Исследование процесса получения азотно-фосфорных удобрений на основе плава аммиачной селитры и фосфоритов

15. Lombardi F. Heart rate variability as an index of sympathovagal interaction after myocardial infarction / F. Lombardi, G. Sandrone, S. Pempruner // Am. J. Cardiol. - 2006. -Vol.60. - P. 1239-1245.

16. Malik M. Heart Rate Variability: Time Domain / M. Malik, A. Moss, ed. by S. Stern // Noninvasive Electrocardiology. Clinical aspects of Holter monitoring. - Saunders Co, Univtrsity Press, Cambridge, UK. - 2005. - P.161-174.

Rykova Julia Viktorovna, post-graduate student

Institute of Service and Business (branch) Don State Technical University

PHYSIOLOGICAL ASPECTS OF FEATURES OF DESIGNING OF HEAT-SHIELDING CLOTHES IN VIEW OF THE AGE CATEGORY OF THE CONSUMER

Abstract. Clause is devoted to a substantiation of medical, biological and physiological parameters of the person in designing clothes for people of different age categories. Data of a thermal condition of the person to age attributes with a view of normalization of parameters of a microclimate under clothes are systematized. Parameters of intimate monitoring for normalization of ergonomic parameters of clothes mainly for children are presented. Considering high speed of change of biological parameters of children at preschool age, this category in the present work it is paid special attention.

Keywords: thermal comfort, frequency of intimate reductions, temperature of a leather, designing of children's clothes.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТНО-ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ПЛАВА АММИАЧНОЙ

СЕЛИТРЫ И ФОСФОРИТОВ Саттаров Олим Усмонкулович, старший преподаватель Навоийский государственный горный институт

В статье приводятся результаты исследования по организации производства аммиачной селитры с пониженными детонационными свойствами. Доказано, что взрывоопасные свойства аммиачной селитры снижаются при доведении содержания в ней азота до 26-28% путём введения в её состав фосфорсодержащих добавок.

Ключевые слова: аммиачная селитра, фосфориты, нитрат аммония, азотное удобрение, гранулы, рядовая фосфоритовая мука, мытый сушёный концентрат, пылевидная фракция, минерализованная масса, термоконцентрат.

Аммиачная селитра - универсальное гранулированное азотное удобрение, быстро усваиваемое растениями. Однако оно обладает неблагоприятными для хранения и применения физическими свойствами: гранулы слёживаются в крупные агрегаты в результате их гигроскопичности, хорошей растворимости в воде и способности к полиморфизму, приводящему к разрушению гранул аммиачной селитры в зависимости от изменения температуры и влажности воздуха в период хранения. Кроме того, в связи с высоким уровнем потенциальной опасности нитрата аммония, являющегося

взрывоопасным веществом, спрос на него на мировом рынке существенно сократился. Для решения проблемы во всём мире ведутся исследования по организации производства аммиачной селитры с пониженными детонационными свойствами. Доказано, что взрывоопасные свойства аммиачной селитры снижаются при доведении содержания в ней азота до 26-28% путём введения в её состав различных неорганических добавок [1]. При этом наилучшие результаты были достигнуты в случае применения фосфорсодержащих добавок. Именно их применение позволяет положительно решить проблему улучшения товарного качества аммиачной селитры с одновременным понижением её детонационной способности. Задача при этом заключается в получении максимально прочных гранул с наименьшей пористостью и внутренней поверхностью.

Для достижения поставленных целей использованы следующие виды фосфоритов Центральных Кызылкумов: рядовая фосфоритовая мука, мытый сушёный концентрат, пылевидная фракция, минерализованная масса и термоконцентрат.

Порядок проведения лабораторных исследований. В реактор, снабженной винтовой мешалкой, загружали необходимое количество гранулированной аммиачной селитры и подвергали её расплавлению. Температура в термостате поддерживалась постоянной и составляла 1800С. Массовые соотношения аммиачной селитры (АС) к фосфатному сырью (ФС) варьировали в диапазоне от 100 : 2 до 100 : 48 в зависимости от вида фосфатного сырья. Фосфатное сырье добавляли порционно к плаву АС в течение 2-3 мин при постоянном перемешивании.

Продолжительность смешения исходных компонентов составляла 30 мин. После завершения процесса нитрофосфатный плав переносили в фарфоровую чашку для охлаждения. Охлажденный продукт измельчали и анализировали по известным методикам.

