CC BY
65
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТОВАРНЫЕ СВОЙСТВА МАГНИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ИЗВЕСТКОВОЙ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ
Набиев Абдурахим Абдухамидович
старший научный сотрудник-соискатель, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан 100170, Узбекистан, г. Ташкент, улица Мирзо Улугбек, 77-а
E-mail: igic@rambler. ru
Реймов Ахмед Мамбеткаримович
зам. директор по науке, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан
100170, Узбекистан, г. Ташкент, улица Мирзо Улугбек, 77-а
E-mail: igic@rambler. ru
Намазов Шафоат Саттарович
заведующий лабораторией «Фосфорныхудобрений», Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан 100170, Узбекистан, г. Ташкент, улица Мирзо Улугбек, 77-а
E-mail: igic@rambler. ru
Маматалиев Абдурасул Абдумаликович
старший научный сотрудник, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан
100170, Узбекистан, г. Ташкент, улица Мирзо Улугбек, 77-а
E-mail: [email protected]
PHYZICOCHEMICAL AND COMMODITY PROPERTIES MAGNESIUM CONTAINING
CALCAREOUS AMMONIUM NITRATE
Abduraxim Nabiyev
senior scientific researcher,
Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek st., 77-a
Akhmed Reymov
deputy on science,
Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek st., 77-a
Shafoat Namazov
manager of laboratory of «Phosphate fertilizers»,
Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek st., 77-a
Abdurasul Mamataliyev
senior scientific researcher,
Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek st., 77-a
АННОТАЦИЯ
Получены образцы магнийсодержащей известковой аммиачной селитры путем добавления к плаву аммиачной селитры (АС) доломита (Д) месторождения «Навбахор» при массовых соотношениях АС : Д = 100 : (3-35). Для гранулирования нитратно-карбонатного расплава применён метод приллирования. При этом температура кристаллизации расплава аммиачной селитры снижается с исходного 168°С до 162°С, что создает благоприятные условия для формирования гранул магнийсодержащей известковой аммиачной селитры в гран. башне методом приллирования. Определен химический состав, изучены физико-химические и товарные свойства продуктов. В присутствии доломитного минерала увеличение прочности гранул селитры свидетельствует об уменьшении её пористости и внутренней удельной
Библиографическое описание: Физико-химические и товарные свойства магнийсодержащей известковой аммиачной селитры // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Набиев А.А. [и др.]. 2017. № 5(38). URL: http://7universum. com/ru/tech/archive/item/4 781
поверхности, а значит к снижению проникновения внутрь гранулы дизельного топлива, а следовательно, к уменьшению детонационной способности селитры. Гигроскопическая точка понижается с исходного 62% (у чистой селитры) до 52,5-53,7%. Причина низкого значения гигроскопической точки продукта, объясняется тем, что смесь солей более гигроскопична, чем составляющие её компоненты. Поэтому магнийсодержашую известково-аммиачную селитру необходимо затаривать. Хотя аммиачная селитра при достижении влаги 3,5% сильно слеживается и теряет рассыпчатость, а образцы магнийсодержащей известково-аммирачной селитры сохраняют внешний вид и рассыпчатость даже при содержании влаги 6%. Только при влажности 7% они теряют способность к рассеву.
ABSTRACT
There have been obtained the magnesium calcareous containing ammonium nitrate by dolomite (D) from "Navbakhor" in melt ammonium nitrate (AN) with weight ratio of AN : D = 100 : (3-35). For granulation of nitrate-carbonate melt used by prilling method. In a case crystallization temperature of melt ammonium nitrate decreased from 168 to 162°С that creates favorable conditions to form granules of magnesium calcareous containing ammonium nitrate in prilling tower. There have been determined the composition studied physicochemical and commodity properties of the products. In presence of dolomite mineral strength of granule increases that testifies on reduction of its porosity and inner specific surface while it leads to decline permeation of diesel fuel into inner of the granules, therefore reducing detonating ability of the nitre. Hygroscopic point reduced from 62 % to 52.5-53.7%. The cause of low value of hygroscopic point can be explained due to low hygroscopic point mixing salts in comparison with rectangular components of its components. Therefore, magnesium calcareous containing ammonium nitrate necessary packed. Though ammonium nitrate at 3.5% of humidity strongly cakes and loses friability, but samples based on magnesium calcareous containing ammonium nitrate maintain appearance and friability even at 69% of humidity. Only the fertilizers at 7% of humidity lose ability for sawing.
