制造肥料组合物的方法

申请号 CN201680038153.2 申请日 2016-05-13 公开(公告)号 CN108112249B 公开(公告)日 2021-08-10
申请人 美铝美国公司; 发明人 M·L·维弗尔; V·普奥拉; J·克拉文尔; N·拉格胡纳塞恩; J·尼科尔斯;
摘要 广义地,本公开涉及制造 肥料 的方法,其中由于组成包含 水 滑石或水 铝 钙 石,该肥料与现有的 硝酸 铵肥料相比表现出爆炸抑制(例如经由比冲量测量)和/或脱敏(例如经由无约束临界直径和/或引发爆轰所需的传爆剂数量测量)。
权利要求

1.一种方法,该方法包括:
将包含LDH的稳定剂材料加热到大于300℃至不大于650℃的温度以形成处理过的LDH稳定剂材料;
使处理过的稳定剂材料与熔融硝酸铵材料合并以形成熔融肥料组合物;
使所述熔融肥料组合物造粒以形成粒状产品,
所述肥料组合物包括:硝酸铵材料和LDH稳定剂材料;其中所述肥料组合物经由有效量的处理过的稳定剂材料被配置为当根据爆炸蔓延测试进行测量时具有抗爆性,其中所述稳定剂材料为总肥料组合物的至少5重量%。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述LDH包含:石材料。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述LDH包含:水滑石材料。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述肥料组合物是均匀混合物。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述肥料产品包含4目至20目的筛目尺寸。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述加热步骤进一步包括:将LDH加热至375℃至
500℃的温度。
7.一种方法,其包括:
将包含磷酸洗涤的LDH的处理过的稳定剂材料与熔融AN混合以形成熔融肥料组合物,磷酸洗涤所得LDH具有小于8.49的pH值;和
使所述熔融肥料组合物造粒以形成粒状产品,其中所述肥料组合物包含:硝酸铵材料和LDH稳定剂材料;其中所述肥料组合物经由有效量的处理过的稳定剂材料被配置为当根据爆炸蔓延测试进行测量时具有抗爆性,其中所述稳定剂材料为总肥料组合物的至少5重量%。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述LDH包含:水铝钙石材料。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述LDH包含:水滑石材料。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述肥料组合物是均匀混合物。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述肥料产品包含4目至20目的筛目尺寸。
12.一种方法,其包括:
用磷酸溶液中和包含LDH的稳定剂材料,以提供具有不大于8.49的pH值的处理过的稳定剂材料;
将处理过的稳定剂与熔融AN混合以形成熔融肥料组合物;和
使所述熔融肥料组合物造粒以形成粒状产品,其中所述肥料组合物包括:硝酸铵材料和LDH稳定剂材料;其中所述肥料组合物经由有效量的处理过的稳定剂材料被配置为当根据爆炸蔓延测试进行测量时具有抗爆性。
13.根据权利要求1所述的方法,其中所述LDH包含:水铝钙石材料。
14.根据权利要求1所述的方法,其中所述LDH包含:水滑石材料。
15.根据权利要求1所述的方法,其中所述肥料组合物是均匀混合物。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述肥料产品包含4目至20目的筛目尺寸。
17.一种方法,其包括:
用选自以下的有效处理对稳定剂材料进行处理以提供处理过的稳定剂材料:热处理和化学处理中的至少一种;
将处理过的稳定剂材料和硝酸铵材料混合以形成熔融肥料组合物;
引导熔融肥料组合物通过造粒头以形成肥料组合物的液滴;
使液滴从腔室顶部流动到腔室的底部,其中腔室的顶部被配置成与造粒头液体连通,其中腔室配置有气流,所述气流被被配置在足够温度以冷却液滴;
随着液滴通过气体使液滴凝固
形成粒状肥料产品,所述肥料产品包含:硝酸铵材料和处理过的稳定剂材料;其中所述肥料产品经由有效量的处理过的稳定剂材料被配置为当根据爆炸蔓延测试进行测量时具有抗爆性,其中所述稳定剂材料为总肥料组合物的至少5重量%;
其中所述热处理包括将包含LDH的稳定剂材料加热到大于300℃至不大于650℃的温度;和
其中所述处理包括用中和溶液例如水或酸来洗涤所述稳定剂材料。
18.根据权利要求1所述的方法,其中所述稳定剂材料是LDH。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述LDH包含:水铝钙石材料。
20.根据权利要求1所述的方法,其中所述LDH包含:水滑石材料。
21.根据权利要求1所述的方法,其中所述肥料组合物是均匀混合物。
22.根据权利要求1所述的方法,其中所述肥料产品包含4目至20目的筛目尺寸。

说明书全文

制造肥料组合物的方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本发明是2015年5月13日提交的题目为“肥料组合物及其制造和使用方法”的美国申请序列号62/161,097的非临时申请并要求其优先权,通过引用将其整体并入本文。发明领域
[0003] 总体上,本公开涉及肥料组合物及其制造和使用方法。更具体而言,本公开涉及爆炸抑制和/或抗爆的硝酸铵肥料组合物,以及制备和使用它们的方法。
[0004] 发明背景
[0005] 硝酸铵(AN)肥料,与燃料油(ANFO)或其它燃料结合,是世界各地使用的常见爆炸物。遗憾的是,由于硝酸铵和燃料(如燃料油,糖粉或粉)的易获得性,恶意方(例如恐怖分子)能够获得这些材料并将它们用于爆炸物(即炸弹和简易爆炸装置)。
[0006] 发明概述
[0007] 本公开的各种实施方案提供了减少、防止和/或消除未经授权使用硝酸铵来构造ANFO型爆炸物的硝酸铵肥料的稳定剂材料。广义地说,本公开针对于:肥料组合物及其制造方法,其中由于组合物的原因,肥料表现出爆炸抑制(例如通过比冲量测量)和/或脱敏(例如通过无约束的临界直径和/或引发爆轰(detonation)所需的传爆剂量来测量),相比于现有的硝酸铵肥料而言。更具体而言,本公开针对于通过对稳定剂材料进行预处理随后将硝酸铵材料和稳定剂材料造粒以形成肥料组合物来制造肥料组合物的方法的各种实施方案。
[0008] 在处理稳定剂材料与硝酸铵材料以形成本公开的肥料组合物时,硝酸铵有可能与稳定剂材料相互作用和/或经历与稳定剂材料的反应(例如在加工条件下),因为硝酸铵是强化剂。在用稳定剂材料处理硝酸铵材料期间的反应和/或相互作用可能导致不太有效的爆炸抑制材料(例如减少的稳定剂材料容量和/或不能抑制爆炸,例如通过爆炸蔓延试验测量)。稳定剂材料与硝酸铵之间的反应或相互作用的非限制性实例包括:起泡、缺乏分散性(例如在熔融过程中)或热化学失控反应。在一些实施方案中,稳定剂材料被配置为通过共加工步骤(如实施例部分所定义),使得稳定剂材料能够与含硝酸铵的材料(AN)成功共加工以产生(例如以商业规模)肥料组合物(即,当根据爆炸蔓延测试进行测量时,肥料具有有效量的稳定剂材料,从而提供抗爆肥料和/或爆炸抑制肥料)。
[0009] 在本公开的一个方面,提供了一种方法,该方法包括:将包含LDH的稳定剂材料加热到大于350℃至不大于650℃的温度以形成处理过的LDH稳定剂材料;使处理过的稳定剂材料与熔融硝酸铵材料合并以形成熔融肥料组合物;使所述熔融肥料组合物造粒以形成粒状产品,所述肥料组合物包括:硝酸铵材料和LDH稳定剂材料;其中所述肥料组合物经由有效量的处理过的稳定剂材料被配置为当根据爆炸蔓延测试进行测量时具有抗爆性
[0010] 在一些实施方案中,LDH包含:石材料。
[0011] 在一些实施方案中,LDH包含:水滑石材料。
[0012] 在一些实施方案中,肥料组合物是均匀混合物。
[0013] 在一些实施方案中,肥料产品包含4目至20目的筛目尺寸。
[0014] 在一些实施方案中,加热步骤进一步包括:将LDH加热至375℃至500℃的温度。
[0015] 在本公开的一个方面,提供了一种方法,其包括:将包含磷酸洗涤的LDH(所得LDH具有小于8.49的pH值)的处理过的稳定剂材料与熔融AN混合以形成熔融肥料组合物;和使所述熔融肥料组合物造粒以形成粒状产品,其中所述肥料组合物包括:硝酸铵材料和LDH稳定剂材料;其中所述肥料组合物经由有效量的处理过的稳定剂材料被配置为当根据爆炸蔓延测试进行测量时具有抗爆性。
[0016] 在一些实施方案中,LDH包含:水铝钙石材料。
[0017] 在一些实施方案中,LDH包含:水滑石材料。
[0018] 在一些实施方案中,肥料组合物是均匀混合物。
[0019] 在一些实施方案中,肥料产品包含4目至20目的筛目尺寸。
[0020] 在一个方面,提供了一种方法,其包括:用磷酸溶液中和包含LDH的稳定剂材料,以提供具有不大于8.49的pH值的处理过的稳定剂材料;将处理过的稳定剂与熔融AN混合以形成熔融肥料组合物;和使所述熔融肥料组合物造粒以形成粒状产品,其中所述肥料组合物包括:所述硝酸铵材料和所述LDH稳定剂材料;其中所述肥料组合物经由有效量的处理过的稳定剂材料被配置为当根据爆炸蔓延测试进行测量时具有抗爆性。
[0021] 在一些实施方案中,LDH包含:水铝钙石材料。
[0022] 在一些实施方案中,LDH包含:水滑石材料。
[0023] 在一些实施方案中,肥料组合物是均匀混合物。
[0024] 在一些实施方案中,肥料产品包含4目至20目的筛目尺寸。
[0025] 在一个方面,提供了一种方法,其包括:用选自以下的有效处理对稳定剂材料进行处理以提供处理过的稳定剂材料:热处理和化学处理中的至少一种;将处理过的稳定剂材料和硝酸铵材料混合以形成熔融肥料组合物;引导熔融肥料组合物通过造粒头以形成肥料组合物的液滴;使液滴从腔室顶部流动到腔室的底部,其中腔室的顶部被配置成与造粒头液体连通,其中腔室配置有气流,所述气流被配置在足够温度以冷却液滴;随着液滴通过气体使液滴凝固;以及形成粒状肥料产品,所述肥料产品包含:硝酸铵材料和处理过的稳定剂材料;其中所述肥料产品经由有效量的处理过的稳定剂材料被配置为当根据爆炸蔓延测试进行测量时具有抗爆性。
[0026] 在一些实施方案中,所述稳定剂材料是LDH。
[0027] 在一些实施方案中,LDH包含:水铝钙石材料。
[0028] 在一些实施方案中,LDH包含:水滑石材料。
[0029] 在一些实施方案中,肥料组合物是均匀混合物。
[0030] 在一些实施方案中,肥料产品包含4目至20目的筛目尺寸。
[0031] 不受特定机理或理论束缚,通过稳定剂材料提供的爆炸抑制的一种可能机理可归因于如下/与如下有关:在稳定剂材料中(因此在肥料组合物中)存在氢氧化物、水合物、酸盐、硫酸盐和/或磷酸盐成分。
[0032] 典型地,经由造粒过程形成硝酸铵肥料。造粒过程开始于使用中和硝酸,然后在加热室中蒸发过量的水以形成浓硝酸铵溶液。接下来,在升高的温度(例如,高于AN的熔点,等于或高于170℃/338℉)将浓缩流体(例如熔融AN)送到塔的顶部(例如200英尺高)并且喷雾(例如经由喷淋头)成液滴。随着这些液滴下落通过塔内的空气它们冷却并凝固成称为球粒的球形丸粒(当液滴沿所述塔下落时)。
[0033] 当在造粒过程中一起加工硝酸铵和稳定剂材料时(即以形成包括硝酸铵材料和稳定剂材料的最终的粒状的肥料组合物,在升高的加工温度下,在该强氧化剂(硝酸铵)和稳定剂材料之间可以发生化学反应和/或相互作用。
[0034] 为了减少、防止和/或消除在肥料生产期间稳定剂材料和硝酸铵之间的反应/相互作用,向稳定剂材料施加一种或多种处理(例如在造粒过程中将稳定剂材料与硝酸铵掺混之前)。
[0035] 在一些实施方案中,所述处理包括:热处理(例如,将稳定剂材料加热到预定温度以驱除某些反应性物质(例如水));化学处理(例如经由酸中和,或添加水);和/或机械处理(例如减小颗粒尺寸,研磨以减小稳定剂材料的平均颗粒尺寸);和/或其组合。在一些实施方案中,所述处理(例如热和/或化学)被配置为通过改变处理过的稳定剂材料的化学组成或分子组成来抑制、减少和/或消除气体产生(例如起泡)。在一些实施方案中,所述处理(例如机械处理/平均颗粒尺寸减小)被配置为增强固体物质的分散性和/或减少沉降,从而防止加工设备中的沉降/淤积物形成(与硝酸铵材料的相互作用/化学反应性的可能来源)。
[0036] 在一些实施方案中,独立地和/或与加热和/或磷酸中和步骤组合配置机械预处理,以便提供能够与熔融AN共加工的足够尺寸的稳定剂材料(即,不沉降出溶液和/或堵塞AN进料系统和/或造粒头)并且通过共加工测试(如实施例部分中所定义)。
[0037] 在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工之前具有不大于100微米、不大于75微米、不大于50微米或不大于25微米的平均颗粒尺寸(D50)。在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工之前具有不大于50微米、不大于40微米、不大于30微米、不大于20微米、不大于10微米的平均颗粒尺寸(D50)。在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工之前具有以下的平均颗粒尺寸(D50):不大于20微米,不大于15微米,不大于10微米,不大于5微米或不大于1微米。
[0038] 在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工之前具有如下平均颗粒尺寸(D50):至少100微米,至少75微米,至少50微米或至少25微米。在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工之前具有如下平均颗粒尺寸(D50):至少50微米,至少40微米,至少30微米,至少20微米,至少10微米。在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工之前具有如下平均颗粒尺寸(D50):至少20微米,至少15微米,至少10微米,至少5微米或至少1微米。
[0039] 在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工(喷射研磨)之前包含大于500微米的平均颗粒尺寸/D50。在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工(例如喷射研磨)之后包含不大于5微米的平均颗粒尺寸/D50。
[0040] 在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工(喷射研磨)之前包含大于5微米的平均颗粒尺寸/D50。在一些实施方案中,稳定剂材料在机械加工(例如喷射研磨)之后包含不大于5微米的平均颗粒尺寸/D50。
[0041] 在一些实施方案中,机械加工的稳定剂材料的平均颗粒尺寸为:不大于10微米;不大于8微米;不大于6微米;不大于4微米;不大于2微米;或者不大于1微米。在一些实施方案中,稳定剂材料具有以下平均颗粒尺寸:至少10微米;至少8微米;至少6微米;至少4微米;至少2微米;或者至少1微米。
[0042] 在一些实施方案中,稳定剂材料(在研磨后)的平均颗粒尺寸为1‑10微米。
[0043] 在一些实施方案中,稳定剂材料(在机械加工/研磨之后)的平均颗粒尺寸为3‑8微米。
[0044] 在一些实施方案中,稳定剂材料(在加工/研磨后)的平均颗粒尺寸为4‑6微米。
[0045] 在一些实施方案中,在低于硝酸铵熔点的温度下对肥料组合物造粒,其中造粒设备(例如塔)配置有加热的空气(例如引导为向上流动,与重进料的球粒逆流),使得热空气的温度足以使丸粒凝固成肥料组合物(例如其中具有稳定剂材料和/或硝酸铵材料)。在一些实施方案中,在低于硝酸铵熔点(例如低于170℃/338℉)的温度下在造粒操作中对稳定剂材料和硝酸铵材料进行加工。
[0046] 在一些实施方案中,在高于水的沸点(例如高于100℃/212℉)并且低于硝酸铵熔点(例如低于170℃/338℉)的温度下在造粒操作中对稳定剂材料和硝酸铵材料进行加工。
