CC BY
258
УДК 661.5:667
В. Ю. Потебенко, А. В. Янков, Х. Э. Харлампиди
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ АММОНИЙНОЙ СЕЛИТРЫ, ОБРАБОТАННОЙ РАЗЛИЧНЫМИ ПАВ
Ключевые слова: аммонийная селитра, прочность, слеживаемость, диспергатор НФ.
Представлены результаты экспериментальных исследований по обработке гранул аммонийной селитры против слеживаемости. В качестве антислеживателей были задействованы: 40%-ый раствор диспергатора НФ марки А, полиэтиленгликоль марки ПЭГ-600, используемый в настоящее время для обработки гранул удобрения, зарубежный ПАВ - лиламин, а также гидрофобизаторы софэксил-40 и софэксил 60-80. Проведено исследование прочности и слеживаемости.
Keywords: sulphate ammonium, durability, caking, dispergator NF.
Results of experimental researches on processing of granules sulphate ammonium caking are presented. In quality anti-caking have been involved: 40 % solution dispergator NF marks and, polyetilenglikol marks PEG-600, now in use for processing of granules offertilizer, foreign HAVING fallen - lilamin, and also hydro-fobizators sofeksil-40 and sofeksil-60-80. Research of durability and caking is conducted.
Одной из отраслей химической индустрии является промышленность по производству минеральных удобрений, которые играют огромную роль в повышении эффективности и улучшении качества продукции растениеводства. Важными показателями качества гранулированных минеральных удобрений являются механическая прочность гранул и их слеживаемость, к которым агрохимики предъявляют повышенные требования в связи с массовым внедрением в действующих цехах бестарного хранения и отгрузки насыпью товарной продукции потребителям [1].
Выпускаемую ещё в Советском Союзе гранулированную аммонийную селитру, содержащую сульфатную или фосфатно - сульфатную добавку, обрабатывали 40%-ным водным раствором диспергатор НФ, который с успехом применялся для обработки гранул минеральных удобрений против слеживаемости. Обработку гранул распыляемым раствором диспергатора НФ вели во вращающемся барабане, или в месте пересыпки гранул аммонийной селитры с транспортерных лент. Диспергатор наносили на гранулы из расчета 0,3-0,7 кг (в пересчете на сухое вещество) на 1 тонну аммонийной селитры [2]. Предприятия РФ выпускают диспергатор НФ и по настоящее время по цене 4,5 тыс. рублей за тонну 40%-ного раствора.
Однако в конце прошлого столетия предприятия азотнотуковой промышленности в качестве ПАВ стали применять лиламин - продукт импортного производства по цене около 135 тыс. рублей за тонну.
Применяемые для обработки гранул удобрений ПАВ имеют разные свойства и консистенцию от растворов и мазей, до расплавов. Нами были синтезированы и исследованы в лабораторных условиях десять образцов различных композиций ПАВ на основе диспергатора НФ, а также установлено их влияние на слеживаемость и прочность гранул аммонийной селитры. В табл. 1. приведены составы приготовленных и исследованных образцов ПАВ.
Для определения гранулометрического состава использовали ситовый анализ, выполняемый с учётом международных стандартов:
ИСО /р - 565-ТС-24 или СЭВ РС 1174/17.
Под слеживаемостью удобрений обычно понимают потерю их сыпучести при хранении. Чистая аммонийная селитра обладает высокой гигроскопичностью и способностью слеживаться при хранении вследствие значительного изменения ее растворимости и модификационных превращений при температурных перепадах. Одновременно уменьшается
и прочность гранул. Одним из радикальных методов уменьшения слеживаемости удобрений является обработка гранул гидрофобизирующими веществами, к числу которых относят ПАВ. Вообще любое вещество в виде компонента жидкого раствора или газа, при определенных условиях, может проявлять поверхностную активность, адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на поверхности, понижая ее. В молекулах ПАВ имеются один или несколько углеводородных радикалов - гидрофобная часть молекулы и одна или несколько полярных групп - гидрофильная часть. Слабо взаимодействующие с водой гидрофобные группы определяют стремление молекулы к переходу из водной среды в углеводородную, а гидрофильные - удерживают молекулу в полярной среде. Поверхностная активность ПАВ, растворенных в неполярных жидкостях, обусловлена гидрофильными группами, а растворенных в воде - гидрофобны-ми радикалами [4].
