3 Специальная часть

3.1 Свойства калийных удобрений

Для характеристики удобрений большое значение имеют следующие свойства, влияющие на условия их производства, хранения, транспортирования и примене­ния в сельском хозяйстве: гигроскопичность, слеживаемость, гранулометрический состав, средний размер частиц, прочность гранул, углы естественного откоса, влагоемкость, плотность, насыпная плотность, однородность состава тукосмесей и рассеваемость. Для выбора и расчета внутризаводского транспорта и хранилищ, для конструирования туковысевающих аппаратов требуется кроме того опреде­ление механических показателей, суммарно характеризующих сыпучесть удобре­ний (например, коэффициенты внутреннего и внешнего трения, сопротивление сдвигу).

Ниже приведены количественные характеристики некоторых свойств удобре­ний, связанных с оценкой их качества.

Гигроскопичность. Под гигроскопичностью понимают способность вещества поглощать влагу из окружающего воздуха. При большой гигроскопичности удоб­рения сильно слеживаются, ухудшается их сыпучесть, рассева ем ость, гранулы те­ряют прочность.

Наиболее распространенной характеристикой гигроскопичности является ги­гроскопическая точка, определяемая эксикаторным методом или статическим ме­тодом «по Пестову». Она выражается через отношение давления водяного пара над образцом к давлению насыщенного пара воды при той же температуре и определяет относительную влажность воздуха, при которой вещество не по­глощает и не теряет воду. Для химически чистых веществ гигроскопическая точ­ка совпадает с давлением пара воды или активностью воды насыщенных раство­ров.

В основе эксикаторного метода лежит допущение, что на поверхности твер­дого тела, содержащего небольшое количество влаги, образуется пленка насы­щенного раствора, причем в силу разности парциальных давлений пара воды над образцом и в окружающем воздухе происходит потеря или поглощение влаги веществом.

Этот метод не пригоден для тех случаев, когда соединение способно образо­вывать кристаллогидраты или в поверхности твердого тела происходит капилляр­ная конденсация (адсорбция).

По утверждению исследователей зависимость между количеством влаги и относительной влажностью воздуха лишь на небольшом участке гигроскапической точки является линейной; поэтому правомерна линейная экстраполяция, несмотря на то, что во всем интервале носит криволинейный характер.

Гигроскопическую точку используют в качестве характеристики гигроскопи­ческих свойств и на практика применяют различные методы ее определения. Ко­личество поглотанной образцом влаги определяют в камерах для климатических измерений типа НКа-3005-05 при различных относительных влажностях воздуха и измеряют равновесную упругость в термостатах.

Более полную характеристику гигроскопических свойств вещества можно по­лучить по данным кинетики сорбции влаги солями и по изотермам сорбции. Для изучения кинетики сорбции влаги используют динамический метод: через сорбционную колонну, в которой в подвешенном состоянии находится чашечка с образцом, соединенная с весами, пропускают инертный газ определенной влаж­ности. По изменению веса со временем судят о скорости влагопоглощения дан­ного вещества. По этим данным строят изотермы сорбции, описывающие зависимость количества поглощенной влаги от относительной влажности воздуха. Если сорбционную кривую представить в логарифмических координатах, па гра­фике появится точка излома. Эта точка соответствует переходу от адсорбции воды твердым веществом к образованию на поверхности насыщенного раствора. Для карбонатных солей калия критическая точка незначительно отличается от гигроскопической, найденной по эксикаторному методу.

По коэффициенту гигроскопичности вещества делятся на практически негигроскопичные (γ < 1), мало гигроскопичные (1 < γ < 3), гигроскопичные (3 < < γ ≤ 5), высоко гигроскопичные (5 < γ< 10) чрезвычайно гигроскопичен (γ > 10).

Однако для получения сопоставимых величин коэффициентов гигроскопич­ности необходимо учитывать следующие моменты.

