способ получения водоустойчивого нитрата аммония (аммиачной селитры)

Формула изобретения

Способ получения водоустойчивого нитрата аммония (аммиачной селитры) путем обработки гидрофобизатором, отличающийся тем, что обработку проводят путем перемешивания нитрата аммония с гидрофобной добавкой в количестве не менее 0,1% от массы продукта, при этом в качестве гидрофобной добавки используют фториды металлов, поверхностно-активные вещества и силикаты натрия или калия, сушку нитрата аммония проводят при температуре 18-32°С не менее 10 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству водоустойчивого нитрата аммония (аммиачной селитры), используемой для получения промышленных взрывчатых веществ и пролонгированных удобрений.

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 NH₄NО₃, 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.

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 Fe₂(SO₄)₃ в водной среде подвержено гидролизу. При этом образуются различные гидроксокомплексы (аналог) [Общая и неорганическая химия/ Т.Х.Карапетьянц, С.И.Дракин, стр.568].

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% NH₄NO₃, 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 Fe³⁺), и общая кислотность плава поддерживается на уровне не более 0,5 г/дм HNO₃ . 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.

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 NH₄ NO₃.

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.

Обработка и сушка при температуре не выше 32°С обусловлена тем, что в диапазоне температур от 18 до 32°С существует ромбическая модификация NH ₄NO₃ 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, , мин	Водоустойчивость, , час
1	2	3	4	5	6
1	Нитрат аммония без обработки, помещенный в H2O	-	-	-	0,5
2	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,05	25	10	26
3	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,1	25	10	100
4	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,15	18	10	88
5	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,1	25	5	20
6	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,15	25	5	28
7	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,05	28	15	28
8	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,1	28	15	72
9	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,15	28	15	64
10	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,05	40	15	2
11	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,1	40	15	2,5
12	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, LiF и катамин АБ.	0,15	40	15	3
13	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, KF и катамин АБ.	0,1	25	10	94
14	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, NaF и катамин АБ.	0,1	25	10	90
15	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, MgF2 и катамин АБ.	0,05	25	10	28
16	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3 , MgF2 и катамин АБ.	0,1	25	10	60
17	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, MgF2 и катамин АБ.	0,15	25	10	55
18	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3 , CaF2 и катамин АБ.	0,1	25	15	50
19	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, SrF2 и катамин АБ.	0,1	25	10	60
20	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3 , BaF2 и катамин АБ.	0,1	25	10	68
21	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, AlF3 и катамин АБ.	0,1	25	20	48
22	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3 , Na2SiF6 и катамин АБ.	0,05	18	15	34
23	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, Na2SiF6 и катамин АБ.	0,1	25	10	100
24	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, Na2SiF6 и катамин АБ.	0,5	25	20	120
25	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, Na2SiF6 и катамин АБ.	1,0	25	20	115
26	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, Na2SiF6 и катамин АБ.	0,1	25	5	48
27	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь Na2SiO3, Na2SiF6 и катамин АБ.	0,3	40	30	3.5
28	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, K2SiF6 и катамин АБ.	0,1	25	10	96
29	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, K2SiF6 и неонол БС-1.	0,1	25	10	100
30	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, K2SiF6 и неонол БС-1.	0,5	20	10	105
31	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, K2SiF6 и неонол АФ 9-6:	0,1	18	10	98
32	Нитрат аммония, обработанный гидрофобизатором, содержащим смесь K2SiO3, 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.