vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2022-58-2-224-236vestich-726Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯTECHNICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERINGСолевой состав и физико-химические процессы в объеме гранул удобрений на стадии храненияSalt composition and physicochemical processes in the volume of fertilizer granules at the storage stageДормешкинО. Б.DormeshkinO. B.

Дормешкин Олег Борисович - доктор технических наук, профессор.

ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск.

Oleg B. Dormeshkin - D. Sc. (Engineering), Professor, Belarusian State Technological University.

13a, Sverdlova str., 220006, Minsk.

dormeshkin@yandex.ruГаврилюкА. Н.HauryliukA. N.

Гаврилюк Андрей Николаевич - кандидат технических наук, доцент.

ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск.

Andrei N. Hauryliuk - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Belarusian State Technological University.

13a, Sverdlova str., 220006, Minsk.

gavriluk_andrew@mail.ruБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202208062022582224236Copyright © Дормешкин О.Б., Гаврилюк А.Н., 20222022Дормешкин О.Б., Гаврилюк А.Н.Dormeshkin O.B., Hauryliuk A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/726

Приведены результаты исследований солевого состава и физико-химических процессов, протекающих в отдельных слоях (объеме) гранул комплексных удобрений на основе фосфатов аммония на стадии складского хранения до 180 сут. Данные химических и физико-химических исследований, а также анализ микрофотографий и поэлементного состава показал отсутствие значимого градиента концентраций отдельных компонентов в объеме гранул удобрений при их поступлении на склад из технологического процесса. Установлено протекание вторичных конверсионных процессов в объеме гранул в течение 3- и 6-месячного хранения, приводящих, в частности, к существенному снижению содержания в продукте дигидрофосфата аммония с 25,41-27,91 до 1,23-3,25 мас.% и карбамида, а также образованию новых двойных солей и аддуктов: (Kχ(NH4)1-χ)•H2PO4, CO(NH2)2•NH4Cl. Изменение фазового состава продукта в процессе длительного хранения и связанное с этим химическое взаимодействие между слоями отдельных гранул сопровождается увеличением слеживаемости. Установлена зависимость слеживаемости продукта от вида вводимого азотсодержащего компонента и форм содержания в нем азота. Результаты исследования позволили рекомендовать пути снижения слеживаемости и улучшения физико-механических свойств комплексных удобрений, в частности, повышение мольного соотношения на стадии аммонизации до значений, соответствующих образованию диаммонийфосфата; увеличение соотношения аммонийной к амидной форме азота; увеличение доли гранулированного карбамида в составе удобрения с последующим полным исключением приллированного карбамида.

The results of studies of the salt composition and physicochemical processes occurring in separate layers (volume) of granules of complex fertilizers based on ammonium phosphates at the stage of storage in the interval up to 180 days are given. The data of chemical and physicochemical studies, as well as the analysis of microphotographs and element-by-element composition of granules showed the absence of a significant gradient of concentrations of individual components in the volume of granules when they arrive from the technological process. The course of secondary conversion processes in the volume of granules during 3 and 6 months of storage was established, leading, in particular, to a significant decrease in the content of ammonium dihydrogen phosphate in the product from 25.41-27.91 to 1.23-3.25 % and urea, as well as the formation of newdouble salts and adducts: (Kχ,(NH4)1-χ)•H2PO4, CO(NH2)2•NH4Cl. The change in the phase composition of the product during long-term storage and the associated chemical interaction between the layers of individual granules is accompanied by an increase in caking. It is established that during 3 and 6 months of storage, the content of the liquid phase increases, which leads to a partial decrease in the content of individual components. The most active process of sorption of water vapor proceeds in the 1st (outer layer) of granules, while fluctuations in its content in deeper layers are within the margin of error. The dependence of the caking of the product on the type of injected nitrogen-containing component and the forms of nitrogen content in it has been established. The results of the study made it possible to recommend ways to reduce caking and improve the physical and mechanical properties of complex fertilizers during their storage and transportation: increasing the molar ratio at the ammoniation stage to values corresponding to the formation of diammonium phosphate; increasing the ratio of ammonium to the amide form of nitrogen; an increase in the proportion of granular urea in the composition of the fertilizer, followed by the complete exclusion of prilled urea.

