CC BY
702
УДК 667.66:542
В. Ю. Потебенко, А. В. Янков, Х. Э. Харлампиди
СИНТЕЗ И ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОФО-БИЗИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ ДИСПЕРГАТОРА НФ
Ключевые слова: ПАВ, лиламин, диспергатор НФ, аммонийная селитра.
Предложены образцы антислеживателей для обработки гранул минеральных удобрений, которые могут заменить применяемый в настоящее время лиламин. Исследованы физикохимические свойства синтезированных ПАВ.
Keywords: peahens, lilamin, dispergator NF, sulphate ammonium.
Samples anti-caking for processing of granules of mineral fertilizer which can replace applied now lilamin are offered. Physical and chemical properties of the synthesized peahens are investigated.
Многолетняя практика производства и применения минеральных удобрений свидетельствует о том, что наиболее трудноустранимым неблагоприятным свойством этих продуктов является слеживаемость. Проблема слеживаемости удобрений одна из важнейших задач в производстве минеральных удобрений [1].
В технологии удобрений наиболее широкое применение находит модифицирование поверхности гранул антислеживателями. В большинстве случаев это каолин, диатомит и жирные амины или композиции на их основе. Например, жирные амины, действуют как влагопоглотители, они применяются в виде спреев, разбавленных минеральными маслами, или расплавов низкоплавких восков. Могут быть использованы и другие порошковидные материалы и поверхностно-активные вещества (ПАВ) [2].
Покрытие гранул удобрений обычно называют кондиционированием, что не совсем удачно, поскольку под этим следует понимать все технологические приемы, направленные на улучшение качества продукта, более глубокое высушивание или охлаждение, введение в состав удобрения сульфата аммония и других веществ, изменяющих его физико-химические свойства. С другой стороны, нанесение на поверхность гранул поверхностно-активных и опудривающих веществ меняет или модифицирует сорбционную способность вещества и энергетические свойства его поверхности.
В качестве антислеживателей применяются анионные и катионные ПАВ. Наиболее широко используют анионные ПАВ - ариловые сульфонаты, которые предотвращают слеживание путем торможения кристаллизации на поверхности и уменьшении поверхностного натяжения, таким образом, солевой раствор распределяется по поверхности как тонкая пленка. При адсорбции таких ПАВ из раствора на поверхности адсорбируются анионы, в результате чего поверхность приобретает отрицательный заряд. Недостатком его является слабая защита от атмосферной влаги, а также необходимость сочетания его с довольно большим количеством инертного порошка.
К катионным ПАВ относятся жирные амины, особенно, с длинной углеродной цепью, характерным представителем которых является октадециламин. Эти катионные ПАВ - наиболее распространенные вещества, используемые при обработке гранул минеральных удобрений против слёживаемости. Они представляют собой маслорастворимые ПАВ, которые прилипают к поверхности гранул и делают ее гидрофобной, что уменьшает способность удобрения поглощать влагу. Катионные ПАВ также оказывают влияние на форму кристалла и подавляют образование зоны контакта, а также уменьшают предел прочности на растяжение связей между гранулами [3].
Органические гидрофобные агенты не являются поверхностно-активными. Примерами являются парафины, синтетические полимеры и минеральные масла. Они создают гидрофобный барьер между гранулами, который предотвращает смачивание по точкам контакта и задерживает поглощение влаги из воздуха. Парафин хорошо сплавляется с
53
торфяным воском и алкилфенолом при температуре от 80 до 100 0С, что позволяет гидрофобизатору равномерно распределиться в массе кристаллов аммонийной селитры, это позволяет увеличить водостойкость селитры в два раза по сравнению с контрольным образцом, что обеспечивает сохранение высоких качеств аммонийной селитры при длительном хранении [4].
Однако для достижения высокой эффективности обработки гранул используется комбинированный эффект различных добавок. Одним из примеров комбинированного продукта являются жирные амины, растворенные в минеральном масле с добавками, усиливающими кондиционирующие действие, например, парафином. Применение масляного раствора имеет ряд преимуществ: более легкое дозирование, поскольку раствор может быть применен как жидкость; равномерное распределение поверхностно-активного амина по поверхности гранул; усиление гидрофобного характера поверхности и уменьшенное пыление удобрений. Образуя на гранулах удобрений тонкую пленку, даже при очень низких концентрациях, ПАВ эффективно изменяет характер формирования кристаллов в готовом удобрении, не допуская их сращивания,
а, следовательно, слеживания [5].