[0047] 在一些实施方案中,在与硝酸铵材料一起加工之前加热稳定剂材料,例如以便驱除水蒸汽。在一些实施方案中,在200℃的空气温度下使稳定剂材料干燥数小时(例如持续足够时间以驱除水,无论物理结合或化学结合在稳定剂材料中的水)。在一些实施方案中,将稳定剂材料加热到100℃至不超过200℃的温度。在一些实施方案中,将稳定剂材料加热到:不超过100℃的温度;不超过125℃的温度;不超过150℃的温度;不超过175℃的温度;或者不超过200℃的温度。
[0048] 在一些实施方案中,在与硝酸铵材料一起加工之前加热稳定剂材料,例如以便驱除水蒸汽。在一些实施方案中,在如下的空气温度加热/干燥稳定剂材料:至少300℃;至少350℃;至少400℃;至少450℃至少500℃;至少550℃;至少600℃;并且不大于650℃(持续足够时间以驱除水,无论物理结合或化学结合在稳定剂材料中的水)。
[0049] 在一些实施方案中,在与硝酸铵材料一起加工之前加热稳定剂材料,例如以便驱除水蒸汽。在一些实施方案中,在如下的空气温度加热/干燥稳定剂材料:不大于300℃;不大于350℃;不大于400℃;不大于450℃不大于500℃;不大于550℃;不大于600℃;以及不大于650℃(持续足够时间以驱除水,无论物理结合或化学结合在稳定剂材料中的水)。
[0050] 在一些实施方案中,将稳定剂材料中和(例如用酸)。不受任何特定机理或理论束缚,认为稳定剂材料(包括经由工业工艺(例如拜法)回收的那些稳定剂材料)包括:一定含量(重量%)的性的不可避免的次要组分(例如驱使稳定剂材料的pH值升高,和/或潜在地增加用于与硝酸铵材料的相互作用/副化学反应的反应性物质)。在一些实施方案中,通过用中和溶液(例如水、酸)洗涤稳定剂材料,不可避免的次要组分被除去和/或中和(例如以减少、防止和/或消除在肥料组合物的加工(例如造粒)期间与硝酸铵的随后反应)。在一些实施方案中,酸包括磷酸、硫酸、盐酸、硝酸等。在一些实施方案中,将足够量的酸加入到稳定剂材料中(例如通过洗涤步骤)以便将pH降低至小于约10。
[0051] 在一些实施方案中,中和步骤产生具有如下pH值的稳定剂材料:不大于10;不大于9;不大于8;不大于8.5;不大于8,或不大于7.5。
[0052] 在一些实施方案中,中和步骤产生具有约9至7的pH值的稳定剂材料。在一些实施方案中,中和步骤产生具有8.5至7的pH的稳定剂材料。
[0053] 在一些实施方案中,中和步骤使用磷酸并且产生具有如下pH值的稳定剂材料:不大于8.5;不大于8.3;不大于8.1;不大于8;不大于7.9;不大于7.7;不大于7.5;不大于7.3;不大于7.1;或中性pH(pH为7)。
[0054] 在一些实施方案中,中和步骤使用磷酸并且产生具有如下pH值的稳定剂材料:至少8.5;至少8.3;至少8.1;至少8;至少7.9;至少7.7;至少7.5;至少7.3;至少7.1;或中性pH(pH为7)。
[0055] 在一个方面,提供了一种方法,其包括:用热处理、化学处理(例如酸中和)、和/或机械加工(例如颗粒尺寸减小)中的至少一种对稳定剂材料进行处理以提供处理过的稳定剂材料;将处理过的稳定剂材料与硝酸铵材料混合;引导混合物通过造粒喷淋头以形成混合物的液滴;使液滴流动通过腔室(例如配置成与造粒喷淋头液体连通的腔室),其中该腔室配置有足够温度的气体以便当液滴穿过气体时将液滴凝固成球粒;(由此)形成粒状肥料产品,所述肥料产品包含:硝酸铵材料;稳定剂材料;和(低至无)残留水含量,其中所述肥料产品经由有效量的稳定剂材料被配置成当根据爆炸蔓延测试进行测量时(例如获得比冲量)具有抗爆性,相比于AN肥料对照物而言。
[0056] 在一些实施方案中,腔室被配置成与造粒喷淋头流体连通。
[0057] 如本文所用的,“混合物”是指包含至少两种组分的物质(例如,两者均为固体形式;一种为固体和液体形式,而另一种为固体形式;一种为液体形式并且一种为固体形式;两者都是液体形式等)。
[0058] 在一些实施方案中,混合物包括悬浮液。
[0059] 在一些实施方案中,混合物包括浆料。
[0060] 在一些实施方案中,混合物包括胶体混合物。
[0061] 在一些实施方案中,混合物包括分散体。
[0062] 在一些实施方案中,混合步骤包括机械搅拌。
[0063] 在一些实施方案中,混合物是自由流动的液体。
[0064] 在一些实施方案中,稳定剂材料的尺寸足以悬浮在混合物中。在一些实施方案中,利用搅拌和/或机械混合来促进稳定剂材料悬浮/分散/混合在混合物中(例如减少/消除沉降)。
[0065] 在一些实施方案中,排放步骤提供具有100微米至不大于5mm的平均颗粒尺寸的肥料组合物。
[0066] 在一些实施方案中,肥料组合物具有至少0.3mm至不大于0.5mm的平均颗粒尺寸。
[0067] 在一些实施方案中,肥料组合物具有至少1mm至不大于3mm的平均颗粒尺寸。
[0068] 在一些实施方案中,肥料组合物(即当为粉末形式时)具有以下的平均颗粒尺寸:至少0.01微米;至少0.05微米;至少0.1微米;至少0.15微米;至少0.2微米;至少0.5微米;至少1.0微米;至少1.5微米;至少2.0微米;至少2.5微米;至少3.0微米;至少3.5微米;至少4.0微米;至少4.5微米;或至少5微米。
[0069] 在一些实施方案中,肥料组合物(即当为粉末形式时)具有以下的平均颗粒尺寸:不大于0.01微米;不大于0.05微米;不大于0.1微米;不大于0.15微米;不大于0.2微米;不大于0.5微米;不大于1.0微米;不大于1.5微米;不大于2.0微米;不大于2.5微米;不大于3.0微米;不大于3.5微米;不大于4.0微米;不大于4.5微米;或不大于5微米。
[0070] 在一些实施方案中,混合物中的固体比例基本上与最终的肥料组合物/肥料产品的固体比例相似。
[0071] 在一些实施方案中,硝酸铵材料包括硝酸铵、硝酸铵/硫酸铵混合物以及它们的组合。
[0072] 在一些实施方案中,肥料组合物中的残留水(例如水含量)不大于1重量%(或更低,例如<0.5重量%;<0.1重量%;或无水)。
[0073] 在一个方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的稳定剂材料,从而当根据爆炸蔓延测试进行测量时,产生不大于13.5kPa*ms/kg的比冲量;其中所述稳定剂材料包含金属(例如铝)生产副产物,其中所述稳定剂材料为总肥料组合物的至少5重量%。
[0074] 在一些实施方案中,稳定剂材料包含铝生产副产物。
[0075] 在一些实施方案中,稳定剂材料包含添加剂。
[0076] 在一个方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的稳定剂材料,从而当根据爆炸蔓延测试进行测量时,产生不大于13.5kPa*ms/kg的比冲量;其中所述稳定剂材料包含钙矾石,其中所述稳定剂材料为总肥料组合物的至少12.5重量%。根据权利要求1所述的肥料组合物,其中所述钙矾石包含具有下式的硫酸化钙矾石:Ca6Al2(OH)8(SO4)3*26H2O。
[0077] 在一些实施方案中,钙矾石包含具有下式的碳酸化钙石:Ca6Al2(OH)8(CO3)3*26H2O。
[0078] 在一些实施方案中,钙矾石包括硫酸化钙矾石,其配置为与水铝钙石的复合物形式(例如,具有下式的硫酸化水铝钙石:Ca4Al2(OH)12(SO4)*4H2O)。
[0079] 在一些实施方案中,钙矾石获自拜耳法的副产物。
[0080] 在一些实施方案中,由铝加工应用的铝加工副产物获得钙矾石,其中所述铝加工选自:电阳极氧化、蚀刻和它们的组合;此外,其中所述铝加工副产物选自于由以下组成的组:所使用的电镀水、使用的阳极氧化水、所使用的蚀刻水、以及它们的组合。
[0081] 在一些实施方案中,肥料组合物还包含填充材料。
[0082] 在一些实施方案中,填充材料选自:铝土矿渣、耐火粘土、红石灰、及其组合。
[0083] 在一些实施方案中,肥料组合物被配置为不大于100的筛目尺寸。
[0084] 在一些实施方案中,肥料组合物被配置为4至20的筛目尺寸。
[0085] 在一些实施方案中,肥料组合物包含选自以下的形式:丸粒;球粒;微粒;粉末;盘片;及其组合。
[0086] 在一些实施方案中,肥料组合物包含均匀混合物。
[0087] 在一些实施方案中,肥料组合物包含非均匀混合物。
[0088] 在一些实施方案中,肥料组合物包含至少一个涂层。
[0089] 在一些实施方案中,肥料组合物包含爆炸抑制肥料。
[0090] 在一些实施方案中,肥料组合物还包含脱敏肥料。
[0091] 在一个方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的稳定剂材料,从而当根据爆炸蔓延测试进行测量时,产生不大于13.5kPa*ms/kg的比冲量;其中所述稳定剂材料包含复合材料,该复合材料包括钙矾石和水铝钙石,其中所述稳定剂材料为总肥料组合物的至少12.5重量%。
[0092] 在一些实施方案中,所述钙矾石包含具有下式的硫酸化钙矾石:Ca6Al2(OH)8(SO4)3*26H2O。
[0093] 在一些实施方案中,钙矾石获自拜耳法的副产物。
[0094] 在一些实施方案中,肥料组合物包含填充材料。
[0095] 在一些实施方案中,填充材料选自:铝土矿渣、耐火粘土、红石灰、及其组合。
[0096] 在一些实施方案中,肥料组合物被配置为不大于100的筛目尺寸。
[0097] 在一些实施方案中,肥料组合物被配置为4至20的筛目尺寸。
[0098] 在一些实施方案中,肥料组合物包含选自以下的形式:丸粒;球粒;微粒;粉末;盘片;及其组合。在一些实施方案中,肥料组合物包含均匀的混合物。
[0099] 在一些实施方案中,肥料组合物包含非均匀的混合物。
[0100] 在一些实施方案中,肥料组合物包含至少一个涂层。
[0101] 在一些实施方案中,肥料组合物包含爆炸抑制肥料。
[0102] 在一些实施方案中,肥料组合物包含脱敏肥料。
[0103] 在另一方面,提供了一种方法,其包括:混合至少两种试剂,所述试剂包括:铝组分、钙组分、和硫酸盐组分以及水(即悬浮剂,例如稀释剂、溶剂、水溶液、水)从而形成试剂混合物;使试剂混合物反应以形成包括钙矾石材料的反应产物;从所述产物中回收钙矾石材料;并将有效量的配置为稳定剂材料的反应产物纳入硝酸铵材料中,使得所得肥料组合物在根据爆炸蔓延测试进行测量时包含爆炸抑制性肥料组合物。
[0104] 在一些实施方案中,所述方法包括用所述反应产物加工硝酸铵材料以形成选自选自如下形式的肥料组合物:球粒、盘片、微粒及其组合。
[0105] 在一些实施方案中,该方法包括:使具有悬浮的钙矾石材料的熔融AN造粒以形成粒状形式的肥料产品。
[0106] 在一些实施方案中,所述方法包括:伴随混合步骤,将试剂混合物加热到小于60℃(例如不大于50℃)的温度,同时反应混合物包含高于12.5的pH值,其中所述试剂混合物被配置为化学转化/合成复合产品,所述复合产物包括:水铝钙石和钙矾石。
[0107] 在一些实施方案中,回收包括:经由过滤从水中分离反应产物。
[0108] 在一些实施方案中,所述方法包括:从下组中选择铝组分:铝酸钠、铝酸、氢氧化铝、氧化铝、硫酸铝、其中溶解有铝的硫酸盐浴、可溶性Al盐(例如包括但不限于:Al的氯化物、Al的硝酸盐和/或Al的乙酸盐)及其组合。
[0109] 在一些实施方案中,所述方法包括:从下组中选择硫酸盐组分:硫酸铝、石膏(例如Ca2SO4)、包含溶解的硫酸的硫酸盐浴、可溶性硫酸盐(例如包括但不限于Na的硫酸盐)及其组合。
[0110] 在一些实施方案中,所述方法包括:从下组中选择钙组分:碳酸钙、氢氧化钙(例如石灰,氢氧化钙)、氧化钙、石膏(例如硫酸钙)、可溶性Ca盐(例如包括但不限于:Ca的氯化物、Ca的硝酸盐或Ca的乙酸盐)及其组合。
[0111] 在一些实施方案中,分离包括液体分离技术,如过滤、离心、蒸发及其组合。在一些实施方案中,分离发生在反应形成钙矾石时,例如当合成纳入处于溶液中的试剂时,使得钙矾石沉淀出来,并且能够经由过滤技术回收。在一些实施方案中,阳极氧化废水包括其中具有溶解氧化铝的硫酸盐浴。在一些实施方案中,将氢氧化钙或氧化钙添加到硫酸盐浴中、混合、并从中提取钙矾石产物。
[0112] 在一些实施方案中,试剂混合物由可溶于水的铝组分、钙组分和硫酸盐组分构成,使得在反应时固体钙矾石材料从溶液中沉淀出来。在该实施方案中,硫酸铝是铝组分和硫酸盐组分(例如在水中的液体),可溶性钙盐是钙组分(例如氯化钙),以及试剂被配置在水(溶液/悬浮剂)中。在该实施方案中,沉淀的固体是反应产物(例如钙矾石)。
[0113] 在一些实施方案中,向所用的铝阳极氧化浴(例如配置成具有溶解铝的硫酸盐浴)添加石灰以形成钙矾石。类似地,用于铝蚀刻和/或铝电镀的水可以与石灰一起用来形成钙矾石。
[0114] 在一些实施方案中,肥料组合物包含控释肥料,其中该肥料的小于20重量%的氮含量在24小时时段内释放。在一些实施方案中,该肥料包含控释肥料,其中该肥料的不少于50重量%的氮含量在七天时段内释放。在一些实施方案中,该肥料包含控释肥料,其中该肥料的不少于80重量%的氮含量在30天时段内释放。
[0115] 另一方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的稳定剂材料,从而当根据爆炸蔓延测试进行测量时,产生不大于13.5kPa*ms/kg的比冲量;其中所述稳定剂材料选自由以下构成的组:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;羟基磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰(red lime);TCA;氢氧化铝;SGA,ESP;及其组合;其中所述稳定剂材料是总肥料组合物的至少5重量%。
[0116] 另一方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的包含钙矾石材料的稳定剂材料,从而当根据爆炸蔓延测试进行测试时,产生不大于13.5kPa*ms/kg的比冲量;其中钙矾石材料是总肥料组合物的至少5重量%。
[0117] 另一方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的包含层状双氢氧化物(LDH)材料的稳定剂材料,从而当根据爆炸蔓延测试进行测试时,产生不大于12kPa*ms/kg的比冲量;其中所述LDH材料是总肥料组合物的至少10重量%。
[0118] 又一方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的稳定剂材料,该稳定剂材料包含:层状双氢氧化物组合物(例如HTC)和铝土矿渣;从而当根据爆炸蔓延测试进行测试时,产生不大于3kPa*ms/kg的比冲量;其中LDH和BR的组合占肥料组合物的不大于25重量%。
[0119] 又一方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的稳定剂材料,所述稳定剂材料包含:钙矾石材料和LDH;从而当根据爆炸蔓延测试进行测试时,产生不大于13.5kPa*ms/kg的比冲量;其中钙矾石和LDH的组合占肥料组合物的不大于25重量%。
[0120] 又一方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的稳定剂材料,所述稳定剂材料包含:钙矾石材料和磷灰石;从而当根据爆炸蔓延测试进行测试时,产生不大于13.5kPa*ms/kg的比冲量;其中钙矾石和磷灰石的组合占肥料组合物的不大于25重量%。
[0121] 又一方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的稳定剂材料,所述稳定剂材料包含:钙矾石材料和铝土矿渣;从而当根据爆炸蔓延测试进行测试时,产生不大于13.5kPa*ms/kg的比冲量;其中钙矾石和BR的组合占肥料组合物的不大于25重量%。
[0122] 在一些实施方案中,钙矾石被配置为稳定剂。
[0123] 在一些实施方案中,钙矾石包含稀释剂。
[0124] 另一方面,提供了一种肥料组合物,其包含:硝酸铵材料;和有效量的包含磷灰石的稳定剂材料,从而当根据爆炸蔓延测试进行测试时,产生不大于6kPa*ms/kg的比冲量,其中所述磷灰石占所述肥料组合物的不大于25重量%。
[0125] 在一些实施方案中,本公开的一种或多种肥料组合物提供土壤的pH调节。
[0126] 在一些实施方案中,本公开的肥料组合物提供肥料化合物的缓慢释放(与AN肥料相比)。