Во-первых, величина коэффициента гигроскопичности зависит от исходной влажности образца, температуры и относительной влажности газа-носителя, по­этому исследование кинетики сорбции предполагается проводить при определен­ных значениях этих параметров, т. е. в стандартных условиях. Так, предложено сравнивать коэффициенты гигроскопичности: определенные при 20 °С и относи­тельной влажности газоносителя, равной 81 %, с условно-нулевой влажностью образцов после сушки в вакуумно-радиационной установке.

Во-вторых, процесс влагопоглощения зависит от степени измельчения исход­ных солей. С увеличением степени дисперсности образцов возрастает гигроско­пичность. Так, для моноаммоний фосфата при уменьшении размеров гранул от 0,5 до 0,06 мм коэффициент гигроскопичности увеличивается, почти в два раза. Для гранулированных удобрений наблюдается та же закономерность: с увеличе­нием размеров гранул гигроскопичность уменьшается.

В-третьих, коэффициент гигроскопичности зависит от условий и сроков хра­нения образца. Например, для хлорида калия коэффициент гигроскопичности по­сле кристаллизации равнялся 13,5, а после годового хранения снизился до 2,0. Это объясняется наличием дефектов в кристаллической решетке, которые со временем исчезают. Экспериментально установлено, что сложные азотнофосфорнокалнйные удобрения, обладающие значительной гигроскопичностью в пер­вый момент, со временем становятся менее гигроскопичными.

На гигроскапичность влияют условия хранения удобрений. При предельно допустимом содержании влаги удобрение должно иметь гигроскопическую точку не выше, чем среднегодовая от­носительная влажность воздуха в данной местности. Хранение гигроскопичных удобрений требует герметичной тары (полиэтиленовые мешки, бумажные мешки, пропитанные битумом). Слабо гигроскопичные удобрения можно хранить без тары кроме районов северо-запада. Бестарное хранение допустимо только для не­гигроскопичных удобрений.

Слеживаемость – это увеличение связности с течением времени дисперсности материала ( калийных удобрений) при его хранении в неподвижном слое ( удобрение не должно превращаться в единую монолитную глыбу при хранении на складе).

Хлористый калий, особенно мелкозернистый и мелкокристаллический, имея высокий температурный коэффициент растворимости, при транспортировке и хранении слеживается. В целях уменьшения слеживаемости рекомендуется выпускать хлористый калий с содержанием 0,1 – 0,2 % Н₂О. Снижение слеживаемости хлористого калия достигают также при введении в готовый порошкообразный продукт различных гидрофобных добавок.

В целях уменьшения слеживаемости рекомендуется выпускать хлористый калий с содержанием 0,1 – 0,2 % Н₂О. Снижение слеживаемости хлористого калия достигают также при введении в готовый порошкообразный продукт различных гидрофобных добавок. Наиболее эффективными оказались добавки алифатических жирных аминов с числом углеродных атомов С₁₃ – С₂₂, применяемых из расчета 180 – 200 г амина на 1 т готового концентрата. Однако амины токсичны, поэтому ведутся поиски других веществ для обработки хлористого калия. С этой целью предлагается использование содово – щелочные растворы.

Для уменьшение слеживаемости хлористый калий следует хранить в закрытом складе с постоянной температурой и влажностью, загружаться из транспортных средств, а также из накопительных бункеров и складов.

Текучесть – это способность беспрепятственно, выгружаться из транспортных средств, а также из накопительных бункеров и складов.

Пылимость – это показатель наличия пыли в местах перегрузок и при внесении удобрений в почву. Пылимость также является одним из основных критериев качества концентрата. Содержание пыли в готовом продукте строго регламентируется. Помимо того, что обладая высокой гигроскапичночтью, мелкие частицы пыли быстро набирают влагу из окружающей воздуха и тем самым повышают влажность, а значит и слеживаемость готового продукта, они также оказывают негативное влияние при погрузочно – разгрузочных работ. При этом, в связи с повышенной запыленностью воздуха, ухудшаются условиях труда рабочих, а также снижается товарное извлечение концентрата.

