Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

Удобрения на основе нитрата аммония

Известко во - амми ачна я селитра

Сплав нитрата аммония с известняком — известково-аммиачная селитра получила широкое распространение в странах Западной Европы. При длительном внесении в почву аммиачной селитры про­исходит ее подкисление вследствие физиологической кислотности аммиачных удобрений и протекающих в почве процессов нитрифи­кации — окисления аммиака в азотную кислоту под действие микроорганизмов почвы lee-m Поэтому аммиачную селитру реко мендуют применять на кислых почвах после их известкования 172

Более удобным является применение известково-аммиачной се­литры.

Известково-аммиачную селитру выпускают со следующими Весо­выми соотношениями NH4N03 : СаС03 — во Франции 80 : 20; в ГДР 65 : 35; в США, Польше 60 : 40; в Англии 53 : 47 173.

Наилучшими физическими свойствами обладают смеси, содер­жащие 60% нитрата аммония и 40% известняка 174; при этом соот­ношении в смеси содержится 20,5% азота. В известково-аммиачной селитре обычно содержится ~1% нитрата кальция. Вследствие этого она более гигроскопична, чем чистая аммиачная селитра. Гиг­роскопическая точка известково-аммиачной селитры на 2—3% ниже гигроскопической точки аммиачной селитры. Но слеживаемость ее в 2,4—3 раза меньше слеживаемости чистой аммиачной селит­ры 19' '75-178 Была исследована 179 взрывоопасность известково-амми­ачной селитры; при содержании в ней азота меньше 22% она без­опасна, продукт, содержащий 26% N взрывоопасен,

Известково-аммиачную селитру (ПАС) получают смешением 94—95%-ного плава нитрата аммония с тонкоизмельченным извест­няком и гранулированием полученной смеси в грануляционной башне или в шнеках-грануляторах 139> 141, 142> 18°-i82.

При смешении известняка с плавом аммиачной селитры проис­ходит частичное образование Ca(N03)2 (0,4—1,2%): 2NH4N03 + СаСОз = (NH4)2C03 + Ca(N03)2

Карбонат аммония диссоциирует на С02 и NH3, вследствие чего теряется некоторое количество аммиака — обычно 0,3—0,8% от со­держания азота в плаве аммиачной селитры; это соответствует 0,8—2,1 кг NH3 на 1 т готового продукта (60 : 40). Потери аммиака резко возрастают с увеличением продолжительности смешения 183. Например, при 10-минутном смешении они составляют 0,32%, при 30-минутном — 0,82%, при 60-минутном—1,47% от общего содер­жания азота в смеси. Так же резко возрастают потери аммиака с ростом температуры сплавления. При 135° потери увеличиваются в 2 раза, а при 145° в 5 раз по сравнению с потерями при 125° (0,17%). Выделение NH3 из известково-аммиачной селитры умень­шается с увеличением содержания в ней Ca(N03)2 184.

Оптимальными условиями сплавления аммиачной селитры с из­вестняком являются: концентрация плава 94—95,5%, степень из­мельчения известняка 0,12 мм, соотношение исходных веществ 60:40, температура 125—135°, продолжительность смешения Ю мин т' 185"187.

Смешение известняковой муки с плавом аммиачной селитры производят в двухвальном смесительном шнеке, валы которого вра­щаются со скоростью около 40 об/мин. Корпус шнека выполняют из хромоникелевого чугуна (2,8% хрома, 1,5% никеля), крышку и валы — из нержавеющей стали. При длине корпуса шнека 4,5 м, Ширине 0,8 м и высоте 1 м его суточная производительности 400—600 т известково-аммиачной селитры. Чтобы избежать закри! сталлизовывания плава, шнек снабжен паровой рубашкой (давле! ние греющего пара 3,5 ат, поверхность нагрева 6,5 м2). Недостатком конструкции шнекового смесителя является необходимость частом смены сальника вала, который работает в тяжелых условиях (срав| нительно высокая температура смешения и большая вязкость пере! мешиваемой массы). Плав после смешения по обогреваемым паром трубам направляют на грануляцию в грануляционные башни, по! добные применяемым для грануляции аммиачной селитры. Грануль! выгружают из башни при помощи скребкового "сбрасывателя 115 на" транспортеры, которыми они подаются в отделение обработки. Тем­пература гранул на выходе из башни 70—80°.

