книги / 46

Зависимость оптической плотности раствора нитрата марганца от концентрации при температуре 25 îÑ

Рис. 1. Зависимость показателя преломления раствора от концентрации нитрата марганца

Рис. 2. Зависимость показателя преломления раствора нитрата марганца от плотности раствора

61

Влияние концентрации на оптическую плотность раствора нитрата марганца удовлетворительно описывается уравнением регрессии:

ãäå n – показатель преломления раствора; ñ – концентрация раствора нитрата марганца, %. Значимость критерия Фишера полученного уравнения составляет 5,48·10–9.

Влияние плотности раствора нитрата марганца на показатель преломления (рис. 2) удовлетворительно описывается уравнением регрессии (значимость критерия Фишера составляет 5,95·10–10):

ãäå n – показатель преломления раствора; – плотность раствора нитрата марганца, г/см3.

Результаты исследований показателя преломления в диапазоне температур 25–65 îС представлены на рис. 3. Поверхность, полу- ченная в результате проведенных экспериментов, удовлетворительно описывается уравнением регрессии (значимость критерия Фишера составляет 3,18·10–74):

ãäå n – показатель преломления раствора; ñ – концентрация раствора нитрата марганца, %; t – температура раствора, îÑ.

Анализ зависимости на рис. 3 и полученного уравнения показывает, что температура, в отличие от концентрации раствора, практически не оказывает влияние на показатель преломления раствора.

Для определения характеристик раствора ацетата марганца была собрана установка по получению данного продукта, состоящая из трехгорлой колбы, мешалки, термометра, воронки для подачи предварительно измельченного карбоната марганца и водяной бани для поддержания заданной температуры.

В колбу поместили определенное количество предварительно приготовленной уксусной кислоты. Затем при интенсивном механиче- ском перемешивании в реакционную зону через воронку осуществляли подачу карбоната марганца. С помощью водяной бани температуру в колбе поддерживали на уровне 45–55 îC. По окончании процесса протекания реакции полученный раствор фильтровали для удаления нерастворимого остатка и упаривали до плотности 1,22 г/см3.

62

Процесс кристаллизации концентриро-

ванного раствора ацетата марганца проводили в кристаллизаторе с регулируемым охлаждением. Полученную в результате кристал-

лизации суспензию фильтровали на воронке Шотта. Высушенный в вакуум-сушиль- ном шкафу осадок представлял собой кристаллы четырехводно-

го ацетата марганца. Кристаллизат, полученный по описанной схеме, в дальнейшем использовали для определения зависимости растворимости ацетата марганца от температуры и выявления изменения показателя преломления раствора Mn(CH3COO)2 от его концентрации.

Результаты проведенных исследований представлены на рис. 4, 5. Влияние температуры на растворимость ацетата марганца удовлетворительно описывается уравнением (коэффициент достоверности

аппроксимации составляет 0,994)

Рис. 4. Зависимость концентрации насыщения раствора ацетата марганца от температуры

63

Рис. 5. Зависимость показателя преломления раствора ацетата

ãäå c – концентрация насыщения раствора ацетата марганца, %; t – температура насыщения раствора ацетата марганца, îÑ.

Влияние концентрации на показатель преломления раствора ацетата марганца удовлетворительно описывается уравнением (коэффициент достоверности аппроксимации составляет 0,995):

ãäå n – показатель преломления раствора; ñ – концентрация раствора ацетата марганца, %.

Установленные зависимости в виде формул (2)–(6) показателей преломления растворов Mn(NO3)2 è Mn(CH3COO)2 от их концентрации, температуры и плотности, а также зависимость растворимости ацетата марганца от температуры в дальнейшем могут быть использованы в технологии производства нитрата и ацетата марганца.

Список литературы

1.Химическая энциклопедия: в 5 т. – Т. 2: Даффа-Меди Х46/ под ред. И.Л. Кнунянц [и др.]. – М.: Сов. энцикл., 1990.