Ключевые слова: расплав нитрата аммония, доломит, магнийсодержащая известково-аммиачная селитра, состав, прочность, скорость растворения, гигроскопическая точка, кинетика сорбции паров воды и сорбционной влагоёмкости гранул.
Keywords: melt ammonium nitrate, dolomite, magnesium calcareous containing ammonium nitrate, composition, property, dissolution speed, hygroscopic point, kinetics of water's vapor sorption and sorptive moisture of granule.
Введение. Аммиачная селитра (АС) является самым распространенным в мире и эффективным азотным удобрением. В Узбекистане совокупные мощности трёх заводов, производящих аммиачную селитру (АО «Максам-Чирчик», «Навоиазот» и «Ферганаазот»), превысили 1 млн. 750 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 повышенная взрывоопасность [1, 2]. Взрывы с нитратом аммония привели к тому, что в ряде стран к нему стали добавлять карбонат кальция, мел, доломит, в результате которых была устранена всякая его опасность. Этот продукт поступает в продажу под названием Calcium Ammonium Nitrate (CAN) - «Известково-аммиачная селитра» (ИАС). Доля мощностей производства CAN в мире оцениваются примерно 7% [3]. В мире CAN с содержанием азота 20-33,5% производят и поставляют 42 фирм, из них в Европе - 31 фирма [4, 5].
Химический состав долом
В Узбекистане также имеются несколько крупных месторождений доломитного (Д) минерала: «Навба-хор» (Навоийская область), «Шурсу» (Ферганская область) и другие. Поэтому появилась возможность организовать в Узбекистане производство магний и каль-цийсодержащей ИАС.
Задача настоящей работы - изучить составы и физико-химические и товарные свойства продуктов, получаемой путём взаимодействия плава аммиачной селитры марки «хч» с порошковидным доломитом «Навбахор» Навоийской области.
Объекты и методы исследования. Состав исходных сырьевых материалов приведен в табл. 1. В доломитном минерале (CaС0з•MgС0з) содержание карбоната кальция (СаСО3) составляет 54,35%, а карбоната магния 45,65%. В табл. 2 приведён дисперсный состав исходного доломитного минерала.
Таблица 1.
месторождения «Навбахор»
Содержание оксидов на воздушно- сухое вещество, %
T1O2 AI2O3 Fe2O3 MgO MnO CaO Na2O К2О P2O5 SOs СО2
0,038 0,623 0,586 20 0,026 28 0,178 0,108 0,06 0,30 43,30
Лабораторные опыты по получению ИАС проводили следующим образом: химически чистую АС марки х.ч. расплавляли на электроплитке. Затем в расплав вводили тонкоизмельченный порошкообразный доломит при массовых соотношениях АС : Д = 100 : (335). Далее доломитсодержащий расплав АС выдерживали в течение 10 мин. при 170-175°С, после чего его переливали в лабораторный гранулятор, представляющий из себя металлический стакан с перфорированным
дном диаметр отверстий в котором равнялся 1,2 мм. Насосом в верхней части стакана создавалось давление и плав распылялся с высоты 35 м на полиэтиленовую пленку, лежащую на земле. Полученные гранулы рассеивалась по размерам частиц. Частицы размером 2-3 мм подверглись испытанию на прочность по ГОСТу [6]. После чего продукты измельчались и анализировались по известным методикам [7].
