Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИГОЛОЛЕДНОГО РЕАГЕНТА

Изобретение относится к химической промышленности, а конкретно к способам получения антигололедных реагентов на основе комплексных соединений нитрата кальция и магния с карбамидом.

Известен способ получения композиции на основе комплексных соединений нитратов кальция и магния с карбамидом общей формулы Ca(NO₃)₂·Mg(NO₃)₂·8·CO(NH₂)₂, которая может применяться в качестве антигололедного реагента. Способ включает смешение нитрата кальция, полученного путем обработки негашеной извести азотной кислотой с концентрацией 53÷55 мас.% с магнийсодержащим реагентом, предпочтительно нитратом магния (технический раствор нитрата магния с концентрацией 32÷33 мас.%) или магнезитом и с карбамидом, вводимым в нейтральный раствор нитратов кальция и магния, с последующим добавлением в раствор поверхностно-активного вещества и сушкой. В случае необходимости нейтрализации раствора нитратов, рекомендуется проводить ее известковым молоком. В качестве поверхностно-активного вещества предпочтительно использовать неонол и вводить его в количествах 1÷5 мас.% Процесс смешения реагентов рекомендовано проводить при 50÷90°С [1].

Недостатками известного способа является: применение 32÷33%-ного раствора нитрата магния, с которым вносится значительное количество воды, что приводит к увеличению энергозатрат на стадии грануляции-сушки продукта и снижению производительности оборудования; использование в качестве сырья специфичных реагентов, а именно нитратов индивидуальных элементов, в отсутствие подходящих отходов производств, удорожает процесс.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения антигололедного реагента на основе комплексных соединений кальция и магния общей формулы (1,0÷1,9)·Ca(NO₃)₂·Mg(NO₃)₂·8·CO(NH₂)₂, включающий смешение кальций-, магний-, нитратсодержащего сырья, полученного обработкой обожженной доломитовой муки с соотношением CaO/MgO, равном (1,39÷1,9) неконцентрированной азотной кислотой, при отношении твердой и жидкой фаз, равном 1:(4,2÷4,7), с карбамидом и поверхностно-активным веществом (неонол), а также дополнительно содержащего ингибитор коррозии в количестве (0,1÷1,01) мас.%, предпочтительно выбранный из ряда уротропин, соли жирных и сульфаминовых кислот, алкиламидзамещенных производных талловых кислот [2].

Недостатками известного способа являются: использование в качестве сырья обожженной доломитовой муки с узким интервалом массового отношения CaO/MgO, равным (1,39÷1,9) и высоким содержанием основного вещества (сумма (CaO+MgO) более 95 мас.%), что затрудняет реализацию данного способа в промышленных условиях из-за ограниченности сырьевой базы (согласно [3÷8] наиболее типичной и, соответственно, доступной является доломитовая мука с содержанием (CaO+MgO), равным (65-95) мас.%, в которой массовое соотношение CaO/MgO варьируется в интервале (1,5÷4,0)); неэффективное и неполное использование теплоты реакции разложения доломитовой муки азотной кислотой, проводимое при 50÷90°С; несовершенство предлагаемой формулы комплексного соединения (1,0÷1,9)·Ca(NO₃)₂·Mg(NO₃)₂·8·CO(NH₂)₂, которая стремится к оптимальной только в случае, когда на 1 моль нитрата кальция и магния приходится по 4 моль карбамида. При мольных соотношениях Са(NO₃)₂:СО(NH₂)₂ и Mg(NO₃)₂:CO(NH₂)₂, отличных от 1:4, получаемые комплексные соединения обладают худшими физико-химическими свойствами (более низкая температура плавления, более высокая гигроскопичность, повышенное содержание кристаллогидратной воды), которые снижают эффективность процесса гранулирования-сушки и качество готовой продукции.

