При производстве и транспортировке минеральных удобрений наблюдаются две проблемы – слеживаемость и пылимость. Слеживаемость связана с естественными колебаниями температуры окружающей среды и влажности, которые сопровождаются многократными циклами растворения и повторной кристаллизации удобрений с образованием кристаллических мостиков в точках контакта гранул. Пылимость удобрений наблюдается при длительной транспортировке всеми видами транспорта, при перевалке на складах, погрузке и выгрузке и связана со склонностью гранул к деформации, механическому истиранию и разрушению. При этом агломераты обладают меньшей прочностью, чем исходные гранулы, и, соответственно, при механическом воздействии склонны к более интенсивному пылеобразованию.
Для устранения этих процессов применяют модификаторы, которые могут быть разделены на несколько групп по функционалу и характеру действия: вещества, вводимые до кристаллизации; поверхностно-активные вещества и инертные изолирующие вещества. Последние две группы веществ относятся к внешним модификаторам и их принято условно называть антислеживателями или кондиционирующими добавками.
При разработке антислеживающих составов необходимо уделять внимание одновременно двум аспектам существующей проблемы. Роль антислеживателей в определенной мере сводится к обеспечению формирования прочной и плотной мелкокристаллической структуры гранул минеральных удобрений, которая повышает их устойчивость к слеживаемости и пылимости, а также собственно к связыванию и удерживанию уже имеющихся пылевидных частиц и одновременной гидрофобизации поверхности гранул удобрений.
Наиболее перспективным для модификации поверхности гранул минеральных удобрений является применение катионных или анионных поверхностно-активных веществ (ПАВ) и органических гидрофобных агентов.
На данный момент принято, что катионные ПАВ (КПАВ) обладают максимальной эффективностью. В области КПАВ преобладают жирные амины, особенно с длинной углеродной цепью, как гекса-, гепта- и октадециламин и т.п. Они представляют собой маслорастворимые соединения с полярной аминной группой, которые, сорбируясь на поверхности гранул, формируют гидрофобный пространственный каркас, снижающий способность удобрений к слеживанию и агломерации (рис. 1).
Минеральные масла являются самым распространенным гидрофобным агентом, который, являясь фактически растворителем всех компонентов, обеспечивает простоту дозирования, эффективное распределение поверхностно-активного вещества по всей поверхности гранул, усиление гидрофобного действия в сочетании с уменьшением пыления удобрений. При этом важно понимать, что эффект обеспыливания носит временный характер до момента, пока имеется достаточный масляный слой, удерживающий пылевидные частицы.
Эффект гидрофобизации при использовании только масла и алкиламина под действием температурных, временных, механических и прочих факторов также может ослабевать, и часть влаги начинает проникать к поверхности гранул (см. рис. 1, а). Особенно это заметно для сильно гигроскопичных удобрений.
Для усиления гидрофобизирующих и антислеживающих свойств пространственного каркаса применяют специальные органические гидрофобные компоненты – парафины, воски и т.п., которые усиливают гидрофобный барьер между гранулами, предотвращающий смачивание по точкам контакта и задерживающий поглощение влаги из окружающего воздуха (рис. 2, а). Одновременно при соблюдении ряда факторов – вязкости, скорости застывания поверхностного модификатора, температуры обрабатываемых гранул, эффективности распыления и пр., наблюдается снижение пыления удобрений – не менее эффективное, чем при применении двойных систем масло–амин, но пролонгированное во времени (пыль, которая связалась в объеме застывшего антислеживателя, удерживается более прочно, и в реальных условиях транспортировки удобрений, может снова перейти в пылевидное состояние только под действием механических воздействий), рис. 2, б.
Современные направления совершенствования кондиционирующих добавок с точки зрения усиления эффекта обеспыливания рассматривают введение в их состав полимерных компонентов – полиэтилена, полиизобутилена и т.п. Полимерный компонент, затвердевая, еще более прочно связывает уже имеющуюся пыль и повышает устойчивость защитной оболочки к последующим механическим воздействиям при транспортировке и, как следствие, к дополнительному пылеобразованию (рис. 2, в).
На основании изложенной теории действия кондиционирующих добавок и формируются рядовые коммерчески доступные составы.
Рынок антислеживателей довольно плотно насыщен предложениями как отечественных, так и зарубежных компаний. По своим основным физико-химическим характеристикам коммерчески доступные продукты варьируются достаточно в широких пределах, в зависимости от состава рецептуры и применяемого сырья. В АО «ГК «Полипласт» также существует довольно широкая товарная линейка антислеживателей «Полиламин» для минеральных удобрений, выпускаемых по ТУ 0253-037-58042865–2017 с изм. 1 (табл. 1).