Продукт подвергают дроблению и рассеву для получения гранул стандартного размера (2—5 мм), затем охлаждают воздухом до 25—35°, припудривают известняком, или кремнеземом, каолином и т. п. 188~191 и направляют в склад 192.

Удельный расход воздуха, на грануляцию 1 т продукта состав­ляет 5100—8750 м3/ч. На производство 1 т известково-аммиачной селитры затрачивают 0,133 г аммиака, 0,485 т азотной кислоты (100%), 0,475 т известняка (с учетом расхода на припудривание), 0,2 т пара (9 ат), 65 квт-ч электроэнергии, 42 000 ккал холода, 18 м3 воды, 0,5 м3 сжатого воздуха.

Запатентован способ получения известково-аммиачной селитры с пониженным содержанием Ca(N03)2 (0,02—0,04 %), заключаю­щийся в 30-минутном смешении плава NH4N03 и известняка (или доломита) при 180—210° с добавкой 0,1 — 1 % кремнефторида нат­рия, калия или аммония 193.

Известково-аммиачную селитру можно получать взаимодей­ствием Са (N03)2-4H20 с карбонатом аммония или с газообразными NH3 + С02194'195.

Сульфат-нитрат аммония

Впервые механическую смесь, а также сплав нитрата аммония: с сульфатом аммония стали изготовлять в Германии; в СССР это удобрение распространения не получило. |

В сульфат-нитрате аммония содержится (в пересчете на сухо вещество) 25,5—26,5% N, кислотность (в пересчете на H2S04) н" превышает 0,3%, а влажность 2,5%.

Преимуществами этого вида удобрения (по сравнению с состав­ляющими его компонентами) являются: меньшая гигроскопичность по сравнению с аммиачной селитрой, большее содержание азота по сравнению с сульфатом аммония и уменьшение расхода «балласт­ной» серной кислоты на единицу азота по сравнению с расходом в производстве сульфата аммония.

При смешении или сплавлении сульфата с нитратом аммония образуется двойная соль (NH4)2S04-2NH4N03, содержащая при­месь избыточного компонента (сульфата или нитрата).

На рис. 350 даны изотермы растворимости в системе NH4N03— —(NH4)sS04—Н20 при 0, 30, 70 и 100°. Пунктирные линии, прохо­дящие через эвтонические точки аи а2, а3, а4 и Bu B2, B3, Ь4, отделяют области существования отдельных солей и двойной соли. Так как система трехкомпонентная, то при условии ее инвариантности наи­большее число фаз в ней может быть равно пяти, из которых три— твердые. Следовательно, все три твердые фазы в присутствии жид­кой и парообразной фаз могут существовать одновременно лишь при одной определенной темпера­туре, концентрации и давлении. Как видно из диаграммы, эта температура не находится в пре­делах от 0 до 100°. В этом интер­вале температур в присутствии жидкой фазы совместно могут существовать только две твердые фазы — двойная соль и нитрат аммония или двойная соль и сульфат аммония.

Чем выше содержание в суль­фат-нитрате сульфата аммония, тем меньше его гигроскопичность, слеживаемость и взрывоопас­ность. В сельском хозяйстве ши­роко применяется продукт, содержащий 65—67% сульфата и 33—35% нитрата аммония, получаемый простым смешением этих солей. Перед поступлением в смеситель соли отсеиваются от круп­ных слежалых кусков, подвергающихся дроблению, и нагревают­ся— сульфат аммония до 120°, а нитрат — до 40—60°.