Таблица 2.
Дисперсный состав доломитного минерала
Класс крупности, мм Выход фракции, вес. %
0,5 13,67
- 0,5 + 0,315 10,98
- 0,315 + 0,25 5,60
- 0,25 + 0,16 3,12
- 0,16 + 0,063 11,73
- 0,063 + 0,05 54,90
Исходная масса 100
Результаты и их обсуждение. Результаты показывают, что в получаемой магнийсодержащей ИАС при массовых соотношениях АС : Д от 100 : 3 до 100 : 35 содержание азота снижается от 32,52 до 25,54%, а содержание СаО и М^ повышается от 0,981 до 8,17 и от 0,901 до 6,77 соответственно. Прочность гранул чистой аммиачной селитры составляет 1,60 МПа. Прочность же гранул ИАС, полученной при изученных соотношениях АС : Д находится в пределах 3,4410,44 МПа. Высокая прочность гранул ИАС свидетельствует о её термической стабильности [8].
Скорость растворения гр
В настоящем сообщении мы приводим результаты определения скорости растворения, гигроскопической точки, кинетики сорбции паров воды и сорбционной влагоёмкости гранул магнийсодержа-щей ИАС на основе плава аммиачной селитры и доломита «Навбахор» Навоийского месторождения. Скорость растворения, химический состав и влажность полученных удобрений приведены в таблицах 3, 4.
Таблица 3.
магнийсодержащей ИАС
Массовое соотношение АС:Д Время полного растворения гранул, сек
1 2 3 4 5 Среднее значение
100:0,0 51,00 51,00 42,00 47,00 43,00 46,80
100 : 3 59,56 58,96 52,75 57,96 59,32 57,71
100 : 5 62,12 58,34 58,31 59,31 59,74 59,56
100 : 10 61,23 61,89 59,64 62,75 58,62 60,83
100 : 15 60,32 60,22 61,49 61,45 62,34 61,16
100 : 18 63,22 61,24 64,51 60,38 61,54 62,18
100 : 20 60,25 64,35 65,32 60,49 65,44 63,17
100 : 22 64,52 63,25 65,33 63,84 64,66 64,32
100 : 25 67,44 65,34 65,69 64,75 63,66 65,38
100 : 30 66,78 65,94 67,23 64,98 67,85 66,56
100 : 35 68,91 67,51 68,12 66,91 67,81 67,85
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.
Из таблицы 3 видно, что время полного растворения гранулы чистой аммиачной селитры составляет 46,8 сек. С увеличением доли доломита в смеси с селитрой время полного растворения гранул маг-нийсодержащей ИАС неуклонно растет и достигает 67,85 сек. для образца, в котором АС : Д = 100 : 35. Это говорит о том, что получаемые удобрения будут значительно (в 1,5 раза) медленнее вымываться из почвы, чем чистая аммиачная селитра.
Для изучения гигроскопических точек подобрали некоторые образцы удобрений, которые приведены в таблице 4. Гигроскопическую точку образцов удобрений с размерами гранул 2-3 мм определяли эксикаторным методом [9] при температуре 25°С. Влажность - по [10]. Измерение величины рН 10 %-ных водных суспензий готовых удобрений осуществляли в лабораторном иономере И-130М с точностью до 0,05 единиц рН.
Как показывают данные таблицы 4, введение доломитного сырья в плав АС приводит к повышению её рН с 5,17 в исходном до 6,87-7,15 в продукте.
Таблица 4.
