Получение и исследование аммонийной селитры с добавкой цеолитов холинского и хотынецкого месторождений

УДК 549.67:525.7

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ АММОНИЙНОЙ СЕЛИТРЫ С ДОБАВКОЙ ЦЕОЛИТОВ ХОЛИНСКОГО И ХОТЫНЕЦКОГО

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

А.В. Савенков, А.О. Ермакова, А.В. Янков

В лабораторных условиях получены образцы удобрений на основе аммонийной селитры с добавкой цеолитов различных месторождений. Проведены физико-механические и физико-химические исследования образцов.

Ключевые слова: аммонийная селитра, цеолиты, исследования, свойства.

Азотным удобрениям отводится одна из главных ролей в развитии сельского хозяйства. В основных направлениях технического прогресса в азотной промышленности отмечается, что необходим выпуск качественных удобрений пригодных для тукосмешения, с учётом агрохимических свойств: нейтральной кислотностью, с содержанием макро - и микроэлементов.

Достигнуть это можно за счёт модернизации действующих производств, применяя химические технологии получения новых видов удобрений на базе традиционных.

Цеолиты, благодаря своей каркасной структуре, обладают высокой способностью адсорбировать многие органические и неорганические вещества. Как минеральный вид цеолиты известны с середины 18 века. Однако на протяжении длительного времени их рассматривали в качестве редких минералов, не имеющих практического применения [1,2].

При производстве минеральных удобрений введение природного цеолита в растворы и плавы приводит к улучшению физико - химических и физико - механических свойств продукта.

Внесение в почву цеолита совместно с минеральными удобрениями дает двойной эффект: во - первых, увеличивается период действия внесенного удобрения, во - вторых, сокращается вымывание питательных веществ. Это связано с тем, что цеолиты характеризуются высокой пористостью и способностью к ионному обмену питательных веществ удобрений.

Модернизация цеха сложных удобрений в Новомосковской акционерной компании «Азот» ЕвроХима позволила получать удобрения CAN (кальций-аммонийная селитра) - продукт на основе аммонийной селитры с добавкой доломита в количестве до 20 %. Дело в том, что цеха по производству аммонийной селитры по схемам АС предусматривают грануляцию плава аммонийной смелитры в грануляционных башнях методом прилиро-вания, который позволяет вводить малое количество добавок (до 1 %) [3]. Применение барабанных грануляторов позволяет варьировать отношение аммонийная селитра: добавка в широких интервалах.

39

По аналогии с CAN [4,5] в лабораторных условиях было получено 16 образцов удобрений на основе аммонийной селитры с добавками цеолитов Холинского и Хотынецкого месторождений, которые далее были ис-сле-дованы на прочность и сорбционную способность, а так же кристалло-оптические, рентгенографические и дифференциально-термические характеристики.

На рис. 1 приведены графики зависимости прочности образцов удобрений от количества добавки цеолитов.

По аналогии с CAN в лабораторных условиях было получено 16 образцов удобрений на основе аммонийной селитры с добавками цеолитов Холинского и Хотынецкого месторождений, которые далее были исследованы на прочность и сорбционную способность, а так же кристалло-оптические, рентгенографические и дифференциально-термические характеристики.

р. н

Рис. 1. График зависимости прочности образцов удобрений от количества добавки цеолитов

Введение в состав аммонийной селитры цеолита увеличивает прочность ее образцов. Добавка цеолита составляла 5; 10; 20 %. Установлено, что при введении цеолитов разных месторождений прочность увеличивается неодинаково. Из цеолитов исследуемых месторождений наилучшее влияние на увеличение прочности оказывает хотынецкий. Добавка 20 % цеолита Холинского месторождения увеличивает прочность с 14,7 Н до 19,6 Н. Также установлено, что при введении цеолитов происходит не разрушение, а смятие гранул.

Важный показатель физико-механических свойств удобрений -гигроскопичность, а она на прямую связана с сорбцией влаги. На рис. 2 приведены графики зависимости сорбции влаги от времени холинского и хотынецкого цеолитов.

Установлено, что, полностью высушенные образцы для различных цеолитов, почти одинаково поглощают влагу. Приведенный на рис. 2 пример указывает на то, что за 96 часов сорбции влаги все-таки лучший показатель у образца с добавкой цеолита Хотынецкого месторождения.

На рис.3 изображены примеры микрофотографий кристалло-оптических исследований исследуемых образцов.

