Исследование возможности получения удобрения пролонгированного действия на основе аммонийной селитры

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 631. 842. 4
А. Р. Ситдикова, Р. Ф. Гатина, А. И. Хацринов,
О. В. Климович, З. К. Омаров, Т. Н. Лапинская, Ю. М. Михайлов ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЯ ПРОЛОНГИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ НА ОСНОВЕ АММОНИЙНОЙ СЕЛИТРЫ
Ключевые слова: аммонийная селитра, «жидкое стекло», покрытие, растворимость,
влагопоглощение.
Получены образцы аммонийной селитры с покрытием из «жидкого стекла» и других добавок. Проведены исследования образцов на растворимость и сорбцию влаги из атмосферы- изучена структура покрытия методом растровой электронной микроскопии. Обработка селитры добавками (суммарное содержание 1−15%) при температуре, не превышающей 32,3°С, позволяет существенно повысить качество продукта.
Key words: ammonium saltpeter, «liquid glass», covering, solubility, moisture trapping.
Samples of ammonium saltpeter with a covering from «liquid glass» and other additives are received. Researches of samples on solubility and moisture trapping from atmosphere are carried out- the structure of a covering is studied by a method of raster electronic microscopy. Processing of saltpeter by additives (the total maintenance of 1−15%) at the temperature which is not exceeding 32,3°С, allows to raise quality of a product essentially.
Введение
Аммонийная селитра является крупнотоннажным продуктом неорганического синтеза. Одним из основных потребителей этого продукта является сельскохозяйственная отрасль.
Из всего количества вносимых удобрений с/х растения используют лишь 40 — 59%, а остальное вымывается из почвы в виде нитратов в водоем, улетучивается в атмосферу. Более того, свыше 50 млн. га почв в РФ имеют избыточно кислую реакцию среды. Поэтому в условиях прекращения известкования кислых почв актуальным является производство такой формы азотного удобрения, которая наряду с обеспечением растений азотом не подкисляет среду в почве, снижает загрязнение водоемов, обладает пролонгированным действием.
Ранее [1] проводились работы по обработке аммонийной селитры силикатами металлов. Однако данные исследования были направлены только на устранение слеживаемости продукта путем опудривания гранул добавками в виде порошков. Представляет интерес получение удобрения пролонгированного действия с покрытием из «жидкого стекла» и изучение влияния покрытия на кинетику растворения продукта и его сорбцию влаги из атмосферы.
Экспериментальная часть
Исследования проводили на гранулированной аммонийной селитре по ГОСТ 2–85 марка Б с размерами гранул от 2−4мм. В качестве добавок использовали силикаты щелочных металлов (К^Ю3, Na2SiО3), фториды металлов (Ы^ CaF2, AlF3), гексафторсиликат натрия (Na2SiF6), ПАВ (катамин АБ). Обработку селитры проводили механическим перемешиванием при температуре и времени, необходимых и достаточных для получения равномерного покрытия. В таблице 1 представлен состав продукта и условия его получения.
Таблица 1 — Состав продукта и условия его получения
№ обр. Добавка Суммарное Содержание добавок, % мас. Температура обработки Т, °С Время сушки т, мин
СО О 00 ь? и_ Ой с, а со о 00 сч ГО И ю И_ 00 сч ГО г сч и_ ГО О со И_ С
1 + + + 0,5 28 15
2 + + + 0,1 40 15
3 + + + 1 28 60
4 + + + 10 40 15
5 + + + 5 25 15
6 + + + 15 25 12
7 + + + 0,5 25 20
8 + + + 0,3 40 30
9 + + + 5 25 15
10 + + + 5 25 20
11 — - -
Из литературы известно, что при обработке селитры силикатами происходит процесс выделения аммиака [1]. Поэтому, во избежание разложения нитрата аммония, его предварительно обрабатывали катамином АБ, который, адсорбируясь на поверхности, образует пленку, значительно снижающую смачиваемость гранул, уменьшает скорость взаимодействия гелеобразующей композиции с гранулами селитры, снижает реакцию воды с гранулами.
