CC BY
64
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНОГО АЗОТ-КАЛИЙ-КАЛЬЦИЙ-МАГНИЕВОГО УДОБРЕНИЯ
Дадаходжаев Абдулла Турсунович
д-р техн. наук, профессор, начальник отдела разработки и внедрения инновационных технологий,
научных исследований и локализации производства АО «Узкимесаноат»,
Узбекистан, г. Ташкент E-mаil: innovatsiya1@uks. щ
Ахмедов Мансур Эшмаматович
канд. хим. наук, главный специалист отдела разработки и внедрения инновационных технологий, научных исследований и локализации производства АО «Узкимесаноат», соискатель Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан,
Узбекистан, г. Ташкент E-mаil: innovatsiya2@uks. щ
Гуро Виталий Павлович
д-р хим. наук, профессор. заведующий лабораторией Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан,
Узбекистан, г. Ташкент, E-mаil: vpguro@rambler. т
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY OF PRODUCTION OF COMPLEX NITROGEN-POTASSIUM-CALCIUM-MAGNESIUM FERTILIZERS
Abdulla Dadakhodzhaev
Doctor of technical sciences, professor. Head of department of development and implementation of innovative technologies, scientific research and localization of production of Uzkimyosanoat JSC,
Tashkent, Uzbekistan,
Mansur Akhmedov
candidate of chemical sciences, main specialist of department of development and implementation of innovative technologies, scientific research and localization of production of Uzkimyosanoat JSC, candidate of the Institute of General and inorganic chemistry of the Academy of Sciences of Uzbekistan,
Tashkent, Uzbekistan,
Vitaliy Guro
Doctor of chemical Sciences, Professor. Head of laboratory Institute of General and Inorganic Chemistry
of the Academy of sciences of the Republic of Uzbekistan,
Tashkent, Uzbekistan,
АННОТАЦИЯ
Разработана технология получения азот-калий-кальций-магниевого комплексного сложного удобрения. Технологический процесс состоит из следующих стадий: получение двойной соли K2SO4(NH4)2SO4 методом одноступенчатой конверсии сульфата аммония хлоридом калия без подогрева; смешение двойной соли с доломитом при соотношениях - 100:40; 60:40; обработка смеси, двойной соли и доломита азотной кислотой с концентрацией (30%, 57%), рН=6,0; сушка продукта. В результате реализации разработанной технологии можно производить комплексные удобрения следующего состава: NKOCOMgO = (4^7):(25^36):(6^8):(4^5)
ABSTRACT
The technology of obtaining nitrogen-potassium-calcium-magnesium complex fertilizer. The technological process consists of the following stages: obtaining a double salt K2SO4-(NH4bSO4 by the method of single-stage conversion of ammonium sulfate with potassium chloride without heating; mixing the double salt with the dolomite in the ratio of 100:40; 60:40; treatment of the mixture of double salt and dolomite in nitric acid with a concentration of (30%, 57%),
Библиографическое описание: Дадаходжаев А.Т., Ахмедов М.Э., Гуро В.П. Разработка технологии производства сложного азот-калий-кальций-магниевого удобрения // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 2(56). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6846
pH=6,0; drying of the product. As a result of implementation of the developed technology it is possible to produce complex fertilizers of the composition: N:K2O:CaO: MgO=(4-7):(25-36):(6-8):(4-5)
Ключевые слова: Хлорид калия, сульфат аммония, доломит и азотная кислота. Keywords: Potassium chloride, ammonium sulfate, dolomite and nitric acid.
Одним из условий обеспечения плодородия почвы является внесение в нее минеральных удобрений с основными питательными элементами: азотом, фосфором, калием, а также микроэлементами. Все большее значение приобретают комплексные удобрения, содержащие их одновременно. Различают сложные, сложно-смешанные и смешанные удобрения, а также жидкие суспендированные комплексные удобрения (ЖКУ и СЖКУ). Сложные удобрения получают в едином технологическом цикле, в результате проведения процессов химического взаимодействия между исходными компонентами. Известны их торговые марки: «Yara» (Россия, содержит макро, мезо и микроэлементы в хе-латной форме); «Кристаллон» (Нидерланды, кроме N, P2O5 и K2O до 5-6%, содержит MgO); «Климаплант» (Франция, также содержит MgO); CEO AGRO: WEROLUT, WEROLES, WEROLAX (Турция, NPK тип с CaO) и др. Отличительной чертой их, в сравнении с тукосмесями, является равномерное распределение питательных веществ.
