СПОСОБ ОКРАШИВАНИЯ СЛОЖНОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО УДОБРЕНИЯ
METHOD OF COLORING COMPLEX GRANULAR FERTILIZER

Способ относится к химической технологии производства минеральных удобрений, в частности к процессам их окрашивания, и может найти применение при производстве сложных гранулированных удобрений, типа нитроаммофоски, имеющих отличительную окраску гранул.
Придание гранулированным минеральным удобрениям отличительной окраски путем их окрашивания в цвета, отличные от их естественного цвета, широко распространено в производственной практике и имеет различное назначение. Так, целью проведения окрашивания может являться обеспечение на этапах хранения, транспортировки и применения удобрений возможности их визуальной идентификации для определения вида, марки, места происхождения или производителя, области применения и т.д. Кроме того, окрашивание может проводится в случаях необходимости сохранения приемлемого для потребителя внешнего вида удобрений в случае изменения характеристик или вида сырья, применяемого для производства удобрений и оказывающих влияние на их конечную окраску.
Наибольшее распространение получило окрашивание гранулированных минеральных удобрений в яркие, насыщенные хроматические цвета, например, красный, зеленый, синий различных оттенков. В качестве красящих агентов используют различные виды красителей и пигментов соответствующих цветов, как органической, так и неорганической природы, самостоятельно или в смеси.
В промышленности нашли применение два основных технологических метода окрашивания гранулированных минеральных удобрений. Первым методом является поверхностное окрашивание удобрений путем нанесения красящего агента на поверхность предварительно полученных гранул. Соответствующий пигмент или краситель, или их смесь, может наноситься на гранулы как в сухом виде, так и в виде предварительно подготовленных суспензий или растворов. Достоинством метода является низкий расход красителя или пигмента на окрашивание, так как обработке подвергается только поверхность гранул. Значительным же недостатком поверхностного окрашивания гранулированных удобрений является неравномерная получаемая окраска гранул, ее недостаточная устойчивость, а также контактная маркость окрашенного продукта. При этом, эффективность применения данного метода в отношении качества окрашивания резко снижается для удобрений, имеющих значительную несферичность гранул и дефектность их поверхности (трещины, сколы и т.д.).
Вторым возможным методом является объемное окрашивание гранул удобрений, что реализуется путем введения красящего агента на различных стадиях технологического процесса, например, при производстве NPK-удобрений в состав получаемых азотнофосфатных суспензий, растворов или солевых плавов до или непосредственно во время гранулирования. В результате, несмотря на больший, в сравнении с поверхностным окрашиванием, расход используемого красителя или пигмента, достигается одновременно как поверхностное, так и внутреннее окрашивание получаемых гранул.
Известен способ получения отличительной окраски гранулированных минеральных удобрения - аммофоса и суперфосфата, содержащих микроэлементы, с применением органических водорастворимых красителей. Окрашивание удобрений осуществляется путем подачи водных растворов красителей определенной концентрации непосредственно на стадию гранулирования. Для получения голубой окраски применяются такие красители как прямой голубой и прямой чисто-голубой, для розовой окраски - прямой красный 2С, для сиреневой окраски - кислотный желтый метаниловый, прямой синий У и прямой синий светопрочный, для желтой окраски - кислотный желтый К, прямой желтый светопрочный О, прямой желтый К. (Получение окрашенных суперфосфата и аммофоса с различными микродобавками / Л.Я. Перминова и др. // Химическая технология, 1990, №4, с. 18-21).
Недостатками предлагаемого способа является применение водорастворимых красителей в виде их водных растворов. Данные красители, ввиду их водорастворимости, способны легко мигрировать в течение времени с поверхности гранул удобрений, особенно, при воздействии на продукт атмосферной влаги, что влечет за собой снижение исходной интенсивности окраски вплоть до обесцвечивания. Кроме того, применение водных растворов ограничивает реализацию данного способа при получении гранулированных сложных удобрений по методу приллирования упаренных солевых плавов, не предусматривающего последующую сушку готового продукта. В этом случае, внесение избыточной влаги с раствором увеличит конечное влагосодержание удобрений, что резко повысит их склонность к слеживанию при последующем хранении и транспортировке.
