CC BY
31ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 55 ( 11) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2012
УДК 631.895
C.B. Шорин*, Н.В. Ксандров*, Г.В. Пастухова*, A.B. Солдатов**
ПОЛУЧЕНИЕ ГРАНУЛИРОВАННЫХ СЛОЖНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДА И АММОФОСА В СКОРОСТНОМ БАРАБАННОМ ГРАНУЛЯТОРЕ
(*Дзержинский политехнический институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева, **Научно-исследовательский институт карбамида) e-mail: [email protected]
Рассмотрен процесс получения гранулированных сложных удобрений, изучены физико-механические и химические свойства полученныхудобрений.
Ключевые слова: карбамид, аммофос, гранулирование, барабанный гранулятор, минеральные удобрения
В последние годы рост объемов потребления удобрений был достаточно стабильным -1,5% в год. Некоторый спад наблюдался лишь в 2006 году, что было связано со снижением объемов потребления калийных и фосфорных удобрений. С наступлением экономического кризиса в августе 2008 года производители удобрений оказались в непростом положении. В связи с падением цен на нефть вопрос развития рынка альтернативного топлива, в частности рынка биотоплива, потерял актуальность. Таким образом, спекулятивный момент, в свое время взвинтивший цены на зерновые культуры, которые, в свою очередь, используются как главный компонент в производстве биотоплива, потерял свое значение. Так что проекты по повышению урожайности при помощи удобрений перестали подстегивать спрос на удобрения, и цены на удобрения снизились. Кроме того, высокая урожайность в этом году способствовала накоплению существенных запасов зерна.
Ключевым фактором в 2009 г. было стремительное падение цен во всех продуктовых сегментах, которое началось в 4-м квартале 2008 г. В то же время объемы продаж начали восстанавливаться после резкого снижения уже с конца 1-го квартала 2009 г. по мере того, как цены достигли дна сначала в азотном сегменте, затем для продукции фосфорной группы. Во второй половине 2009 г. продажи удобрений начали возвращаться к своим среднестатистическим уровням. В 2010 г. восстановление рынка продолжилось. В первые месяцы 2010 г. высокий спрос со стороны конечных потребителей в сочетании с истощением то-
варных запасов, помог ценам на азотные удобрения вырасти до средних уровней.
По расчетам в 2011/2012 гг. производство удобрений возрастет до 241 млн. т. А вот данные по мировому спросу: в 2011/2012 году - 216 млн. т. Теперь по видам удобрений. Азотных удобрений на рынке к 2012 году будет на 23,1 млн. т больше, чем сегодня. Фосфорных удобрений промышленность предложит больше на 6,3 млн. т, а калийных - на 4,9 млн. т. Увеличение использования удобрений закономерно влечет за собой потребность в расширении их ассортимента. Еще 10-15 лет тому назад в нашей стране безусловное предпочтение отдавалось водорастворимым минеральным удобрениям, поэтому единственным по существу фактором агрохимической целесообразности являлось содержание и соотношение в них питательных элементов. В настоящее время общепризнанно, что водорастворимость является далеко не однозначной характеристикой агрохимической ценности удобрений, особенно с учетом многообразия почвенно-климатических условий нашей страны. На первое место выходит качество удобрений.
Проблема качества минеральных удобрений имеет исключительно большое значение, особенно с учетом больших объемов и сезонности применения их в сельском хозяйстве. На первом этапе развития туковой промышленности для улучшения качества продукции в первую очередь решались задачи получения удобрений с лучшим химическим составом.
К основным направлениям улучшения качества, выработанным более чем столетней практикой применения удобрений в мире, относят: повышение концентрации питательных веществ; увеличение производства и расширение ассортимента наиболее целесообразных для сельского хозяйства удобрений; улучшение физических свойств удобрений путем усовершенствования технологии их производства и применения специальных кондиционирующих добавок.