Целью работы стала разработка технологии производство сложного удобрения на основе азота, калия, кальция и магния.
Химическая промышленность Узбекистана производит ряд простых удобрений: аммиачную селитру (1910000 т/год), карбамид (630000 т/год), сульфат аммония (185000 т/год), из калийных удобрений - хлорид калия (400000 т/год). В их составе не содержатся кальций и магний, необходимые растениям в период вегетации. Из них производимые АО «Аммофос-Максам» и АО «Кукон суперфосфат заводи» суперфосфат, супрефос плохо растворимы из-за присутствия соответствующих форм кальция. Например, в удобрении PS-Агро, Ts 00203074-33-2014, он распределен так, %: CaHPO4 15-21, Ca№PO4>2H2O 21-26, Ca5F(PO4)3 2.5-3, CaSO4^O 3-5. Между тем, дефицит водорастворимого кальция в почве создает признаки «общего голодания» растений [1,2].
Важным компонентом сложных удобрений является магний, участвующий в фотосинтезе и транспорте питательных веществ в корневую систему. В Узбекистане производятся магниевые удобрения, но не в достаточном количестве: гексагидрат сульфата магния MgSO4^7H2O производит АО «Максам-Чир-чик» (N:P2O5:K2O:MgO=10:5:20:6, марки А), кали-магнезию (26-28% К, 16/Mg) ОАО «Буйский химический завод» (г. Буй, Костромская обл.).
Исходя из указанных недостатков, задачей исследования стал перевод кальция в растворимую форму, освоение производства магний содержащих компонентов и разработка технологии комплексного удобрения из местного сырья: хлорида калия, сульфата аммония, доломита и азотной кислоты.
Методы и материалы. Магний содержащим сырьем в республике является доломит месторождений
Дехканабада, Навоийской, Ташкентской, Ферганской областей. В доломите Mg и Ca находятся в виде карбонатов, с содержанием до 30% CaCOз и 20-21% MgCO3. Производство хлорида магния и тяжелых форм магнезии освоены [3, 4], а раствор нитрата магния, жидкого азот-кальций-магниевого удобрения (противогололедного реагента) освоено в АО «Мак-сам-Чирчик» [5]. Содержание MgO и CaO определяли по ГОСТ 23673.1-79. Установлено, что Mg-сырье - доломит Дехканабада, Кашкадарьинской области (MgO 20-21масс.%), удовлетворяет требованию ГОСТ 23672-99 к нему: их должно быть не менее, % масс: MgO-19; СаО-34, а FeO - не более 0,05.
Результаты и обсуждение. Разработан процесс производства комплексного азот-калий-кальций-магниевого удобрения, состоящий из следующих этапов: получение двойной соли-сульфат калия с сульфатом аммония (т + (NH4)2SO4 = K2SO4•(NH4)2SO4 + N^0); смешение двойной соли с доломитом; обработка смеси двойной соли (K2SO4•(NH4)2SO4) и доломита азотной кислотой (K2SO4•(NH4)2SO4+CaCOз+MgCOз+HNOз ^ K2SO4•(NH4)2SO4 + Ca(NOз)2 + Mg(NOз)2 + Ш2 + H2O); сушка продукта.
Составлена технологическая карта процесса получения (N-K-Ca-Mg) удобрения в лабораторных условиях. Его стадии: приготовление насыщенного раствора сульфата аммония; приготовление суспензии хлорида калия; добавление суспензии хлорида калия в раствор сульфата аммония, при работающей мешалке; температура реакционной смеси 25 оС, время процесса 60 мин; фильтрация - отделение влажной двойной соли K2SO4•(NH4)2SO4; взвешивание и смешение влажной двойной соли с доломитом; в полученную смесь малыми порциями добавка равного количества, к доломиту азотной кислоты, концентрацией 30 или 56 % вес (другой вариант: смешивание доломита с азотной кислотой, затем образовавшуюся смесь перемешать с влажной двойной солью и сушка).
