Исследование процессов, протекающих при гранулировании комплексных NPK-удобрений на основе сульфата аммония методом окатывания

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