Нами были синтезированы образцы ПАВ на основе диспергатора НФ. В исследованиях 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. Приготовление растворов для обработки удобрений осуществлялось на лабораторной установке, состоящей из круглодонной стеклянной колбы объемом 500 мл, снабженной гидрозатвором и мешалкой. Диспергатор НФ заливали в колбу, включали мешалку и с помощью электроплитки подогревали до 50 0С. В подогретый диспергатор добавляли расчетное количество гидрофобизатора, и всю смесь перемешивали в течение 10 минут. Концентрацию определяли на анализаторе влажности «Элвиз» (далее влагомер) предназначен для экспрессного измерения влажности (массовой доли влаги или массового отношения в процентах) твердых монолитных, сыпучих, пастообразных, волокнистых материалов, водных суспензий и неводных жидкостей в лабораторных условиях термогравиметрическим методом. Состав исследуемых ПАВ и физико-химические свойства приведены в табл. 1
Таблица 1 - Состав исследуемых ПАВ и физико-химические свойства
Состав ПАВ Плотность, г/см3 рН Концентрация ПАВ, %
40 % НФ марки «А» 1,223 6,91 40,0
ПЭГ-600 1,130 6,73 98,5
40 % НФ + 1% Софэксил-40 1,224 10,0 41,0
40 % НФ+1% Софэксил 60-80 1,222 6,8 40,7
Лиламин - - 98,0
40% НФ+ПЭГ-600 (3:1) 1,205 6,77 57,3
40% НФ+ПЭГ-600 (1:1) 1,184 6,7 70,6
40% НФ+ПЭГ-600 (1:3) 1,161 6,42 84,3
Диспергатор НФ выпускают по ГОСТ 6848-79 [6] двух марок А и Б. А - продукт поликонденсации сульфокислот нафталина с формальдегидом, нейтрализованный едким натром; Б - продукт поликонденсации сульфокислот нафталина с формальдегидом, нейтрализованный аммиачной водой. По физико - химическим показателям диспергатор НФ должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в табл. 2.
Таблица 2 - Физико - химические показатели диспергатора НФ
Наименование А Б
показателя ОКП 24 8453 0130 ОКП 24 8453 0140
Сухой Жидкий Жидкий
1. Внешний вид Порошок серого цвета с коричневым оттенком. Жидкость коричневого цвета. Допускается осадок. Жидкость коричневого цвета. Допускается осадок.
2. Массовая доля активного вещества в пересчете на сухой продукт, %, не менее 52 50 45
3. Массовая доля воды, %, не более 5 68 57
4. Массовая доля золы в пересчете на сухой продукт, %, не более 36 36 Не нормируется
5. Массовая доля нерастворимых в воде веществ в пересчете на сухой продукт, %, не более 0,2 0,2 0,2
6. Массовая доля железа в пересчете на сухой продукт, %, не более 0,02 0,02 0,04
7. Массовая доля кальция в пересчете на сухой продукт, %, не более 0,07 0,07 Не нормируется
8. рН 2,5 %-ного водного раствора 7 - 9 7 - 9 6 - 7,5
Диспергатор НФ применялся в нашей стране для обработки гранул удобрений с целью уменьшения их слеживаемости. Он относится к группе биологически трудноразлагающихся веществ и представляет собой смесь полимерных соединений разной молекулярной массы. Технический диспергатор НФ применяется как вспомогательное вещество в резиновой, текстильной, кожевенной, анилинокрасочной промышленности и в производстве синтетического каучука.
Софэксил-40 - силиконовый гидрофобизатор в виде прозрачной жидкости, эффективен при защите от влаги и других атмосферных осадков. Гидрофобизатор обладает высокой проникающей способностью, не препятствует испарению влаги из удобрений, безвреден.
Софэксил-60-80 - силан-силаксановая эмульсия белого цвета с легким характерным запахом, которая эффективно защищает от влаги и атмосферных воздействий, обладает высокой проникающей способностью, а также вытесняет влагу из удобрения.
ПЭГ-600 - используется как диспергатор в текстильной, кожевенной, бумажной, резинотехнической промышленности, не токсичен, защищает от влаги минеральные удобрения, после обработки повышается механическая прочность гранул.
Лиламин - применяется в настоящее время и является основным материалом для обработки гранул аммонийной селитры. Представляет собой густое мазеобразное вещество, в его состав входят: соли первичных, вторичных и третичных алифатических и ароматических аминов.