В лабораторных условиях проведена работа по получению азотно-калийного удобрения с добавлением Са и Mg. Использовали стеклянную ёмкости с механической мешалкой. Процесс осуществлялся в две стадии: 1 - получение двойной соли K2SO4•(NH4)2SO4 методом одноступенчатой конверсии хлорида калия сульфатом аммония при температуре 25 оС; полученный раствор добавляли в суспензию хлорида калия; для приготовления суспензии использовали хлорид калия с массовой долей калия 52,09 % или К2О=62,5%; конверсию вели при температуре 25 оС при перемешивании в течение 1 ч; полученную смесь разделяли фильтрованием на вакуум-фильтре на двойную соль и маточный раствор; влажную соль и фильтрат анализировали на содержание
О-, SO42-, N^+1; 2 - насыщение двойной соли
К2804 (ЫН4)2804 питательными элементами Са и М^; в качестве Са-, М^- сырья использовали доломит состава, %: МяО 15,4; СаО 25,4; БЮ20,02; Бе20з 0,09.
Стадию 2 проводили двух вариантах. Вариант 1. 100 я двойной соли К2804 (ЫН4)2804 перемешивали с 40 я доломита и обработали 18 ст3 30%-ной НМ0з (или 9 ст3 57%-й НМ0з) при перемешивании до полусухой массы с рН 6,0. Продолжительность процесса - 20 мин. Вариант 2. 40 я доломита обрабатывали 18 см3 30%-й НШз (или 9 ст3 57%-й НШз). По окончании нейтрализации вносили 100 я влажной двойной соли и перемешивали до образования массы с рН 6,0. Продолжительность процесса - 20 мин.
По двум вышеуказанным вариантам проведены опыты с 30%-й НШз (4 пробы) и с 57%-й НШз (4 пробы), с использованием неочищенного хлорида калия, а также опыты с 57%-й НМ0з (4 пробы) и 30%-й
Результаты пол
HNO3 (2 пробы) с использованием перекристаллизованного хлорида калия. В результате, получено 14 образцов: по варианту I - № 1i; 2i; 3i; 4i; 5i; 6i; 7i; по варианту II - № Ъ; 22; З2; 42; 52; 62; 72. Образцы анализировали на содержание: K+, Cl-, SO42-, NH+; NO3-; MgO; CaO; а также нерастворимых в воде веществ (таблица 1).
Обсуждение результатов. В результате, получены образцы азот-калий-кальций-магниевого удобрения в форме рассыпчатой массы розово-коричневого цвета (табл. 1-2). При использовании 30%-ной HNO3 и неочищенного KCl получены образцы 1-2, состава (табл. 3). При использовании 57%-ной HNO3 и неочищенного KCl получены образцы 3-4, состава (табл. 4). В опытах 5, 6, 7 использовали перекристаллизованный хлорид калия (54,87 %).
Таблица 1.
|я двойной соли
ев Я м ев & KCl (NH4)2SO4 Фильтрат Двойная соль
м m S 6g 0 m 3 3 u л H О m Массовая концентрация, g/dm3 »g Массовая доля, %
\о о % и а 0 M in 2 )4 в N( 0 В § s« \o 0 == В g 1» В K+ Cl- SO42 - NH4+ 0 с а S K+ Cl- 2 4 О 5 + 4 В N Н2О
1 680 1,142 60,0 146,4 61,5 67,1 220 37,0 3,5 48,1 3,7 9,1
2 700 1,140 57,5 131,8 65,7 69,7 227,4 37,9 12,8 44,7 3,4 9,7
3 0 0 OO 0 0 <N 655 1,143 45 103,8 68,6 65,3 245,4 36,6 21,7 33,2 2,5 10,5
4 <N <N <N m 670 1,137 59 142 56,8 64,8 234,9 34,9 6,0 47,4 3,0 10,0
5 690 1,140 83 154,4 9,7 51,8 231,1 27,3 1,7 47,0 4,2 9,2
6 680 1,136 61,5 150,9 9,5 61,7 242,2 34,6 2,1 52,2 4,0 5,6
7 690 1,133 63,5 141,1 48,0 63,0 221,7 37,8 3,8 50,9 6,1 6,3
Таблица 2.