Так же практически важно, что под действием воды поликремневая кислота разрушается. Катионы натрия (калия) из «жидкого стекла», реагируя с водой, образуют щелочь, которая и вызывает деструкцию молекул поликремневой кислоты. От этого клеевой шов раствора силикатов без специальных добавок оказывается неводостойким. Смысл добавок (фториды металлов и гексафторсиликат натрия) — связать катионы щелочного металла из клея и воду в нерастворимые соединения. Максимальная концентрация этих добавок составила 15 — 20% от массы жидкого стекла, так как их избыток увеличивает пористость, снижает прочность и повышает проницаемость наполнителя [2].
Процесс гидролиза «жидкого стекла» в присутствии отвердителя выглядит следующим образом:
2^а20 г^С& gt-2 Н20) + Na2SiF6 ~Н2° & gt- (2п+1)^Ю2)уН20 + 6NaF (1)
В результате данной реакции на поверхности частиц наполнителя откладывается гель кремниевой кислоты, где и происходит его конденсация с образованием силоксановых связей и дегидратацией:
он
он
2ЭКОН)4^НО -О -он + н2о
он
он
Далее кремниевая кислота уплотняется, цементируя зёрна нитрата аммония и увеличивая его плотность.
Таким образом, в системе Na2SiF6 — «жидкое стекло» протекает одновременно несколько процессов:
1. гидролиз «жидкого стекла» с дальнейшей полимеризацией геля кремниевой кислоты в присутствии отвердителя-
2. коагуляция геля кремниевой кислоты с образованием силоксановых связей.
Структуру исходных и покрытых гранул исследовали методом растровой электронной
микроскопии (РЭМ) на электронном микроскопе РЭМ-100У напылением образцов углеродом в вакуумной установке ВУП — 4. Ускоряющее напряжение 15 кВ.
Растворимость образцов определяли с помощью реактива Грисса. Навеску продукта массой 0,5 г высыпали в стакан со 100 см³ воды и растворяли при 25 °C и непрерывном перемешивании. Количественное содержание нитрат — ионов определяли с использованием серии стандартных растворов по аттестованной методике [3] на концентрационном фотоколориметре КФК- 2.
Влагопоглощение покрытых и исходного образцов измеряли эксикаторным методом при W=100% и Т=25°С. Минимальная навеска образца составляла 5 г, точность взвешивания 0,0002 г [4].
Результаты и их обсуждение
Результаты электронно-микроскопических исследований показали, что поверхность необработанного образца (рис. 1а) однородная, иногда на ней
просматриваются небольшие наросты (10−20мкм). Поверхность скола неоднородная, основная ее площадь представлена неровностями с «рваными» краями и гранями, встречаются отдельные плоские осколки, размером до 300мкм, так же встречаются участки с порами, размер которых ~2−5мкм. На поверхности скола при больших увеличениях просматриваются «трещины», можно предположить, что структура блочная, но не сильно выраженная.
Рис. 1 — Снимки среза исходного (а), поверхности (б) и среза (в) обработанного образцов селитры
Поверхность большинства обработанных образцов представлена извилистыми
углублениями и наплывами, но в целом довольно однородна (рис. 1б). Структура блочная, размер фрагментов варьируется в пределах ~40−300мкм.
На сколе отдельных образцов видно, что поверхность гранул образована монолитной оболочкой, проникающей вглубь образца на 350−500нм (рис. 1в). География поверхности остальных образцов, характеризуется неглубокими бороздами и раковинами (2−15мкм). При больших увеличениях на краях оболочки можно различить извилистые неровности и мелкие трещины
В таблице 2 представлены результаты испытаний образцов нитрата аммония на растворимость
Таблица 2 — Результаты испытаний образцов на растворимость
Окрашивание Концентрация нитратов, мг/дм3
Светло-розовое 0,100
Красное ~1,000
Слабо-розовое 0,050
Сильно-розовое ~0,500
Едва заметное розовое ~0,007
Светло-розовое 0,100
Светло-розовое 0,100
Сильно-розовое ~0,500
Едва заметное розовое 0,007
Едва заметное розовое 0,007
Красное ~1,000
Предел обнаружения нитратного азота фотометрическим методом с реактивом Грисса равен 0,005 мг/дм3
Диапазон Границы
измерений погрешности
концентрации при
нитратного вероятности
азота X, Р=0,95 ±Д,
мг/дм3 мг/дм3
От 0,010 до 0,004+0,24-Х
0,080 включ.
