196937. lajstromszámú szabadalom • Csökkentett duzzadási és összetapadási hajlamú NPK műtrágyák, valamint eljárás előállításukra
1 2 A találmány csökkentett duzzadási és összetapadás! hajlamü NPK-műtrágyákra, valamint ezek előállítására vonatkozik. A találmány szerinti, klorid- és/ vagy szulfát-tartalmü NPK-műtrágyák (komplex műtrágyák) foszfátérc ásványi savval végzett savanyítása, a kalciumsó ezt követő eltávolítása, bepárlás és prillezés vagy granulálás útján állíthatók elő. Tárolás, különösen nagy tömegű tárolás során 12—251% nitrogént, 6—171% P2Os-ot és 6—221% KjO-t tartalmazó NPK-műtrágyák esetében gyakran észlelhető és összetapadás és/vagy duzzadás. A probléma egyik feltételezhető oka az akalmazott káliumforrás, azaz a kálium-klorid vagy a kálium-szulfát. A legutóbbi időkben előállított műtrágyák szemcséi szabadonfolyók, azonban lassú utóreakciók mennek végbe és ezek közül néhány nyilvánvalóan a szemcsék térfogatának növekedését és az öszetapadást okozza. Ha a műtrágya előállítása során a gyártási körülmények megfelelő megválasztásával igen alacsony víztartalmat, azaz 0,35%-nál kisebb víztartalmat sikerül biztosítani, akkor a fentiekben említett problémák elkerülhetők. A gyakorlatban azonban ehhez olyan szigorú reakciókörülményeket kell betartani, amelyek az egész eljárást igen érzékennyé teszik, és ilyenkor is gyakran problémák jelentkeznek a termék elfogadható tárolási tulajdonságainak biztosításával kapcsolatosan még akkor is, ha betartják az említett szigorú reakciókörülményeket. A kérdés az, hogy vajon a nagy víztartalom maga okozza-e a tárolási problémákat vagy pedig a lazán kötött (mobil! víz jelenléte az, ami lehetővé tesz nem kívánatos utóreakciókat. A 2 000 652 számú japán közzétételi iratból ismeretes, hogy az NPK-műtrágyák stabilizálhatók a nedvesség és a hőmérséklet változásainak káros hatásával szemben magnéziumoxidban kifejezve 0,5—1,0 tömeg% magnéziumhidroxid adagolásával. Az ilyen adagolás azonban víz adagolásával jár együtt és nem oldja meg a fentiekben említett problémát. Minthogy a fentiekben vázolt tárolási problémák megoldására ismert módszereket nem találtunk, úgy véltük, hogy további vizsgálatokra van szükség ezek igazi okának megállapítására. Ezek után logikusnak látszott az utóreakciók elemzésével kezdeni. Az egyik lehetséges változó itt az alkalmazott káliumsó típusa, így először a kálium-klorid és a kálium-szulfát lehetséges utóreakcióit kezdtük el tanulmányozni annak megállapítása céljából, hogy a későbbiekben meg lehet-e előzni vagy lényegesen lehet-e késleltetni a nem kívánatos utóreakciókat. Tapasztalat szerint csak bizonyos NPK-műtrágyáknál jelentkeznek problémák, ezért olyan műtrágyákat tanulmányoztunk, amelyeknél a tárolás során megnövekedett térfogatú (néhány százalékos térfogatváltozás) szemcsék képződnek. E térfogatnövekedés eredménye a szemcsék széttöredezése és az összetapadás. Az ilyen típusú NPK-műtrágyák közül az egyiket olyan vizes oldatból álhtjuk elő, amelynek az összetétele tömeg%-ban kifejezve a következő: ammónium-nitrát 38,9 ammónium-dihidrogén-foszfát + diammónium-hidrogén-foszfát 12,1 kálium-szulfát 25,8 magnézium-szulfát-monohidrát 15,2 víz 0,5 Ez a vizes elegy igen bonyolult kémiai rendszer, és ugyanazokat a kom ponenseket minden valószínűség szerint nem találjuk meg a megfelelő mennyiségekben a végtermékben. A rendszert nem lehet úgy tekinteni, mint a sók mechanikus keverékét, minthogy nedvesség van jelen és minthogy nagy hőmérsékletkülönbségek jelentkeznek. Azammónium-nitrát (rövidítve AN)—mely a legfontosabb fő komponens—a megszilárdulás és a szobahőmérsékletre történő hűtés során számos fázisátalakuláson mehet át. Mindegyik átalakulás térfogatváltozással jár. így például az úgynevezett AN III formából az AN IV formába történő átmenetnél a térfogatnövekedés mintegy 3,6%. A duzzadási mechanizmusban a fő reakciónak az a kémiai reakció látszik, amelynek során cserebomlás megy végbe a következő egyenlet alapján: 2NH4N03+K2S04 -* 2KN0j+(NH2)2S04 (1) A duzzadási jelenség tanulmányozása során a kémiai elemzéssel és röntgendiffraktometriás vizsgálattal megállapítható volt, hogy ez a cserebomlás a szulfátbázisú műtrágyában megy végbe. A konverzió már megkezdődik a keverőben és folytatódik a nagy tömegű tárolás során. A reakciósebesség erősen függ elsősorban a víztartalomtól és másodsorban a hőmérséklettől, de nagymértékben a kémiai összetételtől is. Ha a reakció az (1) egyenlet szerint megy végbe, akkor a cserebomlás következtében erős duzzadás vagy expanzió megy végbe. Ha az AN a III formában van, akkor az expanzió 5,3 %, míg ez az érték 7,7 %, ha az AN IV formáj ú. AIII formából a IV formába való átalakulás — mint ez ismeretes — 32 *C-on megy végbe, ha nedvesség van jelen. A cserebomlásból adódó térfogatnövekedés azonban önmagában nem magyarázza a duzzadási jelenséget. Ugyanakkor viszont vizsgálataink megmutatták, hogy mind a kálium-nitrát, mind az ammóniumszuífát továbbreagál és új vegyületeket képez. Annak megállapítása céljából, hogy vajon az (1) egyenlet szerinti cser ebomlás a duzzadási jelenség fő tényezője, szükséges volt annak meghatározása, hogy a különböző duzzadílsi fokú mintákban az ammónium-nitrátnak vagy a kálium-szulfátnak milyen menynyisége alakult át. A konverziófokot a komponensek egyikének szelektív extrahálásával állapítottuk meg. A reakcióba nem lépett ammónium-nitrát mennyiségét különböző duzzadási fokú minták nagy sorozatában meghatároztuk. Megállapítható volt, hogy a duzzadás fokozott mértékű volt, ha a reakcióba nem lépett ammónium-nitrá t mennyisége nőtt, azaz amikor az ammónium-nitrát konverziófoka csökkent. A százalékos duzzadási fok és a reakcióba nem lépett ammónium-nitrát mennyisége között jó korrelációt találtunk, ami azt bizonyítja, hogy a duzzadási mechanizmusban a fő reakció a cserebomlás. A duzzadási fok (8) a következőképpen definiálható: S - 100 • k • , ahol Lj=a duzzadási vizsgálat előtti tömeg/liter L2=a duzzadási vizsgálat utáni tömeg/liter k=a műtrágya minőségétől függő konstans 96 937 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