Результат получения N-К-Ca-Mg удобрения, обозначение: 11, 21, З1, 41,51, 61, 71 - 100 g соли + 40g доломита + HNOз ; 12, 22, З2, 42, 52, 62, 72 - 40 g доломита + HNOз + 100g двойной соли
№ образца Исходное сырье Масса сухой соли Массовая доля, % ■ о â s а ё о ^ 1 ч? я S 0 s ^Ч s Н р
Двойная соль, g Доломит, g о4 3 3m с Л O3 N H
K+ Cl- SO42 NH4+ NO3 MgO CaO Нераств. в воде СОз
11 100 40 18 (30%) 133,2 23,9 0,6 37,9 1,8 4,2 4,7 7,3 28,8 3,2 6,0
12 100 18 (30%) 133,8 25,3 1,0 37,5 2,2 5,5 3,5 4,4 25,1 0,28 6,0
21 100 40 18 (30%) 134,6 25,2 4,3 32,5 2,0 5,1 3,9 6,5 26,7 2,8 6,0
22 100 18 (30%) 132,4 30,2 3,9 33,5 2,0 5,6 4,8 6,6 29,4 0,56 6,0
31 100 40 9 (57%) 132,7 24,5 5,9 25,7 0,85 4,0 5,2 8,1 27,7 2,8 6,0
32 100 40 9 (57%) 133,9 28,5 6,9 25,5 1,3 2,7 4,8 6,6 27,0 0,16 6,0
41 100 40 9 (57%) 136,0 26,5 3,5 34,4 1,3 3,0 4,8 7,2 26,9 1,7 6,0
42 100 9 (57%) 135,4 32,2 3,4 35,6 2,14 2,7 4,5 6,4 23,4 0,49 6,0
51 100 40 9 (57%) 139,0 23,9 1,7 39,0 1,7 1,9 4,2 5,6 23,3 1,8 6,0
52 100 40 9 (57%) 138,2 29,5 1,6 41,5 2,1 1,9 5,3 7,0 24,6 0,92 6,0
61 100 40 9 (57%) 141,5 24,2 3,1 38,7 2,6 1,0 4,4 5,3 27,5 0,54 6,0
62 100 40 9 (57%) 140,5 32,8 2,4 40,6 1,3 1,7 2,9 3,8 27,6 0,67 6,0
71 60 40 18 (57%) 101,3 21,9 2,5 29,6 1,8 3,2 8,0 8,9 30,1 1,1 6,0
72 60 40 18 (57%) 100,8 21,7 2,4 29,7 3,1 2,8 7,3 8,1 29,7 1,2 6,0
Таблица 3.
Состав образцов №1-2
образец № 11 21 12 22
% 23,9 25,2 25,3 30,2
а-, % 0,6 4,3 1,0 3,2
^4+, % 1,8 2,0 2,2 2,0
SO42-, % 37,9 32,2 37,5 33,5
Шэ-, % 4,2 5,1 5,5 5,5
CaO, % 7,3 6,5 4,4 6,6
MgO, % 4,8 3,9 3,5 4,8
СО3 3,2 2,8 0,28 0,56
нераств., % 28,8 26,7 25,1 29,4
Таблица 4.
Состав образцов № 3-4
образец № 31 41 32 42
% 24,5 26,5 28,5 33,2
а-, % 5,9 3,5 6,9 3,4
КИ4+, % 0,9 1,3 1,3 21,4
SO42-, % 25,7 34,4 25,5 35,6
Шэ-, % 4,0 3,0 2,7 2,7
CaO, % 8,1 7,2 6,6 6,4
MgO, % 5,2 4,8 4,8 4,5
СО3 2,8 1,7 0,16 0,49
нераств., % 27,7 26,9 27,0 23,4
Таблица 5.
