ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Способность к самопроизвольному разложению из "Кристаллизация в химической промышленности" Механизм слеживаемости. Слеживаемость — свойство веществ переходить из сыпучего состояния в комкообразное или монолитное. Такой переход может наблюдаться как у кристаллических, так и у аморфных веществ. В принципе, слеживаемости подвержен любой продукт. Вопрос заключается лишь в степени перехода из одного состояния в другое. Слеживаемость не является строго определенной характеристикой. Образование комков и монолитов зависит не только от свойств самого вещества, но и от условий, в которых оно хранится. Результаты могут обнаруживаться через значительные отрезки времени. [c.149] Между комками и монолитами принципиальной разницы нет. Комки представляют собой небольшие по размерам агрегаты частиц продукта. Они обладают сравнительно небольшой прочностью. Чаще всего легко раздавливаются, рассыпаясь на отдельные частички. Монолиты же представляют собой крупные образования, внешне похожие на однородные тела. В ряде случаев монолиты обладают очень высокой прочностью и требуют для своего дробления больших усилий. [c.149] Степень слеживаемости некристаллических веществ зависит от давления, под которым они находятся, температуры, крупности частиц, влажности и т. п. Для кристаллических продуктов слеживаемость в значительной мере зависит от огранки кристаллов. Кристаллы изометрической формы слеживаются труднее, чем кристаллы, имеющие неправильную форму. [c.149] Причинами слеживаемости могут быть сцепление частиц между собой под давлением, образование новых химических соединений в результате взаимодействия компонентов продукта между собой или с окружающей средой, кристаллизация из растворов, смерза-емость и др. В зависимости от характера причины возможны и различные механизмы самого явления. [c.149] Механизм слеживания исследовался в различных направлениях 12, 3, 7, 9, 26 ] в зависимости от природы продукта и условий его хранения. Сцепление частиц под действием давления не требует особых пояснений. Прочность его зависит как от состояния поверхности, так и от величины давления. Продукты, состоящие из более мелких частиц, проявляют большую склонность к слеживанию. Действующее на вещество давление, как правило, обусловлено его собственной массой. Поэтому слеживаемость в этом случае зависит от толщины слоя продукта или способа размещения его в складских условиях. [c.149] Большое влияние на слеживаемость умеренно или хорошо растворимых соединений оказывает процесс кристаллизации из растворов 12, 7, 9]. При повышении содержания влаги па поверхности кристаллов образуется пленка раствора. Концентрация этого раствора зависит от температуры. Колебания температуры приводят к чередованию процессов растворения и кристаллизации. Кристаллизация может происходить и при высыхании пленки раствора. В ходе кристаллизации образуются новые кристаллические частицы, связывающие частицы исходного продукта между собой. Соединение кристаллов или частиц происходит в результате образования своеобразных кристаллических мостиков. Их прочность во многом зависит не только от физических свойств кристаллизующегося вещества, но и от формы вновь образующихся кристаллов, их толщины, степени изометричности и т. п. [c.150] Коль скоро речь идет об образовании жидкой пленки, естественно, что в слеживании большую роль играет гигроскопичность. Чем гигроскопичнее продукт, тем, как правило, легче он слеживается. Адсорбция гигроскопической влаги на поверхности частиц становится, таким образом, основой возникновения кристаллических мостиков. [c.150] Образование кристаллических контактов изучалось на различных объектах. Одним из них был хлористый натрий [26]. Исследовались образцы со средним размером частиц около 10 мкм. Их прессовали при небольших давлениях. Полученные таблетки подвергали воздействию водяных паров. В результате в них образовывался раствор, по мере кристаллизации которого возникали кристаллические контакты между частицами. В образцах Na l определяли влажность и число контактов. О прочности последних судили на основании данных о предельных нагрузках, приводящих к раздавливанию таблетки. Для этого усилие, приводящее к раздавливанию, делилось на число кристаллических контактов. Экспериментальные данные показали, что с увеличением влажности возрастает и прочность контактов. Так, с повышением влажности от 0,01 до 5% эта прочность возрастала примерно в 100 раз. Для раздавливания таблетки хлористого натрия при этом требовались нагрузки порядка 10 МПа (100 кгс/см ). [c.150] Выяснилось также влияние механических напряжений на процесс образования кристаллических контактов [27]. Работа проводилась на примере сульфата кальция, который кристаллизовался при различных пересыщениях и нагрузках. Прочность срастания увеличивалась с повышением относительного пересыщения раствора б, давления на образец и времени его действия. Отмечается также, что образование кристаллических контактов является флуктуационным процессом. [c.150] Влияние на слеживаемость модификационных превращений сопряжено с сопутствующими этим переходам изменениями объема вещества. Так как условия хранения продукта периодически меняются, модификационные превращения могут неоднократно повторяться. Изменения объема приводят к разрушению шарообразной формы (гранул) и дроблению крупных частиц. В результате измельчения продукта увеличивается поверхность контакта кристаллов, а вместе с тем и способность продукта к слеживанию. С уменьшением размера частиц по той или иной причине ускоряется химическое взаимодействие компонентов продукта. Оно также может непосредственно способствовать соединению частиц. [c.151] Несколько особое место занимает слеживаемость при смерзании. Надо сказать, что подобного