦИЯ

Аммиачная селитра (АС) является универсальным видом удобрения, без которого не обходится возделывание ни одной сельскохозяйственной культуры. Вместе с тем для наращивания объёмов производства АС требуется решить проблемы связанные с безопасностью её обращения, а также улучшить товарные и физико-химические свойства выпускаемых удобрений. Изучены химический и гранулометрические составы и физико-механические свойства стабилизирующих добавок для физико-химического обоснования технологии получения новых видов стабилизированных сложных удобрений. Определено, что повышение влаги (до 4 % Н₂О) увеличивает значение физических свойств получаемых образцов удобрений.

ABSTRACT

Ammonium nitrate (AN) is a universal type of fertilizer, without which no agricultural crops can do. At the same time, in order to increase the volume of NPP production, it is necessary to solve the problems associated with the safety of its handling, as well as to improve the commodity and physicochemical properties of the produced fertilizers.

The chemical and granulometric compositions and physicomechanical properties of stabilizing additives were studied for physicochemical substantiation of the technology for producing new types of stabilized complex fertilizers. It was determined that an increase in moisture (up to 4% H2O) increases the value of the physical properties of the obtained fertilizer samples.

Ключевые слова: Азотные удобрения, аммиачная селитра(АС), стабилизация, гигроскопичность, слёживаемость.

Keywords: nitrogen fertilizers, ammonium nitrate (AN), stabilization, hygroscopicity, caking.

Введение. Аммиачная селитра (АС) занимает первое место по эффективности среди азотных удобрений, поэтому является тем видом удобрений, без которого практически невозможно сельское хозяйство. Принадлежность к семейству азотных удобрений, универсальность применения, возможность промышленных объёмов производства – вот «плюсы», которые сохраняют непоколебимыми позиции АС на рынке удобрений.

Вместе с тем общеизвестны проблемы, связанные с необходимостью улучшения товарных, физико-химических свойств АС 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.

Производителем многих стран поставлена задача в кратчайшие сроки осуществить переход на выпуск менее взрывоопасной аммиачной селитры с улучшенными физико-химическими и агрохимическими свойствами и удобрений на ее основе.

Для нужд сельского хозяйства АС выпускается в гранулированном виде, при этом её физико-химические показатели должны отвечать требованиям ГОСТ 2-85. Она обладает способностью сильно слёживаться. Этому благоприятствует сравнительно большая растворимость аммиачной селитры в воде, её высокий коэффициент растворимости, гигроскопичность соли и полиморфные превращения.

Основным недостатком АС является слеживаемость – склонность её частиц превращаться в определенных условиях в монолитную массу. Слёживаемость АС приводит к большим потерям и дополнительным трудовым затратам для измельчения продукта перед применением. Как было показано, она вызывается низкой механической прочностью гранул, высокой гигроскопичностью соли, полиморфными превращениями, а также технологическими недостатками.

Для устранения основных недостатков АС – слёживаемости и взрывоопасности – с наилучшей стороны зарекомендовали себя фосфорсодержащие добавки.

Разработка рациональных быстрореализуемых технологий получения высокоэффективных сложных удобрений на основе нитрата аммония с удовлетворительными технико-экономическими показателями является  актуальной  задачей сегодняшнего дня.

Объекты и методы исследования. Для физико-химического обоснования технологии получения новых видов стабилизированных азотно-фосфорных, азотно-калийных и азотно-фосфорно-калийных удобрений, а также с целью оценки возможностей  транспортировки с использованием существующего на заводах оборудования изучены химический и гранулометрический составы и физико-механические свойства стабилизирующих добавок – порошкообразных образцов аммофоса ОАО «Аммофос-Махам», суперфосфата, полученного на основе разложения необогашенной Кызылкумской фосфоритной муки неполной нормой серной кислоты, обработанного фосфоритного термоконцентрата серной кислотой, сульфата аммония, хлорида калия ДЗКУ и кальцийсодержащего сырья. 

Содержание всех форм фосфора (общей, усвояемой и воднорастворимой) и калия в сырье и готовых продуктах определяли по ГОСТ 20851-75. Комплексонометрическим методом с индикаторами флуорексона и хром-темно-синего титрованием раствором трилона Б осуществляли определение кальция и магния. Определение сульфатов в продуктах    проводили   весовым методом, осаждением в виде сульфата бария. Диоксид углерода определяли обработкой навески образца соляной кислотой с последующим поглощением СО₂ раствором щелочи. Влагу определяли высушиванием до постоянной массы при температуре 80-105^оС. Гранулометрический состав образцов определяли стандартным методом сухого рассева на ситах.