Таблица 1 - Составы приготовленных и исследованных образцов ПАВ
Приготовленное ПАВ Состав ПАВ
Холостая проба -
ПАВ-1 диспергатор НФ марки А
ПАВ-2 ПЭГ-600
ПАВ-3 40 % НФ + 1% софэксил-40
ПАВ-4 40 % НФ + 1% софэксил 60-80
ПАВ-5 Лиламин АС-61 Н
ПАВ-6 диспергатор НФ + софэксил 40 (1:1)
ПАВ-7 диспергатор НФ + софэксил 60-80 (1:1)
ПАВ-8 40% НФ+ПЭГ-600 (3:1)
ПАВ-9 40% НФ+ПЭГ-600 (1:1)
ПАВ-10 40% НФ+ПЭГ-600 (1:3)
Важнейший качественный показатель - слеживаемость гранулированной аммонийной селитры, упакованной в мешки, определяется следующим образом (ГОСТ 21560.5-82) : мешок с продуктом взвешивают и сбрасывают вручную с высоты 1 м на твердую плоскую поверхность. Затем мешок разрезают и высыпают удобрение на сито с размером ячеек 5 мм. После рассева (вручную или при помощи специального устройства) в течении 1 мин., остаток продукта на сите взвешивают и расчетным путем определяют слеживаемость.
X=m-mi/m 100,
где m - масса удобрения в мешке до рассева, кг; m1 - масса остатка удобрений на сите, кг.
Для определения слеживаемости удобрений в лабораторных условиях используют экспресс-метод определения. Сущность экспресс-метода определения слёживаемости удобрений в лабораторных условиях заключается в определении прочности брикета полученного в пресс-форме, спрессованного из 40 г удобрения под давлением 0,13 МПа в термостате при температуре 60 °С в течение суток [5]. Такие условия приблизительно эквивалентны нагрузкам, которые испытывает продукт, находящийся на дне штабеля высотой 2 м при средней массе мешка 50 кг и площади непосредственного касания 2000 см .
Предварительно необходимо приготовить пробу смешиванием равных количеств фракции различного размера гранул. Параллельно определяется гранулометрический состав. Для испытаний был взят образец аммонийной селитры, содержащий 0,45 % мас. MgO с влажностью
0,45 % и рН = 6,3, следующего грануляционного состава: фракция 3 (Ф-3) - 0,2 %, фракция 2
(Ф-2) (-3) ^ (+2) - 95,3 %, фракция 1 (Ф-1) - 4,5 %. В промышленных условиях данная партия аммонийной селитры была обработана лиламином марки АС-61Н в количестве 0,05 %. Так как на практике количество добавки ПАВ варьируются в пределах 0,03 ^ 0,07 %, то гранулы аммонийной селитры обрабатывали приготовленными ПАВ из расчета его содержания 0,05 % мас.
Прочность гранул определяют в соответствии с ГОСТ 21560.1-82 [6] при помощи приборов ИПГ-1, МИП-10-1. Методика определения прочности гранул на раздавливание заключается в определении усилия, необходимого для разрушения гранулы при одноосном сжатии между двумя параллельными плоскостями. Так как прочность гранулы зависит от размеров гранулы, то для получения воспроизводимых результатов необходимо из товарной фракции удобрения выделить гранулы с размером 2 мм. Была определена средняя прочность гранул каждой фракции обработанной и необработанной аммонийной селитры. В табл. 2 приведена средняя прочность гранул необработанной аммонийной селитры различных фракций.
Таблица 2 - Средняя прочность гранул необработанной аммонийной селитры
№ / п/п / Прочность гранул г/гранулу
/ фракции, мм
/ 1 2 3
/ серии 1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 145 250 125 345 555 670 255 900 275
2 105 220 220 405 475 650 425 840 520
3 220 265 220 250 480 575 345 860 400
4 305 150 300 345 710 875 485 795 385
5 255 270 195 100 715 675 395 895 380
6 155 215 250 305 385 815 495 705 355
7 295 170 205 285 775 535 940 580 365
8 175 235 170 305 690 640 570 400 390
9 295 265 275 695 240 770 760 605 400
10 200 210 185 785 575 585 885 335 405
ср. 215 225 214,5 382 560 679 555,5 691,5 387,5
ср 218,2 540,3 544,8
В табл. 3 приведена прочность гранул аммонийной селитры, различных фракций, обработанной ПАВ в количестве 0,05 % от массы удобрения.
