СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОУСТОЙЧИВОГО НИТРАТА АММОНИЯ (АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ)
METHOD OF PRODUCING WATER-RESISTANT AMMONIUM NITRATE (AMMONIUM SALTPETER)

Изобретение относится к производству водоустойчивого нитрата аммония (аммиачной селитры), используемой для получения промышленных взрывчатых веществ и пролонгированных удобрений.
4
3
Известно, что при обработке нитрата аммония для получения водоустойчивой формы используют смесь, содержащую 75% парафина, 20% алкиламина и 5% битума № 4, названную ПБА-2 (авт.с. вид. СССР 197535, 18.07.1967) (аналог). Однако при этом невозможно снизить начальную влажность NHNО, а также полностью высушить его. Кроме того, использование органических веществ, каковыми являются парафин и битум, могут привести к самопроизвольному разложению нитрата аммония со взрывом (М.Е.Позин «Технология минеральных солей», т.II, стр.1184) (аналог).
Также известен способ производства водоустойчивого нитрата аммония путем обработки его гидратом окиси металла и карбоновыми кислотами или их смесью с неокисленными или частично окисленными парафиновыми углеводородами, причем вводят их в количестве 0,05-0,1% (в расчете на Fe) и 0,15-0,40% от массы нитрата аммония.
Получение нитрата аммония осуществляют следующим образом.
2
4
3
Щелоки нитрата аммония концентрации 63-70% подают в выпарные аппараты и после упарки под вакуумом до концентрации 96,5-97% направляют на кристаллизацию. По пути в плав гидрозатвором вводят через тройник раствор, например, окисного сернокислого железа концентрацией около 120 г/л в расчете на железо и газообразный аммиак. Далее плав охлаждают и частично кристаллизуют на охлажденном барабане и направляют в шнек-докристаллизатор. Одновременно в шнек впрыскивают распыляемую воздухом жирную кислоту или ее смесь с парафином. Горячий нитрат аммония с температурой 108°С в шнеке перемешивают с жирной кислотой, подсушивают, охлаждают и далее транспортером подают на укупорку (авт. свид. СССР № 109465 по заявке № 566050 от 3.02.1957 г). Процесс отличается многоступенчатостью и длительностью, энергоемкостью, использованием органических соединений: парафина, жирных кислот, что небезопасно при работе с нитрата аммония. Кроме того, введение окисного сернокислого железа и газообразного аммиака для получения гидрата окиси металла будет приводить к маловоспроизводимым результатам, т.к. окисное сернокислое железо Fe(SO) в водной среде подвержено гидролизу. При этом образуются различные гидроксокомплексы (аналог) [Общая и неорганическая химия/ Т.Х.Карапетьянц, С.И.Дракин, стр.568].
4
3
3
3+
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения водоустойчивого нитрата аммония путем обработки его гидрофобной добавкой, состоящей из натуральной карбоновой кислоты - стеарина, содержащего до 93 мас.% стеариновой кислоты (остальное - пальмитиновая и олеиновая кислоты) в смеси с парафином в количестве 0,2-0,4% от массы продукта. Процесс получения водоустойчивого нитрата аммония (в гранулированном виде) состоит в следующем. Азотная кислота нейтрализуется газообразным аммиаком в аппарате с использованием тепла нейтрализации (ИТН). При этом получается раствор нитрата аммония концентрацией 85-90% NHNO, который после нейтрализации аммиаком направляется на упаривание с получением высококонцентрированного плава селитры. Плав далее ожелезняют путем введения сернокислого окисного железа и газообразного аммиака с таким расчетом, чтобы содержание железа находилось в пределах 0,06-0,09 мас.% (в пересчете на Fe), и общая кислотность плава поддерживается на уровне не более 0,5 г/дм HNO. Это предотвращает образование хлопьев гидроокиси железа и позволяет провести грануляцию продукта. Гранулы охлаждаются в кипящем слое до температуры 70°С и направляются во вращающийся барабан, где обрабатываются гидрофобной добавкой, в качестве которой используется натуральный стеарин в смеси с парафином, например в соотношении 1:1, в количестве 0,2-0,4% от массы продукта. После охлаждения на второй ступени кипящего слоя водоустойчивый нитрат аммония поступает на упаковку. (Патент РФ № 2227121 от 20.04.2004. г по заявке 2002134667/15 от 23.12.2002 г.) (прототип).
Общими недостатками всех известных способов является низкая водоустойчивость получаемых продуктов, энергоемкость, многоступенчатость, длительность. Кроме того, органические добавки увеличивают взрывоопасность аммиачной селитры.
4
3
Задачей настоящего изобретения является получение водоустойчивого нитрата аммония. Решение поставленной задачи достигается тем, что обработку нитрата аммония проводят путем перемешивания его с гидрофобной добавкой в количестве не менее 0,1% от массы продукта, при этом в качестве гидрофобной добавки используют фториды металлов, поверхностно-активное вещество (ПАВ) и силикат натрия или калия. Обработку и сушку нитрата аммония проводят при температуре не выше 32°С не менее 10 минут. Это обеспечивает более высокую водоустойчивость NHNO.
