CC BY
71
УДК 631.812:66.017.661.542.92
Ш.Т. Юзбаев, К.П. Усмонов, И.А. Почиталкина, И.А. Петропавловский
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. Адрес: 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9, кафедра ТНВ. e-mail:[email protected]; [email protected]; [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БЕНТОНИТОВ ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НИТРАТА АММОНИЯ*
Введение модифицирующих добавок в минеральные удобрения является одним из путей улучшения их потребительских свойств. С этой целью производители АС в качестве материалов-модификаторов успешно используют сульфатные, кальциевые и магнезиальные добавки. Исследования, выполненные в РХТУ им. Д.И. Менделеева показали перспективность использования природного минерала - бентонита в качестве модифицирующей добавки.
Ключевые слова: бентонит, монтмориллонит, бентониты РУз (Фергана, Ташкент ,Навбахор) и Таганского (Барнаул) месторождения, основные показатели качества простой аммиачной селитры и модифицированных образцов.
Благодаря доступной цене и высокой концентрации питательных веществ аммиачная селитра занимает одно из ведущих мест в аграрном секторе. Вместе с этим она имеет ряд недостатков: повышенную кислотность, гигроскопичность, слеживаемость, недостаточную
термостабильность и полиморфизм [1-5].
Одним из основных назначений модифицирующих добавок является уменьшение отрицательного влияния процесса полиморфных превращений, протекающих в кристаллах нитрата аммония с существенным изменением их объема. Несмотря на многочисленность и многообразие таких добавок, их можно разделить на три основные группы:
1-добавки, связывающие свободную влагу, которая находится в плаве нитрата аммония, поступающего на гранулирование;
2-добавки, влияющие на процесс полиморфных превращений нитрата аммония;
3-добавки, образующие центры кристаллизации.
Природные минералы - бентониты относятся к третьей группе добавок, ниже рассмотрим некоторые их свойства. Ориентируясь на сырьевую базу Российской Федерации и Республики Узбекистан, выбраны образцы нескольких месторождений бентонита, названия которых соответствуют их географическому положению.
Атомная структура большинства глинистых минералов сложена двумя единицами: одна структурная единица состоит из двух слоев плотноупакованных кислородов или гидроксилов, в которых атомы алюминия, железа или магния расположены в октаэдрической координации так, что каждый из них находится на равном расстоянии от шести кислородов или гидроксилов .
Вторая структурная единица образована кремнекислородными тетраэдрами. В каждом тетраэдре атом кремния равноудален от четырех атомов кислорода или гидроксила. Взаимное расположение которых в виде тетраэдра с атомом кремния в центре позволяет сбалансировать структуру. Кремнекислородные тетраэдры сгруппированы таким образом, что создают гексагональную сетку, которая бесконечно повторяется и образует лист состава Si406(0H)4).
Силикатный слой обладает некоторым отрицательным зарядом в том случае, если входящий в него октаэдрический алюминий частично замещается на магний или же некоторое количество кремния замещается на алюминий. Отрицательный заряд нейтрализуется
положительными катионами, располагающимися между слоями, что способствует адсорбционному накоплению ионов
Рентгенофазовый анализ образцов бентонита выполняли с использованием фокусирующих камер-монохроматоров FR - 552 CuKal и CoKal излучение, чувствительность 2,0 мол. % примесных фаз. Оценку интенсивности дифракционной линии проводили визуально на компараторе FR - 506. Набор межплоскостных расстояний d(A), полученных в результате обработки порошкограмм анализировали с использованием справочной литературы.
Из полученных данных видно, что все представленные образцы полиминеральны - это осложняет идентификацию экспериментального спектра. Учитывая, что в природных минералах фаз простого состава не бывает, т. к. все они загрязнены примесями, мы рассматривали фазы, описываемые общей формулой основного минерала образца - монтмориллонита,
соответствующего общей формуле:
(Na,K,Ca)x(Mg,Fe,Arh(Si4O10)(OH)2-nH2O.
При сопоставлении штрих-диаграмм карточек I = f(20) Powder Diffraction File (PDF) нескольких разновидностей монтмориллонита (58-ой том, опубликованный в 2008 году) с сильнейшими линиями чистых фаз, представленными на рисунке (1), видно, что они хорошо накладываются на экспериментальный спектр и описываются общей формулой (K,Na)x(Mg,Fe,Al)2(Si4Oio)(OH)2nH2O, где х<1.