Химический состав и влажность магнийсодержащей ИАС
Номер образ-цов Массовое соотношение АС : Д рН 10 %- ного раствора Соде ржание компонентов, масс. % Влажность, %
N СаО С02
1 N^N03 «хч» 5,17 35 - - - 0,20
2 100 : 3 6,87 32,52 0,981 0,901 0,98 0,36
3 100 : 15 7,04 29,95 4,16 3,14 4,61 0,39
4 100 : 25 7,11 27,61 6,56 4,91 7,51 0,41
5 100 : 35 7,15 25,54 8,17 6,77 10,04 0,44
Это говорит о том, что при связывании аниона N0" щелочными катионами (Са+) и (М£+) доломита происходит рост величины рН до значения, приближающим к водным суспензиям доломита. Можно полагать, что доломитное сырьё нейтрализует кислотность АС. Обнаруженное свойство образцов может обеспечить снижение «закисления» почвы после применения АС.
Из таблицы 4 также показано, что исходная влажность первого образца (аммиачная селитра) была 0,20%, второго - 0,36%, третьего - 0,39%, четвертого - 0,41% и пятого - 0,44%. Определение привеса или убыли влаги в веществе при постоянной температуре и определенных относительных влажностях воздуха проводили в течение 3-х часов. Требуемая относительная влажность воздуха создавалась в закрытом эксикаторе над слоем налитой в него серной кислоты известной концентрации. Относительная влажность воздуха, при котором 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
время, супа:
Рисунок 1. Кинетика сорбции паров воды первого образца при влажностях воздуха: 1 - 62,5%; 2 - 70,5%; 3 - 80%; 4 - 90%; 5 - 100%.
оказались равными: для образца 1 - 62,0%, для образца 2 - 53,7%, для образца 3 - 53,3%, для образца 4 - 52,8% и для образца 5 - 52,5%.
Причина низкого значения гигроскопической точки продуктов, объясняется тем, что смесь солей более гигроскопична, чем составляющие её компоненты [11]. Относительная влажность воздуха для Узбекистана характеризуется следующими цифрами: среднемесячная минимальная - 46%, среднемесячная максимальная - 74%, среднегодовая - 60%. По шкале гигроскопичности Н.Е.Пестова все наши магнийсодержащие ИАС (образцы 2-5) относятся к гигроскопичным веществам, они более гигроскопичны, чем исходная аммиачная селитра.
На рис. 1 -5 приведены кинетические кривые сорбции паров воды гранулами удобрений в изотермических условиях при 25°С и при относительных влажностях воздуха 52,5; 62,5; 70,5; 80; 90 и 100%. Нумерация рисунков соответствует номерам удобрений в таблице 4.
? 10 15 21) 3(1
Время сутки
Рисунок 2. Кинетика сорбции паров воды второго образца при влажностях воздуха: 1 - 52,5%; 2 - 62,5%; 3 - 70,5%; 4 - 80%; 5 - 90%; 6 - 100%.
Рисунок 3. Кинетика сорбции паров воды третьего образца при влажностях воздуха: 1 - 52,5%; 2 - 62,5%; 3 - 70,5%; 4 - 80%; 5 - 90%; 6 -100%.
Рисунок 4. Кинетика сорбции паров воды четвертого образца при влажностях воздуха: 1 - 52,5%; 2 - 62,5%; 3 - 70,5%; 4 - 80%; 5 - 90%; 6 -100%
Как видно из рисунков 1 -5 при высоких относительных влажностях воздуха 80, 90 и 100% для всех образцов равновесие не достигается в течение всего периода испытаний. При относительной влажности воздуха 70,5% для образцов 1, 4 и 5 также не устанавливается равновесие в течение всего периода испытаний. Равновесие наступает через 30 суток для вто-
= п> 1? ли
В])0МЯ. СУ1КИ
Рисунок 5. Кинетика сорбции паров воды пятого образца при влажностях воздуха: 1 - 52,5%; 2 - 62,5%; 3 - 70,5%; 4 - 80%; 5 - 90%; 6 - 100%.
рого и третьего образцов. При относительной влажности воздуха 62,5% равновесие наступает для первого образца через 5 суток, а для 2-5 образцов через 10-12 суток. При относительной влажности воздуха 52,5% для образцов 2-5 равновесие устанавливается на 4-6 сутки, а образец 1 не увлажняется, а подсыхает.