комплексные минеральные удобренияобъем гранулыгигроскопичностьслеживаемостьхранениефизико-химические превращениякачествокондиционированиеcomplex mineral fertilizersgranule volumehygroscopicitycakingstoragephysicochemical transformationsqualityconditioningРабота выполнена в рамках Государственной программы научных исследований «Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия».The work was carried out within the framework of the State Research and Production Enterprise «Chemical Processes, Reagents and Technologies, Bioregulators and Bioorganic Chemistry».ReferencesКлассен, П. В. Основные процессы технологии минеральных удобрений / П. В. Классен, И. Г. Гришаль. - Л.: Химия, 1990. - 304 с.Klassen P. V., Gryshal' Y. G. Main processes of the technology of mineral fertilizers. Moscow, Khimiya Publ., 1990. 304 p. (in Russian).Норов, А. М. Применение опыта и научного потенциала АО «НИУИФ» для создания и внедрения наилучших доступных гибких технологий комплексных фосфорсодержащих удобрений / А. М. Норов, В. Ю. Суходолова // Труды НИУИФ: в 2 т. - Вологда: Древности севера, 2019. - Т. 2. - С. 250-261.Norov A. M., Sukhodolova V. Y. Applying the experience and scientific potential of JSC “NIUIF” to create and implement the best available flexible technologies for complex phosphorus-containing fertilizers. Trudy NIUIF. T. 2 [Proceedings of the NIUIF. Vol. 2]. Vologda, Drevnosti severa Publ., 2019, pp. 250-261 (in Russian).Кононов, А. В. Основы технологии комплексных удобрений / А. В. Кононов, В. Н. Стерлин, Л. И. Евдокимова. -М.: Химия, 1988. - 320 с.Kononov A. V., Sterlyn V. N., Edokymova L. Y. Fundamentals of complex fertilizer technology. Moscow, Khimiya Publ., 1988. 320 p. (in Russian).Lehr, J. R. Crystallographic Properties of Fertilizer Compounds / J. R. Lehr // Chem. Eng. Bull. - 1967. - N 6. - P. 37.Lehr J. R. Crystallographic Properties of Fertilizer Compounds. Chemical engineering bulletin, 1967, no. 6, pp. 37.Сравнительный анализ свойств гранулированных NPK-удобрений, полученных различными способами / В. М. Колпаков [и др.] // Труды НИУИФ: в 2 т. - Вологда: Древности севера, 2019. - Т. 2. - С. 191-199.Kolpakov V. M., Kochetova Y. M., Norov A. M., Sokolov V. V. Comparative analysis of properties of granular NPK-fertilizers obtained by various methods. Trudy NIUIF. T. 2 [Proceedings of the NIUIF. Vol. 2]. Vologda, Drevnosti severa Publ., 2019, pp. 191-199 (in Russian).Дормешкин, О. Б. Особенности химических превращений, протекающих на стадии гранулирования и сушки комплексных удобрений в присутствии KCl / О. Б. Дормешкин // Труды БГТУ. Сер. III. Химия и технология неорганических веществ. - 2016. - № 3. - С. 54-59.Dormeshkin O. B. Features of chemical transformations occurring at the stage of granulation and drying of complex fertilizers in the presence of KCl. Trudy BGTU. Ser. III. Khimiya i tekhnologiya neorganicheskikh veshchestv [Proceedings of BSTU. Series 3: Chemistry and Technology of Inorganic Substances], 2016, no. 3, pp. 54-59 (in Russian).Малоотходная технология получения новых видов серосодержащих комплексных NPKS удобрений / О. Б. Дормешкин [и др.] // Труды БГТУ. Сер. III. Химия и технология неорганических веществ. - 2007. - Вып. XV. - С. 3-8.Dormeshkin O. B., Vorob'ev N. I., Cherches G. Kh., Hauryliuk A. N. Low-waste technology for producing new types of sulfur-containing complex NPKS fertilizers. Trudy BGTU. Ser. III. Khimiya i tekhnologiya neorganicheskikh veshchestv [Proceedings of BSTU. Series 3: Chemistry and Technology of Inorganic Substances], 2007, no. 15, pp. 3-8 (in Russian).Удобрения минеральные. Метод определения содержания фосфора: ГОСТ 20851.2-75. Введ. 01.01.76. - М.: Гос. ком. СССР по стандартам: Изд-во стандартов, 1983. - 39 с.State Standard 20851.2-75. Phosphorus content determination methods. Moscow, State Committee for Standards of the USSR. Publ., 1983. 39 p. (in Russian).Удобрения минеральные. Метод определения суммарной массовой доли азота, содержащегося в сложных удобрениях и селитрах в аммонийной и нитратной формах: ГОСТ 30181.4-94. - Введ. 01.07.94. - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 1996. - 9 с.State Standard 30181.4-94. Method for determining the mass fraction of amide nitrogen in complex fertilizers. Minsk, Belarusian State Institution of Standartization and Sertification Publ, 1996. 9 p. (in Russian).