CC BY
104
УДК 549.67:525
ПОЛУЧЕНИЕ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ CAN С ДОБАВКОЙ ЦЕОЛИТА ХОЛИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
А.В. Савенков, А.В. Янков, В.Т. Леонов
Получены образцы кальций-аммонийной селитры (CAN) с добавкой холинско-го цеолита 5; 10; 25 %. Определены основные физико-механические характеристики исследуемых образцов, а также другие показатели при помощи физико-химических методов анализа.
Ключевые слова: удобрения, цеолит, холинское месторождение, прочность, сорбция, кислотность, анализы.
Как минеральный вид цеолиты известны с середины 18 века. Однако на протяжении длительного времени их рассматривали в качестве редких минералов, не имеющих практического применения. С недавних пор стало ясно, что цеолиты являются ценнейшими минералами. Высокая механическая прочность, стабильность в области высоких температур, агрессивных сред и ионизирующих излучений, селективность к крупным катионам щелочных, щелочноземельных, редких, рассеянных и некоторых тяжелых металлов, поглощающая способность и ситовый эффект предопределили их широкое использование в промышленности и народном хозяйстве. При производстве минеральных удобрений введение природного цеолита в растворы и плавы приводит к улучшению физико - химических и физико -механических свойств продукта [1].
В России, обладающей крупнейшими запасами этого природного минерала, цеолит в промышленности и сельском хозяйстве используется незначительно, что объясняется нетрадиционностью и высокой наукоем-костью освоения этого полезного ископаемого.
Основные запасы цеолитового сырья сосредоточены в Сибири и на Дальнем Востоке, обнаружены месторождения в Забайкалье и на Кавказе.
В настоящее время на территории стран СНГ разрабатывается более 30 крупных месторождений, общие прогнозные ресурсы которых превышают 3,5 млрд. т. Из них на высокоцеолитизированные руды (с содержанием цеолитов более 70 % приходится 11 % всех месторождений, на среднецеолитизированные (40 ^ 70 % цеолита) - 82 % месторождений и на низкоцеолитизированные (до 40 % цеолита) - 6 % месторождений. Среди месторождений первой группы стоит выделить Холинкское. Во вторую группу входят Пегасское. Шивыртуйское и Пашинское месторождения. К третьей группе относятся Цаганцапское и Хетинское месторождения.
Основным породообразующим минералом природного цеолита Хо-линского месторождения являются высококремнистые цеолиты изострук-турного ряда клиноптилолита.
Цеолит Холинского месторождения - это кристаллический гидра-тированный алюмосиликат, содержащий в качестве катионов такие элементы периодической системы, как натрий (№+), калий (К+), магний (Mg ), кальций (Са ) и пр. Многочисленные химические анализы цеолитов, приведенные в различных литературных источниках, показывают, что в их состав входят практически все известные химические элементы, включая редкоземельные.
Структура цеолита Холинского месторождения представляет собой каркас, построенный из бесконечной трехмерной сетки чередующихся тетраэдров АЮ4 и SiO4 (алюмо - и кремнекислородные тетраэдры), связанных общими атомами кислорода. В сетке имеются полости и каналы, заполненные молекулами воды и большими ионами со значительной подвижностью, что обеспечивает возможность ионного обмена и обратимой дегидратации. Роль больших ионов выполняют одно и двухзарядные катионы щелочных и щелочно - земельных металлов (№+, Ca2+, Mg2+ и Ba2+). Катионы металлов, находящиеся в каналах, называют обменными ионами, а ионы Si4+ и А13+, которые в обычных условиях не обмениваются, называют тетраэдрическими (каркасными) атомами.
Так как в лабораторных условиях трудно получить плав аммонийной селитры, то бралась промышленная аммонийная селитра с содержанием 34, 93 % N 0,45 % MgO, влажностью 0,8 % и рН = 5,5, расплавлялась до состояния плава, смешивалась с цеолитом, гранулировалась и далее анализировалась. Экспериментальная установка изображена на рис. 1.
При гранулировании были получены таблетированные цилиндры, которые получались при заливке плавом фильер. После удаления с горизонтальной поверхности излишков плава получались цилиндры с размерами: d = 3,4 мм и h = 5,5 мм. и частицы удобрений. Важной характеристикой физико - механических свойств удобрений и, в частности, аммонийной селитры является прочность гранул, которая определялась на приборе ИПГ-1.
Образец аммонийной селитры (АС), приготовленный в лабораторных условиях был принят за образец сравнения. Прочность цилиндров его составила 2,61 кг/образец. Зависимость прочности образцов удобрений от количества добавки цеолита представлена на рис. 2. Из графика видно, что увеличение добавки цеолита от 0 до 25 % приводит к увеличению прочности исследуемых образцов удобрений. Прочность образцов цилиндрической формы с увеличением добавки цеолита увеличилась с 2,61 кг/образец до 5,90 кг/образец, то есть она выросла более 2,2 раза. Хотя при добавке цеолита 10 % она выросла до 4,68 кг/ образец, то есть в 1,7 раза.