От 0,080 до 0,006+0,24-Х
0,300 включ.
Как видно из таблиц 1 и 2 лучшие результаты получены с модифицированными образцами 5- 9 и 10. Получение данных образцов проводили при температуре, не превышающей 32,3 °С, при этом нитрат аммония остается в стабильной IV модификации [5]. Превышение данной температуры при получении образцов 2- 4 и 8 привело к переходу исходного продукта из IV в III модификацию с увеличением объема гранул в 2 раза. А обратный переход при охлаждении стал, по-видимому, причиной образования
трещин в покрытии, и следствием этому явилась более быстрая растворимость продукта. Природа отвердителя и катион «жидкого стекла» (К, Ыа) существенного влияния на качество покрытия не оказывают. Эти результаты хорошо коррелируют с данными по влагопоглощению образцов, представленным на рисунке 2.
Таким образом, обработка аммонийной селитры при температуре не выше 32,3 °С с продолжительностью сушки не менее 15мин [6] смесью силикатов натрия (калия), фторидов металлов и ПАВ, используемых в качестве гидрофобной добавки, содержание
которой составляет 1−15%, позволяет существенно повысить качество продукта.
100
1 2 3 4 5 6 7 8
Сутки
Рис. 2 — Кинетика влагопоглощения исходного и модифицированных образцов (1−2-3__11 — номера образцов)
Литература
1. Папян, Г. С. Влияние добавок метасиликатов кальция на слеживаемость неорганических соле: автореф. дисс … канд. тех. наук / Г. С Папян. — Тбилиси, 1966. — 23с. :
2. Жилин, А. И. Растворимое стекло, его свойства, получение и применение / А. И Жилин -Свердловск: Госуд. объединенное науч.- технич. изд-во, 1939. — 100с.
3. РД 52. 24. 380 — 2006. Массовая концентрация нитратов в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с реактивом Грисса после восстановления на кадмиевом редукторе. — М.: Технорматив, 2008. — 28с.
4. Членов, В. А. Исследование возможности снижения слеживаемости и растворимости минеральных удобрений / В. А. Членов [и др.] // Научно-техн. журн. Хим. пром. — 1974. — № 1. — 41с.
5. Михайлов, Ю. М. Безопасность аммиачной селитры и её применение в промышленных взрывчатых веществах / Ю. М. Михайлов, Е. В. Колганов, В. А. Соснин — Дзержинск: ООО «Партнёр-плюс», 2008. — 298с.
6. Пат. 2 355 635 Российская Федерация, ПМК С 01 С 1/18. Способ получения водоустойчивой аммиачной селитры / Сопин В. Ф. [и др.] заявитель и патентообладатель Казань, науч. -исслед. инт хим. продуктов. — № 2 007 123 796/15- заявл. 26. 06. 2007- опубл. 20. 05. 2009, Бюл. № 14.
© А. Р. Ситдикова — асп. каф. ХТВМС КГТУ, науч. сотр. лаб. инновационных технологий Аналитико-экологич. испытательного центра ФКП «ГосНИИХП" — Ю. М. Михайлов — д-р хим. наук, член-корр. РАН- Р. Ф. Гатина — д-р хим. наук, директор ФКП «ГосНИИХП" — А. И. Хацринов — д-р техн. наук, зав. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ, зам. директора по НИОКР ФКП «ГосНИИХП" — О. В. Климович — канд. техн. наук, и. о. нач. Аналитико-экологич. испытатнльного центра ФКП «ГосНИИХП», З. К. Омаров — лаб. инновационных технологий Аналитико-экологич. испытательного центра ФКП «ГосНИИХП», Т. Н. Лапинская — вед. инж. лаб. инновационных технологий Аналитико-экологич. испытательного центра ФКП «ГосНИИХП», gniihp@bancorp. ru.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой