Исследование процессов, протекающих при гранулировании комплексных NPK-удобрений на основе сульфата аммония методом окатывания Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 631.82

О.А. Чудинова, В.З. Пойлов, Э.Г. Сидельникова

Пермский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ГРАНУЛИРОВАНИИ КОМПЛЕКСНЫХ МРК-УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ СУЛЬФАТА АММОНИЯ МЕТОДОМ ОКАТЫВАНИЯ

С использованием термического и рентгенофазового методов анализа изучены превращения, протекающие в процессе гранулирования методом окатывания комплексных ЫРК-удобрений на основе сульфата аммония.

Из числа разнообразных по своим свойствам минеральных удобрений наибольшим спросом у потребителей пользуются гранулированные комплексные КРК-удобрения, содержащие азот, фосфор и калий. Применение удобрений в виде тонкодисперсных порошков и мелких кристаллов сопряжено со слеживаемостью, потерями удобрений при хранении, транспортировке и внесении в почву.

Сравнительный анализ различных способов гранулирования [1] позволил выбрать метод окатывания, который по сравнению с другими способами гранулирования обеспечивает получение продукта в виде сферических гранул, высокую производительность, позволяет использовать стандартное оборудование.

Анализ научной и патентной литературы [2-12] показал, что для получения комплексных ЫРК-удобрений в качестве азотсодержащего компонента в основном используют нитрат аммония и карбамид, которые имеют высокую стоимость. Сведения по использованию сульфата аммония для получения комплексных удобрений в научной и патентной литературе ограничены. В связи с этим задачами настоящей работы являлось изучение физико-химических процессов, протекающих при гранулировании КРК-удобрений на основе сульфата аммония. Для достижения поставленных задач необходимо было изучить механизм протекания процессов при гранулировании и термообработке ЫРК-удобрений.

Исследования проводили на удобрении марки №Р205:К20 (1:1:1), в котором в качестве основного азотсодержащего компонента применяли сульфат аммония, фосфорсодержащим компонентом слу-

жил диаммофос, а калийсодержащей добавкой - хлорид калия и отработанный магниевый электролит, содержащий 74 % КС1. В качестве связующего материала использовали 10 % водный раствор соединения кремния (СК).

С целью выявления механизма протекания процессов при гранулировании и термообработке ЫРК-удобрений проведен термический анализ образцов КРК-удобрений на приборе для синхронного термического анализа 8ТЛ 449С фирмы N^28^ (Германия). Исследования проводили на двух образцах №К-удобрений, имеющих следующие составы:

1) 50,26 % (N^804, 23,14 % КС1, 26,6 % ^4^Р04 и 1,4 % или 14,4 кг/т СК;

2) 47,16 % (№4)2804, 27,83 % ОМЭ, 25,01 % NH4H2P04 и 1,52 % или 15,2 кг/т СК.

При термическом анализе в качестве эталона применяли Л1203. Измерения проводили в атмосфере аргона в диапазоне температур 40500 °С, со скоростью нагрева 10 °С/мин. Для идентификации пиков фазовых превращений предварительно был проведен термический анализ исходных компонентов, входящих в состав NPК-удобрений.

На рис. 1 приведены результаты термического анализа образца NPК-удобрения № 1. На кривой ДТА первый пик при температуре 99,9 °С связан с потерей физической воды СК, при этом происходит незначительное изменение массы образца, второй пик 200,5 °С соответствует плавлению аммофоса, третий комплексный пик при 348,5 °С связан с частичным и полным разложением (NH4)2804 по реакциям:

(N^2804 ^ N^804 + NHз;

(N^^04 ^ ^804 + 2Жз.

На рис. 2 приведены результаты термического анализа образца NPК-удобрения №2. На кривой ДТА первый пик 95,9 °С связан с потерей физической воды СК, при этом происходит незначительное изменение массы образца, второй пик 195,3 °С соответствует плавлению аммофоса, третий комплексный пик при 327,0 °С связан с частичным и полным разложением (NH4)2804.

Таким образом, при термообработке образцов №1-2 №К-удобрений протекают процессы, которые связаны с удалением физической воды кристаллогидрата СК при температуре около 100 °С, с дегидратацией СК в области температуры 130 °С, с плавлением аммофоса при температуре около 200 °С, с разложением сульфата аммония

при температуре 340 °С. Из данных термического анализа следует, что образование кристаллических мостиков и последующее упрочнение гранул происходит после удаления физически связанной воды, а также в процессе дегидратации связующего соединения, т.е. при температурах 100-130 °С. Для предотвращения заплавления смеси КРК-удобрения необходимо, чтобы температура процесса была не выше 195 °С, так как при более высоких температурах происходит плавление аммофоса и последующее разложение сульфата аммония, что ведет к потерям азота и фосфора.

Рис. 1. Дериватограмма образца КРК-удобрения № 1

Для определения фазового состава образцов КРК-удобрений проведен рентгенофазовый анализ на установке 8Ышаё2и ХВЯ7000. Измерения проводили в диапазоне углов 10-100 °С, со скоростью съемки 2 °С/мин. В результате анализа было установлено, что в процессе гранулирования кроме исходных компонентов КРК-удобрений появляются новые фазы: К28Ю3; Ка3Р04; 8Ю2; (ЫН4,К)Н2Р04; КН2Р04; К2804. Образование данных соединений можно объяснить протеканием следующих реакций:

Н28Юз^ Н2О+8Ю2,

КС1 + Н28Юз^ К28Ю3 + НС1 (ДО= -314,14 кДж),

КС1 + КН4Н2Р04^ КН2РО4 + №С1 (ДО= -168,36 кДж),

2КС1 + (КН4)2804^ К2804 + 2КН4С1 (ДО= -5,29 кДж).

Рис. 2. Дериватограмма образца КРК-удобрения № 2

Анализ образца № 2 показал, что в процессе гранулирования кроме обнаруженных и приведенных выше компонентов присутствует №С1, вводимый в состав удобрения с отработанным магниевым электролитом.

Выводы:

1. В результате термического и рентгенофазового анализов установлено, что образование кристаллических мостиков и последующее упрочнение гранул КРК-удобрений происходит при температурах 100— 130 °С после удаления физически связанной воды, а также в процессе дегидратации связующего.

2. Процесс термической обработки гранул КРК-удобрений марки (1:1:1) сопровождается протеканием химических реакций с образованием новых фаз: (КН4, К) Н2Р04, Ка3Р04; КН2Р04; БЮ2; К28Ю3; К2Б04.

Список литературы

1. Процессы гранулирования в промышленности / Н.Г. Вилесов, В .Я. Скрипко, В.Л. Ломазов, И.М. Танченко. Киев: Техника, 1976. 192 с.

2. Пат. 2154620 РФ, МПК 7 С05С1/02, С05Б1/00, С0501/06, С05Б5/00. Способ получения азотно-калийного удобрения/ Духанин В.Ф., Серебряков А.И. Опубл. 20.08.2000.

3. Пат. 2154620 РФ, МПК 7 С05С1/02, С05Б1/00, С0501/06, С05Б5/00. Способ получения азотно-калийного удобрения/ Духанин В.Ф., Серебряков А.И. Опубл. 20.08.2000.

4. Пат. 2003114725 РФ, МПК 7 С05С1/02, С0501/00, С05Б1/00. Азотно-калийное удобрение и способ его получения/ Серебряков А.И. Опубл. 27.12.2004.

5. Пат. 2233823 РФ, МПК 7 С0501/00, С05С1/02, С05Б1/00. Способ получения азотно-калийного удобрения/ Мельниченко И.М. Опубл. 10.08.2004.

6. Пат. 2198862 РФ, МПК 7 С05С9/00, С05Б1/02, С0501/00. Азотно-калийное удобрение и способ его получения/ Серебряков А.И. Опубл. 20.02.2003.

7. Пат. 92006438 РФ, МПК 6 С05С1/02, С05С9/02. Способ получения гранулированного удобрения/ Расулов М.М., Усманов А.С., Богданов А.В. Опубл. 30.04.1995.

8. Пат. 2139270 РФ, МПК 6 С05Б11/02. Способ получения ор-гано-минерального удобрения/ Новиков П.Н., Уманский Р.И., Одер-берг А.С., Овчинникова К.Н. Опубл. 10.10.1999.

9. Пат. 2186751 РФ, МПК 7 С05С1/00, С0501/00, С0501/08. Способ получения сложного удобрения, содержащего азот, кальций и серу/ Серебряков А.И., Духанин В.Ф. Опубл. 10.08.2002.

10. Пат. 2000131688 РФ, МПК 7 С0505/00, С05С9/00,

С05В19/00, В0П2/00. Способ приготовления гранул сложных удобрений/ Ван Бремпт Артур (ВЕ), Поукари Юхани (Б1). Опубл. 20.11.2002.

11. Пат. 2225382 РФ, МПК 7 С05С9/00, С0501/00. Способ получения гранулированных тукосмесей / Андреев Г.Д., Вергунов В.Н., Донских Н.А. [и др.]. Опубл. 10.03.2004.

12. Пат. 2216526 РФ, МПК 7 С05В11/06, С05В11/04, С0501/00. Способ получения сложного прк-удобрения с регулируемым соотношением питательных веществ / Абрамов О.Б., Афанасенко Е.В., Ван-дышев С. А. Опубл. 20.11.2003.

Получено 17.06.2009