Улучшение качества минеральных удобрений определяет уровень их агрохимической и экономической эффективности. Важнейшим показателем качества удобрений является их химический состав и физико-механические характеристики, которые влияют на условия производства, хранения, транспортирования и непосредственного применения в сельском хозяйстве. Улучшение качества минеральных удобрений достигается обычно за счет гранулирования. Введение в состав удобрений различных добавок может изменить физико-химические и механические свойства, а, следовательно, и качество удобрений. Это обусловливает необходимость изучения влияния этих добавок на свойства удобрений. Значительная часть минеральных удобрений получается в настоящее время в виде гранулированного продукта с размерами частиц 1-4 мм. Такое удобрение не слеживается и высеивается любыми видами сеялок [1].
Дзержинским политехническим институтом были проведены исследования механических и физико-химических свойств гранулированных сложных минеральных удобрений (ГСМУ), полученных в соответствии с разрабатываемой технологией: ГСМУ -1 - на основе карбамида, аммофоса и хлорида калия и ГСМУ-2 - на основе карбамида и аммофоса. Исследования указанных свойств проведены с целью установления пригодности ГСМУ для хранения, транспортировки и внесения в почву в соответствии с современными требованиями агрохимии. Все изученные свойства ГСМУ рассматривались как функция гранулометрического состава удобрений и массовой доли плава карбамида.
Были исследованы зависимости статической прочности гранул удобрения от грануломет-рического состава и от количества нанесенного плава. Результаты исследования представлены в табл. 1.
Из табл. 1 видно, что статическая прочность полученных нами гранул диаметром 3 мм значительно превышает прочность гранул чистого карбамида для ГСМУ-1 в 4,5 раза, для ГСМУ-2 в 5 раз. По отношению к гранулам аммофоса прочность ГСМУ-1 и ГСМУ-2 больше в 1,5 раза.
Таблица 1
Зависимость статической прочности гранул сложного удобрения от гранулометрического состава и
количества нанесенного плава Table 1. The dependence of static strength of granules of complex fertilizers on granulometric composition and
amount of applied fusion cake
№ пробы Тип удобрения Количество нанесенного плава, кг/кг Статическая прочность гранул, кг/гран, для гранул диаметром, мм
2,00 2,25 2,50 2,75 3,00
1 ГСМУ-1 0,225 4,08 4,51 5,18 5,69 6,15
1.1 0,450 3,68 4,16 4,77 5,33 5,89
1.2 0,670 3,27 4,02 4,52 5,09 5,65
1.3 0,900 2,98 3,42 4,15 4,73 5,38
2 ГСМУ-1 0,225 3,98 4,63 5,21 5,70 6,27
2.1 0,450 3,56 4,25 4,93 5,51 5,96
2.2 0,670 3,22 3,94 4,65 5,20 5,65
2.3 0,900 2,78 3,49 4,21 4,75 5,59
1 ГСМУ-2 0,18 4,42 5,11 6,01 6,34 7,12
1.1 0,36 4,14 4,78 5,64 5,95 6,84
1.2 0,54 3,63 4,32 5,20 5,68 6,41
1.3 0,72 3,27 4,00 4,80 5,45 6,20
2 ГСМУ-2 0,18 4,18 4,68 5,39 6,00 6,78
2.1 0,36 3,96 4,22 5,01 5,71 6,41
2.2 0,54 3,52 3,94 4,68 5,42 6,12
2.3 0,72 2,95 3,60 4,30 5,10 5,90
Аммофос 2,78 3,05 3,29 3,51 3,77
Карбамид 1,03 1,11 1,14 1,21 1,26
При гранулировании удобрение пересыпается в барабане, а также совершает сложное перемещение в сечении барабана по параболической кривой, при этом гранулы от постоянного трения, соударений и ударов о насадку подвергаются разрушению. На основании этого была исследована динамическая прочность гранул сложного удобрения, результаты исследования представлены в табл. 2.
Таблица 2
Динамическая прочность (истираемость) гранул Table 2. Dynamic strength (abrasion) of granules
Время истирания, мин Истираемость гранул, % масс.