Также известен способ окрашивания минеральных удобрений (ЕР 1160292 А2, опубл. 5.12.2001) согласно которому в качестве окрашивающих пигментов используют лаковые азопигменты красного цвета (колор-индекс 48, 52, 57, 58, 63 и 200), самостоятельно или в смеси с фталоцианиновым голубым пигментом (колор-индекс 15 или 16). Пигменты вводят при получении удобрений в водную фазу перед грануляцией или наносят на поверхность полученных высушенных гранул. Окрашенные таким образом удобрения имеют окраску от красной до фиолетовой.
Недостатком данного способа является, то, что получаемые окрашенные удобрения обладают значительной контактной маркостью. Причиной этого является плохая совместимость органических пигментов с компонентами удобрений - неорганическими солями (фосфаты, нитраты, хлориды и др.) и их способность к миграции с поверхности гранул на контактирующие поверхности. Маркость имеет следствием загрязнение механизмов и оборудования, контактирующих с окрашенным удобрением при его транспортировке и перевалке (весов, дозаторов, транспортерных лент и т.д.), и, соответственно, требует проведения их трудоемкой и затратной очистки. Еще в большей степени маркость окрашенных органическими пигментами удобрений возрастает при обработке гранул антислеживающими добавками на основе масляных растворов аминов, что является общепринятой практикой в производстве сложных NPK-удобрении. Другим недостатком способа, ограничивающим его использование, является высокая стоимость органических пигментов, что увеличивает затраты на проведение окрашивания удобрений.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ окрашивания минеральных удобрений, согласно которому, пигменты, в качестве которых используют красные, желтые, коричневые и черные синтетические железноокисные пигменты, дозируют в сухом виде в плав с содержанием влаги 0,2-0,7% непосредственно перед подачей плава на гранулирование и смесь интенсивно перемешивают. Расход красного железноокисного пигмента для окрашивания удобрения составляет 0,08-0,18%), в пересчете на готовый продукт, желтого - 0,3-0,7%, коричневого - 1,0-1,5%, черного - 1,0-1,5% (RU 2353581, опубл. 27.04.2009).
Недостатком способа является то, что при использовании синтетических железноокисных пигментов возможная окраска получаемых удобрений ограничена, соответственно, красным, желтым, коричневым и черным цветом и их оттенками. Получение удобрений с отличительной окраской иных распространенных цветов, например, синего по данному способу невозможно вследствие отсутствия синтетических железноокисных пигментов соответствующих цветов. Кроме того, недостатком способа является его плохая применимость для пигментов, имеющих, в отличии от железноокисных пигментов, низкую диспергируемость при их смешении с плавом, следствием чего является получение неокращенных или слабоокрашенных удобрений. Также, недостатком является значительный расход пигмента в случае окрашивания удобрений в желтый, и, особенно, коричневый и темно-серый цвета.
Целью изобретения является осуществление возможности окрашивания сложного гранулированного NPK-удобрения в синий цвет и его оттенки с применением пигмента железная лазурь.
Техническим результатом является получение сложного гранулированного NPK-удобрения с устойчивой отличительной окраской синего цвета и его оттенков, не обладающего контактной маркостью гранул.
Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу, включающему введение пигмента совместно с хлоридом калия в нитрофосфатный плав, их смешение и последующее гранулирование, в качестве пигмента используют железную лазурь, которую перед введением в плав предварительного деспергируют путем сухого перетира с хлоридом калия, причем расход железной лазури поддерживают не менее 0,1% от массы удобрения, предпочтительно, в интервале 0,1-0,2%. Кроме этого, процесс перетира пигмента с хлоридом калия проводят в шнековом смесителе непрерывного действия.
Применимость и преимущества заявленного способа для решения поставленной задачи подтверждаются следующими примерами конкретного его выполнения.
Пример 1 (контрольный)
2
5
2
5
2
В 1091,3 г нитрофосфатного плава, полученного в действующем производстве нитроаммофоски, состава: 23,0% N, 22,0% РО, 0,5% влаги, с температурой ~150°С, вводят 408,7 г технического хлорида калия. Соотношение между компонентами (в % масс.) составляет 72,8:27,2 что соответствует получению нитроаммофоски марки 1:1:1 (N:PO:KO 16:16:16). Смесь тщательно перемешивают в течении 1 минуты, а затем гранулируют. Визуально, полученное гранулированное удобрение имеет окраску светлосерого цвета со слабым розовым оттенком. Цветовые характеристики удобрения в системе CIELab 76, определенные спектрофотометрическим методом, составляют: L (светлота) - 77,7; Hab (цветовой тон) - 76,9; Cab (насыщенность цвета) - 8,4.