Шероховатость поверхности частиц и высота выступов определяют степень сближения частиц при контакте и значения молекулярных сил. Размеры и форма частиц влияют на прочность контактов частиц. При наличие влаги большое значение приобретает растворимость материала частиц, от которой зависит образование мостиков между частицами, т.е. возникновение фазовых контактов.

Аутогезия в значительной степени определяется температурой и влажностью окружающей среды. Температура влияет на упругопластические свойства частиц и образование адсорбционных слоев. Влажность среды определяет количество воды в зоне контактов, природу и величину капиллярных сил.

В присутствии влаги и при повышенной температуре среды активизируются химические реакции, в результате которых могут образовываться фазовые контакты – мостики твердого вещества между частицами.

При разработке технологий получения флотоконцентрата с хорошими и сохраняющимися при транспортировке и хранении физико-механическими свойствами из мелкодисперсных и пылевых фракций KCL необходимо знать и учитывать особенности аутогезии увлажненных сыпучих материалов.

При наличии влаги в сыпучих материалах между частицами могут возникать дополнительные силы в результате коагуляционного и кристаллизационного взаимодействия. Коагуляционное взаимодействие возникает в сыпучем материале в результате примесей, находящихся в жидкой среде.

Кроме слабых коагуляционных связей в результате кристаллизации в зоне контакта могут возникнуть более прочные, так называемые кристаллизационные связи или контакты. Коагуляционные и особенно кристаллизационные связи усиливают аутогезию.

Особенно значителен рост аутогезии в результате кристаллизации в зоне контакта частиц различных других веществ. Выделившийся продукт кристаллизации обуславливает рост аутогезии между частицами дисперсного материала за счет кристаллизационной связи, которые увеличивают взаимодействие примерно на три порядка.

Одной из причин изменения прочности сыпучих материалов является температура. При нагревании материала возникают когезионные контакты, образованию которых способствует уплотняющая нагрузка.

В процессе укрупнения частиц сыпучего материала явление агрегации рассматривается как положительное. Сыпучий материал в агломерированном виде имеет ряд преимуществ, такие материалы обычно обладают хорошей текучестью, не зависают в бункерах, не слеживаются, занимают меньший объем, в меньшей степени смерзаются, не пылят при перегрузке, легче дозируются. Используемые в течение многих лет методы производства гранулятов были подвергнуты дальнейшему развитию и технологическому усовершенствованию, в связи с чем сегодня изготовитель может гарантировать необходимые показатели качества, хотя и с различными затратами – в зависимости от предпосылок с точки зрения сырья.

Главным направлением развития технологии производства калийных удобрений является удовлетворение потребительских свойств товара. Это стабильное качество удобрений по содержанию КСI не менее 95%, улучшенный гранулометрический состав, отсутствие пылимости в местах перегрузки концентрата КСI , 100%-ная рассыпчатость, хорошая текучесть.

Стабильное содержание КСI в концентрате достигается за счет совершенствования реагентных режимов и процесса флотации, а также оборудования и схем процесса выщелачивания. Улучшенный гранулометрический состав получают за счет одной или двух стадий гидроклассификации концентрата с последующей пневмоклассификацией для получения обеспыленных по классу 0,1мм или 0,2мм удобрений.

Снижение пылимости достигается за счет обработки готовой продукции пылеподавителями (парафины жидкие, полиэтиленгликоль, газойль, мочевина и другие).

Хорошая текучесть и 100%-ная рассыпчатость достигается путем использования реагентов антислеживателей (аминов, желтой кровяной соли и других).

Из выше сказанного очевидно, что мы рассмотрим способы улучшения физико – механических свойств с использованием агломерации пылевых фракций концентрата, которые будут отвечать требованиям рынка по потребительским свойствам продукта. [6,с.158]