Проведенные исследования показали, что расплав АС активизирует фосфатное сырье, то есть переводит неусвояемую форму Р2О5 фосфорита в усвояемую для растений форму. Увеличение массовой доли фосфатного сырья в плаве АС способствует снижению доли усвояемых форм Р2О5 и СаО. Изменение соотношения АС : ФС от 100:3 до 100:40 приводит к снижению относительного содержания усвояемых форм Р2О5 по трилону Б и лимонной кислоте, а также относительного содержания усвояемой и водорастворимой форм СаО от 88,23 до 73,61; от 98,04 до 88,29; от 94,81 до 68,75 и 42,22 до 12,27% соответственно. Содержание азота при этом снижается от 33,70 до 25,24%. Аналогичные закономерности наблюдаются и в случае использования пылевидной фракции, минерализованной массы, мытого сушеного концентрата и мытого обожженного концентрата.

Одним из способов, снижающих склонность АС к детонации, является снижение содержания в ней азота с 32 до 25-28 %, путём введения в её состав различных добавок. Наиболее эффективными при этом зарекомендовали фосфорсодержащие добавки, которые, наряду со способностью повы-

сить термостабильность АС, обогащают её состав ценным питательным элементом - фосфором [3]. Основываясь на этом утверждении, были найдены оптимальные условия получения азотно-фосфорных удобрений (АФУ) с использованием различных видов фоссырья Центральных Кызылкумов и определены их химические составы.

Исходя из этого, оптимальные соотношения АС: ФС для фосфоритовой муки колеблются в пределах 100: (24-40). При этом получаемые продукты содержат (вес.%): N 25,24 - 28,09; Р2О5общ. 3,52-5,04; Р2О5усв. по трилону Б 2,80 - 3,71; Р2О5усв. по лим. к-те 3,33 - 4,45; СаОобщ. 9,60 - 13,12; СаОусв. 7,38-9,02; СаОводн. 1,54 - 1,61; Р2О5усв. по трилону Б: Р2О5общ. 73,61 - 79,54; Р2О5усв. по лим. к-те : Р2О5общ. 88,29 - 94,60; СаОусв.: СаОобщ. 68,75 - 76,87; СаОводн.: СаОобщ. 12,27 - 16,04.Оптимальные соотношения АС : ФС для пылевидной фракции 100 : (23-37). При этом продукты содержат (вес. %): N 26,01 - 28,28; Р2О5общ. 3,52 - 5,17; Р2О5усв. по трилону Б 2,84 - 3,80; Р2О5усв. по лим. к-те 3,34 - 4,56; СаОобщ. 8,50-12,51; СаОусв. 6,68-8,63; СаОводн. 1,34 -1,40; Р2О5усв. по трилону Б : Р2О5общ. 73,50 -80,68; Р2О5усв. по лим. к-те : Р2О5общ. 88,20 -94,88; СаОУсв : СаОобщ. 68,98 - 78,58; СаОводн. : СаОобщ. 11,19 - 15,76.

Оптимальные соотношения АС:ФС для минерализованной массы 100 : (26-42). При этом продукты содержат (вес. %): N 24,75 - 27,83; Р2О5общ. 2,96 -4,48 ; Р2О5усв. по трилону Б 1,68 - 2,18 ; Р2О5усв. по лим. к-те 1,96-2,58; СаОобщ. 8,17-12,02; СаОусв. 5,42-7,50; СаОводн. 1,47-1,63; Р2О5усв. по трилону Б : Р2О5общ. 48,66-56,75 ; Р2О5усв. по лим. к-те : Р2О5общ. 57,58 -66,21 ; СаОусв. : СаОобщ. 62,39 - 66,34; СаОводн : СаОобщ. 13,56 - 17,99.

Оптимальные соотношения АС : ФС для мытого сушёного концентрата 100 : (23-37). При этом продукты содержат (вес. %): N 25,32 - 28,04; Р2О5общ. 3,45 - 5,04; Р2О5усв. по трилону Б 2,17 - 2,65; Р2О5усв. по лим. к-те 2,83 - 3,62; СаОобщ 9,02 - 13,02; СаОусв по лим. к-те 6,87 - 8,88; СаОводн. 2,03-2,42; Р2О5усв. по трилону Б : Р2О5общ. 52,57 - 62,89; Р2О5усв. по лим. к-те : Р2О5общ. 71,82 - 82,02; СаОусв : СаОобщ. 68,20 - 76,16; СаОводн : СаОобщ. 18,58-22,50.

Наличие в составе АФУ водорастворимой формы СаО свидетельствует о протекании реакции между нитратом аммония и карбонатом кальция с образованием нитрата кальция, аммиака, углекислого газа и паров воды:

2ИИ4ИО3 + СаСО3 ^ Са(ИО3)2 + 2ИИ3 + СО2 + И2О

Это говорит о том, что, если подавать расплав на грануляцию сразу же после смешения компонентов, то будет невозможно получать продукт с высокой прочностью гранул, так как выделяющаяся газовая фаза в определённой степени будет способствовать получению рыхлых гранул АФУ с повышенной пористостью.