Основной технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание способа получения антигололедного реагента на основе комплексных соединений нитратов кальция и магния. Технический результат изобретения заключается в расширение сырьевой базы, повышении производительности производства антигололедного реагента и совершенствование общей формулы реагента.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения антигололедного реагента, включающем обработку обожженной доломитовой муки неконцентрированной азотной кислотой при заданном соотношении твердой и жидкой фаз, смешение полученного раствора с карбамидом и перемешивание до получения комплексных соединений нитратов кальция и магния с карбамидом заданного состава, гранулирование смеси и сушку продукта, используют доломитовую муку с отношением CaO/MgO, равным (1,5÷4,0) и суммой (CaO+MgO) не менее 65 мас.%, при этом соотношение твердой и жидкой фаз равно 1:(2,8÷4,1), а количество карбамида, подаваемого на смешение определяют из условия получения комплексных соединений общей формулы x·Ca(NO₃)₂·Mg(NO₃)₂·(x+1)·4·CO(NH₂)₂, x=(1,1÷2,9).

Обработку доломитовой муки неконцентрированной азотной кислотой осуществляют при температуре 95÷110°С.

После добавления карбамида дополнительно вводят поверхностно-активное вещество неонол или сульфанол в количестве 0,10÷0,99 мас.%

Известно [10÷11], что нитраты кальция и магния высоко гигроскопичны и образуют кристаллогидраты. Карбамид способен замещать кристаллизационную воду в нитратах кальция и магния с образованием комплексных соединений. При этом физико-химические свойства соединений улучшаются, в частности, повышается температура плавления и снижается гигроскопичность. Экспериментально установлено (таблица 1 и 2), что для антигололедного реагента на основе комплексных соединений нитрата кальция и магния с карбамидом оптимальным является, когда в продукте содержится не менее 58 мас.% карбамида, а мольное соотношение Ca(NO₃)₂/Mg(NO₃)₂ максимально и более единицы. Это достигается при образовании комплексных соединений общей формулы m·Ca(NO₃)₂·Mg(NO₃)₂·(m+1)·4·CO(NH₂)₂, где m>1.

Как следует из нижеприведенных примеров, оптимальным является количество карбамида, позволяющего получить комплексные соединения общей формулы x·Ca(NO₃)₂·Mg(NO₃)₂·(x+1)·4·CO(NH₂)₂, x=(1,1÷2,9). Благодаря этому обеспечивается получение высококачественного продукта, улучшаются его свойства. Использование доломитовой муки с соотношением CaO/MgO, равным (1,5÷4,0), и суммой (CaO+MgO) не менее 65 мас.% позволяет расширить диапазон применяемого сырья и обеспечить тем самым возможность более широкой реализации предлагаемого способа. Приводимые при этом соотношение твердой и жидкой фаз при условии выбора карбамида в соответствии с количеством, необходимом для получения комплексного соединения указанной формулы по изобретению позволяет существенно увеличить производительность процесса получения реагента. Выход за пределы соотношения Т:Ж=1:(2,8÷4,1) в сторону меньших и больших значений уменьшает производительность получения продукта.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, иллюстрируют приведенные ниже примеры.

Примеры 1÷9 осуществляли следующим образом.

Способ получения антигололедного реагента осуществляли на действующем оборудовании цеха сложных удобрений.

Разложение обожженной доломитовой муки азотной кислотой проводили в девяти последовательно расположенных реакторах U-образной формы (объем реактора 2 м³), оборудованных мешалками пропеллерного типа (при скорости вращения 200 об/мин) и рубашками, для поддержания заданной температуры процесса. Доломитовую муку и неконцентрированную азотную кислоту [12], при заданном соотношении твердое к жидкому, дозировали в первый по ходу реактор. Разложение доломитовой муки азотной кислотой осуществляли при заданной температуре. В девятом реакторе получали раствор с рН, близким к 7. В 10-ом реакторе в полученный раствор дозировали карбамид. В реакторах с 10-го по 13-ый (конструктивное исполнение аналогично реакторам 1÷9) проводили растворение карбамида с целью получения комплексных соединений нитратов кальция и магния с карбамидом заданного состава. Далее из 13-го реактора раствор через промежуточную емкость подавали на стадию грануляции-сушки, которую осуществляли в барабанных грануляторах-сушилках (БГС).

Нормы загрузки сырья, характеристики доломитовой муки, параметры технологического процесса для конкретных примеров и характеристики полученного антигололедного реагента приведены в таблицах 3 и 4.

