Рентгенофазовый анализ комплексных удобрений

Харичев О.Е., Волкова А.В., Ефремов Г.И., Тарчигина Н.Ф.

Фазовый анализ опытных образцов нитроаммофоски выполнялся с применением высокочувствительного рентгеновского дифрактометра D8 Advance Bruker AXS (Германия). Дифрактометр состоит из: источника рентгеновского излучения; рентгеновского гониометра, в который помещают исследуемый образец; детектора излучения и электронного измерительно-регистрирующего устройства.

Основной задачей рентгенофазового анализа (РФА) является идентификация различных фаз в их смеси на основе анализа дифракционной картины, даваемой исследуемым образцом. Определение вещества в смеси проводится по набору его межплоскостных расстояний и относительным интенсивностям соответствующих линий на рентгенограмме. Когерентно рассеянные рентгеновские лучи интерферируют между собой, при этом дифракционной решеткой для рентгеновского излучения служит кристаллическая решетка, поскольку межплоскостные расстояния в кристалле сравнимы с длиной волны излучения.

Целью рентгенофазового анализа является идентификация вещества в смеси по набору его межплоскостных расстояний (d) и относительным интенсивностям (I) соответствующих линий на рентгенограмме. Для этого, согласно закону Брегга — Вульфа, необходимо определение углов отражения θ.

Рентгенофазовый анализ  начинается с промера рентгенограмм кубических веществ, на которых легко различаются а- и р-линии. При сравнении полученных данных с табличными надо учитывать ряд факторов, влияющих на интенсивность при разных способах съемки. Значительно проще определение интенсивностей линий по дифрактограммам. Интегральная интенсивность линии пропорциональна ее площади. Ширина линий до θ = 30—35° остается практически постоянной, поэтому интегральная интенсивность будет пропорциональна максимальной. Для определения максимальной интенсивности достаточно измерить высоту линии над фоном.

Рентгенофазовый состав нитроаммофоски марки NPK (МОР) 16:16:16 включает следующие основные фазы: KG1, NH₄C1, NH₄H₂P0₄, NH4NO3 (в виде отдельного соединения или твердого раствора (NH₄,K)N0₃). Согласно результатам исследования структуры установлено: при введении в плав нитроаммофоски карбоната кальция происходит конверсия, усиливающаяся с ростом дозировок; основная часть хлорида калия переходит в хлорид аммония, а наличие свободного нитрата калия свидетельствует о разложении удобрения. Все это может влиять на качество готового продукта, увеличивая его гигроскопичность и соответственно слеживаемость. Учитывая, что отсутствие свободного нитрата калия наблюдалось в первых двух опытных образцах, оптимальную дозировку карбоната кальция можно выбрать на уровне 5 ÷ 10 % от массы плава. В результате суммарное содержание кальция и магния обеспечивается в пределах 4 ÷ 6 %.

Фазовый состав нитроаммофоски достаточно сложен и включает ряд примесных соединений: карбонат стронция, оксид кремния. Присутствие примесей является следствием недостаточной чистоты подаваемого на конверсию раствора нитрата кальция.

Рентгеноструктурный состав нитроаммофоски марки NPK (МОР) 23:22:0 карбоната кальция в смеси с хлористым калием отличался от предыдущих отсутствием аммиачной селитры в виде отдельной фазы. С нитратом калия данное соединение образовывало двойные соли, наличие которых более характерно для фазового состава нитроаммофоски.

Таким образом, результаты проведенных испытаний позволяют установить природу и структуры опытных образцов при производстве нитроамофоски, что может быть полезным в усовершенствовании процессов получения минеральных удобрений.