С целью установления оптимального времени взаимодействия плава аммиачной селитры с фосфоритами Центральных Кызылкумов была изучена кинетика декарбонизации фосфоритовой муки при температурах плава АС 170, 175, 180 0С и при трех весовых соотношениях селитры к фосфатному

сырью - 100 : 20; 100 : 30 и 100 : 40. Аммиачная селитра вводились в реактор, который помещался в термостат с глицерином, температура в котором поднималась до заданной величины (170-1800С). АС при этом полностью расплавлялась. Навеску фосфатного сырья засыпали в плав АС в течение 45 сек. Одновременно включали мешалку и секундомер. После дозировки фосмуки процесс проводили в течение 50 мин. Через каждые 5 мин отбирались пробы из нитрофосфатного плава с помощью специальной стеклянной ложечки. Отобранные пробы взвешивали, охлаждали, измельчали и анализировали на содержание СО2. По содержанию СО2 определяли степень декарбонизации фосфоритной муки. Полученные результаты представлены на рис. 1, из которого видно, что процесс взаимодействия плава АС с карбонатной частью фосфорита протекает довольно интенсивно в первые 20 мин при всех соотношениях АС: ФС и температурах. Затем процесс декарбонизации замедляется. Так, при 1800С и соотношении АС к ФС 100:20 за первые 20 мин степень декарбонизации достигла 43,28%, а за последующие 30 мин она увеличивалась всего лишь на 2,28%, достигнув величины 45,56%. Аналогичная картина наблюдается для всех температур и соотношений АС: ФС.

- 50

40

- 30

- 20

о

10 15 20 25 30 35 Время, мин

40 45

50

а4

Рисунок 1 - Зависимость изменения степени декарбонизации фосфатного сырья от температуры и продолжительности процесса. Соотношение АС:ФС: 1=100:20; 2=100:30 и 3=100:40

Таким образом, процесс декарбонизации фосмуки прекращается, достигая определенного уровня. Это можно объяснить следующим образом. Отличительной особенностью Кызылкумских фосфоритов является наличие в

них трёх форм карбонатов, сохранившихся от замещения фосфатов внутри фосфатизированных раковин - реликтов кальцита «эндокальцит»; кальцит цемента «экзокальцит»; карбонатных групп, изоморфно входящих в кристаллическую решётку фосфатного минерала. Расплав аммиачной селитры, по всей вероятности, реагирует только с наиболее доступным кальцитом цемента «экзокальцитом», а «эндокальцит» и карбонатные группы фосфатного минерала остаются для него недоступными. Значит для получения максимальной прочности гранул при совместном гранулировании плава аммиачной селитры и фосмуки процесс гранулирования следует осуществлять после 20-минутного взаимодействия исходных компонентов.

На рис. 2 представлена кинетика активации рядовой фосмуки расплавом аммиачной селитры при 180 0С в зависимости от времени её взаимодействия и от весового соотношения компонентов. Наиболее интенсивно процесс активации протекает в первые три минуты взаимодействия, повышая относительное содержание усвояемой формы Р2О5 по лимонной кислоте с исходного 18,49% до 68,81; 65,59 и 62,65 % при содержании в продукте Р2О5 3,0; 4,1 и 5,01% соответственно. Затем процесс активации замедляется и после 20-минутного взаимодействия практически прекращается, достигнув значений относительного содержания усвояемой формы Р2О5 по лимонной кислоте 94,66; 92,19 и 87,10% при содержании в продукте Р2О5 3,0; 4,1 и 5,01% соответственно.

Для определения прочности гранул получаемого АФУ в описываемом процессе осуществляли его гранулирование путём имитации названного процесса в грануляционной башне. При исследовании полученных значений прочности гранул АФУ в зависимости от продолжительности взаимодействия рядовой фосмуки с расплавом АС и от соотношения компонентов было выяснено, что наименьшая прочность гранул - 3,91; 4,21 и 4,74 МПа при соотношениях селитры к фосмуке 100:20; 100:30; 100:40 соответственно наблюдается после 3-х минутного взаимодействия. После 20-минутного взаимодействия, то есть после практически закончившегося выделения газовой фазы, прочность гранул достигает своего максимального значения - 7,05; 7,45 и 7,75 МПа при тех же весовых соотношениях компонентов.

