СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОУСТОЙЧИВОГО НИТРАТА АММОНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C01C1/18 C01B21/48 

Изобретение относится к производству водоустойчивого нитрата аммония (аммиачной селитры), используемого для получения промышленных взрывчатых веществ.

Известен способ получения водоустойчивой аммиачной селитры, заключающийся в обработке гидрофобизатором, в состав которого входят алкиламин и битум. При этом гранулы аммиачной селитры обрабатываются смесью, содержащей 75% парафина, 20% алкиламина и 5% битума №4, названной ПБА-2 (Авторское свидетельство СССР №197535 от 09.06.1967 г.). Однако при этом невозможно снизить начальную влажность NB₄NO₃, а также полностью высушить его (М.Е. Позин, «Технология минеральных солей», т.II, стр.1184).

Существует способ производства водоустойчивого нитрата аммония путем обработки его гидрофобизаторами: гидратом окиси металла и карбоновыми кислотами или их смесью с не окисленными или частично окисленными парафиновыми углеводородами, содержание которых составляет соответственно 0,05-0,1% (в расчете на Fe) и 0,15-0,40% от массы нитрата аммония (Авторское свидетельство СССР №109465 от 03.02.1957 г.).

Также имеет место способ получения водоустойчивого нитрата аммония путем нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, упаривания полученного раствора до высококонцентрированного плава, введения в плав трехвалентного железа в виде водного раствора сульфата, гранулирования или кристаллизации полученной смеси с последующей обработкой гидрофобной добавкой, состоящей из натурального стеарина в смеси с парафином в количестве 0,2-0,4% от массы продукта (Патент РФ №2227121 от 23.12.2002 г.). Получаемая таким образом селитра имеет водоустойчивость около 55 см в.ст.

Рассмотренные способы отличаются многоступенчатостью, длительностью, энергоемкостью. Кроме того, введение окисного сернокислого железа и газообразного аммиака для получения гидрата окиси металла будет приводить к мало воспроизводимым результатам, т.к. окисное сернокислое железо Fe₂(SO₄)₃ в водно-щелочной среде подвержено гидролизу. При этом образуются различные гидроксокомплексы.

Известен способ (три варианта) получения водоустойчивой аммиачной селитры (Патент РФ №2318726 от 10.03.2008 г.). Способ по варианту 1 включает обработку гранул минерально-органической эмульсией, состоящей из минеральной фазы, которая содержит железоаммонийные квасцы и получена из аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа и раствора гидроксида натрия, органической фазы, содержащей парафин и природный стеарин, и стабилизатора эмульсии, сушку и измельчение. Способ по варианту 2 включает обработку гранул аммиачной селитры раствором железоаммонийных квасцов, полученным из сульфата трехвалентного железа, аммиачной селитры и гидроксида натрия и имеющим кислотность среды pH от 1,5 до 2,5, сушку, последующую обработку гранул органическим гидрофобизатором, содержащим парафин и природный стеарин, сушку и измельчение. Способ по варианту 3 включает обработку гранул аммиачной селитры минерально-органической смесью, содержащей железоаммонийные квасцы, полученной путем смешения аммиачной селитры, раствора сульфата трехвалентного железа, раствора гидроксида натрия, парафина и природного стеарина с последующей сушкой, после обработки гранулы аммиачной селитры измельчают.

Общими недостатками рассмотренных способов являются низкая водоустойчивость, высокая энергоемкость, многоступенчатость, длительность процесса, высокая стоимость технологии.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения водоустойчивого нитрата аммония путем обработки его гидрофобными добавками - солями стеариновой кислоты не менее 0,1% от массы продукта и соединениями железа (III) не менее 0,03% от массы продукта (в пересчете на железо) (Патент РФ №2480411 от 06.07.2010 г.) (прототип). При этом в качестве солей стеариновой кислоты используют или стеарат натрия, или стеарат аммония, или стеарат цинка, или стеарат кальция, или их смесь; в качестве соединений железа (III) применяют железоаммонийные квасцы (ЖАК) или хлорид железа, или сульфат железа, или оксид железа.

Процесс получения водоустойчивого нитрата аммония по прототипу осуществляют следующим образом. Гранулированный нитрат аммония (по ГОСТ 2-85) измельчают вместе с солями стеариновой кислоты (или стеаратом натрия, или стеаратом аммония, или стеаратом цинка, или стеаратом кальция, или их смесью) и соединениями железа (III) (или железно-аммонийными квасцами, или хлоридом железа, или сульфатом железа, или оксидом железа) в мельнице, что обеспечивает высокую степень измельчения и однородность помола; сушат в сушильном шкафу до постоянного веса, охлаждают в эксикаторе, после чего снова измельчают и пропускают через сито (размер ячеек 02). Остаток на сите дополнительно измельчают до полного просеивания. Обработанный таким образом нитрат аммония выдерживает испытания на водоустойчивость не менее 24 см в.ст. Испытания на водоустойчивость проводят на гидродинамическом приборе по ГОСТ 14839.13-69.

Задачей настоящего изобретения является получение повышенной водоустойчивости нитрата аммония за счет образования между молекулами солей стеаратов и олеатов прочной ковалентной связи, что позволяет молекулам прочнее удерживаться на поверхности нитрата аммония.