Пример 10.

Пример осуществляли по аналогии с примером 9, но в 13-ый реактор дополнительно вводили неонол в количестве 0,10 мас.%

Нормы загрузки сырья, характеристики доломитовой муки, параметры технологического процесса и характеристики антигололедного реагента приведены в таблицах 3 и 4.

Пример 11.

Пример осуществляли по аналогии с примером 9, но в 13-ый реактор дополнительно вводили неонол в количестве 0,99 мас.%

Нормы загрузки сырья, характеристики доломитовой муки, параметры технологического процесса и характеристики антигололедного реагента приведены в таблицах 3 и 4.

Получаемый в примерах 1÷11 согласно изобретению продукт отвечает общей формуле x·Ca(NO₃)₂·Mg(NO₃)₂·(x+1)·4·CO(NH₂)₂, x=(1,1÷2,9).

Примеры 12÷23 (примеры сравнения).

Примеры 12÷14.

Примеры осуществляли по аналогии с примерами 1, 4, 7, но отличие состояло в том, что разложение доломитовой муки неконцентрированной азотной кислотой осуществляли при 93°С.

Нормы загрузки сырья, характеристики доломитовой муки, параметры технологического процесса и характеристики антигололедного реагента приведены для примеров 12÷14 в таблицах 3 и 4.

Получаемый в примерах 12÷14 продукт так же отвечает общей формуле x·Ca(NO₃)₂·Mg(NO₃)₂·(x+1)·4·CO(NH₂)₂, x=(1,1÷2,9).

Примеры 15÷23.

Примеры осуществляли по аналогии с примерами 1÷11, но при другом соотношении твердой и жидкой фаз, равном 1:(4,2÷4,7), и температуре разложения доломитовой муки неконцентрированной азотной кислотой 50÷90°С.

Нормы загрузки сырья, характеристики доломитовой муки, параметры технологического процесса и характеристики антигололедного реагента для примеров 15÷23 приведены в таблицах 3 и 4.

Как следует из вышеприведенных примеров, предлагаемый способ позволяет повысить производительность процесса получения в сравнении со способом-прототипом, обеспечить при этом возможность использования более широкого спектра доломитового сырья. При этом получаемый продукт сохраняет и улучшает свойства антигололедного реагента.

По своему типу получаемый согласно заявляемому способу антигололедный реагент относится к типу НКММ (нитраты кальция, магния и мочевина). Указанный реагент применяли для борьбы со снегом и гололедом на автодорогах и аэродромных покрытиях.

Источники информации

1. Патент RU №2112740, кл. С 01 В 21/48, С 09 К 3/18, оп. 10.06.1998.

2. Патент RU №2148018, кл. C 01 F 11/42, С 09 К 3/18, оп. 27.04.2000.

3. ГОСТ 9179-77. Известь строительная. М.: Издательство стандартов, 1989.

4. Геологический словарь. Т.1, 1979. 488 с.

5. Куликов Б.Ф., Зуев В.В., Вайшенкер И.А., Митенков Г.А. Минералогический справочник технолога-обогатителя. Л.: Недра, 1985. 264 с.

6. Бойнтон Р.С. Химия и технология извести. М.: Издательство литературы по строительству, 1972. 240 с.

7. Монастырев А.В. Производство извести. М.: Высшая школа, 1971. 272 с.

8. Брусиловский Г.В. Производство извести. М.: Госхимиздат, 1954. 304 с.

9. Суйламанкулов К. Соединения карбамида с неорганическими солями. Фрунзе: АН Киргизской ССР, 1971. 224 с.

10. Бергман А.Г., Маркина М.В. Система СО(NH₂)₂-Са(NO₃)₂-Н₂O. // Журнал неорганической химии. 1967. Т.XII, вып.3. С.801-804.

11. Набиев М.Н., Борухов И.А., Саибова М.Т., Присекина Л.П. Система Mg(NO₃)₂·6H₂O-CO(NH₂)₂. // Журнал неорганической химии. 1976. Т.XXI, вып.1. С.227-229. ОСТ 113-03-270-97. Кислота азотная неконцентрированная. М.: АО ″ГИАП″, 1997.