Состав образцов № 5-6
образец № 51 61 52 62
% 23,9 24,2 29,5 32,3
а-, % 1,7 3,1 1,6 2,4
КИ4+, % 1,7 2,6 2,1 1,3
SO42-, % 39,0 38,7 41,5 40,6
Шэ-, % 1,9 1,0 1,9 1,7
CaO, % 5,6 7,0 5,3 3,8
MgO, % 4,2 5,3 4,4 2,9
СО3 1,8 0,54 0,92 0,67
нераств., % 23,3 27,5 24,6 27,6
В опытах 5, 6 использовании 57%-ю HNO3 исходных компонентов (вместо 100 g двойной соли (табл.5), в опыте 7 для увеличения содержания пита- взяли 60 g) (табл.6). тельных элементов Ca и Mg изменили соотношение
Таблица 6.
Состав образца № 7
образец № 71 72
% 21,9 21,7
а-, % 2,5 2,4
КИ4+, % 1,8 3,1
SO42-, % 29,6 29,7
Шэ-, % 3,2 2,8
CaO, % 8,0 7,3
MgO, % 8,9 8,1
СО3 1,1 1,2
нераств., % 30,1 29,7
Из таблиц 1 -6 видно, что в образцах варианта №1, кальций и магний присутствуют в нитратной и карбонатной формах одновременно. В образцах варианта №2, кальций и магний присутствуют только в нитратной форме. Для сравнения растворимости данного комплексного удобрения в воде: 1) 10,0535^ соли растворяли в 100ст3 Н2О; 2) 10,07753g - в 200 ст3 Н2О. Через три часа отфильтровали, просушили и взвесили.
В первом случае остаток составил 3,14755 g, то есть растворилось 6,905968 g. Растворимость соли в 100 ст3 Н2О 68,7%. Во втором случае остаток -2,17934 g: растворилось 7,89819 g. Растворимость соли в 200 ст3 Н2О 78,4%.
На основе данных разработана технология производства удобрения (рис).
Заключение.
Разработана технология получения азот-калий-кальций-магниевого комплексного удобрения. Сырьём для его производства служат хлорид калия, сульфат аммония, доломит и азотная кислота. Технологический процесс состоит из стадий: - получение двойной соли К2БО4-(ЯН4)28О4 методом одноступенчатой конверсии сульфата аммония хлоридом калия без подогрева; - смешение двойной соли с доломитом при соотношениях - 100:40; 60:40; - обработка смеси двойной соли и доломита азотной кислотой концентрацией (30%, 57%), рН 6,0; - сушка продукта. Реализация разработанной технологии обеспечит получение комплексного удобрения состава: N : К2О : СаО : MgO = (4-7) : (25-36) : (6-8) : (4-5).
Рисунок 1. Принципиальная схема опытного производства азот-калий-кальций-магниевого комплексного
удобрения
Обозначение: 1 - реактор с мешалкой и паровой рубашкой; 2 - нутч-фильтр; 3 - монжус-сборник фильтрата; 4 - смеситель.
Список литературы:
1. Беглов Б. М., Намазов Ш. С. Нитрат кальция. Его свойства, получение и применение в сельском хозяйстве, Ташкент, 2001. - 126 с.
2. Агронавигатор: Движение в правильном направлении/ЖУРНАЛ ДЛЯ ОВОЩЕВОДОВ И САДОВОДОВ Электронный ресурс. Режим доступа - https://www.agronavigator.net/ru/shkola-agronavigatora/mineralnoe-pitanie -kaltsij -i-magnij
3. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Часть 1. - С.277-250.
4. Дадаходжаев А.Т., Разработка и внедрение технологических процессов переработки доломита. Часть 2 // Узбекский химич. ж., 2015. - №3, С.53-57.
5. Akhmedov M.E., Dadakhodzhaev A.T., Guro V.P. Аnti-сold reagent on the basis of dolomite, nitrogen acid and carbamide. Proceedings «Of the international conference on interrated innovative development of Zarafshan region: achievements, challenges and prospects». Volume I. October 26-27, 2017. Navoi, Uzbekistan. P. 352-358.