Таким образом, результаты лабораторных опытов позволили сделать вывод о том, что для получения АФУ, содержащего 25,24-29,15 % N 3,005,04 % Р2О5, из которых 87,10-94,66 % находится в усвояемой для растений форме; 8,35-13,11 % СаОобщ и 6,57-8,95% усвояемого СаО, с максимальной прочностью гранул 7,05-7,75 МПа, гранулирование смеси АС с фосфатным сырьем следует осуществлять после 20 минутного взаимодействия компонентов при 1800С. Кроме того, установлено, что при использовании в качестве фосфатной добавки рядовой фосфоритовой муки, пылевидной фракции, минерализованной массы, мытого сушеного концентрата, в количествах соответственно 3,52-5,04; 3,52-5,17; 2,96-4,48; 3,455,04% Р2О5, в продуктах прочность гранул АФУ с диаметром 2-3 мм нахо-

дится в пределах 7,33-7,80; 7,17-7,74; 8,38-8,73 и 8,12-8,41 МПа. То есть прочность гранул удобрений возрастает пропорционально увеличению фосфатной добавки и незначительно зависит от вида фосфатного сырья. Прочность гранул полученных АФУ по сравнению с прочностью чистой

Рисунок 2 - Кинетика активации фосфоритовой муки расплавом аммиачной селитры при 1800С. Содержание Р2О5 в селитре: 1-3%; 2-5%.

Это объясняется тем, что введенные в плав АС фосфатные добавки образуют мелкодисперсные вкрапления в структуре кристаллических блоков удобрения. Уменьшение размеров отдельных кристаллов соли и увеличение плотности их упаковки существенным образом повышают прочность гранул АФУ.

Список литературы

1. Ершов В.А., Данцис Я.Б., Жилов Г.М. Теоретические основы химической электротермии. -Л.: Химия, 1978. - 184 с.

2. Патрушев Д.А. Некоторые вопросы электротермии фосфора. // Элементарный фосфор и продукты его переработки: сб. тр. УНИХИМ. -1970. -№19. - С. 60-72.

3. Богатырев А.Ф., Скуратова Н.А. Регрессионное обобщение теплофизических свойств фосфоритов для моделирования технологических процессов получения фосфора. - М.: Электротермия, - 2006. - С. 61-65.

Sattarov Olim Usmonkulovich, senior teacher

Navoi state mining institute, Navoi, Uzbekistan

THE RESEARCH OF PRODUCING NITROGEN-PHOSPHORUS FERTILIZERS BASED ON AMMONIUM NITRATE AND MELTS PHOSPHORITES

Abstract. The article presents the results of a study on the organization of production of ammonium nitrate with lower detonation properties. It is proved that the explosive properties

of ammonium nitrate reduced by bringing the content of nitrogen up to 26-28% by introducing in its composition of phosphate supplements.

Keywords: ammonium nitrate, phosphorites, nitrogen fertilizer, granules, ordinary phosphorite flour, washed dried concentrate, dust fraction, mineralized mass, termocontrol.

УДК 669.3

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЫПЛАВКИ БЕСКИСЛОРОДНОЙ МЕДИ В ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ Семенов Константин Геннадьевич, к.т.н., доцент, (e-mail: kgslpmgvmi@mail.ru) Чернов Владимир Викторович, к.т.н., доцент,

(e-mail: vvchernov@mail.ru) Колосков Сергей Владимирович, к.т.н., доцент, (e-mail: kolservlad@bk.ru) Московский государственный технический университет имени. Н.Э. Баумана, г.Москва, Россия

В работе рассмотрено влияние содержания газов и примесей на свойства бескислородной меди. Основное внимание уделено вопросам раскисления меди, содержанию водорода в расплаве, содержанию примесей, а также факторам, влияющим на содержание газов в расплаве меди.

Ключевые слова: медь, примеси, кислород, водород, раскисление, система Cu-O, газосодержание расплава, примеси.

В процессе металлургического передела медь проходит несколько стадий переработки. В начальной стадии вырабатывают «черновую» медь, обычно содержащую около 1-1,5% примесей. Для удаления из «черновой» меди различных загрязнений (примесей) и извлечения благородных металлов, ее подвергают специальным рафинирующим операциям. Окончательным способом рафинирования является электролитический процесс, которому предшествует предварительный процесс пирометаллургического рафинирования [1].

Пирометаллургическое рафинирование предусматривает выделение из «черновой» меди менее благородных, т. е. более электроотрицательных, чем медь примесей, используя для этого большую по сравнению с медью способность их к окислению с одновременной отливкой меди в аноды для последующего электролитического рафинирования, в основе которого лежит анодное окисление меди с последующим образованием катодной меди, которая используется для промышленных целей, в том числе для получения сплавов на основе меди.

В настоящее время часть катодной меди подвергают дополнительной переплавке в отражательных печах с целью удаления примесей до еще меньших значений для получения литых заготовок (слитков), идущих в