Таблица 1
Свойства антислеживателей для минеральных удобрений «Полиламин»
| Показатель | Норма по ТУ 0253-03758042865–2015 с изменением №1 | ||||
| Тип 1 | Тип 2 | Тип 3 | Тип 4 | Тип 5 | |
| Внешний вид | Однородная паста от светло- желтого до коричневого цвета | ||||
| Аминное число AN, мг HCl на 1 г продукта | – | 2…8 | 8…18 | 2…8 | 8…18 |
| Температура каплепадения, ̊С | Не ниже 48 | Не выше 112 | |||
| Температура вспышки в открытом тигле, ̊С | Не ниже 185 | ||||
| Массовая доля механических примесей, % | Не более 0,3 | ||||
| Содержание воды | Следы | ||||
| Массовая доля полиэтилена, % | 0…5 | – | 1…5 | ||
| Примечание. Тип 1 – без содержания аминов, предназначен для снижения пылимости минеральных удобрений;
Типы 2–5 – с различным содержанием аминов и полиэтилена, предназначены для снижения слеживаемости и пылимости минеральных удобрений. |
Результаты испытаний кондиционирующих добавок, представленных в табл. 1, полученные на ведущих предприятиях Российской Федерации приведены в табл. 2–5.
| Таблица 2
Результаты лабораторных испытаний гидрофобизирующей способности антислеживающих добавок при обработке пористой аммиачной селитры (расход добавки 1,2 кг/т) |
||||
| Реагент | Время увлажнения 15 мин | Время увлажнения 40 мин | ||
| Привес влаги,
% |
Эффективность гидрофобизации
W = 100 – 100×∆х/∆0, % |
Привес влаги,
% |
Эффективность гидрофобизации
(принятая норма на предприятии 10%) |
|
| Без обработки | 0,584 | – | 1,256 | – |
| К-021-18 | 0,522 | 10,61 | 1,091 | 13,10 |
| Полиламин, тип 3, модификация для аммиачной селиры | 0,519 | 11,13 | 1,066 | 15,13 |
Увлажнение гранул аммиачной селитры проводилось в климатической камере при температуре 25оС и относительной влажности воздуха 60%. Начальная влажность селитры составляла 0,25% по методу Фишера.
Таблица 3
Результаты лабораторных испытаний добавки «Полиламин» типа 3, модификация для аммиачной селитры при обработке аммиачной селитры, выпускаемой по ГОСТ 2–85:
| Эффективность снижения содержания пылевидных частиц, % | Антислеживающий эффект, % | Эффективность гидрофобизации при 20оС и относительной влажности 90%, %
(принятая норма на предприятии 20–30%) |
| 55–70 | 85–100 | 27–30 |
Таблица 4
Результаты лабораторных испытаний добавки «Полиламин» типа 2 при обработке удобрений NPK 16-16-16 и NPK 15-15-15 (расход добавки составлял 1,0 кг/т)
| Удобрение | Эффективность снижения содержания пылевидных частиц, % | Антислеживающий эффект, % | Эффективность гидрофобизации при 20оС и относительной влажности 90%, %
(принятая норма на предприятии 20–30%) |
| NPK 16-16-16 | 60–70 | 70–84 | 24–30 |
| NPK 15-15-15 | 70–75 | 70–79 | 28–32 |
Таблица 5
Результаты промышленных испытаний добавки «Полиламин» типа 5 при обработке гранулированного аммофоса (расход добавки составлял 2,0…2,5 кг/т)
| Пылимость до обработки, г/т | Пылимость при отгрузке, г/т | Эффективность снижения содержания пылевидных частиц при отгрузке, % | Статическая прочность гранул удобрений, МПа |
| 255 | 19 | 92,5 | 7,5 |
| 244 | 25 | 89,8 | 6,0 |
| 189 | 14 | 92,6 | 5,9 |
| 224 | 15 | 93,3 | 8,3 |
| 106 | 17 | 84,0 | 7,8 |
| 145 | 18 | 87,6 | 7,2 |
| Примечание. Норма по содержанию пылевидных частиц 20 г/т. |
В ходе промышленных экспериментов подтверждено (табл. 5), что использование полиэтилена позволяет снизить пылимость удобрений не менее чем на 84% (в среднем на 90%), что заметно выше результатов, полученных при использовании состава, не содержащего полиэтилен (табл. 3 и 4). Единственным фактором, создающим неудобство работы с составами, содержащими полиэтилен, является их достаточно высокая температура плавления (~103…112оС).
О.В. Замуруев (ООО «Полипласт Новомосковск»),
С.А. Сазоненков (ООО «Полипласт Северо-запад»),
М.А. Мельникова (ООО «Полипласт Новомосковск»)