Полученные образцы поверхностно-активных композиций на основе диспергатора НФ, полиэтиленгликоля марки ПЭГ-600, софэксила, лиламина. Были исследованы методом ИК -спектроскопии, так как даже одно и то же гидрофобизирующее вещество разной марки имеет различные, присущие одному ему, спектры [7]. Для уменьшения слеживаемости аммонийной селитры в производстве применяется лиламин различных модификаций: АС-29; АС-41Ь; АС-42Ь; АС-61 Н; АС-70Ь. На рис. 1, 2 представлены образцы лиламина АС-29 и АС-61 Н. Они растерты между стеклами КБг, область измерения 500-4000 см- . Лиламин марки АС-29 содержит 60% воды, 24,4% анионактивного ПАВ. Хроматографически определили
диэтиленгликоль, этиленгликоль. Спектральным методом подтвердили присутствие этиленгликоля, присущее колебание с=о группы при ^1022 см-1 и диэтиленгликоля, для него характерно колебание с=о группы при у= 1078 см-1. Также возможно присутствие соли сульфоэфиров, при у=1224 и 1250 см-1 и соли сложного эфира, при у=1738 см-1. Лиламин АС-61Н (720, 1375, 1466 см-1 - деформационные колебания СН2 и СН3 групп, 2850-2960 см-1 валентные колебания СН2 и СН3 групп, 1640 см-1 - деформационные колебания первичных аминов, 3180 и 3320 см-1 - валентные колебания первичных аминов), в его состав входят первичные амины, с аминным числом - 13. Лиламин представляет собой густые мазеобразные вещества, содержащие первичные амины, сложный эфир и амиды с различным аминным числом.
Рис. 1 - ИК спектр лиламина АС-29
Недостатком лиламина является большая стоимость и трудность нанесения его на гранулы удобрения. Доведение его до нужной консистенции требует обогрев емкости для хранения лиламина до температуры 105 0С паром.
Рис. 2 - ИК спектр лиламина АС-61Н
Выводы:
- по результатам литературного исследования, предложены способы получения неслеживающихся минеральных удобрений путем нанесения на поверхность гранул растворов ПАВ.
- анализ литературных данных и проведенных нами исследований, указывает на то, что диспергатор НФ содержит до 60 % воды, а применяемые в производстве удобрений ПАВ готовят с применением различных типов масел, парафина, стеарина, воска на безводной основе. Вода является недостатком диспергатора, так как при обработке удобрений вносится лишняя вода:
- анализ ИК - спектроскопии показал, что даже одно и то же гидрофобизирующее вещество разной марки имеет различные, присущие одному ему, спектры,
- применяемый на производствах минеральных удобрений зарубежный лиламин имеет высокую стоимость и вытеснил российский диспергатор НФ,
- нами синтезировано и исследовано десять образцов ПАВ, которые по своим характеристикам и свойствам не уступают лиламину.
- наилучшими гидрофобными свойствами обладает ПЭГ-600, однако, в виду его высокой стоимости, нами были приготовлены образцы ПАВ с различным сочетанием диспергатора НФ, ПЭГ и софэксила;
- нами предлагается заменить зарубежный лиламин на ПАВ, выпускаемые в Российской Федерации.
Литература
1. Кувшинников, И.М. Минеральные удобрения и соли / И. М. Кувшинников - М.: Химия, 1987. - 256 с.
2. Мельников, Е.Я. Справочник азотчика / Е.Я. Мельников - 2-е изд. - М.: Химия, 1987. - 460 с.
3. Воюцкий, С.С. Курс коллоидной химии / С. С. Воюцкий - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1976. - 512 с.
4. А.с. 973516 СССР. Покрытие для устранения слеживаемости минерального удобрения / Ф.П. Спиридонов, В.Н. Николаев (СССР) - № 254978/23-26; заявл. 15.09.77; опубл. 30.03.82, Бюл.
№ 42. - 2 с.
5. Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / К. Р. Ланге; под науч. ред. Л.П. Зайченко. - СПб.: Профессия, 2004. - 239 с.
6. ГОСТ 6848-79. Диспергатор НФ технический. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 2 с.
7. Потебенко, В.Ю. Тезисы докладов, Х Научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов / В. Ю. Потебенко. - Новомосковск, Химия, 2008
© 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.