Удобрения минеральные. Метод определения массовой доли амидного азота в сложных удобрениях: ГОСТ 30181.5-94. Введ. 01.07.94. - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 1996. - 5 с.State Standard 30181.5-94. Mineral fertilizers. Method for determining the mass fraction of amide nitrogen in complex fertilizers. Minsk, Belarusian State Institution of Standartization and Sertification Publ., 1996. 5 p. (in Russian).Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М. М. Винник [и др.] - М.: Химия, 1975. - 218 с.Kuvshinnikov I. M., Makarevich V. M., Levshina A. A., Osherovich R. Kh., Nepomnyashchaya N. A., Vinnik M. M. Methods of analysis of phosphate raw materials, phosphorus and complex fertilizers, feed phosphates. Moscow: Khimiya Publ., 1975. 218 p. (in Russian).Удобрения минеральные. Методы определения содержания калия: ГОСТ 20851.3-75. - Введ. 01.01.76. -Москва: Гос. ком. СССР по стандартам: Изд-во стандартов, 1983. - 22 с.State Standard 20851.3-75. Mineral fertilizers. Methods for the determination of potassium content. Moscow, Standards Publishing House, 1983. 22 p. (in Russian).Крешков, А. П. Основы аналитической химии / А. П. Крешков. - М.: Госхимиздат, 1961. - 635 с.Kreshkov A. P. Fundamentals of Analytical Chemistry. Moscow, Goskhimizdat Publ., 1961. 635 p. (in Russian).Удобрения минеральные. Методы испытаний: ГОСТ 21560.1-82-ГОСТ 21560.3-82. - Введ. 01.01.83. - Москва: Гос. ком. СССР по стандартам: Изд-во стандартов, 1985. - 19 с.State Standard 21560.1-82 - 21560.3-82. Mineral fertilizers. Test methods. Moscow, USSR State Comission for Standartization Publ., 1985. 19 p. (in Russian).Исследование состава продукции ОАО «Гомельский химический завод», экспортируемой в страны ЕС и подлежащей регистрации в соответствии с регламентом REACH / О. Б. Дормешкин [и др.] // Труды БГТУ. Сер. III. Химия и технология неорганических веществ. - 2009. - Вып. XVII. - С. 92-97.Dormeshkin O. B., Vorob'ev N. I., Cherches G. Kh., Gavrilyuk A. N. Study of the composition of products of JSC “Gomel Chemical Plant” exported to the EU countries and subject to registration in accordance with the REACH regulation. Trudy BGTU. Ser. III. Khimiya i tekhnologiya neorganicheskikh veshchestv [Proceedings of BSTU. Series 3: Chemistry and Technology of Inorganic Substances], 2009, no. 17, pp. 92-97 (in Russian).Сравнительный анализ свойств гранулированных NPK-удобрений, полученных различными способами В. М. Колпаков [и др.] // Труды НИУИФ: в 2 т. - Вологда: Древности севера, 2019. - Т. 2. - С. 191-199.Kolpakov V. M., Kochetova I. M., Norov A. M., Sokolov V. V. Comparative analysis of the properties of granular NPK-fertilizers obtained by various methods. Trudy NIUIF. T. 2 [Proceedings of the NIUIF. Vol. 2]. Vologda, Drevnosti sev-era Publ., 2019, pp. 191-199 (in Russian).Горбовский, К. Г. Исследование структурно-механических свойств гранул минеральных удобрений / К. Г. Горбовский, А. М. Норов, И. М. Кочетова // Труды НИУИФ: в 2 т. - Вологда: Древности севера, 2019. - Т. 2. - С. 213-222.Gorbovsky K. G., Norov A. M., Kochetova I. M. Study of structural and mechanical properties of granules of mineral fertilizers. Trudy NIUIF. T. 2 [Proceedings of the NIUIF. Vol. 2]. Vologda, Drevnosti severa Publ., 2019, pp. 213-222 (in Russian).Ando, J. Magnesium Ammonium Phosphates, Related Salts and Their Behavior in Compound Fertilizers / J. Ando, T. Akijama, M. Morita // Bulletin of the Chemical Society of Japan. - 1968. - Vol. 41, N. 7. - P. 1716-1723. https://doi.org/10.1246/bcsj.41.1716Ando J., Akijama T., Morita M. Magnesium Ammonium Phosphates, Related Salts and Their Behavior in Compound Fertilizers. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1968, vol. 41, no. 7, pp. 1716-1723. https://doi.org/10.1246/bcsj.41.1716Silverberg, J. Fertilizer caking, microscopic study of the mechanism of caking and its prevention in some granular fertilizers / J. Silverberg, J. R. Lehr, G. Hoffmeister // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 1958. - Vol. 6, N 6. -P. 442-448. https://doi.org/10.1021/jf60088a001Silverberg J., Lehr J. R., Hoffmeister G. Fertilizer caking, microscopic study of the mechanism of caking and its prevention in some granular fertilizers. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1958, vol. 6, no. 6, pp. 442-448. https://doi.org/10.1021/jf60088a00120Терещенко, А. Г. Гигроскопичность и слеживаемость растворимых веществ / А. Г. Терещенко. - Томск: изд-во Томск. политех. ун-та, 2011. - 79 с.Tereshchenko A. G. Hygroscopicity and caking of soluble substances. Tomsk, Tomsk Polytechnic University Publishing House, 2011. 79 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.