Пример 2 (по прототипу)
В 1089,6 г нитрофосфатного плава состава аналогичного примеру 1, вводят 408,2 г технического хлорида калия и, одновременно, 2,25 г пигмента железная лазурь. Смесь тщательно перемешивают в течении 1 минуты, а затем гранулируют. Расход пигмента составляет 0,15% от массы удобрения. Полученное удобрение - нитроаммофоска марки 1:1:1 визуально имеет окраску гранул светло-серого цвета с видимыми точечными вкраплениями синего цвета. Цветовые характеристики удобрения в системе CIELab 76 составляют: L - 72,9; Hab - 88,7; Cab - 4,5.
Пример 3
В лабораторный лопастной смеситель помещают 408,6 г технического хлорида калия и 0,75 г железной лазури и подвергают смешению в сухом виде в течении 5 минут при частоте вращения перемешивающего органа 150 об/мин. В процессе смешения происходит перетир и диспергирование частиц железной лазури. Полученную после смешения смесь хлорида калия с железной лазурью далее вводят в нитрофосфатный плав, взятый в количестве в количестве 1090,7 г, тщательно перемешивают, а затем гранулируют. Состав нитрофосфатного плава, соотношение между плавом и хлоридом калия, условия их смешения и гранулирования соответствуют примерам 1-2. Расход пигмента, взятого на окрашивание, составляет 0,05% от массы удобрения. Полученное удобрение - нитроаммофоска марки 1:1:1 визуально имеет равномерную окраску серого цвета с голубым оттенком. Цветовые характеристики удобрения в системе CIELab 76, составляют: L - 73,6; Hab - 208,4; Cab - 4,4.
Аналогичным примеру 3 образом проводят опыты 4-7, в которых, при получении нитроаммофоски марки 1:1:1, изменяют количество взятой на окрашивание железной лазури от 0,10% до 0,25% от массы удобрения.
Пример 8
2
5
2
5
2
В лабораторном лопастном смесителе смешивают 275,7 г хлорида калия и 2,25 г железной лазури. Полученную смесь после смешения далее вводят в нитрофосфатный плав состава 27,1% N, 13,5% РО, 0,6% влаги, взятого в количестве 1222,1 г, перемешивают, а затем гранулируют. Соотношение между плавом и хлоридом калия составляет (в % масс.) 81,6:18,4, что соответствует получению нитроаммофоски марки 2:1:1 (N:PO:KO 22:11:11). Расход пигмента составляет 0,15% от массы удобрения. Полученное удобрение визуально имеет равномерную окраску насыщенного голубого цвета. Цветовые характеристики удобрения в системе CIELab 76, составляют: L - 62,4; Hab - 259,8; Cab - 14,4.
Аналогично примеру 8 проводят опыты 9-10, в которых получают нитроаммофоску марок 2:1:2 и 4:1:2, изменяя состав используемого нитрофосфатного плава и соотношение между плавом и хлоридом калия. Расход железной лазури на окрашивание в опытах поддерживают равным 0,15% от массы удобрений.
Пример 11
Промышленные испытания предлагаемого способа проведены в действующем производстве нитроаммофоски при получении NPK-удобрения марки 1:1:1.
2
5
В непрерывном режиме в бак-смеситель подают нитрофосфатный плав (22,6,0% N, 22,3% РО, 0,45% влаги) в количестве 62,1 т/ч и, одновременно, направляют технический хлорид калия в количестве 22,9 т/ч и ретур готового продукта, возвращаемый со стадии классификации в количестве 6,7 т/ч. Непосредственно перед подачей в бак-смеситель, весь технологический поток хлорида калия предварительно смешивают с пигментом в количестве 136 кг/ч, в качестве которого применяют железную лазурь. Смешение с целью диспергирования пигмента проводят в одношнековом смесителе непрерывного действия (длина шнека 7,5 м, диаметр - 0,36 м, частота вращения - 60 об/мин) в течении ~1 мин. Расход железной лазури составляет 1,6 кг на тонну готового продукта (0,16% по массе).