Карбамид Аммофос Сложное удобрение
ГСМУ-1 ГСМУ-2
10 0,40 0,55 0,38 0,32
20 0,80 0,91 0,74 0,69
30 1,05 1,07 1,01 0,95
40 1,20 1.21 1,18 1,11
50 1,70 1.73 1,67 1,63
Из табл. 2 видно, что динамическая прочность (истираемость) гранул сложного удобрения, полученного в барабанном грануляторе, выше динамической прочности карбамида и аммофоса.
Другие свойства сложных минеральных удобрений (насыпная масса, угол естественного
откоса, температура плавления, плотность и коэффициент текучести) представлены в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Зависимость различных свойств сложного минерального удобрения от количества нанесенного плава Table 3. Dependence of various properties of complex
Анализ полученных данных показал следующее.
Насыпная масса сложного удобрения зависит от размера гранул и, с увеличением диаметра гранул, насыпная масса сложного удобрения уменьшается, составляя для фракции гранул диаметром 3,0 мм 775 кг/м3 (ГСМУ-1) и 815 кг/м (ГСМУ-2), что близко к аналогичным данным карбамида и аммофоса (609 и 934 кг/м3 соответственно). Таким образом, в равных объемах транспортных средств и складских помещений можно разместить ГСМУ на 17% меньше, чем аммофоса, но на 20% больше, чем карбамида, что не требует изменения технологии складирования и перевозки.
Угол естественного откоса полученных сложных удобрений составляет 24-25° для ГСМУ-1 и 26° для ГСМУ-2, что меньше критического значения 45°, превышение которого затрудняет рассев удобрений, создавая неравномерность потока удобрений из сеялки.
Температуры плавления ГСМУ-1 составляют 135-145°С, для ГСМУ-2 134-141°С снижаясь с ростом массовой доли нанесенного плава карбамида, что близко к температуре плавления карбамида, а добавление хлорида калия в ГСМУ-1 не оказывает существенного влияния на температуру плавления сложного удобрения.
Плотность сложного минерального удобрения для обоих исследуемых образцов снижается с ростом количества нанесенного вещества и составляет 1,2412 г/см3 и 1,2346 г/см3 для ГСМУ-1 и ГСМУ-2 соответственно.
mineral fertilizer on the ^ amount of applied fusion cake
№ пробы Тип удобрения Количество нанесенного плава, кг/кг Насыпная масса, кг/м3 Угол естественного откоса, градус Температура плавления, °С Плотность, г/см3
1 ГСМУ-1 0,225 870 23,9 145,2 1,6540
1.1 0,450 830 24,1 141,3 1,4213
1.2 0,670 800 24,3 139,5 1,2724
1.3 0,900 775 24,5 135,5 1,2412
2 ГСМУ-1 0,225 855 23,9 144,9 1,6340
2.1 0,450 835 24,0 141,1 1,4115
2.2 0,670 805 24,2 139,2 1,2702
2.3 0,900 775 24,5 135,1 1,2398
1 ГСМУ-2 0,18 865 25,7 141,4 1,5390
1.1 0,36 840 25,7 139,3 1,3138
1.2 0,54 825 25,6 137,1 1,2685
1.3 0,72 815 25,6 134,4 1,2346
2 ГСМУ-2 0,18 870 25,6 141,1 1,5317
2.1 0,36 850 25,5 139,0 1,3114
2.2 0,54 840 25,5 136,7 1,2661
2.3 0,72 820 25,5 134,0 1,2327
карбамид - 934 22,6 132,3 1,2182
аммофос - 609 20,1 170,2 1,8000
хлорид калия - - - 776,0 1,9900
Таблица 4
Зависимость различных свойств сложного минерального удобрения от гранулометрического состава
Свойства удобрений № пробы Тип удобрения Гранулометрический состав, мм
2,00 2,25 2,50 2,75 3,00
Насыпная масса, кг/м3 1 ГСМУ-1 794 788 785 781 775
2 ГСМУ-1 792 787 782 778 772
1 ГСМУ-2 860 845 838 825 815
2 ГСМУ-2 858 850 835 820 820
аммофос 976 963 952 943 934
карбамид 618 616 614 611 609
Угол естественного откоса, градус 1 ГСМУ-1 23,7 23,9 24,1 24,3 24,5
2 ГСМУ-1 23,7 23,9 24,1 24,3 24,5
1 ГСМУ-2 26,6 26,4 26,1 25,9 25,6
2 ГСМУ-2 26,3 26,1 25,9 25,7 25,5
аммофос 21,9 22,1 22,3 22,5 22,6
карбамид 36,8 36,8 36,9 36,9 37,0
Коэффициент текучести К., С'ММТ-1 1 ГСМУ-1 10 12 14 16 19
2 ГСМУ-2 9 11 13 15 17