[0127] 如本文所用,“AN型炸药”意指:硝酸铵基燃料炸药,其中燃料包括燃料油(ANFO型炸药)或其他燃料如糖粉或铝粉。
[0128] 如本文所用,“肥料”是指:用于使土壤更肥沃的物质。在本公开的一些实施方案中,肥料包括硝酸铵。在其它实施方案中,肥料是包括至少一种稳定剂材料的硝酸铵肥料,其中所述稳定剂材料以特定量存在,以致于当根据爆炸蔓延测试进行测量时所产生的肥料比冲量不大于预定阈值
[0129] 如本文所用,“形式”是指:某物的形状或结构(与其材料组成不同)。作为一些非限制性实例,肥料形式包括:丸粒、球粒、微粒、粉末及其组合。
[0130] 在一些实施方案中,本公开的肥料组合物为单一形式(即丸粒,球粒,微粒,盘片或粉末)。在一些实施方案中,本公开的肥料组合物为多种形式(即两种或更多种形式的混合物,包括丸粒,球粒,微粒,盘片或粉末)。
[0131] 在一些实施方案中,所述肥料组合物包含:4的筛目尺寸,6的筛目尺寸,8的筛目尺寸,10的筛目尺寸,12的筛目尺寸,14的筛目尺寸,16的筛目尺寸,18的筛目尺寸,或20的筛目尺寸。
[0132] 在一些实施方案中,肥料组合物包含:20的筛目尺寸,30的筛目尺寸,40的筛目尺寸,50的筛目尺寸,60的筛目尺寸,70的筛目尺寸,80的筛目尺寸,90的筛目尺寸,或100的筛目尺寸。
[0133] 如本文所使用的,“球粒”是指:通过产生液滴并使液滴凝固而而形成的丸粒。在一些实施方案中,在造粒之前将稳定剂材料添加到硝酸铵(例如共加工、造粒为整体肥料产品)。在一些实施方案中,在造粒之后将稳定剂材料添加到硝酸铵(即共同造粒或在对AN产品造粒之后进行涂覆)。
[0134] 在一些实施方案中,球粒产品的筛目尺寸为4至20目(即~4700微米至~830微米)。
[0135] 如本文所用,“丸粒”是指圆形体(例如球形、圆柱形)。在一些实施方案中,将所述硝酸铵和稳定剂材料研磨(例如磨制)、混合、然后一起制粒从而以期望的重量百分比形成含有AN和稳定剂材料两者的丸粒。在一些实施方案中,丸粒产品的筛目尺寸为4至20目。
[0136] 如本文所用,“粉末”是指:处于细分状态的物质。在一些实施方案中,(独立地或组合地)研磨硝酸铵和稳定剂材料以产生具有特定平均颗粒尺寸的粉末产品。在一些实施方案中,粉末产品的筛目尺寸大于20目。
[0137] 如本文所用,“微粒”是指:小颗粒。在一些实施方案中,硝酸铵被粉碎(即从球粒形式或丸粒形式减小尺寸)成更小的碎(其为不同于粉末的粒状形式)。
[0138] 在一些实施方案中,在硝酸铵生产过程期间将硝酸铵与稳定剂材料合并从而形成其中具有硝酸铵和稳定剂材料两者的组合物。在一些实施方案中,微粒产品的筛目尺寸为4至20目。
[0139] 在一些实施方案中,肥料组合物包含均匀混合物。
[0140] 在一些实施方案中,肥料组合物包含非均匀混合物。
[0141] 在一些实施方案中,肥料组合物包含团聚形式。
[0142] 在一些实施方案中,肥料组合物包括:未涂覆材料、涂覆材料和/或多涂覆材料(即多于一个涂层)。
[0143] 通常,根据本公开添加稳定剂材料导致所得肥料组合物的爆炸抑制和/或脱敏。
[0144] 如本文所使用的,“爆炸抑制”意指:降低材料爆炸的倾向(通过比冲量来测量)。
[0145] 如本文所用,“爆炸抑制测试”是指测量给定筛目尺寸(例如20、40或60目)的肥料组合物中存在的潜在稳定剂材料的爆炸抑制的数量和/或品质。在一些实施方案中,爆炸抑制测试是指设置在见证板顶部的测试物体,其中该测试物体容纳肥料组合物(其包括稳定剂材料)和放置在测试物体顶端附近的起爆管(detonator)(C4传爆剂)。在一些实施方案中,使用放置在离测试物体设定距离处的过压传感器来量化爆炸的比冲量。在一些实施方案中,使用见证板从爆炸获得定性数据(穿孔意味着发生肥料组合物的爆轰(detonat ion),未穿孔意味着没有发生肥料组合物的爆轰)。在一些实施方案中,使用诸如测试物体直径、传爆剂(boos ter)数量和燃料油数量的变量来获得脱敏测量(即,测试物体的直径增加,以考虑到无约束临界直径的增加,使肥料组合物爆轰所需的传爆剂量增加,肥料组合物中燃料油的增加,和/或它们的组合)。
[0146] 如本文所使用的,“压力冲量”是指在炸药爆轰期间测量的压力的量(例如,以Pa*ms测量)。在一些实施方案中,用过压传感器测量脉冲压力(有时称为爆轰压力)。
[0147] 如本文所用,“比冲量”(specific impulse)是指:材料具有的每单位时间相对于所用炸药量的力的量(例如,以kPa*ms/kg为单位测量)。例如,冲量越高,爆炸介质的爆炸/爆轰越大(例如在7米距离处测量的肥料)。
[0148] 在一些实施方案中,利用比冲量作为变量来表达根据本公开各种实施方案的稳定剂材料的爆炸抑制特性(即减少、防止或消除材料的爆轰/爆炸的倾向)。
[0149] 在一些实施方案中,根据本公开的实施方案的肥料组合物的比冲量小于硝酸铵肥料的比冲量(例如,市售肥料具有约98‑100%AN的硝酸铵含量)。
[0150] 通过下式计算比冲量:
[0151] 比冲量=((冲量总‑冲量传爆剂)/(1‑浓度))/装料质量
[0152] 其中冲量总是压力传感器(过压传感器)的平均测量值,关于如下对其进行校正:(a)传爆剂(即冲量传爆剂),(b)装料质量(测量值),和(c)稀释百分比(测量值)。
[0153] 在一些实施方案中(例如参考实施例部分中完成的爆炸测试),当制备爆炸组分时,对于“相同”材料获得的比冲量值存在一定程度的可变性。不受特定机理或理论束缚,误差或变化的可能来源的非限制性例子包括:材料包装的变化、测试的环境、爆炸的时间、材料的混合、湿度、量、肥料本身的构成、以及它们的组合。
[0154] 例如,不受特定机理或理论束缚,认为材料堆积的变化性可能导致在相同材料的不同样品中的空隙量变化,对于相同的材料这可导致不同的比冲量值(例如导致实验误差和/或异常值)。
[0155] 在一些实施方案中,本公开组合物的比冲量是:小于13.5kPa*ms/kg;小于13kPa*ms/kg;小于12.5kPa*ms/kg;小于12kPa*ms/kg;小于11.5kPa*ms/kg;小于11kPa*ms/kg;小于10.5kPa*ms/kg;小于10kPa*ms/kg;小于9.5kPa*ms/kg;小于9kPa*ms/kg;小于8.5kPa*ms/kg;小于8kPa*ms/kg;小于7.5kPa*ms/kg;小于7kPa*ms/kg;小于6.5kPa*ms/kg;小于6kPa*ms/kg;小于5.5kPa*ms/kg;小于5kPa*ms/kg;小于4.5kPa*ms/kg;小于4kPa*ms/kg;小于3.5kPa*ms/kg;小于3kPa*ms/kg;小于2.5kPa*ms/kg;小于2kPa*ms/kg;小于1.5kPa*ms/kg;或小于1kPa*ms/kg。
[0156] 在一些实施方案中,本公开组合物的比冲量是:小于1kPa*ms/kg;小于0.8kPa*ms/kg;小于0.6kPa*ms/kg;小于0.5kPa*ms/kg;小于0.4kPa*ms/kg;小于0.2kPa*ms/kg;小于0.1kPa*ms/kg;小于0.05kPa*ms/kg;或小于0.01kPa*ms/kg。
[0157] 在一些实施方案中,本公开组合物的比冲量是:不大于13.5kPa*ms/kg;不大于13kPa*ms/kg;不大于12.5kPa*ms/kg;不大于12kPa*ms/kg;不大于11.5kPa*ms/kg;不大于
11kPa*ms/kg;不大于10.5kPa*ms/kg;不大于10kPa*ms/kg;不大于9.5kPa*ms/kg;不大于
9kPa*ms/kg;不大于8.5kPa*ms/kg;不大于8kPa*ms/kg;不大于7.5kPa*ms/kg;不大于7kPa*ms/kg;不大于6.5kPa*ms/kg;不大于6kPa*ms/kg;不大于5.5kPa*ms/kg;不大于5kPa*ms/kg;不大于4.5kPa*ms/kg;不大于4kPa*ms/kg;不大于3.5kPa*ms/kg;不大于3kPa*ms/kg;不大于2.5kPa*ms/kg;不大于2kPa*ms/kg;不大于1.5kPa*ms/kg;或者不大于1kPa*ms/kg。
[0158] 在一些实施方案中,本公开组合物的比冲量是:不大于1kPa*ms/kg;不大于0.8kPa*ms/kg;不大于0.6kPa*ms/kg;不大于0.5kPa*ms/kg;不大于0.4kPa*ms/kg;不大于
0.2kPa*ms/kg;不大于0.1kPa*ms/kg;不大于0.05kPa*ms/kg;或不大于0.01kPa*ms/kg。
[0159] 在一些实施方案中,当与市售的硝酸铵肥料组合物的比冲量比较时,根据本公开的肥料组合物包含如下的比冲量降低:至少10%的比冲量降低;至少15%的比冲量降低;至少20%的比冲量降低;至少25%的比冲量降低;至少30%的比冲量降低;至少35%的比冲量降低;至少40%的比冲量降低;至少45%的比冲量降低;至少50%的比冲量降低;至少55%的比冲量降低;至少60%的比冲量降低;至少65%的比冲量降低;至少70%的比冲量降低;至少75%的比冲量降低;至少80%的比冲量降低;至少85%的比冲量降低;至少90%的比冲量降低;或至少95%的比冲量降低。
[0160] 在一些实施方案中,当与市售的硝酸铵肥料组合物的比冲量比较时,根据本公开的肥料组合物包含如下的比冲量降低:至少90%的比冲量降低;至少92%的比冲量降低;至少95%的比冲量降低;至少97%的比冲量降低;至少98%的比冲量降低;至少99%的比冲量降低;或至少99.3%的比冲量降低。
[0161] 在一些实施方案中,当与市售的硝酸铵肥料组合物的比冲量比较时,根据本公开的肥料组合物包含如下的比冲量降低:不大于10%的比冲量降低;不大于15%的比冲量降低;不大于20%的比冲量降低;不大于25%的比冲量降低;不大于30%的比冲量降低;不大于35%的比冲量降低;不大于40%的比冲量降低;不大于45%的比冲量降低;不大于50%的比冲量降低;不大于55%的比冲量降低;不大于60%的比冲量降低;不大于65%的比冲量降低;不大于70%的比冲量降低;不大于75%的比冲量降低;不大于80%的比冲量降低;不大于85%的比冲量降低;不大于90%的比冲量降低;不大于95%的比冲量降低。
[0162] 在一些实施方案中,当与市售的硝酸铵肥料的比冲量比较时,根据本公开的肥料组合物包含如下的比冲量降低:不大于90%的比冲量降低;不大于92%的比冲量降低;不大于95%的比冲量降低;不大于97%的比冲量降低;不大于98%的比冲量降低;不大于99%的比冲量降低;不大于99.3%的比冲量降低。
[0163] 如本文所用,“脱敏”意指:材料的爆轰临界能量的降低。作为一个非限制性实例,当给予主发装料(即传爆剂)或者当受到碎片冲击时,脱敏导致材料的爆炸能力降低或不能爆炸。在一些实施方案中,经由肥料组合物的无约束临界直径来表征脱敏。在一些实施方案中,通过引起爆炸所需的传爆剂量(即,或者在大量传爆剂尺寸下的非爆炸事件)量化脱敏。
[0164] 如本文所使用,“无约束临界直径”是指为了维持爆轰前沿(即爆炸)给定体积的爆炸性材料必须处于的最小直径。在一些实施方案中,无约束临界直径是用于测量特定稳定剂材料或稳定剂材料的组合是否具有使ANFO型材料脱敏而不爆轰/爆炸的能力的变量。
[0165] 在一些实施方案中,当与AN肥料比较时,本公开的肥料组合物以如下系数“脱敏”:至少二的系数;至少三的系数;至少四的系数;至少五的系数;至少六的系数;至少七的系数;至少八的系数;至少九的系数;或至少十的系数。
[0166] 在一些实施方案中,当与AN肥料比较时,本公开的肥料组合物通过以下系数“脱敏”:不大于二的系数;不大于三的系数;不大于四的系数;不大于五的系数;不大于六的系数;不大于七的系数;不大于八的系数;不大于九的系数;或不大于十的系数。
[0167] 作为非限制性实例,在一些实施方案中,该肥料组合物使无约束临界直径(CD)从5英寸(对于ANFO)增加到6英寸、7英寸或8英寸。
[0168] 如本文所使用的,“爆轰”是指通过介质加速的超音速放热前沿,其最终驱动激震前沿从其蔓延(即,直接在其前沿)。
[0169] 在一些实施方案中,在测试物体经历爆炸测试之后,通过目视观察见证板来定性测量爆炸抑制和/或脱敏的度量值。如果见证板(即板)穿孔,则意味着爆轰发生(即,C4传爆剂装料和测试介质—用燃料油起爆的肥料组合物)。如果见证板没有穿孔(包括弯曲板),则表明只有传爆剂装料爆炸,而该爆炸没有引爆介质—在燃料油中的肥料组合物。
[0170] 如本文所用,“硝酸铵材料”(也可互换地称为AN)是指:包括硝酸铵(NH4NO3)的组合物。在一些实施方案中,硝酸铵在农业中被用作高氮肥料,但是AN肥料也可被用作爆炸物(例如包括改进的爆炸装置)中的氧化剂。
[0171] 如本文所用,“稳定剂材料”是指:添加到另一种材料以防止或阻碍不希望的物理状态改变的材料。在一些实施方案中,稳定剂材料与硝酸铵材料一起存在以提供防止或阻碍组合物的不希望的氧化/爆炸的肥料组合物。在一些实施方案中,稳定剂材料包含添加剂。在一些实施方案中,将稳定剂材料与硝酸铵材料共加工以提供肥料组合物。在一些实施方案中,肥料组合物(例如,包括AN材料和稳定剂材料)涂覆有涂层(例如密封剂,包封材料)。在一些实施方案中,密封剂包括蜡和/或聚合物涂层。
[0172] 如本文所用,“添加剂”是指:以限定的量添加到另一种物质以实现一种或多种性质的期望改变的物质。根据本公开,将添加剂添加到包含硝酸铵的肥料,以防止、降低或消除组合物被用作炸药和/或爆炸装置中的材料(例如氧化材料)的能力。
[0173] 在一些实施方案中,在肥料组合物中存在稳定剂材料(即以特定的重量%)防止组合物爆炸(即,当根据爆炸蔓延测试进行测量时)。在其它实施方案中,在肥料组合物中存在稳定剂物质(即以特定的重量%)降低组合物的比冲量。
[0174] 在一些实施方案中,肥料组合物包含:至少5重量%的稳定剂材料;至少7重量%的稳定剂材料;至少10重量%的稳定剂材料;至少15重量%的稳定剂材料;至少20重量%的稳定剂材料;至少25重量%的稳定剂材料;至少30重量%的稳定剂材料;至少35重量%的稳定剂材料;至少40重量%的稳定剂材料;至少45重量%的稳定剂材料;或至少50重量%的稳定剂材料。
[0175] 在一些实施方案中,肥料组合物包含:不大于5重量%的稳定剂材料;不大于7重量%的稳定剂材料;不大于10重量%的稳定剂材料;不大于15重量%的稳定剂材料;不大于20重量%的稳定剂材料;不大于25重量%的稳定剂材料;不大于30重量%的稳定剂材料;不大于35重量%的稳定剂材料;不大于40重量%的稳定剂材料;不大于45重量%的稳定剂材料;或不大于50重量%的稳定剂材料。
[0176] 如本文中所使用,“爆炸装置”是指:提供突然、大声和猛烈的能量释放的装置,当该装置(或其中的材料)以使部件向外飞射的方式碎裂时发生该能量释放。爆炸装置的非限制性实例包括炸弹和/或简易爆炸装置。
[0177] 如本文所使用的,“传爆剂”是指:用于增加力、功率、压力或效率的辅助装置。在一些实施方案中,传爆剂是指初始化爆炸的爆炸蔓延测试的部分。在一些实施方案中,爆炸蔓延测试中的传爆剂包括C4炸药。
[0178] 如本文所使用,“爆轰”是指:引起某物爆炸的爆炸作用或爆炸过程。在一些实施方案中,本公开的一种或多种稳定剂材料实现硝酸铵材料(例如在爆炸装置中用作氧化材料)的爆轰减少或爆轰消除。
[0179] 如本文所用,“抑制剂”是指:倾向于防止、控制或降低材料的特定性质的强度的试剂。在一些实施方案中,与对照物(市售AN或AN肥料)或现有防爆肥料(例如CAN‑27)相比,通过测量肥料组合物的比冲量的减少来量化抑制剂的效果。在一些实施方案中,抑制剂是指抑制和/或防止爆炸的化学机理。
[0180] 如本文所用,“稀释剂”是指:稀释试剂。在一些实施方案中,硝酸铵的稳定剂材料充当填料,使硝酸铵颗粒的邻近性彼此稀疏。在一些实施方案中,稀释剂是指抑制和/或防止爆炸的机械机理(即通过添加充当填充材料的稳定剂材料来稀释)。
[0181] 如本文所用,“基本上非反应性的”是指:尺寸稳定的。在一些实施方案中,基本上非反应性的是指惰性的(不反应的)。基本上非反应性的稳定剂材料的一些非限制性实例包括:沙子、粘土(即天然存在的粘土和/或合成的粘土)、集料(即岩石)等。
[0182] 如本文所用,“金属生产的副产物”是指由一种或多种制造非金属(例如铝)的工艺产生的化合物或材料类别。一些非限制性工艺包括:拜耳法、熔炼、精炼、铸造、回收、生产各种产品、产品形式及其组合。