2.Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии / Б.В. Иоффе. – Л.: Химия, 1974.

3.Желнина В.Э. Физико-химические основы процесса обогащения марганцевых руд: дис. … канд. хим. наук / В.Э. Желнина. – Л., 1980.

Получено 11.06.2008

ÓÄÊ 631.82

О.А. Чудинова, В.З. Пойлов, Э.Г. Сидельникова

Пермский государственный технический университет

ГРАНУЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ NPK-УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ СУЛЬФАТА

АММОНИЯ

Изучено влияние измельчения и состава исходных компонентов, температуры процесса, количества связующего и ретура, наличия в смеси упрочняющей добавки, продолжительности гранулирования на выход товарной фракции и физико-химические свойства гранулятов. Установлены оптимальные параметры процесса гранулирования NPK-удобрений на основе сульфата аммония.

Из числа разнообразных по своим свойствам минеральных удобрений наибольшим спросом у потребителей пользуются гранулированные комплексные NPK-удобрения, содержащие азот, фосфор и калий. Применение удобрений в виде тонкодисперсных порошков и мелких кристаллов сопряжено со слеживаемостью, потерями удобрений при хранении, транспортировке и внесении в почву.

Анализ научной и патентной литературы показал, что для получе- ния комплексных NPK-удобрений в качестве азотсодержащего компонента в основном используют нитрат аммония и карбамид, которые имеют высокую стоимость. Cведения по использованию сульфата аммония для получения комплексных удобрений в научной и патентной литературе ограничены. Сравнительный анализ различных способов гранулирования позволил выбрать метод окатывания, который по сравнению с другими способами гранулирования обеспечивает полу- чение продукта в виде сферических гранул, высокую производительность, позволяет использовать стандартное оборудование [1].

Цель настоящей работы – исследование оптимальных режимов процесса гранулирования комплексных NPK-удобрений на основе сульфата аммония. Для достижения поставленной цели

65

необходимо было определить параметры процесса гранулирования в зависимости от температуры и продолжительности процесса, расхода связующего, вида упрочняющей добавки и величины ретура.

Для получения удобрений марки N:P2O5:K2O (1:1:1) в качестве основных азотсодержащих компонентов использовали сульфат аммония, фосфорсодержащим компонентом служил диаммофос, а калийсодержащей добавкой – чистый и технический хлорид калия. В качестве стабилизирующей добавки использовали мел (СаСО3), бактерицидным компонентом служила элементарная сера, упрочнителем гранул – добавка МД, а связующим материалом – раствор соединения кремния.

Исследования по гранулированию проводили на установке, которая включала в себя: барабанный гранулятор с рубашкой, имеющий скорость вращения до 40 об/мин, электрический привод и термостат. Для поддержания постоянного температурного режима в рубашку гранулятора подавали воду, предварительно нагретую в термостате до заданной температуры.

Методика эксперимента по исследованию процесса гранулирования заключалась в следующем: исходные компоненты предварительно измельчали до среднего размера частиц 0,26 мм в те- чение определенного промежутка времени (табл. 1) и смешивали в определенных соотношениях. После этого исходную тукосмесь переносили в емкость, перемешивали в течение 20 мин с целью равномерного распределения компонентов смеси, а затем в тукосмесь добавляли расчетное количество связующего. Смесь снова тщательно перемешивали до получения однородного пластифицированного материала, а затем загружали в гранулятор, предварительно нагретый до температуры опыта (25, 60, 90 îС). Продолжительность гранулирования изменяли от 15 до 300 с. После истечения заданного промежутка времени гранулы выгружали на поддон, высушивали на воздухе в течение суток, после чего определяли гранулометрический состав и измеряли статиче- скую прочность гранул по известной методике [2].

Процесс гранулирования оценивали по следующим показателям: выход товарной фракции +0,7–5,0 мм гранулята, статическая прочность и средний размер гранул, гигроскопичность продукта.