Анализ полученных данных по прочности гранул аммонийной селитры, обработанной приготовленными ПАВ, свидетельствует о том, что прочность гранул увеличивается с увеличением размера гранул. Если прочность гранул аммонийной селитры диаметром 1 мм фракция 1 (Ф-1) около 200 г/гранулу, то товарная фракция 2 (Ф-2) (-3) ^ (+2) имеет
прочность гранул около 700 г/гранулу, причем в образцах ПАВ-2, ПАВ-6, ПАВ-8, прочность гранул диаметром 3 мм фракция 3 (Ф-3) намного меньше прочности гранул диаметром 2 мм.
Слеживаемость образцов аммонийной селитры приведена в табл. 4.
Таблица 3 - Средняя прочность гранул аммонийной селитры, обработанной различными ПАВ
Приготовленные ПАВ Прочность гранул г/гранулу
фракции, мм
1 2 3
ПАВ-1 197,3 593,8 672,3
ПАВ-2 298,8 683,8 651,5
ПАВ-3 217 549,3 682,5
ПАВ-4 193,5 416,2 511,2
Лиламин000 202,8 446,5 502,8
ПАВ-6 297,3 678,2 608,5
ПАВ-7 422,3 628 672,5
ПАВ-8 921 998 906,25
ПАВ-9 942 991 1179,5
ПАВ-10 121,5 894,2 1095,8
Таблица 4 - Слеживаемость образцов аммонийной селитры
Виды ПАВ 2 Слеживаемость кгс/см
I II
Холостая проба 3,92 3,66
ПАВ-1 1,94 1,46
ПАВ-2 0 0
ПАВ-3 1,99 1,83
ПАВ-4 2,35 1,94
ПАВ-5 2,25 1,83
ПАВ-6 0,68 0,42
ПАВ-7 0,63 0,42
ПАВ-8 0,1 0,26
ПАВ-9 0,52 0,37
ПАВ-10 0,47 0,31
На основании проведенных исследований можно сделать следующие основные выводы:
- обработка гранул аммонийной селитры как диспергатором НФ, так и синтезированными ПАВ оказывает положительное влияние на прочностную характеристику удобрения;
- экспериментальные данные по слеживаемости образцов удобрения, обработанных синтезированными веществами, показывают, что наименьшей слеживаемостью обладает образец содержащий диспергатор НФ и ПЭГ-600;
- также возникает сложность в нанесении лиламина, его необходимо постоянно подогревать паром и поддерживать температуру 105 0С, однако, он вытеснил российский диспергатор НФ;
- применяемый на производствах минеральных удобрений зарубежный лиламин имеет высокую стоимость по сравнению с исследованными образцами. Нами было проведено ценовое сопоставление, образец содержащий диспергатор НФ и ПЭГ-600 имеет стоимость около 15000 рублей, поэтому он в 9 раз дешевле лиламина, его не надо подогревать и наносить на удобрение при высокой температуре;
- таким образом, по результатам эксперимента можно сделать вывод, что замена лиламина на синтезированные вещества позволит высвободить дорогостоящий продукт и не ухудшить качество аммонийной селитры.
Литература
1. Позин, М. Е. Новые исследования по технологии минеральных удобрений / М. Е. Позин, В.А. Копылова - Л.: Химия, 1970. - 246 с.
2. Мельников, Е. Я. Справочник азотчика / Е.Я. Мельников - 2-е изд., - М.: Химия, 1987. - 460 с.
3. ГОСТ 6848-79. Диспергатор НФ технический. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 2 с.
4. Иванов, А. Б. Распределение диспергированной фазы в газовой среде и приложение результатов к расчёту гранулирующих устройств: дис. ... канд. техн. наук./ А.Б. Иванов.- М.: ГИАП, 1975. - 195 с.
5. ГОСТ 21560.5-82. Удобрения минеральные. Методы определения рассыпчатости. - Введ. 1983-01-
01. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 11 с.
6. ГОСТ 21560.1-82. Удобрения минеральные. Методы определения гранулометри-ческого состава. -Введ. 1983-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 3 с.
© В. Ю. Потебенко - асп. каф. неорганической химии Новомосковского ин-тута РХТУ им. Д.И. Менделеева, planeta1571@rambler.ru; А. В. Янков - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Х. Э. Харлампиди - д-р хим. наук, проф., зав. каф. общей химической технологии КНИТУ.