[0183] 作为铝生产和/或加工的产物的稳定剂材料的一些非限制性实例包括:磷灰石、静电除尘器细粒(ESP)、拜耳法副产物,及其组合。
[0184] 如本文所用,“工业过程副产物”是指:在期望产品的制造和/或生产期间产生的物质。在一些实施方案中,拜耳法副产物也可以由另一种工业过程(作为产物或副产物)形成(或可成形)。
[0185] 如本文所用,“拜耳法副产物”是指在铝土矿还原以形成/生产氧化铝期间产生的物质。作为拜耳法副产物的稳定剂材料的非限制性实例包括:钙矾石、层状双氢氧化物、水滑石、水铝钙石、磷灰石、铝土矿渣、中和的铝土矿渣、碳钠铝石、福碳钙石、氢氧化铝、冶炼级氧化铝(SGA)及其组合。
[0186] 如本文所用,钙矾石指:含水的钙铝硫酸盐。硫酸化的钙矾石的代表性化学式的一个例子是:Ca6Al2(OH)12(SO4)3·26H2O。碳酸化的钙矾石的一个例子是:Ca6Al2(OH)12(CO3)3·26H2O。
[0187] 钙矾石是AFt族的成员(即,其中X=SO4)。
[0188] 在一些实施方案中,稳定剂材料是钙矾石材料(例如来自钙矾石组)。在一些实施方案中,钙矾石材料包含羟基硫酸钙铝水合物。在一些实施方案中,钙矾石材料包含处于钙矾石结构中的阴离子(其为组名称AFt形式),或“氧化铝、氧化铁、三硫酸根基团”(例如(Al2O3‑Fe2O3‑tr i))。AFt阴离子名称代表钙矾石材料的亚组,其为一组硫铝酸钙水合物。不受特定机理或理论束缚,AFt具有通式:[Ca3(Al或Fe)(OH)6·12H2O]2·X3·nH2O,其中X表示双电荷阴离子或两个单电荷阴离子(如硫酸根、OH、Cl、CO3、F等)。
[0189] 如本文所用,“层状双氢氧化物”是指:特征在于多个(例如两个)正电荷层并且弱结合的化合物类别,通常是位于夹层(中间)区域中的可交换的中心离子(例如带负电荷的离子)。作为非限制性例子,LDH通常由以下化学通式表示:
[0190] (式1)[M2+1‑xM3+x(OH)2]q+(Xn‑)q/n‑*yH2O
[0191] 作为一些非限制性实例,z=2,M2+=Ca、Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+或Zn2+(因此q=x)。
[0192] LDH化合物的非限制性实例包括:水滑石、水铝钙石、水菱镁矿、水铝镍石、woolite及其组合。
[0193] 水铝钙石的示例公式是:Ca4Al2(OH)12CO3·nH2O,其中n=3‑6(例如4)。
[0194] 在一些实施方案中,“不可避免的次要组分”是指:存在于稳定剂材料中的各种化学物质和矿物。一些非限制性实例包括:含铁化合物(例如Fe2O3;FeOOH;Fe3O4);含硅化合物(例如SiO2);含化合物(例如TiO2);含钠化合物(例如NaOH;NaNO3;Na3PO4;Na2HPO4;Na2CO3);含钙化合物(例如CaO;Ca(OH)2;CaSO4;CaCO3;Ca3(Al(OH)4)6;TCA(铝酸三钙));含镁化合物(例如MgO;Mg(OH)2;MgCO3);阴离子性有机化合物(例如草酸盐(草酸钠)、甲酸盐(甲酸氨)、乙酸盐);含铝化合物(例如Al(OH)3;AlOOH);及其组合。
[0195] 在一些实施方案中,不可避免的次要组分的总重量百分比不大于30重量%(即对于每种化合物而言)。在一些实施方案中,不可避免的次要组分:不大于30重量%;不大于25重量%;不大于20重量%;不大于15重量%;不大于10重量%;不大于7重量%;不大于5重量%;不大于3重量%;不大于1重量%;不大于0.5重量%;不大于约0.3重量%;或不大于0.1重量%。
[0196] 在一些实施方案中,不可避免的次要组分:不少于30重量%;不少于25重量%;不少于20重量%;不少于15重量%;不少于10重量%;不少于7重量%;不少于5重量%;不少于3重量%;不少于1重量%;不少于0.5重量%;或不少于约0.1重量%。
[0197] 在一些实施方案中,对于铝土矿渣,不可避免的次要组分含量不大于30重量%,对于每种组分而言。
[0198] 在一些实施方案中,对于铝土矿,不可避免的次要组分的含量不大于30重量%,对于每种组分而言。
[0199] 在一些实施方案中,对于HTC,不可避免的次要组分的含量不大于20重量%,对于每种组分而言。
[0200] 在一些实施方案中,对于磷灰石,不可避免的次要组分的含量不大于20重量%,对于每种组分而言。
[0201] 在一些实施方案中,对于熔炼级氧化铝,不可避免的次要组分的含量不大于约1重量%。
[0202] 如本文所用,“插层”是指:具有插入已有元素或层之间或之中的另一种物质或材料的物质。在一些实施方案中,LDH被插层,其中心/夹层区域被其他阴离子或化合物替换。
[0203] 插层的LDH(有时称为iLDH)的非限制性实例包括:除草剂杀虫剂、抗真菌剂、补充营养物(例如磷化合物、氮化合物、硫化合物、痕量元素化合物及其组合)。在一些实施方案中,LDH被硝酸盐插层。在一些实施方案中,LDH被硫酸盐插层。在一些实施方案中,LDH被磷酸盐插层。
[0204] 在一些实施方案中,LDH包含水滑石(HTC)。在一些实施方案中,LDH包含水铝钙石。
[0205] 如本文所用,“水滑石”是指下式的层状双氢氧化物:
[0206] (式2)Mg6Al2(CO3)(OH)16*4(H2O)
[0207] 水滑石超组内的材料组的非限制性实例包括:水滑石组、奎水碳铝酸镁(quintinite)组、绿锈(fougerite)组、水铝矾(woodwardite)组、海绿石(glaucerinite)组、锑铝铜矿(cualstibite)组、水铝钙石组和未分类的。
[0208] 水滑石的非限制性实例包括:鳞镁铁矿(pyroaurite)、铬鳞镁矿(stichtite)、羟镁铝石(meixnerite)、水氯铁镁石(iowaite)、droninoite、羟氯铬镁石(woodallite)、硅锌镍矿(desaurelsite)、水铝镍石(takovite)、陨菱铁镍矿(reevesite)、绿水镍矿(jamborite)、奎水碳铝酸镁(quintinite)、水碳铝锰石(charmarite)、水碳铝铁石(caresite)、zaccagnaite、chrlomagaluminite、绿锈(fougerite)、水铜铝矾、水锌铝矾(zincowoodwardite)、镍铁矾(honessite)、锌铜铝矾(claucocerinite)、多水水铜铝矾(hydrowoodwardite)、镍铝矾(carrboydite)、水铁镍矾(hydrohonessite)、莫特克石(mountkeithite)、锌明矾(sincaluminite)、水铝镁钙石(wermlandite)、黄铝锰矾(shigaite)、羟铝钠铁矾(nikischerite)、碳铝镁钠矾(motukoreaite)、natroglaucocerinite,karchevskyite、锑铝铜矿(cualstibite)、xincalstibite、水铝钙石(hydroclumite)、水硫铝钙石(kuzelite)、片碳镁石(coalingite)、红鳞镁铁矿(brugnatellite)、水铁镁石(muskoxite)以及它们的组合。
[0209] 插层的水滑石(有时称为iHTC)的非限制性实例包括:HTC‑碳酸盐、HTC‑磷酸盐、HTC‑硝酸盐及其组合。
[0210] 如本文所用,“磷灰石”是指:具有磷酸钙以及一些氟、氯和其它元素的磷酸盐矿物。在一些实施方案中,用磷酸盐矿物组中和磷灰石。磷灰石化合物的一个例子是羟基磷灰石。通常,磷灰石可以由下式表示:Ca10(PO4)6(X)2,其中X=OH、F、Cl。
[0211] 在一些实施方案中,羟基磷灰石是所述稳定剂材料。羟基磷灰石由下式表示:Ca10(PO4)6(OH)2。
[0212] 在一些实施方案中,碳酸钙羟基磷灰石是所述稳定剂材料。碳酸钙羟基磷灰石用下式表示:Ca7Na2(PO4)3(CO3)3OH·3H2O(例如,其中水合的水变化)。
[0213] 如本文所用,“铝土矿渣”是指:作为拜耳法(例如将铝土矿矿石精炼成氧化铝的工艺)的副产物而产生的颗粒状碱性粘土。在一些实施方案中,铝土矿渣(有时称为赤泥)包括多种金属、金属氧化物、粘土和沸石。在一些实施方案中,铝土矿渣通常不含排放液体并且从其原始形式(即在约13的pH值下具有挥发性组分的浆料)被中和。
[0214] 在一些实施方案中,可以经由酸来中和铝土矿渣或者通过大气中和铝土矿渣(例如经由与环境二氧化碳的反应和/或与人为二氧化碳接触)。
[0215] 在一些实施方案中,用硝酸中和BR,形成铝土矿渣(NO3)。在一些实施方案中,所得BR化合物具有5‑10重量%的硝酸盐含量。
[0216] 在一些实施方案中,用磷酸中和BR,形成铝土矿渣(PO4)。在一些实施方案中,所得的BR化合物具有5‑10重量%的磷酸盐含量。
[0217] 如本文所用,“酸中和”是指:通过添加酸而进行化学中和(或接近中性)的材料。非限制性的酸包括:磷酸、硝酸、硫酸、有机酸、矿物质及其组合。
[0218] 如本文所用,“碳钠铝石”(dawsonite)是指:铝酸钠碳酸盐氢氧化物化合物。在一些实施方案中,碳钠铝石是精炼步骤的副产物(例如在拜耳法中添加氢氧化钠之后)。
[0219] 如本文所用,“福碳硅钙石”(fukalite)是指:硅酸钙碳酸盐化合物。在一些实施方案中,福碳硅钙石是硅酸钙碳酸盐化合物的氢氧化物或氟化物衍生物。在一些实施方案中,福碳硅钙石是精炼步骤的副产物(例如,在拜耳法中添加氢氧化钠之后)。
[0220] 在一些实施方案中,碳钠铝石、福碳硅钙石、羟基磷灰石和羟基菱镁矿是铝土矿渣中的组分。在一些实施方案中,碳钠铝石、福碳硅钙石、羟基磷灰石和羟基菱镁矿是铝土矿中的组分。
[0221] 如本文所用,“ESP”是指来自电除尘器(即用于清洁工业过程废气流)的粉尘。在一些实施方案中,ESP包含(例如作为主要组分)从工业过程的废气中除去的氧化铝细粒。
[0222] 如本文所用,“铝土矿”是指:从中提取氧化铝的矿石。在一些实施方案中,铝土矿矿石包括:氧化铝、铁氧化物、硅酸盐、碳酸钙、氢氧化钠、氧化钙、氧化钛、氧化锰、氧化镁、磷酸盐。在一些实施方案中,铝土矿包含至少30重量%的氧化铝;至少40%的氧化铝;至少50%的氧化铝;至少60%的氧化铝;至少70重量%;至少80重量%;至少90重量%,或更高。
[0223] 在一些实施方案中,使用磷石膏来中和铝土矿渣。
[0224] 如本文所用,“水菱镁矿”是指:碳酸镁矿物。
[0225] 如本文所用,“白云石”是指其中具有碳酸镁和碳酸钙的矿石。
[0226] 如本文所用,“红石灰”是指:铝酸三钙(TCA)和碳酸钙的混合物,其中存在一些铁氧化物,其是铝加工的副产物。
[0227] 在一些实施方案中,TCA是红石灰中的主要组分(即至少51重量%)。在一些实施方案中,TCA是:至少50重量%;至少55重量%;至少60重量%;至少65重量%;至少70重量%;至少75重量%;至少80重量%;至少85重量%;至少90重量%;至少95重量%;或至少99重量%(余量为碳酸钙和/或铁氧化物)。
[0228] 在一些实施方案中,TCA是主要组分(即,不大于51重量%)。在一些实施方案中,TCA是:不大于50重量%;不大于55重量%;不大于60重量%;不大于65重量%;不大于70重量%;不大于75重量%;不大于80重量%;不大于85重量%;不大于90重量%;不大于95重量%;或不大于99重量%(余量为碳酸钙和/或铁氧化物)。
[0229] 如本文所用,“粘合剂”是指:用于将事物保持在一起的材料。作为一些非限制性实例,粘合剂的实施方案包括:来自造纸厂的废物、糖、聚合物、淀粉、水、瓜耳胶、粘土(例如膨润土)、硅酸钠及其组合。
[0230] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石、BR(酸中和的、人为中和的、或磷石膏中和的);LDH(原样或插层);HTC(原样或插层);HCM(原样或插层);磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物(例如磷酸钾、磷酸钙、磷酸钠、磷酸二铵),有机酸的盐(如草酸盐、甲酸盐、乙酸盐),红石灰,TCA,氢氧化铝(也称为水合物),SGA,ESP和惰性剂(如沙子,粘土)。
[0231] 在一个实施方案中,当肥料组合物具有10重量%的稳定剂材料并且存在两种稳定剂材料(第一种和第二种)时,第一种与第二种稳定剂材料的含量如下:2重量%的第一种和8重量%的第二种,或者第一种和第二种各自为5重量%。
[0232] 在一个实施方案中,当肥料组合物具有15重量%的稳定剂材料并且存在两种稳定剂材料(第一种和第二种)时,第一种与第二种稳定剂材料的含量如下:5重量%的第一种和10重量%的第二种,或者第一种和第二种各自为7.5重量%。
[0233] 在一个实施方案中,当肥料组合物具有20重量%的稳定剂材料并且存在两种稳定剂材料(第一种和第二种)时,第一种与第二种稳定剂材料的含量如下:5重量%的第一种和15重量%的第二种,或者第一种和第二种各自为10重量%。
[0234] 在一个实施方案中,当肥料组合物具有25重量%的稳定剂材料并且存在两种稳定剂材料(第一种和第二种)时,第一种与第二种稳定剂材料的含量如下:5重量%的第一种和20重量%的第二种,10重量%的第一种和15重量%的第二种,或者第一种和第二种各自为
12.5重量%。
[0235] 在一个实施方案中,当肥料组合物具有30重量%的稳定剂材料并且存在两种稳定剂材料(第一种和第二种)时,第一种与第二种稳定剂材料的含量如下:5重量%的第一种和25重量%的第二种,10重量%的第一种和20重量%的第二种,或者第一种和第二种各自为
15重量%。
[0236] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0237] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和LDH。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和HTC。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和磷灰石。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和铝土矿。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和磷酸盐化合物。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和惰性剂(例如沙子,粘土)。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石和BR。
[0238] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和LDH。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和HTC。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和磷灰石。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和铝土矿。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和磷酸盐化合物。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0239] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH(不同于HTC)和HTC。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和磷灰石。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和磷酸盐化合物。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0240] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和磷灰石。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和铝土矿。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和磷酸盐化合物。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和氢氧化铝。
