I would like to share the results of a scientific study conducted within the framework of grant funding from the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan for 2023-2025 under the project AR19677917 “Development of technologies for the synthesis of granular ammonium sulfate in the conditions of KazAzot JSC”. We studied complex salts obtained by the interaction of ammonium salts with chloride and potassium carbonate, and also investigated the composition and thermal stability of synthesized samples using X-ray phase and thermal analysis methods. ,
Main results: The composition and thermal stability of the synthesized samples were studied by X-ray phase analysis (XFA) and thermal analysis (DTA/TG). It has been established that the topochemical interaction of ammonium hydrosulfate (Nh₄hso₄) with potassium chloride (KCl) is accompanied by the passage of successive physico-chemical transformations. The interaction begins with the exchange reaction of the formation of potassium hydrosulfate and ammonium chloride. Under dynamic heating the mixture to 350℃ without the exposure according to XRD, the products are amorphous-crystalline phase amidosulfate potassium (KNH₂SO₃) and ammonical sulfate (NH₄)₀.₆₉K₀.₃₁ ) ₂SO₄. Their ratio may vary depending on the maximum temperature and duration of heat treatment, since they are products of partial pyrolysis of potassium hydrosulfate and its simultaneous interaction with ammonium chloride. With the duration of heat treatment and an increase in temperature, the most heat–resistant compound, potassium sulfate, may remain. A noticeable interaction of NH4HSO4 and potassium carbonate (K₂co₃) on the TGA (thermographic analysis) curves begins above the melting point of ammonium hydrosulfate (147°C) with a slight loss of mass – 2.48% of the reaction mixture until reaching a temperature of 300°C. The phases present correspond to the initial potassium carbonate and a relatively thermally stable new product, ammonium potassium sulfate. An increase in temperature leads to its decomposition with the formation of pyrosulfate, then potassium sulfate. The products of the joint dissolution of carbonates of potassium and ammonium water according to XRD, consisted primarily of amorphous phase containing potassium dinitramide (KN₃O₄) and azodicarbonamide (C₂H₄N₄O₂). The results of the study showed that the composition of the final products depends on the ratio of the initial reagents and the synthesis conditions. This opens up new opportunities for further study and practical application of salt reactions.
👩🎓 I would like to express my deep gratitude to my colleagues for their support and joint work on the project!
ҚР ҒЖБМ ҒК 2023-2025 жылдарға арналған гранттық қаржылындырылатын АР19677917 “ҚазАзот” АҚ жағдайында түйіршікті аммоний сульфатын синтездеу технологияларын әзірлеу атты жоба аясында ғымдағы жылдың қаңтар – наурыз айларында жоспарға сәйкес ҚазАзот АҚда ірілендірілген зертханалық сынақтар жүргізілді. Зерттеу жұмыстары аммоний сульфатын алудың технологиялық параметрлерін оңтайландыруға бағытталған. Технология белгілі болғанына қарамастан түйіршіктеу процесіне әсер ететін кейбір факторлар және түйіршіктердің сапасы ескерілмейді. “ҚазАзот” АҚ-да күкірт қышқылын газ тәрізді аммиакпен бейтараптандыру кезінде технологияны игеру сатысында реакциялық масса температурасының 160 °С дейін көтерілуі және түйіршіктеуге берілетін материалдың агломерациясы байқалды. Сондықтан температураның жартылай өнімнің агломерациясына әсері зерттеу міндеттеріміздің бірі болды.
Ірілендірілген зертханалық сынақтар сәтті жүргізілді, жұмыстың дұрыс ұйымдастырылуына үлес қосқан «ҚазАзот» АҚ-ның басшысына және қызметкерлеріне алғысымыз шексіз.
In pursuance of the project “development of technologies for the synthesis of granular ammonium sulfate in the conditions of KazAzot JSC”, 2nd-year doctoral student in the educational program “Ecology” Altybayeva Zhansaule Kydyrgalievna, completed a foreign scientific internship at the Institute of Geology and Geophysics named after H. M. Abdullaev, located in Tashkent, Republic of Uzbekistan. A doctoral student’s internship abroad is a temporary study or research trip for doctoral students (researchers studying under the PhD program), carried out with the aim of conducting research, deepening knowledge and sharing experiences abroad. The main purpose of the internship was to conduct research on the thesis, gain foreign experience, as well as expand scientific partnership. During the internship, the development of modern methods of environmental research, methods of analysis, and the acquisition of laboratory experience. The foreign scientific consultant is Nosir Egamovich Shukurov, Head of the Laboratory of Geochemistry at this scientific center, Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, PhD in Ecology.
As a result of the internship:
During the internship, the following laboratory work was performed:
1) MgCO₃ + NH₄HSO₄ — thermogravimetric (DTA, TG) analysis was performed; the temperature rose to 1000 °C.