2
5
2
Смешение подаваемых компонентов в баке-смесителе проводят при интенсивном механическом перемешивании в течении ~30 сек, после чего NPK-плав гранулируют путем диспергирования капель в восходящий поток воздуха в грануляционной башне. Гранулированный продукт подвергают классификации, возвращая ретур в бак-смеситель, охлаждают до 35°С и обрабатывают антислеживающими добавками. Получают 85,0 т/ч нитроаммофоски марки 1:1:1 (N:PO:KO 16:16:16).
Визуально полученное гранулированное удобрение имеет равномерную стойкую окраску насыщенного голубого цвета. Цветовые характеристики удобрения в системе CIELab 76, составляют: L - 64,2; Hab - 250,2; Cab - 14,0. Окрашенное удобрение не обладает контактной маркостью при соприкосновении с различными материалами. При длительном хранении удобрения, как навалом в складских условиях, так и в затаренном виде, снижения интенсивности окраски полученного удобрения не наблюдается.
Как видно из приведенных примеров, проведение окрашивания сложного гранулированного NPK-удобрения по предлагаемому способу позволяет получить готовый продукт с однородной и устойчивой отличительной окраской синего цвета и его оттенков, не обладающий контактной маркостью гранул.
Сущность способа заключается в проведение предварительного диспергирования железной лазури путем сухого перетира с кристаллическим хлоридом калия, что позволяет обеспечить высокую красящую способность пигмента при его последующем введении в нитрофосфатный плав.
Как известно, железная лазурь относится к труднодиспергируемым неорганическим пигментам, что связано со значительной прочностью присутствующих в ее составе агрегатов частиц. Как показали практические результаты, агрегаты железной лазури недостаточно полно разрушаются даже при длительном и интенсивном ее смешении с суспензией нитрофосфатного плава, в том числе в присутствии твердой фазы хлорида калия. Вследствие этого, непосредственное введение железной лазури совместно с хлоридом калия в нитрофосфатный плав перед грануляцией по аналогии с известным способом приводит к получению неокрашенного или слабоокрашенного удобрения даже при высоких расходах пигмента.
В тоже время при проведении предварительного перетира железной лазури с кристаллическим хлоридом калия вследствие приложения значительных механических воздействий в процессе их смешения в достаточной мере происходит разрушение агрегатов частиц пигмента при их многократном контактировании с более прочными кристаллами хлорида калия. Следствием диспергирования и разрушения агрегатов является резкое повышение красящей способности железной лазури и при последующем ее введении совместно с хлоридом калия в нитрофосфатный плав достигается высокая эффективность окрашивания удобрения.
В предлагаемом способе расход железной лазури поддерживают не менее 0,1% от массы удобрения, предпочтительно, в интервале 0,1-0,2%. При снижении расхода менее 0,1% не достигается достаточная интенсивность окрашивания, позволяющая получить удобрение с отличительной окраской гранул. В свою очередь, верхняя граница расхода пигмента, с точки зрения достижения технического результата, строго не ограничена и определяется только предъявляемыми требованиями к необходимой интенсивности окрашивания с учетом возможного изменения состава конкретной марки окрашиваемого удобрения по содержанию питательных веществ.
Высокая интенсивность окрашивания, позволяющая получить удобрение с отличительной окраской гранул, обеспечивается как при расходе железной лазури в интервале 0,1-0,2%, так и выше. Однако, увеличение расхода железной лазури более 0,2% нецелесообразно по экономическим соображениям - из-за возрастания затрат на окрашивание при одновременном снижении влияния расхода пигмента на интенсивность окраски гранул удобрения. Оптимальный расход железной лазури, необходимый для обеспечения отличительной окраски гранул удобрения при минимальных затратах на проведение окрашивания, составляет 0,1-0,2% от массы удобрения.
Использование предлагаемого способа позволяет получать сложное гранулированное NPK-удобрение, обладающее отличительной окраской синего цвета и его оттенков. Технико-экономические преимущества способа заключаются в возможности использования в качестве красящего агента доступного и относительно дешевого неорганического пигмента - железной лазури.