在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:HTC和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0241] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石和铝土矿。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是磷灰石和磷酸盐化合物。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是磷灰石和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是磷灰石和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是磷灰石和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0242] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿和磷酸盐化合物。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是铝土矿和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0243] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0244] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸盐和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0245] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:红石灰和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:红石灰和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:红石灰和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:红石灰和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0246] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:氢氧化铝和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是氢氧化铝和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:氢氧化铝和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0247] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:SGA和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:SGA和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0248] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的三种:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0249] 在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和HTC。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH(例如HTC或HCM);和磷灰石。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH(例如HTC或HCM);和铝土矿渣。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和铝土矿。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和磷酸盐化合物。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和有机酸的盐。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和红石灰。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和TCA。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和氢氧化铝。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和SGA。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和ESP。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;LDH;和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0250] 在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和HTC。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和磷灰石。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和铝土矿。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和磷酸盐化合物。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和有机酸的盐。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和红石灰。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和TCA。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和氢氧化铝。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和SGA。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和ESP。在一些实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;LDH;和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0251] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和铝土矿。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和磷酸盐化合物。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:LDH;磷灰石;和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0252] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石;铝土矿;和磷酸盐化合物。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石;铝土矿;和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石;铝土矿;和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石;铝土矿;和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:
磷灰石;铝土矿;和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石;铝土矿;和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石;铝土矿;和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石;铝土矿;和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0253] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿;磷酸盐化合物;和有机酸的盐。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿;磷酸盐化合物;和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿;磷酸盐化合物;和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿;磷酸盐化合物;和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿;磷酸盐化合物;和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿;磷酸盐化合物;和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:铝土矿;磷酸盐化合物;和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0254] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物;有机酸的盐;和红石灰。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物;有机酸的盐;和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物;有机酸的盐;和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物;有机酸的盐;和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物;有机酸的盐;和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷酸盐化合物;有机酸的盐;和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0255] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐;红石灰和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐;红石灰和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐;红石灰和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐;红石灰和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:有机酸的盐;红石灰和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0256] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:红石灰;TCA;和氢氧化铝。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:红石灰;TCA;和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:红石灰;TCA;和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:红石灰;TCA;和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0257] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:TCA;氢氧化铝;和SGA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:TCA;氢氧化铝;和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:TCA;氢氧化铝;和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0258] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:氢氧化铝;SGA和ESP。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:氢氧化铝;SGA和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0259] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;磷灰石;和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:磷灰石;铝土矿;和TCA。在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:BR;铝土矿和TCA。
[0260] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的四种:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0261] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的五种:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0262] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的六种:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0263] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的七种:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0264] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的八种:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0265] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的九种:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0266] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的十种:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0267] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的十一种:钙矾石;BR;LDH;HTC;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0268] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是下列中的十二种:钙矾石;BR;LDH;HTC;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0269] 在一个实施方案中,肥料组合物稳定剂材料是:钙矾石;BR;LDH;HTC;HCM;磷灰石;铝土矿;磷酸盐化合物;有机酸的盐;红石灰;TCA;氢氧化铝;SGA,ESP和惰性剂(例如沙子,粘土)。