Параллельно с исследованием прочности цилиндров проводились испытания на прочность частиц образцов. Они получались при кристаллизации плава в фарфоровой чашке при перемешивании. Затем при рассеве удобрений брались для исследований частицы, застрявшие в сите диамет-
ром 2 мм. Для частиц увеличение добавки цеолита до 10 % повысило прочность с 1,16 кг/образец до 1,87 кг/образец, то есть в 1,6 раза. Дальнейшее увеличение добавки цеолита на прочность частиц не влияет.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - термостат; 2 - глицерин; 3 - мешалка термостата; 4 - контактный термометр; 5 - блок регулирования температуры; 6 - контрольный термометр; 7 - реактор; 8 - мешалка; 9 - блок управления мешалки; 10 - штатив
Од., %
Рис. 2. Зависимость прочности образцов удобрений от количества добавки цеолита
Анализ зависимостей прочности образцов показывает, что не только количественная добавка, но и способ гранулирования влияет на показатель прочности. В любом случае при сравнении прочности образцов промышленной аммонийной селитры, которая равна приблизительно 1,5 кг/гранулу, с образцами аммонийной селитры с добавкой цеолита прочность увеличивается в 1,5 ^ 2,0 раза. Таким образом, введение в аммонийную селитру цеолита в промышленных условиях гораздо повысит прочность ее гранул.
Зависимость слеживаемости образцов удобрений от количества добавки цеолита представлена в табл. 1. Из приведенных данных можно судить о положительном влиянии добавки цеолита на слеживаемость удобрений. Другими словами увеличение добавки приводит к уменьшению слеживаемости. Причем добавка цеолита более 10 % мало влияет на этот показатель. Добавка 10 % цеолита уменьшает слеживаемость почти в 2 раза.
Таблица 1
Слёживаемость полученных образцов удобрений _от количества добавки цеолита_
№ п/п Оц., г С, кг/см
1 0 6,32
2 5 3,71
3 10 3,21
4 25 2,94
При хранении готовой продукции важной характеристикой является способность гранулами сорбировать влагу из воздуха. Предварительно высушенные до постоянной массы исследуемые образцы помещались в эксикатор с водой, взвешивались через 24 часа. В результате данного эксперимента получалась зависимость сорбции влаги образцов удобрений от времени, изображенная на рис.3.
Добавка цеолита благоприятно сказывается на уменьшении сорбции влаги по сравнению с контрольным образцом - аммонийной селитрой. Например, у образца с 25 % - ой добавкой за 96 часов количество сорбируемой влаги почти в 2 раза меньше по сравнению с образцом без добавки цеолита.
Важной стадией в производстве аммонийной селитры является упаривание растворов аммонийной селитры до состояния плава. Этот процесс идет в выпарных аппаратах при температуре 175 ^ 185 оС. При упаривании растворов до состояния плава, в газовую фазу выделяются водяные пары (растворы концентрируются с 90 % до 99,7 %) и аммиак:
N^N03 ^ ИШ3 + МН3 Т, тем самым подкисляются азотной кислотой. На рис. 4 изображена зависимость рН образцов удобрений от добавки цеолита.
В табл. 2 представлена зависимость рН исследуемых веществ от содержания цеолита.
т, ч
Рис. 3. Зависимость сорбции влаги образцов удобрений от времени
Оц., %
Рис.4. Зависимость рН образцов удобрений от содержания цеолита
Таблица 2
Зависимость рН исследуемых веществ от содержания цеолита
№ п/п Оц., г рН
1 Цеолит чистый 6,30
2 5 6,05
3 10 6,13
4 25 6,21
5 Аммонийная селитра 5,4
Анализируя данные табл. 2 можно отметить положительное влияние цеолита на показатель рН удобрения. Введение цеолита позволит получать физиологически нейтральные удобрения, что положительно скажется на их агрохимических свойствах, так как не будет происходить закисление почвы, по сравнению с кислой аммонийной селитрой. Согласно [5], значение рН 10 % - го водного раствора для всех сортов с сульфатно-фосфатной добавкой 4, 0, с другими добавками 5,0.
Список литературы
1. [ Электронный ресурс] // 2012. № 4 Режим доступа: http: //www. xumuk.ru.
2. [Электронный ресурс] // 2012. № 3 Режим доступа: http: //www. ooom.ru.
3. Савенков А.В., Воробьев А.В., Янков А.В. Получение цеолит содержащей аммонийной селитры // Тезисы докладов XV научно - техн. конф. молодых учёных, аспирантов, студентов. Новомосковск: ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева», Новомосковский институт (филиал), 2013. С.54.
4. Савенков Д.А., Янков А.В., Ермакова А.О. Получение и исследование цеолитсодержащих удобрений // Тезисы докладов XXIX научн. конф. проф.-преп. состава и сотр. НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева. Новомосковск: ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева», Новомосковский институт (филиал), 2013. С. 25.
5. ГОСТ 2 - 85. Селитра аммиачная. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. 24 с.
Савенков Александр Васильевич, исполнительный директор НАК «Азот» Ев-роХима, аспирант,
Янков Александр Викторович, канд. техн. наук., доц., Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева,
Леонов Валентин Тимофеевич, д-р техн. наук., проф., Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева
PREPARATION CAN-BASED FERTILIZERS WITH ADDITIVES ZEOLITE
HOLINSKOGO DEPOSIT
A. V. Savenkov, A. V. Yankov, V. T. Leonov
Samples of calcium ammonium nitrate (CAN) with the addition of zeolite holinskogo 5, 10, 25%. The main physical characteristics of the samples, as well as other indicators using physico-chemical methods of analysis.
Key words: fertilizer, zeolite holinskogo field strength, sorption, acidity tests.
Savenkov Aleksand Vasilevich, executive director of the NAC "Nitrogen" EuroChem, graduate student,
Yankov Alexander Viktorovich, PhD. tehn. Sciences., Assoc., Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk's Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,
Leonov Valentin Timofeevich, D. tehn. Sciences., prof., Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk's Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University