Поставленная цель достигается за счет использования способа получения водоустойчивого нитрата аммония, включающего одновременное измельчение и перемешивание нитрата аммония со смесью гидрофобизаторов, содержащей оксид железа (III) в количестве не менее 0,03% и соли стеариновой кислот не менее 0,1% от массы продукта, и последующую сушку. При этом гидрофобизатор дополнительно содержит соль олеиновой кислоты в количестве 0,1-1,0% от массы продукта при соотношении солей кислот 1:1. В качестве солей олеиновой кислоты используют олеаты щелочных металлов (лития, натрия, или калия), или олеаты металлов НА группы (магния, кальция, стронция, или бария), или их смесь. В качестве солей стеариновой кислоты предпочтительно использовать стеарат лития, или стеарат магния, или их смесь.

Относительно малые размеры ионов лития и магния обеспечивают более полное перекрывание электронных оболочек с электронными оболочками других ионов с образованием прочной ковалентной связи, что позволяет молекулам стеаратов и олеатов прочнее удерживаться на поверхности нитрата аммония. В этом заключается преимущество предлагаемых гидрофобизаторов.

Водоустойчивый нитрат аммония получают следующим образом. Гранулированный нитрат аммония (по ГОСТ 2-85) измельчают вместе с солями стеариновой (стеаратом лития или стеаратом магния) и олеиновой кислот (олеатом лития, или олеатом натрия, или олеатом калия, или олеатом кальция, или олеатом магния, или олеатом стронция, или олеатом бария) и соединением железа (III) Fe₂O₃, сушат при температуре 100°C в течение 2 часов, охлаждают, вторично измельчают и просеивают. Водоустойчивость обработанного таким образом нитрата аммония составляет не менее 100 см в.ст. Испытания на водоустойчивость проводили на гидродинамическом приборе по ГОСТ 14839.13-69.

В таблице 1 представлены результаты испытаний нитрата аммония.

Увеличение концентрации гидрофобизатора более 1% от массы продукта не привело к значительному увеличению водоустойчивости полученных образцов нитрата аммония. Следовательно, повышение содержания данного компонента в образцах приводит к излишним материалозатратам.

Использование в качестве гидрофобизаторов стеаратов лития или магния и олеатов щелочных металлов или металлов IIA группы в отсутствие соединений трехвалентного железа Fe₂O₃ позволяет получить образцы нитрата аммония, водоустойчивость которых составляет менее 50 см в.ст.

При добавлении к гидрофобизатору дополнительно олеатов заявленных металлов значения водоустойчивости у полученных образцов нитрата аммония составили более 100 см в.ст.

Для сравнения: нитрат аммония без обработки гидрофобизатором выдержал испытание на водоустойчивость всего до 2-3 см в.ст. (опыт 1).

Благодаря использованию дополнительного компонента: солей олеиновой кислоты, технический результат - водоустойчивость нитрата аммония по заявленному способу превосходит технический результат по известным способам и составляет не менее 105-125 см в.ст.

Таблица 1 Результаты испытаний нитрата аммония на водоустойчивость №№ Образец Содержание солей стеариновой и олеиновой кислот, % Водоустойчивость, см в.ст. 1 2 3 4 1 Контроль - нитрат аммония без обработки - 2 2 Нитрат аммония водоустойчивый (ожелезненный) по ГОСТ 14702-79     - м.д. жирных кислот и парафина в соотношении 1:1, % 0,3-0,4 40 - м.д. железа, % 0,03-0,06   3 Прототип - нитрат аммония, обработанный гидрофобизаторами - стеаратом натрия и 0,03% Fe₂O₃ 0,1 65 4 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ стеаратом лития, олеатом лития 0,1 105 5 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ стеаратом магния, олеатом лития 0,5 110 6 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ смесью стеарата лития и магния, олеатом натрия 1,0 115 7 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ стеаратом магния, олеатом калия 0,1 105 8 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ стеаратом лития, олеатом магния 1,0 115 9 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ стеаратом лития, олеатом кальция 0,1 120 10 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ стеаратом магния, олеатом стронция 1,0 125 11 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ стеаратом магния, олеатом бария 0,1 110 12 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ смесь стеарата магния с литием, олеатом бария и натрия 1,0 120 13 Нитрат аммония, обработанный смесью гидрофобизаторов - 0,03% Fe₂O₃ стеаратом магния, со смесью олеата бария с калием 1,0 125

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и в области производства взрывчатых веществ. Способ получения водоустойчивого нитрата аммония включает одновременное измельчение и перемешивание нитрата аммония со смесью гидрофобизаторов, содержащих оксид железа (III) в количестве не менее 0,03% и соли стеариновой кислоты не менее 0,1% от массы продукта, и сушку. Гидрофобизатор содержит в качестве солей стеариновой кислоты стеарат лития, или стеарат магния, или их смесь. Дополнительно гидрофобизатор содержит олеаты металлов IIA группы или их смеси, взятые в количестве 0,1-1,0% от массы продукта при соотношении солей стеариновой кислоты к олеатам металлов IIA группы, равном 1:1. Изобретение позволяет получить нитрат аммония повышенной водоустойчивости. 1 табл.

Способ получения водоустойчивого нитрата аммония, включающий одновременное измельчение и перемешивание нитрата аммония со смесью гидрофобизаторов, содержащих оксид железа (III) в количестве не менее 0,03% и соли стеариновой кислоты не менее 0,1% от массы продукта, сушку, отличающийся тем, что гидрофобизатор содержит в качестве солей стеариновой кислоты стеарат лития, или стеарат магния, или их смесь, и дополнительно гидрофобизатор содержит олеаты металлов IIA группы или их смеси, взятые в количестве 0,1-1,0% от массы продукта при соотношении солей стеариновой кислоты к олеатам металлов IIA группы, равном 1:1.