2) MgCO₃ + (NH₄)₂SO₄ — thermogravimetric (DTA, TG) analysis was performed; the temperature rose to 1000 °C.
3) NH₄HSO₄ + KCl → NH₄KSO₄ — X-ray phase analysis (XFA) of the resulting product was performed.
4) NH₄HSO₄ + K₂CO₃ → NH₄KSO₄ — X-ray phase analysis (XFA) of the resulting product was performed.
The aim is to evaluate the thermal stability and phase composition of the resulting fertilizers.
5) (NH₄)₂SO₄ (KazAzot) — thermogravimetric (DTA, TG) analysis and X-ray phase analysis (XFA) were performed; the temperature rose to 1000 °C.
6) NH₄KCO₃ – X-ray phase analysis (XFA) was performed.
These studies allowed the doctoral student to deeply understand the stability and mechanism of action of fertilizers in accordance with her research work, as well as simulate their interaction
As part of the implementation of scientific, scientific and technical projects under grant funding from the Science Committee of the Ministry of science of the Republic of Kazakhstan for 2023-2025, Yessenov University is carrying out research work in accordance with the calendar plan of the project “development of technologies for the synthesis of granular ammonium sulfate in the conditions of JSC” Kazazot” AP19677917″. It should be noted that this project considers the possibility of improving the classical method and expanding the range and scope of application of products by obtaining ammonium sulfate granules, as well as obtaining ammonium double sulfates. Currently, the mechanism of formation of synthesized granular ammonium bisulfate is being studied by crystalloptic analysis. Microcrystalloscopic analysis is a method of qualitative Microchemical determination of inorganic substances by the formation of a characteristic crystalline precipitate when a small amount of reagents is exposed to one drop of the analyzed solution (about 3-5 ML). The sediment was studied under a microscope in the laboratory of the Department of Ecology and geology with an increase of 40 and 100 times. In this case, the shape, size, mutual arrangement of crystals are studied, in complex cases, some crystallographic and microcrystalloptic constants are additionally determined. The decrease in the specificity of microcrystalloscopic analysis is caused by the influence of many factors to obtain crystals in a strictly defined form. Determining the dependence of crystallization on the listed factors is an urgent problem of this method of analysis. 6 different samples were taken for the study, the main goal was to determine the forms of crystal formation, as well as to study the differences between reagent and synthesized ammonium sulfate from each other, to compare the crystal formation and shapes of granular ammonium sulfate in the dissolved state under Kazazot conditions, to determine how much influence of granular shapes on the degree of According to the plan, research work will continue.
In accordance with the calendar plan, a thermodynamic and derivatographic analysis of the reaction of calcium and magnesium carbonates with ammonium sulfate was carried out. The analysis of the properties of double sulfate hexahydrate – magnesium ammonium disulfate, which begins to lose hydrate water above 70 ° C, which can have a significant positive effect in terms of moisture retention and play the role of drip irrigation in arid climates and supply plants with the necessary components. In this direction, it would be interesting to study the effect of multicomponent ammonium sulfate fertilizers. It is also of interest to study similar ammonium bicarbonate compounds, which may be products of the interaction of ammonium carbonates and sulfates. The conducted research, taking into account the data of the literary analysis, provides a basis for concluding that it is advisable to continue the research in this direction based on the results obtained.
In accordance with the calendar plan, a thermodynamic and derivatographic analysis of the reaction of calcium and magnesium carbonates with ammonium sulfate was carried out. The analysis of the properties of double sulfate hexahydrate – magnesium ammonium disulfate, which begins to lose hydrate water above 70 ° C, which can have a significant positive effect in terms of moisture retention and play the role of drip irrigation in arid climates and supply plants with the necessary components. In this direction, it would be interesting to study the effect of multicomponent ammonium sulfate fertilizers. It is also of interest to study similar ammonium bicarbonate compounds, which may be products of the interaction of ammonium carbonates and sulfates. The conducted research, taking into account the data of the literary analysis, provides a basis for concluding that it is advisable to continue the research in this direction based on the results obtained.
According to the calendar plan for 2024 for the project, the order of experimental work was discussed and agreed:
Experimental parameters for granulation of ammonium bisulfate were determined and preliminary experiments were carried out, by changing the pH of the medium, granules were obtained. Their analysis is carried out in the Kazazot laboratory.