Результаты и их обсуждение. В таблице 1 приведены результаты химического анализа образцов.

Таблица 1.

Химический состав стабилизирующих добавок

Для организации производств по выпуску сложных удобрений необходимы данные по свойствам сырья и готового продукта, т.к. эти характеристики используются при проектировании размеров выпускных отверстий, углов наклона стенок, расположения направляющих лотков и т.д.

Известно, что у многих пылевидных и порошковидных материалов физико-механические   свойства   существенно    изменяются   при   увеличении влажности и плотности. Это обстоятельство вызывает ряд трудностей при проектировании и эксплуатации систем доставки внутри заводского транспорта, силосного хозяйства, узлов дозирования. Поэтому основные параметры используемого сырья определяли при различной влажности.  

К числу параметров, позволяющих оценивать подвижность частиц сыпучего материала, относятся углы естественного откоса его свободной поверхности. Чем меньше угол откоса, тем большей подвижностью обладают частицы сыпучей среды. Кроме того, величины откоса позволяют правильно выбрать размеры хранилищ, определить контур свободного насыпного материала на несущем элементе транспортной установки.

С повышением влагосодержания угол естественного откоса образцов возрастает, а сыпучесть сырья незначительно ухудшается.

 Насыпной вес характеризует подвижность частиц  сыпучей среды и необходим для определения основных параметров ее движения в емкости хранения, а также режимов истечения через разгрузочные устройства бункеров, силосов, питателей. Значение    насыпного   веса    образцов   необходимо  для определения основных размеров бункеров, производительности транспортирующих и дозирующих устройств, расчета давлений, оказываемых сыпучим материалом на стенки и затворы сосудов.

Установлено, что с повышением влажности  сырья увеличивается значение насыпного веса  образцов.

Таблица 2.

Физико-химические и товарные свойства стабилизирующих добавок

Определение текучести образцов через воронки диаметром 4 мм показывает, что испытуемые образцы до их влажности 2-4 %  обладает удовлетворительными свойствами. 

Определена влагоемкость образцов при относительной влажности воздуха 50 и 85 %.

Таблица 3.

Изменение влагоемкости образцов в зависимости от времени и относительной влажности воздуха

Влагоемкость, определенная в изотермических условиях показывает, что равновесие сорбции влаги образцами практически достигается через  сутки.

Заключение. На основе проведенных исследований установлено, что с повышением содержания влаги (до 4 % Н₂О) в испытуемых образцах не зависимо от гранулометрического состава увеличивается значение физических свойств.

Наработаны опытные партии азотно-фосфорного удобрения для агрохимиспытания.

Список литературы:
1. Кувшинников И.М. Минеральные удобрения и соли. Свойства, способы их улучшения. – М,: Химия, 1987. – 256 с.
2. Торочешников Н.С. Исследование свойств аммиачной селитры в присутствии различных добавок // Минеральные удобрения / Труды 2-й научн. техн. конф. Варна, октябрь 1970: – София, 1972. – С. 109-113.
3. Хайруллаев Ч.К., Хусанходжаев М.Г., Таджиев С.М., Шосаидова Д. Влияние добавок на физико-механические свойства аммиачной селитры // Узб. хим. журн. - Ташкент, 1984. - № 4. – С. 45-49.
4. Хайруллаев Ч.К., Суходолова В.И., Хусанходжаев М.Г., Таджиев С.М., Аминов З. Влияние добавки РАП на гигроскопические свойтсва аммиачной селитры. – Ташкент, 1985. – 12 с. – Деп. в ВИНИТИ, 1985. - № 5809 - 85.
5. Москаленко Л.В. Разработка технологии получения термостабильного удобрения на основе аммиачной селитры: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – М.: 2007. – 16 с.
6. Назирова Р.М, Таджиев С.М., Мирсалимова С.Р., Каримов Д.Д.// Комплексные удобрения на основе местного сырья// Научно-методический журнал “Проблемы науки”-2019-№11(47), с.25-28
7. Р.Назирова, С.Таджиев, С.Мирсалимова, Ш. Хамдамова.// Интенсификация процесса получения сложных удобрений из местного сырья//.Монография- Издательство “Omega science”, 2019, 126 с.