[0270] 不受特定机理或理论束缚,认为在一种潜在途径中,某些稳定剂材料可以充当抑制剂,引起硝酸铵的化学抑制,从而防止其被用作爆炸装置中的氧化材料。
[0271] 不受特定机理或理论束缚,认为在另一潜在途径中,某些稳定剂材料可充当稀释剂,引起硝酸铵的机械抑制,从而防止其被用作爆炸装置中的氧化材料。
[0272] 不受特定机理或理论束缚,认为在另一种途径中,某些稳定剂材料可充当碳酸化试剂,使得由稳定剂材料产生的二氧化碳替换/排除爆炸持续/蔓延所需的氧,因此不会导致能量增加(使爆炸蔓延所需的)。
[0273] 不受特定机理或理论束缚,认为在另一种途径中,某些稳定剂材料可充当水合物,使得在爆炸事件(能量增加)期间稳定剂材料产生水蒸汽,水蒸汽也起到排除氧气或淬灭来自反应的热量的作用,使得所产生的放热能量减少(并且材料不爆炸),热调节器。
[0274] 不受特定机理或理论束缚,认为在另一种途径中,某些稳定剂材料可以根据酸/碱机理起作用,使得稳定剂材料是碱性的或在反应条件时释放碱从而防止硝酸铵变为硝酸(因此反应不会进行或发生)。在一些实施方案中,稳定剂材料充当热调节剂以吸收能量,从而减小爆炸力。在一些实施方案中,稳定剂材料通过推出氧气并将气体替换为不可燃气体(例如CO2)而用作氧置换剂。
[0275] 不受特定机理或理论束缚,向硝酸铵肥料添加铝土矿、铝土矿渣、工业过程(例如拜耳法)的产物和/或副产物能够为其可能滥用为自制爆炸物的成分提供阻滞剂。
[0276] 不受特定机理或理论束缚,在一些实施方案中,将稳定剂材料添加到肥料中,其中稳定剂材料中的化学物质用来吸收如果将肥料用于硝酸铵燃料油(ANFO)简易爆炸装置或用于爆炸物的其它硝酸铵燃料组合中时释放的一些能量。具体而言,在这种潜在的机理途径中,认为化学稳定剂材料吸收在硝酸铵‑燃料爆轰期间释放的一部分热量,使得稳定剂材料经由显热吸收和吸热化学反应降低系统的最终平衡温度。连同能量吸收特性,认为稳定剂材料固体颗粒的存在通过填充材料的稀释而降低混合物的能量密度
[0277] 在一些实施方案中,肥料组合物包括pH调节组分。pH调节组分的非限制性实例包括:酸(例如硝酸,磷酸)、铝土矿渣、磷石膏及其组合。
[0278] 在一些实施方案中,肥料组合物包括植物营养素。植物营养素的非限制性实例包括:N、P、K、Mg、Ca、K、存在于稳定剂材料化合物中的痕量元素(Fe,Mn)金属、及其组合。
[0279] 本技术的这些和其他方面、优点和新颖特征在以下描述中部分地进行阐述,并且本领域技术人员在研究以下描述和附图时将清楚本技术的这些和其他方面、优点和新颖特征,或者通过实施本公开的实施方案而知晓本技术的这些和其他方面、优点和新颖特征。
[0280] 附图简述
[0281] 图1描绘了根据本公开的爆炸测试物体的实施方案的示意图。
[0282] 图2描绘了图1的爆炸测试物体的示意性剖面侧视图,其描绘了待测试的传爆剂和肥料组合物。
[0283] 图3是描绘粒状肥料组合物的相对比冲量的图,具有来自每个过压传感器的比冲量。对于粒状样品,参照图3,完成爆炸测试并计算多个测试物体的具体比冲量值,包括:具有来自供应商1的市售AN肥料的两个测试物体(对照物1);具有来自供应商2的市售AN肥料的三个测试物体(对照物2);具有市售“防爆”AN肥料的一个测试物体;来自供应商1的AN肥料的两个测试物体,其涂覆有铝土矿渣(具有来自用磷酸的中和步骤的15重量%磷酸盐),以及来自供应商2的AN肥料的一个测试物体,其涂覆有铝土矿渣(具有15重量%的磷酸盐)。如图3中所描绘,BR涂覆的球粒比任何市售AN球粒表现得更好,且BR涂涂覆球粒的两个测试物体优于市售的“防爆”肥料。
[0284] 图4是描绘研磨肥料组合物的相对比冲量的图,具有来自每个过压传感器(对于每个爆炸测试有两个传感器)的比冲量。根据实施例制备肥料组合物。按照实施例进行爆炸测试。参照图4,完成爆破测试并且计算多个测试物体的比冲量值,包括:具有来自供应商1的市售AN肥料的两个测试物体(对照物1);具有来自供应商2的市售AN肥料的三个测试物体(对照物2);具有市售“防爆”AN肥料(研磨形式)的一个测试物体;来自供应商1的AN肥料的两个测试物体,其混有铝土矿渣(具有15重量%硝酸盐,通过添加氢氧化铝并人为暴露于大气二氧化碳而存在),以及来自供应商2的AN肥料的两个测试物体,其混有25重量%的铝土矿渣(具有15重量%的磷酸盐)。
[0285] 如图4所描绘,BR和硝酸铵的肥料组合物优于市售的AN。市售的“防爆”BR涂覆的球粒性能略好于与铝土矿渣(其中具有硝酸盐)混合的来自供应商1的硝酸铵。在相应的实施例部分的表格中提供了平均比冲量值。基于这组实验的结果,在测试物体中仅使用研磨材料完成进一步的爆炸测试,因为以研磨形式实现的任何比冲量降低将转化为粒状或丸粒形式。
[0286] 图5是描绘对于25重量%水滑石的肥料组合物,传爆剂尺寸(以克计)随装料直径(以英寸计)变化的图,其中实心圆表示爆轰,而“x”表示非爆轰。绘制的线以+50g传爆剂尺寸增加的灵敏度示出了爆轰区域相对于非爆轰区域。
[0287] 图6是描绘对于22.5重量%水滑石的肥料组合物,传爆剂尺寸(以克计)随装料直径(以英寸计)变化的图,其中实心圆表示爆轰,而“x”表示非爆轰。绘制的线以+50g传爆剂尺寸增加的灵敏度示出了爆轰区域相对于非爆轰区域。
[0288] 图7是描绘对于20重量%水滑石的肥料组合物,传爆剂尺寸(以克计)随装料直径(以英寸计)变化的坐标图,其中实心圆表示爆轰,而“x”表示非爆轰。绘制的线以+50g传爆剂尺寸增加的灵敏度示出了爆轰区域相对于非爆轰区域。
[0289] 图8是描绘对于20重量%、22.5重量%和25重量%HTC‑PO4的肥料组合物,传爆剂尺寸(以克为单位)随装料直径(以英寸为单位)变化的坐标图。绘制的线以+50g传爆剂尺寸增加的灵敏度示出了爆轰区域相对于非爆轰区域。
[0290] 图9是描绘导致见证板未穿孔的测试物体的比冲量的坐标图,其中“x”涉及25重量%HTC,菱形描绘22.5重量%以及虚线描绘20重量%。
[0291] 图10是描绘不同传爆剂尺寸下的比冲量的坐标图,其中“x”涉及标准燃料油含量(即6%,相比于AN含量)。菱形涉及多50%的化学计量燃料油(即9%,相比于AN含量);以及其中虚线涉及100%燃料油(即12重量%,相比于AN含量)。
[0292] 图11是描绘对于在5英寸直径管中的20重量%HTC,在不同传爆剂尺寸下的比冲量的坐标图。
[0293] 图12是说明传爆剂尺寸为300‑600g的情况下,在8英寸直径下的22.5%(方形)和25%(菱形)浓度的HTC的比冲量的坐标图。
[0294] 图13是描绘所有稳定剂材料的全局悬崖(global cliff)的坐标图。该坐标图被绘制为样品数相对于比冲量。这些数据代表了在爆炸抑制和脱敏实施例中分析的所有数据,并显示了未穿孔和穿孔之间的区别。数据由HTC‑PO4、磷灰石和HTC PO4‑15%/BR10%混合物组成。
[0295] 图14是描绘比冲量降低相对于百分比浓度的趋势的坐标图。在该坐标图中列出:HTC‑PO4‑22.5%(菱形)、HTC‑PO4‑20%(X)、HTC‑PO4‑15%(方形)、HTC‑PO4‑10%(三形)和AN(圆形)。
[0296] 图15是说明当与10%、15%、17.5%、20%、22.5%和25%的浓度相比时的比冲量降低百分数。
[0297] 图16是描绘在不同浓度下于不同传爆剂水平显示未穿孔的稳定剂材料的比冲量的坐标图。X=HTC‑PO4‑25%;三角形=磷灰石;虚线‑HTC‑PO4‑15%/BR 10%。
[0298] 图17是描绘在5英寸直径下以100%精确度,在不同的传爆剂装料和稳定剂材料百分比,稳定剂材料的穿孔与未穿孔的坐标图。实心符号表示穿孔;空心的符号描绘未穿孔。圆形=HTC PO4‑25%;菱形=磷灰石‑25%;方形=HTC PO4‑15%/BR 10%
[0299] 图18是描绘在6英寸直径下对于不同的传爆剂装料和稳定剂材料百分比,稳定剂材料的穿孔相对于未穿孔的坐标图。实心符号表示穿孔;空心的符号描绘未穿孔。
[0300] 图19是描绘在8英寸直径下对于不同的传爆剂装料和稳定剂材料百分比,稳定剂材料的穿孔相对于未穿孔的坐标图。实心符号表示穿孔;空心的符号描绘未穿孔。
[0301] 图20是描绘对于不同浓度下的HTC PO4在不同的传爆剂装料下的比冲量的坐标图;X=25%;虚线=20%;菱形=22.5%。该图还示出了在13.25kPa.ms/kg下的替代产品(ALT PRDT)和在15.5kPa.ms/kg下的对照物AN的比冲量。
[0302] 图21是描绘根据本公开的一个或多个实施方案的四种不同稳定剂材料(磷灰石、钙矾石、水滑石和水铝钙石)的重量损失相对于温度(TGA)的实验数据的图。
[0303] 发明详述
[0304] 实施例:热力学计算
[0305] 对不同材料与硝酸铵组合的混合物进行一系列等平衡计算。在这种方法中,将混合物放入一个“盒子”中,该盒子保留系统的所有能量。通过计算机模型计算混合物的平衡化学组成,并且释放的能量引起系统温度升高。
[0306] 在完成计算机模型并以这种方式进行计算时,纯硝酸铵分解成N2、H2和H2O(全部具有低于AN的能量),并且释放的能量提高气体温度(即在盒子中)到970℃。现在可以探索向系统中添加其它组分,以查看它们对最终系统温度的影响。例如,AN和SiO2的1:1混合物将在604℃下导致N2、H2、H2O和SiO2的最终组合物。较低的温度是由于存在作为惰性物质的SiO2,它吸收从AN分解释放的一些能量。如果稳定剂材料本身不是惰性的,但能够反应从而改变状态(和/或降解从而形成其它化合物),则能量吸收可以增强。例如,AN与白垩(CaCO3)的1:1混合物在585℃的温度下产生最终组合物N2、H2、H2O、CaO和CO2。一些AN分解能量被用于经由吸热反应CaCO3→CaO+CO2的将白垩转化为石灰(CaO)和CO2。
[0307] 在一些实施方案中,铝土矿渣(BR)是惰性材料(SiO2、TiO2、Fe2O3等)和可充当“能量吸收剂”的组分(Al(OH)3、AlOOH、Fe2O3、H2O等)的混合物,对于AN+BR的1:1混合物的最终系统温度为711℃。除BR之外,许多其他材料被评估为能量吸收剂。表现最好的(即以1:1混合物)是拜耳法水合物(Al(OH)3),最终系统温度为233℃。一些其他有吸引力的材料可以是熟石灰(Ca(OH)2)和石膏(CaSO4·2H2O)。能量吸收性能计算的结果汇总在下表中,其中最终温度越低,性能越“好”。
[0308]
[0309] *对照物是100%AN,模拟的所有其他“材料”与AN为1:1的浓度
[0310] 与纯AN相比,所有向AN的添加均表现得更好(导致较低的平衡温度),并且一些向AN的添加表现比其他更好。对等焓模型计算平衡温度的降低百分数,并且该降低百分数的值的范围是从降低27%(铝土矿渣)到降低76%(氢氧化铝)。从各种AN数据的等焓平衡的计算机模拟观察到的一般趋势被用来将向下选择(down‑select)作为AN肥料的稳定剂材料的组分。不受特定机理或理论束缚,认为如果材料的组分降低等焓平衡温度,那么所得材料也可能防止硝酸铵的燃烧(并且因此有可能对硝酸铵肥料提供爆炸抑制和/或脱敏机理)。例如,研究了具有金属的氧化物、水合物、碳酸盐和氢氧化物的组分用于肥料组合物(即,进行的实验包括爆炸测试以研究AN肥料中的稳定剂材料的爆炸抑制和/或脱敏的潜力)。
[0311] 实施例:爆炸测试的标准操作程序
[0312] 测试物体涉及容器(PVC管)、低碳钢板(称为见证板)、肥料组合物(稳定剂材料和AN,与AN的6重量%燃料油混合)以及传爆剂(包括C4炸药,在塑料储存杯中)。在图1中描绘了测试物体的示意图,而在图2中示出了每个测试物体的内部结构,包括起爆管、传爆剂和肥料组合物。
[0313] 样品制备:
[0314] 为了制备用于测试物体的肥料组合物,使用球磨机将硝酸铵肥料球粒干磨到小于20目(<800微米)。然后,将AN粉末与稳定剂材料粉末干混。
[0315] 含有iHTC和磷酸盐的样品具有15重量%的磷酸盐。铝土矿渣样品具有磷酸盐(即5‑10重量%)或硝酸盐(即5‑10重量%)。干燥称重样品混合物,并且根据AN含量添加燃料油(6重量%)。对于所有测试,每个物体的内含物包括6%燃料油相对于94%硝酸铵(基于质量)的比率。将所得肥料/燃料油组合物混合/掺混至少30分钟,并通过目视观察检查结块。
[0316] 使用精确度为+/‑0.2克的天平将每个测试物体空态称重。将所得混合物添加到每个容器(带有胶合端盖的PVC)达到上边缘的25mm以内。对每个填充的测试物体(硝酸铵和稳定剂材料,与燃料油混合)在准确度为+/‑0.1盎司的天平上称重。
[0317] 在测试之前,将每个测试物体放置至少12小时,施加覆盖物(例如塑料袋)以防止环境水分进入测试物体。就在测试之前,插入传爆剂(塑料杯中的C4)与管顶部平齐,起爆管导线连接到传爆剂。
[0318] 在小塑料储存杯中制备用于每个测试物体的传爆剂。在每个杯中测量预定量的C4。将C4传爆剂添加到具有待测试爆炸材料的5英寸直径的管中。所述管的总重量为大约8公斤(包括爆炸材料)。
[0319] 每个测试物体包括0.25英寸厚的低碳钢板(称为见证板),具有PVC管,底/端盖。但是,底盖是拱形的从而不会垂直坐落在见证板上。将另外一段6英寸的PVC管(长度~3英寸)切割(分割)并套在测试物体的外表面。该部件为测试物体提供了良好的稳定性以便于填充1
和测试。将测试物体放置在位于水平沙坑上的4/2英寸厚的堆叠泡沫块(12英寸×12英寸)上。
[0320] 将填充的测试物体放到见证板上以及定位且使其在见证板上居中。电缆(Cat6电缆)从庇护所连接到过压探测器。
[0321] 将起爆管放入传爆剂中,使装药处于待发状态,并使传爆剂起爆。对于每个测试物体,起爆管是爆炸桥接引线(EBW)型RP‑83。
[0322] 通过定位在离测试物体7m距离处的两个爆炸压力探测器(PCB模型)来测量爆炸抑制。同轴电缆从每个探测器(2通道,12位,IEPE,100kHz)连接到计算机。钢棒位于探测器和目标(即测试物体)之间,以使任何可能的弹片偏转。
[0323] 对于每次测试,使用两个爆炸压力探测器来测量每次爆炸的压力相对于时间(kPa*ms)。使用所得到的压力读数来计算每个测试物体的肥料组合物的比冲量。对于每个测试物体收集爆炸过压(即冲量压力)。
[0324] 然后通过标准方式对该数据进行积分,然后除以硝酸铵的存在量以产生“比冲量”(即对于每次爆炸测试冲量的最大压力读数)。然后测量这些相比于ANFO本身或与其它燃料结合的硝酸铵的参照比冲量。
[0325] 不受特定机理或理论束缚,具有与基准(AN对照物)大致相同水平的比冲量的稳定剂材料被认为是“惰性的”,因为相信这些材料以浓度所表现的相同水平影响冲量(即通过机械“填充”机理起作用)。
[0326] 不受特定机理或理论束缚,低于基准结果的测量被认为是“抑制剂”,因为相信这些材料通过化学反应或机理影响冲量,独立地或与稀释因素结合。
[0327] 实施例:爆炸测试—研磨相对于涂覆的粒状硝酸铵
[0328] 应注意,具有粉末状材料(研磨成细质地)的测试物体产生的比冲量值高于用球粒产生的材料。
[0329]
[0330]
[0331] N/A*=探测器断开—没有得到读数
[0332] 实施例:爆炸测试—不同的稳定剂材料
[0333] 为了确定具有爆炸抑制和/或脱敏特性的稳定剂材料,在具有200g传爆剂的5英寸直径管中测试各种稳定剂材料(各自为25重量%)。计算每个测试物体的比冲量,并在下面的表格中给出,下表也提供了平均冲量(以来自每次爆轰的过压传感器测量值的平均值获得)和见证板状态的目视观察结果(穿孔、未穿孔)。
[0334]
[0335]
[0336] 应注意对于试验11和15,传爆剂(C4)没有起爆,这导致见证板没有穿孔。