ҚР Ғылым және жоғары білім министрлігінің 2023-2025 жж. гранттық қаржыландыруымен жүзеге асырылатын АР19677917 «”ҚазАзот” АҚ жағдайында түйіршікті аммоний сульфатын синтездеу технологияларын әзірлеу» тақырыбындағы ғылыми жобасының зерттеу тобы 2-ші жылдықтағы (2024 жыл) күнтізбелік жоспарға сәйкес атқарылатын жұмыстарды талқылап, жасақталу қажет шаралар мен міндеттер тізбегін нақтылады. Зерттеу тобының бұл отырысы ғылыми жобаның зерттеу нысаны болып табылатын «ҚазАзот» АҚ өтті. Отырыс барысында түйіршікті аммоний сульфатын алу, технологиялық параметрлерді нақтылау, аммоний сульфатын қатыратын қоспалар түрлерін және қос тұздарын алуда қолданылатын шикізаттар көздерін анықтау бойынша нақты тапсырмалар берілді. Атқарылатын жұмыстар легі анықталғаннан соң, зерттеу тобының мүшелері аммоний сульфатын іске қосу шарасына қатысты. Содан соң, аммоний сульфаты өндірісінің тізбегімен жете танысып, технологиялық параметрлерді жетілдіру бойынша өндірістегі мамандармен пікір алмасты. Аммоний сульфатыны алу технологиясымен танысып, технологияллық процестердегі жетілдіруді қажет ететін параметрлер анықталды. Олар түйіршікті аммоний сульфатын алу процесін оңтайландыру, және кешенді тұздар алуды қандай материалдар қолдануға болатынын талқыланды.
Алматы қаласында жеке кәсіпкермен келісімшарт негізінде жинақталып жатқан реактор кристаллизатор, гранулятордың дайындалу барысымен танысып, тексеріп, қабылдау жұмыстары жүргізілді.
Жоба негізінде “Қазақстан Республикасының минералдық шикізатты кешенді қайта өңдеу жөніндегі ұлттық орталығы” шаруашылық жүргізу құқығындағы республикалық мемлекеттік кәсіпорындағы зерттеу тобының мүшелерімен бірлесіп, келісілген түрде аммоний бисульфатының қос тұздарын синтездеу жүргізілді (9 проба). Синтезделген тұздар термогравиметриялық, РФА талдау жүргізу үшін келісімшарт негізінде “Global Save Pharma” ЖШС-ке жіберілді.
ҚР ҒЖБ министрлігі Ғылым комитетінің 2023-2025 жылдарға арналған ғылыми және (немесе) ғылыми-техникалық жобалар бойынша гранттық қаржыландыруға арналған конкурс бойынша ҰҒК отырысы хаттамасының шешімімімен «Экология және геология» кафедрасының профессоры Серикбаева Ақмарал Қабылбековнаның ««ҚазАзот» АҚ жағдайында түйіршікті аммоний сульфатын синтездеу технологияларын әзірлеу» тақырыбындағы жобасы ұтқан еді. Осы жобаның бас ғылыми қызметкері техника ғылымдарының докторы, профессор, «Ж. Әбішев атындағы Химия-металлургия институты» конденсирленген қалдықтарды кешенді пайдаланудың физика-химиялық зертханасының меңгерушісі Жұмашев Қалқаман Жұмашұлы іс сапарға келді. Іс сапар барысында зерттеу тобымен календарлық жоспарға сәйкес жасалатын зерттеу жұмыстары жөнінде кеңес өткізілді. Жұмыс барысында зерттеу тобы «ҚазАзот» АҚ зауытында болып бірге жасалатын жұмыстардың бағдарламасы жасақталды.
Жалпы елімізде ғылымды қаржыландыру жүйесі Қазақстандық ғылымды кешенді дамытуға, оның бәсекеге қабілетін және елдің орнықты әлеуметтік-экономикалық прогресіне қосқан үлесін арттыруға бағытталады. Минералды тыңайтқыштар өндірісі Қазақстанның химия өнеркәсібінде ең жоғары сұранысқа ие болып қала береді. Өзбекстан мен Ресей тарапынан қалыптасқан бәсекелестік арасында оның өндірісін жақсарту үшін қолданылатын тыңайтқыштар номенклатурасын кеңейту мақсатында жұмыс істеп тұрған кәсіпорындарды жаңғырту ғана емес, сонымен қатар осы жобаның міндеттерінде перспективалы технологияларды әзірлеу және енгізу көзделген. Сондықтан бұл жобада классикалық әдісті жетілдіру және аммоний сульфаты түйіршіктерін алу, сондай-ақ аммоний қос сульфаттарын алу арқылы өнімнің ассортименті мен қолдану аясын кеңейту мүмкіндігі қарастырылады.
Гранттық қаржыландыру бойынша ғылыми, ғылыми-техникалық жобаларды іске асыруда AP19677917 “ҚазАзот” АҚ жағдайында түйіршікті аммоний сульфатын синтездеу технологияларын әзірлеу» жобасы шеңберіндегі жұмыстар өз нәтижесін береді деп күтеміз.