CC BY
0"ANIQ VA TABIIY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKAILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТОВАРНЫЕ СВОЙСТВА КАЛИЙНО-АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ НА ОСНОВЕ НИТРАТА АММОНИЯ И ХЛОРИДА КАЛИЯ
1Маматалиев Абдурасул Абдумаликович, 2Тогаева Лобар Илхом кизи, 3Холмуминов Бекназар Бахтиёрович, 4Дусанова Сарвиноз Акмал кизи
5Намазов Шафаат Саттарович
1д.т.н., ИОНХ АН РУз, 2'3'4студентка Денауского института предпринимательства и педагогики, 5д.т.н., проф., академик, ИОНХ АН РУз https://doi.org/10.5281/zenodo.11115054
Аннотация. Приведены результаты определения скорости растворения гранул, гигроскопической точки, кинетики сорбции паров воды и сорбционной влагоёмкости калийно-аммиачной селитры, полученной путём смешения плава и концентрированных растворов аммиачной селитры с порошковидным хлоридом калия.
Ключевые слова: аммиачная селитра, расплав, хлорид калия, азоткалийсодержащее удобрение, гранулирование, состав и свойства
Annotatsiya. Ammiakli selitra suyuqlanmasi hamda konsentrlangan eritmalarini kukunsimon kaliy xloridi bilan aralashtirish yo'li orqali olingan kaliyli-ammiakli selitra donalarining erish tezligi, gigroskopik nuqtasi, suv bug'larini yutish kinetikasi va namlikni yutish sig'imlarini aniqlash natijalari keltirilgan.
Kalit so^zlar: ammiakli selitra, suyuqlanma, kaliy xlorid, kaliyazotli o'g'it, granulyatsiya, tarkib va xossalar.
Abstract. The results of dissolution rate of granules, hygroscopic point, the sorption kinetics of water vapour and sorption water capacity of potassium and ammonium nitrate obtained by mixing the melt and concentrated solutions of ammonium nitrate with powdered potassium chloride were indicated.
Key words: ammonium nitrate, melt, potassium chloride, potassium nitrogen-containing fertilizer, granulation, composition and properties.
Аммиачная селитра является самым распространенным в мире и эффективным азотным удобрением. В 2007 г. мировые мощности её производства составляли 43 млн. т в год [1]. В Узбекистане совокупные мощности трёх заводов, производящих аммиачную селитру (ОАО «Максам-Чирчик», «Навоиазот» и «Ферганаазот»), превысили 1 млн. 700 тыс. т в год. Она используется в сельском хозяйстве под все виды культур и на любых типах почв. Но у неё есть один очень серьезный недостаток - это её взрывоопасность. Поэтому перед производителями аммиачной селитры стоит актуальная задача обеспечить переход на выпуск удобрений на базе селитры, сохраняющих агрохимическую эффективность, с существенно большей устойчивостью к внешним воздействиям и, соответственно, меньшей взрывоопасностью. В качестве веществ добавок, снижающих уровень потенциальной опасности аммиачной селитры, используются:
1) карбонатсодержащие соединения природного и техногенного происхождения (мел, карбонат кальция, доломит);
2) калийсодержащие вещества (хлористый калий, сульфат калия);
"АЧЩ VA TABПY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" КЕ8РиБЫКЛ 1ЬМ1У-ЛМЛЫУ ANJUMANI 2024-У1Ь 7-МЛУ
3) вещества, содержащие одноименный катион - аммоний: сульфат аммония, орто-и полифосфаты аммония;
4) прочие балластные вещества, не несущие полезной нагрузки, а определяющие только механическое разбавление аммиачной селитры (гипс, фосфогипс и прочие) [2]. Калийно-аммиачная селитра, выпускаемая в зарубежных странах, содержит 16-16,5% N и 25-28% К2О [3].
Из вышеприведенных добавок наибольший интерес представляют калийсодержащие добавки. Применение в качестве добавки хлористого калия либо сульфата калия позволяет получать высококонцентрированные азотнокалийные удобрения с меньшей взрывоопасностью, чем аммиачная селитра.
В республике в строй действующих вступил Дехканабадский комбинат калийных удобрений, первая очередь которого производит 120 тыс. т К2О в год в виде хлорида калия, а в этом году завершается строительство второй очереди мощностью 240 тыс. т К2О в год.