Рисунок 6. Зависимость сорбционной влагоемкости удобрений от относительной влажности воздуха.
Сорбционную влагоемкость удобрений определяли также эксикаторным методом [9] при относительных влажностях воздуха 52,5; 62,5; 70,5; 80; 90 и 100%. Образцы удобрений над кислотой выдерживались в течение 30 суток. 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 рисунке 6 приведены кривые сорбционной влагоемко-
сти для образцов удобрений 1, 3 и 5. Кривые для образцов 2 и 4 не приведены на рисунке, так как они очень близки к кривым для образцов 3 и 5. Из рисунка видно, что аммиачная селитра при 52,5 %-ной относительной влажности воздуха не поглощает влагу, а третий и пятый образцы сорбируют 2,83 и 2,42% влаги соответственно. Но при этом гранулы сохраняют свой внешний вид и рассыпчатость. При относительной влажности воздуха 62,5% в аммиачной селитре содержание влаги достигает 1,78%, в третьем образце 7,11% и в пятом 6,82%. Гранулы при этом сохраняют свой внешний вид, но слегка комку-ются. При относительной влажности воздуха 70,5% прирост влаги в селитре составляет 27,8%, в третьем образце 24,3% и в пятом - 22,06%. Все образцы переходят в жидкое состояние. Было отмечено следующее: аммиачная селитра при достижении влаги 3,5%
май, 2017 г.
сильно слеживается и теряет рассыпчатость, а образцы магнийсодержащей ИАС сохраняют внешний вид и рассыпчатость при содержании влаги 6%. При влажности 7% они теряют способность к рассеву.
Заключение. Таким образом, путем добавления к плаву нитрата аммония доломита при массовых соотношениях АС : Д = 100 : (3-35) при температуре 175°С с последующей грануляцией закристаллизованного продукта методом приллирования показана принципиальная возможность получения магнийсо-держащей ИАС с высокой прочностью и обладающей наименьшей детонационной способностью. Гранулированную магнийсодержащую ИАС 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. ГОСТ 21560.2 - 82. Удобрения минеральные. Методы испытаний. - М.: Госстандарт, 1982, 30 с.
3. Жмай Л., Христианова Е. Аммиачная селитра в России и в мире. Современная ситуация и перспективы // Мир серы, N Р и К. - 2004, № 2, с. 8-12.
4. Лавров В.В., Шведов К.К. О взрывоопасности аммиачной селитры и удобрений на её основе // Научно-технические новости: ЗАО «ИНФОХИМ» - Спецвыпуск, 2004, № 2, с. 44-49.
5. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М.М.Вин-ник, Л.Н.Ербанова, П.М.Зайцев и др. - М.: Химия, 1975, 213 с.
6. Поляков Н.Н., Жмай Л.А., Афанасьев А.Н. Производство известково-аммиачной селитры // Химизация сельского хозяйства. - 1988, № 4, с. 21 -24.
7. Постников А.В. Производство и применение известково-аммиачной селитры // Химизация сельского хозяйства. - 1990, № 9, с. 68-73.
8. Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. - М.: Изд-во АН СССР, 1947. - С. 239.
9. Позин М.Е., Копылёв Б.А., Тумаркина Е.С., Бельченко Г.В. / Руководство к практическим занятиям по технологии неорганических веществ - Л.: Госхимиздат, 1963. - С. 376.
10. Позин М.Е., Зинюк Р.Ю. Физико-химические основы неорганической технологии: Учеб. Пособие для вузов. -Л.: Химия, 1985. - С. 384.
11. Реймов А.М., Набиев А.А., Намазов Ш.С., Маденов Б.Д. Прочность гранул магниево-известковой аммиачной селитры // СамГУ научный вестник - 2016, № 5, с. 153-156.