[0337] 为了解释比冲量计算中的传爆剂冲击,以不同量的传爆剂完成多次传爆剂冲击(6)。结果是线性的—当传爆剂量增加时,产生的比冲量也增加。
[0338] 实施例:爆炸测试—爆炸抑制和脱敏
[0339] 为了确定爆炸抑制和脱敏参数,在这组实验中测试三个变量,包括:
[0340] (1)肥料组合物(即AN+(a)稳定剂材料1(不同重量%的HTC),(2)稳定剂材料2(磷灰石)和(3)稳定剂材料3(结合的15HTC/10BR);
[0341] (2)传爆剂尺寸/数量(例如200g,300g,400g,600g,800g);和
[0342] (3)测试物体的管直径(即5英寸,6英寸或8英寸直径)。
[0343]
[0344]
[0345] 为了解释比冲量计算中的传爆剂冲击,以不同量的传爆剂完成多次传爆剂冲击(16)。结果是线性的—当传爆剂数量增加时,产生的比冲量也增加。
[0346] 应注意,试验40和41中的BR具有5‑15重量%的磷酸盐含量。
[0347] 应注意,试验33‑36在肥料组合物中具有增加的燃料油。试验33和34是50%的燃料油(即,与AN含量相比为9重量%的燃料油),试验35和36是100%的燃料油(即,与AN含量相比为12重量%的燃料油)。
[0348] 数据比较:
[0349] 下表示出了以5英寸直径和200g传爆剂尺寸的标准操作程序以研磨形式的所有稳定剂材料;HTC‑P04‑22.5%除外。该样品是5英寸的管,传爆剂尺寸为300、400、600和700。
[0350]
[0351]
[0352] 对于以下三组爆炸数据,我们特别指出,水滑石、水铝钙石、红石灰和羟基磷灰石材料是从氧化铝精炼工艺获得的,除非另有说明(即“合成的”是指通过商业供应商获得的材料)。
[0353] 由于这些材料是经由氧化铝精炼工艺获得,对分析数据进行汇编以便更好地理解铝副产物材料的特性(例如与具有高纯度和低至没有不可避免的次要组分的市售替代物相比)。下面,对经由氧化铝精炼工艺获得的材料阐述分析数据,对相同材料的不同批次描绘了微小变化。
[0354] 在以下三个爆炸测试中使用了两批水滑石。对于第一批水滑石:密度为2.1135g/2
cc,而表面积为30.8m /g。平均颗粒尺寸经测量为12.98微米。X射线衍射观察到以下组分:
主要:Mg6Al2(OH)18·3H2O,氢氧化镁铝水合物,羟镁铝石和/或Mg6Al2(OH)16CO3·3H2O,羟基碳酸镁铝水合物和/或Mg6Al2CO3(OH)16·4H2O,水滑石,痕量的可能成分:Ca3Al2(OH)12。
[0355] 对于第二批水滑石:密度经测量为2.0941g/cc,而表面积为29m2/g。平均颗粒尺寸经测量为12.31微米。X射线衍射观察到以下组分:主要:Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O),水滑石和/或Mg6Al2(OH)18·4.5H2O,氢氧化镁铝水合物,痕量的可能成分:Ca3AlFe(SiO4)(OH)8,钙铝铁硅酸盐氢氧化物。
[0356] 对于铝土矿渣材料,密度经测量为3.3441g/cc,而表面积为42.3m2/g。平均颗粒尺寸经测量为4.892微米。X射线衍射观察到以下组分:主要:Fe2O3,赤铁矿;CaCO3,碳酸钙;次要:TiO2,氧化钛,金红石;FeO(OH),针铁矿;Al(OH)3,三羟铝石;AlO(OH),勃姆石;痕量的可能成分:Al(OH)3,三水铝石;Na8Si6Al6O24(OH)2(H2O)2,铝硅酸钠。
[0357] 对于磷灰石,使用两批。对于第一批磷灰石材料,密度经测量为2.6645g/cc,而表2
面积为76m/g。平均颗粒尺寸经测量为5.518微米。X‑射线衍射观察到以下组分:主要:Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2,钙的碳酸盐磷酸盐氢氧化物;Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O),水滑石和/或Mg6Al2(OH)18·4.5H2O,氢氧化镁铝水合物,微量的可能组分:CaCO3,碳酸钙。
[0358] 对于第二批磷灰石材料,密度经测量为2.6443g/cc,而表面积为89m2/g。平均颗粒尺寸经测量为5.367微米。X‑射线衍射观察到以下组分:主要:Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2,钙的碳酸盐磷酸盐氢氧化物;Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O),水滑石和/或Mg6Al2(OH)18·4.5H2O,氢氧化镁铝水合物,微量的可能组分:CaCO3,碳酸钙。
[0359] 对于红石灰,使用两个批次。
[0360] 对于第一批红石灰材料,密度经测量为2.5621g/cc,而表面积为4.1m2/g。平均颗粒尺寸经测量为20.62微米。X射线衍射观察到以下组分:主要:CaCO3,碳酸钙。次要:Ca3AlFe(SiO4)(OH)8,钙铝铁的硅酸盐氢氧化物。极少量:Ca(OH)2,氢氧化钙。痕量:Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O),水滑石和/或Mg6Al2(OH)18·4.5H2O,氢氧化镁铝。
[0361] 对于第二批红石灰材料,密度经测量为2.5658g/cc,而表面积为4.7m2/g。平均颗粒尺寸经测量为12.43微米。X射线衍射观察到以下组分:主要:CaCO3,碳酸钙。次要:Ca3AlFe(SiO4)(OH)8,钙铝铁的硅酸盐氢氧化物。极少量:Ca(OH)2,氢氧化钙。痕量:Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O),水滑石和/或Mg6Al2(OH)18·4.5H2O,氢氧化镁铝。
[0362] 使用两批水铝钙石。
[0363] 对于第一批水铝钙石材料,密度经测量为2.2296g/cc,而表面积为10.4m2/g。平均颗粒尺寸经测量为12.21微米。X射线衍射观察到以下组分:主要:Ca(OH)2,氢氧化钙;CaCO3,碳酸钙;Ca4Al2(OH)12(CO3)*5H2O,氢氧化钙铝碳酸盐水合物;Ca4Al2O6Cl2*10H2O,水铝钙石,微量的可能组分:Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O),水滑石和/或Mg。
[0364] 对于第二批水铝钙石材料,密度经测量为2.2561g/cc,而表面积为11.71m2/g。平均颗粒尺寸经测量为16.31微米。X射线衍射观察到以下组分:主要:Ca(OH)2,氢氧化钙;CaCO3,碳酸钙;Ca4Al2(OH)12(CO3)*5H2O,氢氧化钙铝碳酸盐水合物;Ca4Al2O6Cl2*10H2O,水铝钙石,微量的可能组分:Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O),水滑石和/或Mg。
[0365] 实施例:爆炸测试—爆炸抑制和脱敏
[0366] 下表说明了在对照物(AN)上完成的爆炸测试的实验结果,与两种稳定剂材料相比较:处于各种形式以及不同重量百分比的水滑石和羟基磷灰石(例如从氧化铝生产过程回收的,合成的等等)。
[0367] 对于该爆炸测试,对于所有材料燃料均为燃料油,但传爆剂尺寸变化(正如所示)并且少数试验包括更大直径的管(例如8英寸),相比于许多试验所用的标准尺寸(5英寸)。根据标准操作程序,如前所述制备爆炸测试部件。下面提供了具体的比冲量读数,以及根据各种SI基准(例如13.5,10.0和8.0)以百分比测量的爆炸降低的比较视图。当爆炸测试没有导致比冲量的降低时,降低百分比表示为“N/A”。
[0368]
[0369]
[0370] 实施例:爆炸测试—爆炸抑制和脱敏
[0371] 下表说明在不同材料上完成的爆炸测试的实验结果,其中对稳定剂以及稳定剂与填料的组合相对于对照物SI基准(硝酸铵)进行评价。该爆炸测试所评价的材料包括:红石灰(单独和以不同重量百分比与铝土矿渣组合),水铝钙石(单独和以不同重量百分比与铝土矿渣组合),羟基磷灰石(单独和以不同重量百分比与铝土矿渣组合),水滑石(单独和以不同重量百分比与铝土矿渣组合),水滑石和羟基磷灰石的组合(单独和以不同重量百分比与铝土矿渣组合)。
[0372] 对于该爆炸测试,水滑石和羟基磷灰石是从氧化铝生产过程回收。按照标准操作程序来制备爆炸部件并完成爆炸测试,同时改变其他变量:即管的直径(8英寸对12英寸)、传爆剂的量(200g、400g、450g)和燃料类型(即燃料油(FO),AL(铝))。
[0373] 下面提供了具体的比冲量读数,以及根据各种SI基准(例如13.5、10.0和8.0)以百分比测量的爆炸降低的比较视图。当爆炸测试没有导致比冲量的降低时,降低百分比表示为“N/A”。
[0374]
[0375]
[0376] 实施例:爆炸测试—爆炸抑制和脱敏
[0377] 下表说明在不同材料上完成的爆炸测试的实验结果,其中对稳定剂以及稳定剂与填料的组合相对于对照物SI基准(硝酸铵)进行评价。该爆炸测试所评价的材料包括:耐火粘土(单独和以不同重量百分比与铝土矿渣组合),羟基磷灰石(单独和以不同重量百分比与铝土矿渣组合),和水滑石(单独和以不同重量百分比与铝土矿渣组合)。
[0378] 应注意,使用耐火粘土作为稀释剂(代替铝土矿渣)。耐火粘土是从商业供应商获得,耐火粘土是指煅烧的商品粘土产品,其为惰性铝硅酸盐材料(例如在砂浆/陶瓷砖中的应用,以及用于炉子和烟囱的耐火衬里)。
[0379] 应注意,EG AN是指爆炸级硝酸铵,其是为了提高的爆炸性能而制造的低密度AN(例如相比于为肥料级FG而优化的高密度AN)。
[0380] 对于该爆炸测试,水滑石和羟基磷灰石是从氧化铝生产工艺回收。按照标准操作程序来制备爆炸部件并完成爆炸测试,但该爆炸部件的直径被设定为标准的8英寸。调整其他变量,包括传爆剂的量(200g,400g)和燃料的类型(即燃料油(FO),AL(铝)和PS(糖粉))。
[0381] 下面提供了具体的比冲量读数,以及根据各种SI基准(例如13.5、10.0和8.0)以百分比测量的爆炸降低的比较视图。当爆炸测试没有导致比冲量的降低时,降低百分比表示为“N/A”。
[0382]
[0383]
[0384]
[0385] 实施例:水滑石的插层
[0386] 为了插层水滑石,进行以下程序,通过热活化随后再水化完成阴离子取代。
[0387] 为了热活化,将4.25kg的HTC粉末放置在陶瓷碗(至1英寸的深度)中并且加热至450℃的温度持续1小时,随后在炉中或在外部保持单元(干燥柜,干燥器)中冷却至低于100℃。
[0388] 为了再水化,在容器中搅拌约12L的水(DI或蒸馏),然后加入磷酸盐(使用磷酸氢二铵(DAP)1.6kg(12摩尔)添加到12L水中)并混合直至磷酸盐溶解(20‑30分钟)。缓慢地,加入活化的HTC粉末并将所得混合物搅拌至少12小时。将湿浆料放入3/4英寸至1英寸深的盘中并放入干燥烘箱中并在125℃干燥直至获得干燥固体。将所得插层HTC筛选到<20目并储存用于爆炸测试。
[0389] 实施例:作为稳定剂材料的铝土矿渣制备
[0390] 为了中和铝土矿渣,将磷酸(85%)加入到BR浆料中,同时用搅拌器混合。铝土矿渣的pH降低到小于8.0。允许铝土矿渣沉降,并从混合物顶部倒出所产生的液体,将所得混合物倒入1/2英寸厚的盘中,并烘干(100℃)。认为所得铝土矿渣具有5重量%至不大于约10重量%的磷酸盐含量,基于磷酸中和。
[0391] 实施例:铝土矿样品的制备:
[0392] 通过供给矿石穿过板式破碎机、具有锯齿辊的辊式破碎机(Sturtevant辊式破碎机)和球磨机(具有陶瓷球以进一步将颗粒减小到可用粒级)来将原料铝土矿矿石减小到+/‑20目。将得到的20目粒级(fract ion)与硝酸铵材料混合,按照上述实施例进行爆炸测试。
[0393] 实施例:从拜耳液制备磷灰石
[0394] 根据前述实施例测试的磷灰石是按照以下过程用前体材料磷酸、熟石灰和拜耳液制备的。将磷酸、二氧化碳和精炼厂废拜耳液的混合物加热至70℃。(在一些实施方案中,添加额外的碳酸盐或磷酸盐以提高产量。在一些实施方案中,替代性的磷源是纤磷钙铝石)。接下来,加入熟石灰并搅拌15‑30分钟。过滤所得混合物,洗涤并烘干。制备之后,通过另外的过滤和洗涤步骤除去夹带的液体。
[0395] 根据前述实施例测试的所得材料具有以下相:碳酸盐羟基磷灰石(主要),羟基磷灰石(痕量)和可能的痕量CaCO3和水滑石(例如经由熟石灰中的杂质形成或者在磷灰石生产过程中形成)。
[0396] 根据前述实施例测试的磷灰石是具有如下主要元素的下式(Ca7Na2(PO4)3(CO3)3(H2O)3OH)的拜耳碳酸盐羟基磷灰石:12‑22重量%CO2;44‑49重量%CaO;19‑26重量%P2O5;7‑12重量%Na2O;和1‑3重量%Al2O3。
[0397] 实施例:制造肥料组合物的方法:
[0398] 以三个步骤制造硝酸铵,包括:(1)用氨中和硝酸来产生浓溶液;(2)蒸发以提供熔体;和(3)通过造粒或粒化来提供商品固体硝酸铵产品。造粒是通过使熔融的液滴下落穿过流体冷却介质而形成圆形颗粒状固体。在一个实施方案中,AN的造粒包括将浓溶液(即96‑+99%)溶液喷射到大型塔的顶部。然后,下降的液滴被向上的空气流冷却,从而凝固成球形球粒,所述球粒被收集在塔底部。
[0399] 在一个实施方案中,通过喷射浓AN溶液(即96‑99+%)同时喷射稳定剂材料的浓溶液(例如悬浮或溶解于溶剂中)并共同造粒所得的肥料组合物来制造本公开的肥料组合物。
[0400] 在一个实施方案中,通过在造粒之前将稳定剂材料添加到浓硝酸铵溶液中来制备本公开的肥料组合物。
[0401] 在一个实施方案中,通过在形成AN球粒之后将稳定剂材料涂覆到球粒上而制造本公开的肥料组合物。在一些实施方案中,使用滚筒式压机(例如,具有可选的溶剂和/或粘合剂)以将稳定剂材料粘附和/或涂覆到AN球粒上。
[0402] 在一些实施方案中,将稳定剂材料混合到硝酸铵溶液(具有任选的溶剂)中,并且将所得肥料组合物从溶液或悬浮液中重结晶。
[0403] 在一些实施方案中,在研磨机中用稳定剂材料研磨AN球粒并以粉末形式使用。在一些实施方案中,将粉末与粘合剂混合并辊压成团聚形式。在一些实施方案中,将混合的粉末与粘合剂混合并形成(例如压制)成丸粒或板片(例如用盘式压机或粒化工艺)。
[0404] 在一些实施方案中,使硝酸铵与稳定剂材料(例如任选地具有溶剂以降低粘度)的溶液(或悬浮液)喷雾干燥
[0405] 在一些实施方案中,使硝酸铵与稳定剂材料的溶液(或悬浮液)附聚(例如盘式附聚),然后进行粒化工艺。
[0406] 实施例:制造肥料的方法
[0407] 利用以下程序形成涂覆在水滑石中的硝酸铵。随后,将这种涂覆肥料用于作物研究(作物研究#1)。
[0408] 将接收原态的硝酸铵肥料(AN)添加到电动水泥搅拌机中,添加陶瓷球,并且将AN混合2.5小时。然后筛选材料以将AN(解聚的AN)与陶瓷球分离。
[0409] 将80%硝酸铵:20%水滑石的组合物一起筛分以混合材料,并在陶瓷混合器中处理30分钟以混合材料。将混合的材料缓慢添加到以预定角度和速度运行的滚筒式压机(造粒机/肥料造粒机)中,同时将粘合剂(水)以细雾缓慢添加到混合的混合物中。当加入水时,混合的混合物形成丸粒。以交替的方式,将混合的肥料材料和水依次加入到滚筒式压机中并形成丸粒。当丸粒滚动穿过滚筒式压机并且尺寸和密度增加时,丸粒达到合适的重量从而从滚筒式压机滚出,进入收集区域。
[0410] 实施例:作物研究:
[0411] 根据本公开的一个或多个实施方案,利用肥料组合物完成两项作物研究,以评价包括稳定剂材料的肥料组合物与市售的肥料相比性能如何。
[0412] 对作物产量进行统计分析,基本分析程序如下:测试变异性是否跨处理而不同;测试平均值是否跨处理而不同(例如,使用通过(1)是对或错来确定的合适方法);如果至少两个平均值可以显示为不同,则确定该处理不同。统计评估产生该结果。
[0413] 第一作物研究由如下组成:1肥料组合物处理(造粒的HTC与AN,(26‑0‑0))和5对照物(未处理(N/A),AN肥料(34‑0‑0),尿素肥料(46‑0‑0),UAN(液体)肥料(30‑0‑0)和ESN肥料(44‑0‑0)(市售的聚合物涂覆的尿素肥料))。使用100和140(磅N/英亩)的等效氮供应来实施每次处理。测量两种响应:穗/英亩和重量/英亩。在比较这两种响应时,确定肥料组合物(HTC+AN)与市售肥料对照物相比没有统计学上的明显差异且无肥料添加。对于第一作物研究,在该肥料组合物、含氮对照物或无氮对照物之间,以及在同一产品的低氮水平和高氮水平之间不存在可观察到的差异(以穗/英亩或重量/英亩计)。