В качестве добавки к аммиачной селитре (производства ОАО «Максам-Чирчик»), мы решили использовать хлорид калия, производимый с 2010 года Дехканабадским заводом калийных удобрений. В лабораторных условиях изучен процесс получения калийно-аммиачной селитры на основе взаимодействия 70, 80, 85, 92,0 %-ных растворов и 96; 99,8 %-ных плавов АС с порошковидным хлоридом калия. Для того чтобы приготовить 99,8 %-ный плав селитры, стандартные её гранулы расплавляли в металлической чашке на электроплитке. Для приготовления 96,0 %-ного плава расплавляли увлажненные до 4% гранулы селитры. Затем в расплав вводили тонкоизмельченный хлорид калия. Нитратно-калийный плав выдерживали в течение 20 мин при 170°С для 99,8 %-ного плава селитры и при 160°С для 96,0 %-ного плава селитры. В опытах норму хлорида калия (стехиометрическая норма на образование нитрата калия) варьировали от 18,5 до 86,3%, которая соответствует соотношению N : К2О от 1 : 0,3 до 1 : 1,4. Следует отметить, что для аммиачной селитры 100 %-ная норма хлорида калия, хотя и соответствует соотношению N : К2О = 1 : 1,6, но при этом гранулировать такой плав практически невозможно, поскольку эта смесь не является текучей. После 20-ти минутного взаимодействия компонентов расплав выливали в фарфоровую чашку и интенсивно размешивали стеклянной палочкой. По мере остывания образовывались твердые частицы округлой формы. Масса охлаждалась, а затем рассевалась по размерам частиц. Частицы размером 2-3 мм подвергались анализу на прочность гранул по ГОСТу [4]. Затем продукты измельчались и анализировались по известным методикам [5]. Взаимодействие хлорида калия с концентрированными растворами аммиачной селитры проводили при температуре 100°С. Раствор селитры наливали в металлическую чашку и обогревали с помощью электроплитки. После достижения температуры 100°С в раствор постепенно вводили тонкоизмельченный хлорид калия. Происходившее при этом охлаждение раствора компенсировалось обогревом. Температура поддерживалось на уровне 100°С. Раствор нитратно-калийной смеси непрерывно перемешивался в течение 20 минут. Варьировалось массовое соотношение N : К2О от 1 : 0,3 до 1 : 1,6. После окончания взаимодействия содержимое металлической чашки переливалось в фарфоровую чашку, помещаемую в сушильный шкаф. Гранулирование осуществляли в процессе сушки при 100°С методом интенсивного размешивания и окатывания с помощью стеклянной палочки.
Результаты показывают, что в получаемой калийно-аммиачной селитре при массовых соотношениях N : К2О от 1 : 0,3 до 1 : 1,4 содержание азота снижается от 29,4 до
"ANIQ VA TABIIY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
19,10%, а содержание K2O увеличивается от 8,82 до 27,78%. При этом сумма питательных компонентов (N+K2O) находится в пределах 38,22-46,30%. При исходных соотношениях N : K2O от 1 : 0,3 до 1 : 1,6 содержание азота и K2O в продуктах меняется от 29,40 до 17,97% и от 8,82 до 28,75% соответственно.
Прочность гранул чистой аммиачной селитры составляет 1,60 МПа. Прочность же гранул калийно-аммиачной селитры, полученной при изученных соотношениях N : K2O и концентрациях плава и растворов аммиачной селитры находится в пределах 4,70-9,23 МПа. Высокая прочность гранул калийно-аммиачной селитры свидетельствует о её термической стабильности.
На основе концентрированных растворов, плава аммиачной селитры и хлорида калия в зависимости от соотношения N : K2O в той или иной степени происходит реакция обменного разложения: NH4NO3 + KCl ^ KNO3 + NH4CL
Поэтому мы проверили, насколько же идет конверсия в плаве и в растворе нитрата аммония. Определение степени конверсии KCl проводили по методике, описанной в работе [6]. На основе результатов лабораторных опытов установлено, что основным фактором на степень конверсии хлорида калия является массовое соотношение N : K2O. Уменьшение концентрации нитрата аммония в исходном плаве или растворе благоприятно влияет на конверсию хлорида калия. Так например, при соотношении N : K2O = 1 : 1,4 и концентрации плава нитрата аммония - 99,8% степень конверсии хлорида калия составляет 45,26%. При соотношении N : K2O = 1 : 1,6 и концентрации раствора нитрата аммония - 92,0% степень конверсии хлорида калия составляет 45,65%, а при концентрации раствора нитрата аммония - 70% при том же соотношении N : K2O = 1 : 1,6 эта величина - 57,05%. Чем выше массовое соотношение N : K2O, то есть чем меньше норма хлорида калия от стехиометрии, тем больше его степень конверсии. При минимальной доле в смеси хлорида калия (18,5% от стехиометрии) степень его конверсии составляют: при концентрации 99,8% - 91,20%, при 92% - 93,0% и при 70% - 95,39% [7].
В настоящем сообщении мы приводим результаты определения скорости растворения, гигроскопической точки, кинетики сорбции паров воды и сорбционной влагоёмкости гранул калийно-аммиачной селитры на основе концентрированных растворов, плава аммиачной селитры и хлорида калия.
Была изучена скорость растворения гранул получаемых удобрений размером 2 мм. Для этого гранулу опускали в стакан со 100 мл дистиллированной воды, визуально наблюдали и фиксировали время её полного растворения. Температура комнатная, испытания пятикратные. Время полного растворения гранулы чистой аммиачной селитры составляет 46,8 сек. С увеличением доли хлорида калия в смеси с селитрой время полного растворения гранул азотно-калийных удобрений неуклонно растет и достигает 169,0 сек. для образца, в котором N : K2O = 1 : 1,4 и концентрация нитрата аммония 99,8%. Это говорит о том, что получаемые удобрения будут значительно (в 3,6 раза) медленнее вымываться из почвы, чем чистая аммиачная селитра.
Для изучения гигроскопических точек подобрали некоторые образцы удобрений, которые приведены в таблице 2. Гигроскопическую точку образцов удобрений с размерами гранул 2-3 мм определяли эксикаторным методом [8] при температуре 25°С.
Из таблицы видно, что исходная влажность первого образца была 0,28%, второго -0,53%, третьего - 0,58%, четвертого - 0,55%, пятого - 0,59%, шестого - 0,56% и седьмого -
"АЧЩ VA TABПY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
0,61%. Определение привеса или убыли влаги в веществе при постоянной температуре и определенных относительных влажностях воздуха проводили в течение 3-х часов.
Таблица 2
Химический состав и влажность калийно-аммиачной селитры
Номер образцов Массовое соотношение N : К2О Норма КС1 от стехиометрии, % Солевой состав удобрений, масс. % Содержание компонентов, масс. % Влажность, %
NH4NOз NH4C1 КШ3 КС1 К2О N
1 Чистая аммиачная селитра 34,6 0,28
99,8 %-ный плав аммиачной селитры + хлорид калия
2 1 : 0,5 30,8 59,83 11,93 22,54 5,70 13,40 26,80 0,53
3 1 : 1,0 61,7 42,83 13,82 26,12 17,23 21,90 21,90 0,58
92 %-ный раствор аммиачной селитры + хлорид калия
4 1 : 0,5 30,8 57,72 13,34 25,21 3,73 13,40 26,80 0,55
5 1 : 1,0 61,7 39,38 16,12 30,47 14,03 21,90 21,90 0,59
70 %-ный раствор аммиачной селитры + хлорид калия
6 1 : 0,5 30,8 57.02 13.81 26.10 3.07 13,40 26,80 0,56
7 1 : 1,0 61,7 38.78 16.52 31.23 13.47 21,90 21,90 0,61
Требуемая относительная влажность воздуха создавалась в закрытом эксикаторе над слоем налитой в него серной кислоты известной концентрации. Относительная влажность воздуха, при которой вещество не увлажняется и не подсыхает, называется гигроскопической точкой вещества. Если гигроскопическая точка меньше относительной влажности воздуха, то вещество поглощает влагу из воздуха. Если она больше относительной влажности воздуха, вещество подсыхает. Значения гигроскопических точек для наших удобрений оказались равными: для образца 1 - 62,0%, для образца 2 - 52,6%, для образца 3 - 50,9%, для образца 4 - 52,3%, для образца 5 - 50,7%, для образца 6 - 52,1%, и для образца 7 - 50,5%. Причина низкого значения гигроскопической точки продуктов, объясняется тем, что смесь солей более гигроскопична, чем составляющие её компоненты [9]. Относительная влажность воздуха для Узбекистана характеризуется следующими цифрами: среднемесячная минимальная - 46%, среднемесячная максимальная - 74%, среднегодовая - 60%. По шкале гигроскопичности Н.Е.Пестова все наши азотнокалийные удобрения (образцы 2-7) относятся к гигроскопичным веществам, они более гигроскопичны, чем исходная аммиачная селитра.
Сорбционную влагоемкость удобрений определяли также эксикаторным методом [8] при относительных влажностях воздуха 52,5; 62,5; 69,5; 80; 90 и 100%. Образцы удобрений над кислотой выдерживались в течение 30 суток.
"АЧЩ VA TABПY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" КЕ8РиБЫКЛ 1ЬМ1У-ЛМЛЫУ ANJUMANI 2024-У1Ь 7-МЛУ
Сорбционная влагоемкость является очень важным показателем качества удобрений, так как указывает на то максимальное количество поглощенной влаги, при котором удобрения сохраняют свой внешний вид и рассыпчатость.
На рис. приведены кривые сорбционной влагоемкости для образцов удобрений 1, 2, 5 и 7. Кривые для образцов 3, 4 и 6 не приведены на рисунке, так как они очень близки кривым для образцов 2, 5 и 7. Из рис. видно, что аммиачная селитра при 52,5 %-ной относительной влажности воздуха не поглощает влагу, а второй, пятый и седьмой образцы сорбируют 3,08, 2,76 и 2,53% влаги соответственно. Но при этом гранулы сохраняют свой внешний вид и рассыпчатость. При относительной влажности воздуха 62,5% в аммиачной селитре содержание влаги достигает 1,80%, во втором образце 8,03%, в пятом 7,84% и в седьмом 7,75%. Гранулы при этом сохраняют свой внешний вид, но слегка комкуются.
Относительная влажность воздуха, %
Рис. Зависимость сорбционной влагоемкости удобрений от относительной влажности воздуха.
При относительной влажности воздуха 69,5% прирост влаги в селитре составляет 27,3%, во втором образце 26,57%, в пятом - 23,8% и в седьмом - 22,69%. Все образцы переходят в жидкое состояние. Было отмечено следующее: аммиачная селитра при достижении влаги 3,5% сильно слеживается и теряет рассыпчатость, а образцы азотнокалийных удобрений сохраняют внешний вид и рассыпчатость при содержании влаги 5-6%. При влажности 7% они теряют способность к рассеву.
Таким образом, удобрения на основе концентрированных растворов и плава аммиачной селитры с добавлением порошковидного хлорида калия нужно затаривать в бумажные или полиэтиленовые мешки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аммиачная селитра: свойства, производство, применение / А.К.Чернышев, Б.В.Левин, А.В.Туголуков, А.А.Огарков, В.А.Ильин - М.: ЗАО «ИНФОХИМ», 2009. - 544 с.
2. Левин Б.В., Соколов А.Н. Проблемы и технические решения в производстве комплексных удобрений на основе аммиачной селитры. //Мир серы, К, Р и К. - 2004, №2, с.13-21.
3. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Том II. - Л.: Химия, 1970, 1558 с.
"АЧЩ VA TABПY FANLARNING RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI" RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI 2024-YIL 7-MAY
4. ГОСТ 21560.2 - 82. Удобрения минеральные. Методы испытаний. - М.: Госстандарт, 1982, 30 с.
5. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М.М.Винник, Л.Н.Ербанова, П.М.Зайцев и др. - М.: Химия, 1975, 213 с.
6. Фридман С.Д., Скум Л.С. Растворимость хлористого калия в нитроаммофосе // Химическая промышленность. 1971, № 1, с. 44-47.
7. Беглов Б.М., Намазов Ш.С., Сейтназаров А.Р., Маматалиев А.А. Калийно-аммиачная селитра на основе концентрированных растворов и плава аммиачной селитры и хлорида калия // Химическая промышленность - 2013, т. 90, № 6, с. 267-278.
8. Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. - М.: Изд-во АН СССР, 1947. - 239 с.
9. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии: Учеб. Пособие для вузов.- Л.: Химия, 1985.-384 с.