рода слеживаемость широко распространена. С нею приходится встречаться в различных отраслях промышленности. Она наблюдается при добыче и транспортировании различных руд, сыпучих материалов и т. д. Смерзае-мость обусловливается одновременным действием двух основных факторов влажности и низкой температуры. Увлажнение руд, например, может происходить за счет грунтовых вод. При доставке руды из рудника на поверхность содержащаяся в ней влага превращается в кристаллы льда, прочно спаивающие отдельные куски руды между собой. По сути дела здесь тоже образуются ранее упомянутые кристаллические мостики, но они уже являются результатом кристаллизации воды, а не раствора. Прочность соединительных мостиков зависит также от формы кристаллов и соотношения площадей его граней. [c.151] Разнообразие механизмов слеживаемости говорит о многогранности самого явления, требующего изучения с применением самых различных методов исследования. Существуют как общие, так и частные методы оценки прочности образовавшихся при хранении конгломератов [2]. Как уже говорилось, слеживаемость не является строго определенной величиной. Она представляет собой относительную характеристику, численное значение которой зависит от условий испытания образца. Поэтому наиболее надежной оценкой способности продукта к слеживанию могут служить испытания соответствующих образцов при складском хранении. Метод заключается в помещении образцов продукта в реальные условия его хранения и периодическом его испытании тем или иным способом. В частности, для этой цели может быть использована игла Вика [2]. [c.151] Слеживаемость кристаллических продуктов. Явление слеживаемости характерно для всех зернистых продуктов. Однако в химической технологии наибольшее значение оно имеет при производстве, хранении и дальнейшем использовании удобрений. Наиболее склонны к слеживанию хорошо растворимые удобрения, прежде всего аммиачная селитра. [c.152] Аммиачная селитра относится к числу весьма гигроскопичных продуктов. Поэтому она всегда содержит при затаривании то или иное количество влаги, в которой растворена часть нитрата аммония. При хранении селитры по мере ее остывания раствор может переходить в пересыш,енное состояние. В результате из него выделяются новые кристаллы размером 0,2—0,3 мм [9]. Содержание влаги в селитре повышается с температурой. Поэтому, чем выше температура поступающего на хранение продукта, тем большее число новых кристаллов выделяется из образовавшегося раствора при охлаждении NH4NOз. Следует также учесть, что растворимость аммиачной селитры с повышением температуры возрастает, что тоже ведет к увеличению массы выкристаллизовавшегося нитрата аммония. Так, если при загрузке в тару селитра имеет температуру 70 °С и содержит около 1 % влаги, то при охлаждении до 10 °С из 1 т продукта выделяется более 35 кг новых кристаллов. [c.152] Изучение механизма фазового превращения с помощью рентгеновского анализа и сканирующего электронного микроскопа [32 ] показало, что центры зарождающейся фазы практически всегда присутствуют в материнской фазе. Они инициируют фазовое превращение. Механизм же самого фазового превращения состоит в разрушении одной фазы и кристаллизации другой. Интересно отметить, что температура фазового перехода модификаций селитры существенно зависит от содержания в ней влаги. При многократном превращении одной модификации в другую объем аммиачной селитры независимо от конечных условий все-таки оказывается больше первоначального. В литературе приводятся данные [9 ], согласно которым при превращении III IV объем изменяется на 3,6%, что вполне достаточно для разрушения гранул. [c.153] Под модификацией II подразумевается азотнокислый аммоний, кристаллизующийся в виде кристаллов тетрагональной сингонии плотностью 1690 кг/м , устойчивый в интервале температур 125,8—84,1 °С. [c.153] Величина Р, значения которой приведены в таблице, представляет собой предельную нагрузку, ведущую к разрушению образца (при меньших нагрузках образец остается без видимых изменений). Из табл. VII 1,5 видно, что при одной и той же влажности добавка соединения магния способствует снижению раздавливающего усилия и увеличению дробления частиц при вибрации. При различном содержании влаги эффективность действия добавок различна. Зависит она и от химического состава соединения, и от содержания добавки. Снижение Р и увеличение содержания мелких фракций говорят об уменьшении слеживаемости. Судя по данным таблицы, во всех случаях соединения магния снижают слеживаемость аммиачной селитры. [c.154] Кроме селитры слеживаются и другие виды удобрений. Для определения степени их слеживаемости используются различные методики [2, 9, 34]. Часть из них предполагает ускоренные испытания. Так, специально для карбамида предлагается следующий метод [31 ]. [c.155] Образец карбамида помещают в специальную ячейку, представляющую собой цилиндр, изготовленный из перфорированного металла. Причем сначала в ячейку вводят последовательно алюминиевый и полиэтиленовый диски, а на них насыпают 50 г карбамида. С другой стороны цилиндра карбамид также прикрывают полиэтиленовым и алюминиевым дисками. Затем ячейку с образцом вносят в климатологическую камеру, где карбамид опрессовывают при заданных давлении и температуре. В камеру одновременно загружают 12 образцов. После выдерживания образцов в течение 18 ч при критической для данной температуры влажности последнюю уменьшают до 25%. При уменьшенной влажности образцы выдерживают еще 2 ч и затем испытывают на степень слеживания раздавливанием (определяют предельные нагрузки при сжатии). Согласно литературным данным, относительная ошибка определения не превышает 10 — 20%. [c.155] Из других кристаллических продуктов остановимся на слеживаемости поташа [35, 36]. [c.155] Вернуться к основной статье