Бентонит представлял собой порошок полидисперсного состава с размером частиц 0,015-0,07 мм
С помощью растрового электронного микроскопа JEOL JSM-6510 LV («JEOL») выполнены снимки (рисунок 2,3), образца аммиачной селитры без добавки и с добавкой бентонита. Морфология образцов, показывает, что плотность кристаллической упаковки образцов, модифицированных добавкой бентонита (1,5 % масс.) выше, чем у образца аммиачной селитры, что подтверждается данными рентгенофазового и
Таблица 2.
Показатель рН образцов бентонита
рентгеноструктурного анализов.
Фаза Z09011 К A1Z (Si,Alï4 010 (OH)Z nC84
JCPDS 58-Z034 Ph. 0
0.594 0.6Z6
Образцы бентонита Таганское месторождение (Барнаул) Фергана Навбахор Ташкент
N2 N3 N7 N8 N9
рН 9,5 8,7 7,7 8,2 8,6 9,2 8,35 8,37
Рис.2. Поверхность гранулы образца АС. 500 -кратное увеличение.
10 20 30 40 50 60 70
Рис. 3. Поверхность гранулы образца АС+БТ 1,5 Рис. 1. Кжттен^азотьш анализ бентонита. % масс., 500 -кратное увеличение.
Исследован химический состав образцов бентонита (таблица. 1).
*Измерения размера частиц и элементный анализ образцов бентонита выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования и в учебной лаборатории на кафедре ТНВ в РХТУ имени Д.И. Менделеева.
Таблица 1.
Химический анализ образцов бентонита
Образцы бентонита Содержание основных компонентов, % масс.
Барнаул: SiO2 Fe2Oa AI2O3 P2O5
образец N2 52,0 5,4 19,6
образец N3 56,9 4,9 23,2
образец N7 54,8 3,9 25,1
образец N8 51,8 5,9 19,1
образец N9 55,1 5,2 18,5
Фергана 54,4 5,4 25,6 0,03
Навбахор 61,6 4,4 25,3 0,1
Ташкент 65,5 0,4 23,2 0,05
Юзбаев Шухрат Ташмурадович магистр кафедры технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Усмонов Камаридин Пазлидинович стажер кафедры технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Почиталкина Ирина Александровна к.т.н., доцент кафедры технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Петропавловский Игорь Александрович д.т.н., профессор кафедры технологии неорганических веществ
РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Усмонов, К. П., Маматкулов, А. М., Эмирсалиев, С. С., Почиталкина, И. А., Кондаков, Д. Ф. Полиморфные превращения и свойства образцов аммиачной селитры, модифицированной неорганическими добавками // Успехи в химии и хим. технологии: сб. науч. тр. РХТУ. М.: Издательство РХТУ, 2011. Т. XXV. № 8, С. 61-65.
2. Почиталкина, И. А., Петропавловский, И. А., Кондаков, Д. Ф., Усмонов, К. П. Влияние неорганических добавок на свойства аммиачной селитры // Химическая промышленность сегодня. 2012, №3, С. 4-7.
3. Почиталкина, И. А., Петропавловский, И. А., Усмонов, К. П. Кремнийсодержащие природные модификаторы аммиачной селитры // Химическая технология. 2012, №11, С. 455-460.
4. Беглов, Б. М. Состояние и перспективы производства и применения минеральных удобрений в Узбекистане // Химическая промышленность сегодня. 2003, №2, С. 25-31.
5. Новикова О. С. и др. Влияние добавки сульфата аммония на структурные характеристики и модификационные превращения нитрата аммония // Азотная промышленность. 1974. № 1. С. 10-15.
Yuzbaev Shuhrat Tashmuradovich, Usmonov Kamaridin Pazlidinovich, Pochitalkina Irina Aleksandrovna, PetropavlovskyIgor Aleksandrovich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
STUDY ON PROPERTIES FOR MODIFICATION BENTONITES AMMONIUM NITRATE *
Introduction of modifying additives in mineral fertilizers is one of the ways to improve their consumer properties. To this end, manufacturers of the ammonium nitrate as modifier materials used successfully sulfate, magnesia and calcium supplements. Studies carried out in MUCTR. DI Mendeleev showed the promise of using natural mineral - bentonite as a builder.
Key words: bentonite, montmorillonite, bentonite Uzbekistan (Fergana, Tashkent, Navbakhor) and Taganskii (Barnaul) deposits, the main indicators of the quality of simple ammonium nitrate and modified samples.