Более совершенным способом получения сульфат-нитрата аммо­ния является смешение сухого сульфата аммония с 83% раствором нитрата аммония. Смешение производят в шнековых аппаратах, из которых выходит масса с содержанием около 6% влаги. Эта масса измельчается между двумя чугунными валами с шипами, высуши­вается до влажности 0,1—0,2% в барабанной сушилке и рассеи­вается. Фракция с величиной кусков больше 4 мм подвергается размолу и возвращается на сито, а фракция с частицами менее 0,8 мм возвращается в смеситель. Можно получить сульфат-нитрат аммония нейтрализацией смеси серной и азотной кислот. В реактг^.-

14 М. Е. Позин
сатуратор, снабженный мешалкой, одновременно подают 50%-ную азотную кислоту, 68%-ную серную кислоту и аммиак. Вследствие экзотермичности реакции нейтрализации температура в сатураторе достигает 145—150° и тепла хватает для испарения воды, вводимой с кислотами. Отходящие из сатуратора газы (аммиак) и пары воды поступают в ректификационную колонну, откуда аммиак воз­вращается в сатуратор. Непрерывно вытекающий из реактора плав содержит 2,5—3% свободной кислоты. Избыточная кислотность плава снижается до 0,1—0,3% введением в него аммиака в доней - трализаторе. Из донейтрализатора плав, содержащий 97—98% сухой соли и 2—3% влаги, направляют на кристаллизацию. Кри­сталлизацию осуществляют на поверхности охлаждающего бара­бана 197.

К ал ийно - амми ачна я селитра

Калийно-аммиачная селитра, выпускаемая в довольно значи­тельном количестве в ряде зарубежных стран, содержит 16—16,5% N и 25% К20. Ее изготовляют следующими способами: 1) механи­ческим смешением сухих или увлажненных нитрата аммония и хло­рида калия; 2) совместным выпариванием растворов нитрата аммо­ния и хлорида калия; 3) введением в концентрированный раствор или плав аммиачной селитры тонкоизмельченного хлорида калия с последующим гранулированием плава в грануляционных башнях. Последний способ представляет наибольший интерес, так как по­зволяет получить более однородное по составу удобрение.

При получении калийно-аммиачной селитры по любому спо­собу протекает в той или иной мере реакция обменного разложения:

КС1+NH4N03 = KNO3 + NH4CI

Получаемый продукт содержит тесно сросшиеся кристаллы KN03 и NH4CI 198. В результате образования KN03 — почти не гиг­роскопичной соли, — калийно-аммиачная селитра имеет лучшие фи­зические свойства, чем чистый нитрат аммония.

В зависимости от условий приготовления калийно-аммиачная селитра содержит различное количество KNO3. При механическом смешении увлажненных компонентов (2% влаги) образуется около 7% KN03, в случае совместного выпаривания растворов нитрата аммония и хлорида калия реакция образования KN03 протекает почти нацело.

При смешении плава аммиачной селитры, состоящего ^яз 45 вес. ч. нитрата аммония и 5 вес. ч. воды, с 55 вес. ч. размолотого хлорида калия, около 88% нитрата аммония превращается в KNOs. При этом получается сухое рассыпчатое удобрение, которое не сле­живается и легко рассевается. Ё условиях смешения горячего плава с хлоридом калия возможны потери азота; при 130° потери состав­ляют 0,3% от общего веса смеси.

На некоторых заводах кристаллизацию калийно-аммиачной се­литры из плава проводят на поверхности охлаждаемого вращающе­гося барабана. Далее продукт размалывают на сравнительно круп­ные частицы (3—4 мм) и сушат. В США испытан метод продавли­вания горячего плава в формовочной машине через отверстия диаметром 3 мм. При этом получается шнур, который охлаждают воздухом на сетчатом конвейере и сушат. Затем его разрезают на частицы длиной 3—4 мм.