Использование ПАВ позволило расширить интервал концентраций гидрофобных добавок, в частности снизить их содержание до 0,1% и улучшить технологичность процесса покрытия гранул аммиачной селитры гидрофобизаторами. Этому способствует межмолекулярное взаимодействие ПАВ и силикатов натрия или калия с образованием эмульсии, которая равномерно покрывает поверхность гранулы селитры гидрофобной добавкой. Данная эмульсия, вероятно, представляет собой комплексное соединение, где в качестве комплексообразователя выступают ионы натрия или калия, а лигандами являются молекулы ПАВ.
Процесс получения водоустойчивого нитрата аммония осуществляется следующим образом. Гранулированный нитрат аммония покрывают порошкообразными фторидами металлов при температуре не выше 32°С. Затем добавляют ПАВ, после чего гранулы обрабатывают растворами силикатов натрия или калия (так называемым «жидким стеклом»). Общее содержание смеси фторида металла, ПАВ и силиката натрия (калия) должно составлять не менее 0,1%.
Покрытый нитрат аммония сушат при температуре не выше 32°С не менее 10 мин.
4
3
Обработка и сушка при температуре не выше 32°С обусловлена тем, что в диапазоне температур от 18 до 32°С существует ромбическая модификация NHNO с удельным весом 1,726, которая характеризуется отсутствием спекания кристаллов и наиболее удобна для производства аммонитов.
Обработанный таким образом нитрат аммония выдерживает испытания на водоустойчивость под слоем воды до 120 часов.
В таблице 1 представлены результаты испытаний нитрата аммония.
Таблица 1
№ п/п
Образец
Содержание гидрофобизатора, %
Температура сушки, °С
Время сушки, τ, мин
Водоустойчивость, τ, час
1
2
3
4
5
6
1
Нитрат аммония без обработки, помещенный в H<sub>2</sub>O
-
-
-
0,5
2
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,05
25
10
26
3
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,1
25
10
100
4
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,15
18
10
88
5
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,1
25
5
20
6
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,15
25
5
28
7
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,05
28
15
28
8
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,1
28
15
72
9
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,15
28
15
64
10
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,05
40
15
2
11
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,1
40
15
2,5
12
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, LiF и катамин АБ.
0,15
40
15
3
13
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, KF и катамин АБ.
0,1
25
10
94
14
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, NaF и катамин АБ.
0,1
25
10
90
15
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, MgF<sub>2</sub> и катамин АБ.
0,05
25
10
28
16
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, MgF<sub>2</sub> и катамин АБ.
0,1
25
10
60
17
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, MgF<sub>2</sub> и катамин АБ.
0,15
25
10
55
18
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, CaF<sub>2</sub> и катамин АБ.
0,1
25
15
50
19
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, SrF<sub>2</sub> и катамин АБ.
0,1
25
10
60
20
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, BaF<sub>2</sub> и катамин АБ.
0,1
25
10
68
21
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, AlF<sub>3</sub> и катамин АБ.
0,1
25
20
48
22
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, Na<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и катамин АБ.
0,05
18
15
34
23
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, Na<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и катамин АБ.
0,1
25
10
100
24
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, Na<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и катамин АБ.
0,5
25
20
120
25
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, Na<sub>2</sub>SiF<sup>6</sup> и катамин АБ.
1,0
25
20
115
26
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, Na<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и катамин АБ.
0,1
25
5
48
27
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, Na<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и катамин АБ.
0,3
40
30
3.5
28
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, K<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и катамин АБ.
0,1
25
10
96
29
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, K<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и неонол БС-1.
0,1
25
10
100
30
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, K<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и неонол БС-1.
0,5
20
10
105
31
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, K<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> и неонол АФ 9-6:
0,1
18
10
98
32
Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, K2SiF6 и неонол АФ 9-6.
1,0
25
10
110
Из таблицы 1 следует, что в опытах 3, 4, 8, 9, 13, 14, 16-21, 23-26 и 28-32, проведенных по разработанному способу, были получены образцы нитрата аммония, способные не растворяться в воде в течение 48-120 часов.
Иная картина наблюдается при изменении условий обработки. Так, при уменьшении содержания гидрофобизатора (опыты 2, 7, 15 и 22) поверхность гранул была обработана неполностью, что привело к снижению водоустойчивости: 26-34 часа.
Увеличение температуры сушки в опытах 10-12 и 27 способствовало спеканию гранул нитрата аммония, вследствие чего его образцы показали низкую водоустойчивость: от 2,0 до 3,5 часов.
При снижении времени сушки (опыты 5 и 6) гидрофобизатор неполностью закрепился на поверхности гранул, что также привело к заниженному результату: водоустойчивость образцов нитрата аммония составила 20 и 28 часов соответственно.
Нитрат аммония без обработки, как видно из опыта 1, растворился в течение получаса.
Таким образом, предлагаемый способ получения водоустойчивого нитрата аммония путем перемешивания его со смесью силиката натрия или калия, фторида металла и ПАВ в качестве гидрофобной добавки содержанием не менее 0,1% позволяет повысить водоустойчивость нитрата аммония.