[0414] 第二作物研究由3个肥料组合物处理和5个对照物组成。对照物包括:硝酸铵肥料、尿素肥料、UAN肥料(液体施用)、无肥料施用和ESN肥料(市售的聚合物涂覆的尿素产品)。三种肥料组合物包括:肥料#1:具有5重量%的铝土矿渣和15重量%的水滑石的AN;肥料#2:具有5重量%的铝土矿渣和15重量%的磷灰石的AN;和肥料#3:具有5重量%的铝土矿渣、10重量%的水滑石和5重量%的磷灰石的AN。每个处理施用120磅N/英亩,也以261磅产品/英亩施用Alcoa和AN处理。测量一个响应:产量@15.5%水分(蒲式耳/英亩)。
[0415] 在观察响应时,所有产品显示比无氮对照物更高的产量(蒲式耳/英亩)。在完成对响应的统计分析时,确定该肥料组合物与市售肥料对照物相比没有统计学上的明显差异并且无肥料添加(即,有可能区分一些高N处理与一些低N处理,但不能在高N处理之间和低N处理之间进行区分)。
[0416] 预言性实施例:
[0417] 为了作为来自工业过程(例如拜耳法、精炼以生产氧化铝)的副产物生产钙矾石,将石膏(CaSO4)和石灰(CaO)加入温度为50℃至100℃的废液(例如含有铝酸钠)以形成钙矾石(例如羟基硫酸钙铝水合物)。不受特定机理或理论束缚,化学反应被认为是:3CaO+3CaSO4+2NaAl(OH)4+29H2O→Ca6Al2(OH)12(SO4)3·26H2O+2NaOH
[0418] 预言性实施例:
[0419] 为了作为来自工业过程的副产物生产钙矾石,使含钙材料、含铝材料和含硫酸根材料反应。
[0420] 作为一个非限制性实例,通过使铝酸钙与硫酸钙反应形成具有如下通式的铝酸六钙三硫酸盐水合物来形成钙矾石:(CaO)6(Al2O3)(SO3)3·32H2O或(CaO)3(Al2O3)(CaSO4)3·32H2O。
[0421] 作为另一个非限制性实例,通过使铝酸三钙((CaO)3Al2O3)与硫酸钙(3CaSO4)以1:3的化学计量比反应以形成三硫铝酸钙水合钙(钙矾石)来形成钙矾石,如下所示:3CaO·Al2O3+26H2O+3CaSO4·2H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O。
[0422] 预言性实施例:
[0423] 为了化学合成钙矾石,在液体(例如水)中使化学计量比量的钙(例如含钙材料)、铝(例如含铝材料)和硫酸盐(例如含硫酸盐的材料)反应从而化学形成钙矾石。
[0424] 不受特定机理或理论束缚,认为一种或多种以下机理可有助于钙矾石从而具有如本节中测试的其它添加剂的特征,即当与硝酸铵材料(例如肥料组合物)结合时作为爆炸抑制剂(例如稳定剂材料和/或稀释剂材料)。
[0425] 在一种可能的机理中,考虑钙矾石(例如Ca6Al2(OH)12(SO4)3·26H2O)的示例性化学式,钙矾石材料含有大量的挥发性物质(例如OH,SO4和H2O)。因此,不受特定机理或理论束缚,认为在加热钙矾石时,这些挥发性物质被释放并吸收能量。因此,包含钙矾石的肥料材料被配置为吸收能量(例如在爆轰和/或爆炸事件中)。
[0426] 在另一种可能机理中,考虑钙矾石(例如Ca6Al2(OH)12(SO4)3·26H2O)的示例性化学式并且比较钙矾石化学式与磷灰石材料(例如碳酸钙羟基磷灰石化合物),两种化合物具有相似的硫酸根和氢氧化物基团优势(与本文所述的LDH材料的磷酸根和碳酸根基团相比(HTC和HCM))。
[0427] 因此,不受特定机理或理论束缚,认为在爆炸蔓延测试中钙矾石材料的表现将与磷灰石材料类似(例如与对照物材料相比具有可测量的爆炸抑制效果)。而且,不受特定机理或理论束缚,由于钙矾石材料与磷灰石(稳定剂材料)相比包括成比例更高数量的挥发性组分,因此认为(在一些实施方案中)在具有硝酸铵的肥料组合物中在相同的重量百分比含量下,钙矾石材料可以提供改进的爆炸抑制(例如较低的比冲量、改善的临界直径、或其组合)(与磷灰石相比)。此外,在一些实施方案中,与磷灰石和/或LDH材料相比,肥料组合物(例如AN和钙矾石)中较低含量(重量%)的钙矾石实现了可量化的爆炸抑制。至少由于这些原因,认为钙矾石的行为将类似于本文关于LDH和/或磷灰石材料所提供的爆炸测试结果。
[0428] 进一步参考图21,其提供了比较四种不同稳定剂材料的重量损失对温度(C)的数据:钙矾石材料(2种不同的合成产品)、磷灰石材料、水滑石材料、水铝钙石材料。从图21观察到,钙矾石和磷灰石的热失重分析是类似的,但钙矾石(试验#3或#5)似乎比磷灰石失去更多的水。此外,观察到与两种LDH材料(HTC和HCM)相比,钙矾石(两次试验)损失的水都更少。总体而言,钙矾石的TGA介于磷灰石和LDH材料之间,使得观察到钙矾石具有与所评价的其它稳定剂材料一致的类似TGA响应。
[0429] 实施例:钙矾石以及具有钙矾石和LDH(HCM)的复合产品的合成
[0430] 运行一系列实验,由包括铝源、钙源、硫酸根源和水的试剂合成钙矾石、HCM或两者的组合。用于该合成的实验装置包括:在搅拌板(配有加热板)上配置有磁力搅拌棒的1升反应器(容器),氮气吹扫(入口和出口)。对于使用铝酸钾的试验,通过滴定管将其滴加到反应容器中。使用以下化学计量比:
[0431] 化学计量比
[0432] 反应体积:0.565L
[0433]
[0434] 对于试验#1,Al源为Al2(SO4)3,钙源为Ca(OH)2,硫酸根源为Al2SO4。对于试验#2‑#5,Al源是KAl(OH)4溶液(45%),钙源是Ca(OH)2,硫酸根源是CaSO4水合物。对于试验#1,将混合物加热至60℃。对于试验#2‑3和#5,反应在室温下进行(没有反应容器的外部加热)。
对于试验#4,将混合物加热至40‑45℃。
[0435] 通过吸滤分离/过滤反应产物以除去液体。将所得反应产物干燥以从滤液中除去过量的液体。通过x射线衍射对反应产物进行表征,其分析量化经由合成制备的反应产物中的主要、次要和痕量的物质/极少物质的存在。应注意,主要典型是指在以大于总样品计数的10%存在的组分的峰值计数;次要指1‑10%,并且极少/痕迹是小于1%。
[0436]
[0437]
[0438] 在上表中注意到凝胶状固体被回收,不受特定机理或理论束缚,认为这通常表明所得反应产物的小颗粒尺寸(例如,远低于1微米),其中产物的小颗粒尺寸起到物理捕获颗粒之间的水/液体的作用。而且,认为这些相同的小反应产物颗粒被认为是不良结晶的并且与较大的反应产物颗粒相比产生相应的宽XRD响应,所述较大的反应产物颗粒(由于颗粒尺寸)是由良好发展的晶体结构(相应地提供较窄的XRD峰)构成。注意当控制/调节pH值时是指添加硫酸,配置成保持pH低于12.5(例如11.5‑12.5)。
[0439] 观察到在高于环境/室温的反应温度下组分的反应,HCM是回收的主要组分(例如试验#1)。观察到在室温下且具有pH控制(即在11.5和12.5之间)的情况下组分反应时,形成和/或回收具有钙矾石和HCM两者的复合产物作为反应产物(例如试验#2)。观察到组分在室温下且具有pH控制(即在11.5和12.5之间)的情况下反应时,形成和/或回收钙矾石作为反应产物(例如#3)。在比较试验#2和试验#3时,注意到所述试验在试剂的绝对量以及进料(试剂)的相对比例方面是不同的。此外,与试验#2相比,试验#3具有更高的硫酸盐添加量,并且在试验#2中存在更多的Al化合物(例如,与试验#3相比,存在几乎两倍的Al组分)。
[0440] 观察到在提高的温度下且没有pH控制/调节(pH~13.5)的情况下组分反应时,形成具有钙矾石和HCM二者的复合产物和/或将其回收作为反应产物(即XRD提供复合材料产品具有主要组分HCM和次要组分钙矾石)(试验#4)。
[0441] 观察到在室温/环境温度下具有pH控制/调节(pH在11.5和12.5之间)的情况下组分的反应,以及回收钙矾石(试验#5)。
[0442] 预言性实施例:从铝加工废水合成钙矾石
[0443] 以下合成从来自诸如电镀、阳极氧化和蚀刻等工艺的铝加工废水制造钙矾石,其中酸性水(硫酸/硫酸根源)含有作为电镀、阳极氧化和/或蚀刻工艺所致的可溶性铝物种/离子和硫酸根物种。向水溶液中加入氧化钙(钙源)和/或铝酸钙(钙源和铝源),pH值为约12且磷酸根浓度不大于0.1M,以合成钙矾石。以适当的摩尔比将试剂与试剂搅拌/混合以获得钙矾石(并且任选地,用水和/或NaOH稀释试剂)。在搅拌的同时,将试剂在60℃下加热足够的时间以化学形成钙矾石。当钙矾石形成时,所得固体从溶液中沉淀出来(当试剂化学转变为钙矾石时,从水中除去可溶性试剂物质)。可以将回收的固体(钙矾石)洗涤(例如用水)并烘干以除去多余的水。
[0444] 预言性实施例:从可溶性组分合成钙矾石(钙矾石沉淀物)
[0445] 在替代途径中,可以由作为Al组分的市售铝酸钠、作为钙组分的石灰、以及用于中和(以维持约11.5至12.5的pH值)的CO2形成钙矾石。实施例:
[0446] 为了评价AN是否容易与稳定剂材料结合并加工成肥料组合物,进行以下实验。为了测试在将稳定剂材料(或其他试剂)添加到AN时是否发生起泡以及发生多大程度的起泡,完成了一系列测试。不受特定机理或理论束缚,在加工(造粒)期间AN和稳定剂材料的起泡阻碍混合物被输送(例如在管道中),阻碍球粒的适当形成,并且是一种加工限制。
[0447] 向配备有热电偶和磁力搅拌棒并且位于热板上的600ml厚壁烧杯中,将40ml蒸馏水加入到该烧杯。热板的温度设定为上升到100℃的设定点。在所述板加热的同时(液体温度缓慢上升),搅拌棒机械搅拌液体。缓慢地,将预先测量的AN(粒状形式)增量添加到烧杯中,每次测试总计200克。当温度达到100℃时,观察到AN处于液态(例如溶解在水中)。在稳定的温度下(例如100℃±2℃),将添加剂的增量添加(每次添加5g)添加到在温度下的液体中,同时对其搅拌(例如手动和经由位于烧杯底部的磁力搅拌棒)。如果发生大量的起泡,则停止添加,并认为试验完成。
[0448] 一旦将所有添加剂(50g)置于测试烧杯中并且没有发生明显的起泡,则以2℃增量的速率升高温度,以记录熔体产生泡沫的温度。
[0449] 参考下表,提供了另外的实验结果,通过材料类型列出。在所有情况下都使用200克AN。除非特别说明,测试使用50克添加剂(例如稳定剂或候选稳定剂材料)。除非特别说明,测试使用40mL蒸馏水。
[0450] 关于以下完成的添加测试,使用以下共加工测试来确认是否以商业规模成功地共加工材料。
[0451] 在每次试验期间,操作员目视检查将各种稳定剂材料和/或添加剂添加到溶液中的硝酸铵的效果和/或测量各种指标。通常记录备注和观察结果,并根据共加工测试中的评价指标,对每次试验判定通过(“P”)或失败(“F”)。
[0452] 对于“通过”的试验,基于测量的特征和/或操作者目视观察,将试验评价和/或认知为稳定剂材料和硝酸铵在溶液中的成功组合,使得认为硝酸铵和稳定剂材料共加工形成肥料组合物是商业上可行的(例如扩大规模时)。
[0453] 一个或多个以下指标表明试验“通过”:(1)添加时不产生泡沫和/或产生极少的泡沫;(2)没有和/或很少的液体损失;(3)在添加稳定剂材料时没有和/或一些气泡/嘶嘶声发生(例如,不受任何特定机理或理论束缚:认为是在升高的温度下组分相互作用的特性,温和的硝酸铵反应(例如氨),和/或LDH的再水化);(4)没有和/或一些起泡发生,只要泡沫快速消散和/或不会继续生长/积聚;及其组合。
[0454] 对于“失败”的试验:基于测量的特性和/或操作者的视觉观察,将试验评价和/或认知为稳定剂材料和硝酸铵在溶液中的不成功组合,使得认为硝酸铵和稳定剂材料共加工形成肥料组合物不是商业上可行的(例如扩大规模时)。
[0455] 一个或多个以下指标表明试验“失败”:(1)烧杯中液体肥料(AN溶液)水平的损失(例如,不受特定机理或理论束缚,认为已被与稳定剂材料的反应消耗,其中氨蒸发,可能结合有CO2的释气);(2)大量泡沫且液体损失;液体高度低于175mL线(从标准的市售600mL烧杯中的标记测量,其中<150mL线被认定是显著损失;以及它们的组合。
[0456]
[0457]
[0458]
[0459]
[0460] 在39次试验中,评价和/或观察到10次试验“通过”,而29次试验失败。正如预期的,接收原态的对照物1(试验32)碳酸钙通过,而对照物2(试验33)熟石灰失败,在AN溶液温度仅为109℃时泡沫溢出。
[0461] 观察到使用磷灰石材料的两个试验都通过:磷灰石试验都没有观察到起泡。此外,观察到试验31:HCM和磷灰石的50/50混合物(两者均为接收原态而无预处理)通过。相比之下,试验29,类似地LDH(HTC)与磷灰石以50/50混合,失败(并观察到泡沫溢出)。
[0462] 在这种情况下,注意到磷灰石可与接收原态(没有预处理—加热或酸中和步骤)的LDH材料(例如HCM)结合,而与其他LDH材料一起,对共混物进行改性或预处理可以使稳定剂材料能够通过共加工测试。对共混物进行改性的例子包括与LDH相比使用更高含量的磷灰石。LDH材料的预处理的实例包括磷酸清洗至低于8.49的pH(试验22)。预处理步骤的另一实例将包括预热LDH材料(单独或与磷灰石组合/共混的形式)。预热的一些例子包括:(1)将材料加热到较小程度(当材料本身将不能通过共加工测试时),因为LDH将与磷灰石一起共混和添加,或(2)将材料加热到较大程度(即高于300℃至低于650℃的温度),使得LDH本身将通过共加工测试,并且当然是与磷灰石的共混形式。因此,在一些实施方案中,LDH材料与磷灰石结合并添加到AN从而根据上面所述的共加工测试使材料组合。
[0463] 关于预热,有两个具有预热步骤的试验通过:试验25和试验36。关于试验25(HTC),观察到如果将LDH添加剂(HTC,HCM)加热到300℃(例如烘干)随后添加到溶解的AN中,然后该试验通过(例如试验不起泡)。关于试验36,注意到加热到500℃的LDH添加剂(HCM)通过共加工测试。因此,有了这些结果,相信将LDH材料预热到高于300℃且低于650℃将提供有效的预处理从而使组合能够通过共加工测试。
[0464] 应指出,经由分析鉴定,在300℃下的加热化学转化HTC和HCM。不受特定机理或理论束缚,认为在将烘干的HTC结合到AN水溶液中时,HTC通过从熔融硝酸铵中获取水而改性。不受限于特定机理或理论束缚,认为在高于650℃时,LDH材料被认为化学降解/烧尽,并且在化学上不被认为是LDH稳定剂材料。因此,能够通过共加工步骤的LDH材料的有效预处理是高于300℃且低于650℃。在一些实施方案中,预处理加热温度高于350℃且不高于650℃。
在一些实施方案中,预处理加热温度高于375℃且不高于600℃。
[0465] 关于酸中和,观察到只有利用磷酸中和的试验通过,且所得pH值低于8.49(即由于试验22是磷酸中和至8.49,其不能进行共加工步骤,因此认为通过共加工步骤的pH是低于8.49/8.5)。例如,对于通过的四次磷酸中和的LDH试验:试验11通过,其中HCM的磷酸中和至pH值8.15;试验37通过,其中用磷酸清洗HCM以提供7.93的最终pH值,并且试验27和28通过,其中向HTC添加磷酸以提供7.45的最终pH。
[0466] 观察到作为添加剂的预处理步骤的酸中和并不总是起作用以防止起泡和/或使得试验能够通过共加工测试。相反,仅观察到具有低pH、略微碱性至接近中性的pH的磷酸处理减少/防止起泡。此外,注意到被中和至接近8的pH的添加剂起作用(不起泡/通过共加工测试)。在pH值为9.4的试验,共加工测试失败,而8.2的试验通过。
[0467] 不受特定机理或理论束缚,由于HTC在约7.45不起泡,并且由于HCM在8.15的pH下不起泡,因此认为如果用磷酸酸中和LDH材料至略微碱性/接近中性的pH值,则添加剂(稳定剂材料)可以与AN一起加工(造粒)从而形成肥料产品(不起泡)。
[0468] 不受特定机理或理论束缚,观察到用磷酸中和LDH稳定剂材料可导致添加剂上的一些残留磷酸根基团,相比之下,磷灰石与LDH材料的不同主要在于磷酸盐基团的数目。
[0469] 上文提到的发明方面中的各个方面可被组合以产生肥料组合物及其制造方法以及使用所述肥料组合物对土壤施肥的方法,同时防止、减少或消除肥料(AN肥料)被用于爆炸物/或简易爆炸装置。
[0470] 虽然已经详细描述了本公开的各种实施方案,但是显然本领域技术人员将会想到这些实施方案的修改和改变。然而,应当明确理解的是,这样的修改和改变处在本公开的精神和范围内。
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