66

Важным параметром проведения процесса являлся вид и расход связующего. В качестве связующего использовали: воду, 30%-й водный раствор сульфата аммония, 20%-й водный раствор триполифосфата натрия, раствор соединения кремния. Результаты исследований по влиянию вида и расхода связующего приведены в табл. 2.

Ò à á ë è ö à 2

Влияние вида и расхода связующего на характеристики гранул NPK-удобрения

Из анализа данных табл. 2 следует, что наиболее эффективным связующим, способствующим повышению выхода и прочности гранул, является раствор соединения кремния. При его расходе в количестве 15 % к массе исходных компонентов достигается максимальный выход товарной фракции и прочность гранул по сравнению с другими связующими. Так, если при использовании 30%-го раствора (NH4)2SO4 и 20%-го раствора Na3PO4 выход товарной фракции составили 26 и 34,9 % соответственно, то в присутствии раствора соединения кремния – 48,8 %.

Важным параметром, влияющим на выход товарной фракции, является температура (рис. 1).

68

Результаты исследований показали, что в процессе гранулирования образуются крупные (+5,0) и мелкие (–0,7 мм) фракции, размеры которых не отвечают техническим условиям на продукт. Эти гранулы после измельчения использовали в качестве ретура с размером частиц –0,7 мм. Для утилизации некондиционной фракции предусмотрен ее возврат в технологический цикл в виде ретура. Данные по влиянию количества ретура на гранулометрический состав, средний размер и выход товарной фракции гранулята приведен в табл. 3.

Ò à á ë è ö à 3

Влияние количества ретура на гранулометрический состав, средний размер и выход товарной фракции гранулята

Из анализа данных табл. 3 следует, что введение ретура в исходную шихту незначительно снижает средний размер гранул и положительно влияет на выход товарной фракции, увеличивая его до 82,8 % против 68,5 % без использования ретура. Это объясняется тем, что мелкие частицы (<0,1 мм) ретура выполняют роль зародышей, на поверхности которых происходит образование гранул. Кроме того, с использованием ретура 30 % уменьшается количество мелкой фракции гранулята с 3,5–4,47 до 1,1 %. Таким образом, с технологической точки зрения применение ретура оправдано.

Приведенные выше результаты исследований получены с использованием чистых химических веществ [КС1, (NH4)2SO4]. Учи- тывая высокую стоимость таких реагентов, целесообразно было исследовать возможность использования технических и некондиционных продуктов для получения NPK-удобрений при найденных оптимальных условиях.

69

В качестве основного азотсодержащего компонента использовали сульфат аммония, полученный при улавливании аммиака из коксового газа Нижнетагильского металлургического комбината. Сульфат аммония был двух марок: белый – марка 1, серый – марка 2. Они отличались разным количеством примесных компонентов и окра-

ской. В сульфате аммония марки 2 наблюдается более высокое содержание примесей железа (136,0±38,1 г/т против 70,35±19,70 г/т), примесей цинка (3,8±0,8 г/т против 2,7±0,7 г/т) и органических ком-

понентов, придающих продукту серую окраску.

Результаты исследований влияния расхода связующего на выход товарной фракции при использовании сульфата аммония разных марок приведены на рис. 2.

Рис. 2. Влияние расхода связующего на выход товарной фракции при использовании сульфата аммония различных марок

На рис. 2 видно, что с увеличением расхода связующего выход товарной фракции возрастает, достигая максимума (89 %) при расходе связующего 11–12 %. Причем выход товарной фракции гранулята мало зависит от вида используемого сульфата аммония, т.е. содержания примесей в техническом сульфате аммония. Однако при одинаковом расходе связующего (12 %) прочность гранул на основе сульфата аммония марки 2 выше на 0,4 кгс/гранула, чем при использовании сульфата аммония марки 1. Таким образом, примеси

70