Рис. 2. График зависимости сорбции влаги от времени холинского

и хотынецкого цеолитов

а б в

Рис. 3. Аммонийная селитра (а) при увеличении 4х; цеолит хотынецкий (б) при увеличении 4х; аммонийная селитра (в) + 5 % хотынецкого цеолита при увеличении 4х

Введение цеолитов в аммонийную селитру изменяет ее структуру и картину кристаллооптики. Вместо игольчатых кристаллов, сросшихся одним концом и отдельных кристаллов, похожих на форму алмаза, пустоты заполняют мелкозернистые фракции цеолитов, разрывая связи между иглами и изменяя вид кристаллооптики самой аммонийной селитры. Вследствие этого получается пластовая упаковка кристаллов. Увеличение добавки цеолитов приводит к раздвижению пластов в межпластовом пространстве.

Фазовый состав образцов удобрений

№ п/п Наименование образца Фазовый состав

1 АС + 5 % цеолита ^ЫЩШ^ цеолит

2 АС + 25 % цеолита ^ЫЩШ^ цеолит

3 Цеолит холинский Цеолит

4 Аммонийна селитра

5 Цеолит хотынецкий Цеолит

6 АС+5% цеолита ^ЫЩШ^ цеолит

7 АС+20% цеолита ^ЫЩШ^ цеолит

Комплексный дифференциально-термический анализ указывает на то, что четко видны температурные интервалы стабильности IV; III; II и I кристаллических форм аммонийной селитры, которые хорошо совпадают с литературными данными [6]. Добавка цеолита позволяет увеличить не только температуру начала разложения аммонийной селитры со 170 °C до 195 °C, но и уменьшает экзотермические эффекты по количеству выделяемой теплоты. Экзопик для селитры при t = 275 °C на образцах отсутствует и характеризуется эффектом с t = 290 °C. Это указывает на то, что введение цеолита позволит выпускать термостабильную аммонийную селитру.

Исследования показали, что введение в состав аммонийной селитры цеолита позволяет улучшить физико-механические свойства удобрения, а физико-химические методы анализа позволили установить кристалло-оптические, фазовые свойства. Расшифровка ДТА указывает на положительное влияние добавки цеолита на термические свойства удобрения: увеличении температуры разложения.

Список литературы

1. Торопов Н.А., Булак Л.Н. Лабораторный практикум по минеро-логии. Л.: Изд-во литературы по строительству, 1969. 240 с.

2. Булах А.Г.Общая минерология. Изд. второе, испр. и перераб.: учебник. СПб: С.Петерб. ун-та, 1999. 356 с.

3. Миниович М.А. Производство аммиачной селитры. М.: Химия, 1974. 240 с.

4. Савенков А.В., Янков А.В. Применение цеолитов в качестве добавки в производстве удобрений // Тезисы XXVI научн.-технич. конф. проф.-преп. сост. и сотр. НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Новомосковск: ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева», Новомосковский институт (филиал), ч. II, 2007 г. С. 45-46.

5. Савенков Д.А., Янков А.В., Ермакова А.О.Получение цеолитсо-держащих удобрений . В сб. тез. XXIX научн. конф. проф.-преп. сос-ва и сотр. НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева. Новомосковск: ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева», Новомосковский институт (филиал), 2013. С. 25.

6. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений: Учебник для вузов. - 6-е изд., перераб. Л.: Химия, 1989. 352 с.

Савенков Александр Васильевич, исполнительный директор НАК «Азот» Ев-роХима, аспирант,

Ермакова Анастасия Олеговна, студентка 5-го курса, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева,

Янков Александр Викторович, канд. техн. наук., доц., Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева

PREPARATION AND STADY SALPETRE WITH ADDITIVES ZEOLITES HOLINSKOGO AND DEPOSITS HOTYNETSKOM

A.V. Savenkov, A.O. Ermakova, A.V. Yankov

In the laboratory, samples were obtained based fertilizers salpetre with the addition of zeolites from different deposits. Conducted physico-mechanical and physico-chemical studies of the samples.

Key words: ammonium nitrate, zeolites, research properties.

Savenkov Alexander Vasilevich, executive director of the NAC "Nitrogen" Euro-Chem, graduate student,

Ermakova Anastasia Olegovna., a student of 5th course, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk's Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,

Yankov Alexander Viktorovich, PhD. tehn. Sciences., Assoc., Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk's Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University