аммофос 7 9 11 13 15
карбамид 8 10 12 14 16
Исследование текучести ГСМУ показало, что время истечения при постоянном диаметре отверстия для ГСМУ выше, чем для карбамида и аммофоса, выпускаемого промышленностью. Различие в коэффициенте текучести между ГСМУ, карбамидом и аммофосом уменьшается и становится незначительным с ростом диаметра гранул до 3 мм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сырченков А. Я. Современное состояние и оценка показателей качества минеральных удобрений. М.: НИИ-ТЭХИМ. 1988. 112 е.;
Syrchenkov A.Ya. Modern state and estimation of quality parameters of mineral fertilizers. M.: NIITEKHIM. 1988. 112 p. (in Russian).
2. Серый П.В., Островский C.B. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2011. Т. 54. Вып. 6. С. 51-54;
Seryiy P.V., Ostrovskiy S.V. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Teknol. 2011. V. 54. N. 6. P. 51-54 (in Russian).
Кафедра химической технологии неорганических веществ
УДК 661.865.5:66.097.5
Т.В. Конькова, М.Б. Алехина, Т.Ф. Садыков, М.А. Никифорова, А.И. Михайличенко, Е.Ю. Либерман
ГЕТЕРОГЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ ФЕНТОНА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ
(Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева) e-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected],
[email protected] , [email protected]
Оксиды кобальта и церия, нанесенные на оксид алюминия, силикагели, и аморфный алюмосиликат, были исследованы в процессе каталитического окисления метилового оранжевого пероксидом водорода в водных растворах. Наибольшую активность и стабильность в исследуемыхусловиях проявил катализатор на основе оксида алюминия, что позволяет рекомендовать его для дальнейших исследований процессов очистки сточных вод от органических соединений.
Ключевые слова: жидкофазное каталитическое окисление, пероксид водорода, оксиды переходных металлов, красители
ВВЕДЕНИЕ
Загрязнение сточных вод предприятий химической, лакокрасочной и текстильной промышленности красителями и пигментами является серьезной проблемой, поскольку эти стоки трудно поддаются детоксикации и обесцвечиванию. Одним из эффективных методов очистки сточных вод от красителей является каталитическое окисление органических веществ до диоксида углерода и воды такими окислителями, как озон, хлор, пероксид водорода. Применение пероксида водорода позволяет проводить процесс окисления органики при атмосферном давлении и невысокой температуре (ниже 100°С), при этом Н202 является недорогим и экологически чистым реагентом. При взаимодействии пероксида водорода с ионами переходных металлов образуются активные гидроксильные радикалы ОН', имеющие высокий окислительный потенциал Е°, равный по разным
литературным источникам 2,73 - 3,06 В (для сравнения, значение Е° для пероксида водорода равно 1,76 В) [1-4]. Гидроксильные радикалы, в свою очередь, инициируют радикальные цепные реакции, приводящие к полному окислению органических соединений. Помимо этого, ОН'-ради-калы обладают минимальной селективностью в отношении различных органических веществ, что говорит об их универсальности, как окислителя.
Окисление органических примесей в сточных водах с помощью гидроксильных радикалов носит название процесса Фентона. Гомогенные катализаторы Фентона являются достаточно эффективными в реакциях окисления, но они имеют существенный недостаток: необходимость удаления ионов металла после процесса очистки сточных вод, а это требует дополнительных стадий разделения, увеличивающих стоимость процесса в целом. В гетерогенных катализаторах Фентона
