ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические основы метода количественной оценки слеживаемости из "Минеральные удобрения и соли" Терминология, относящаяся к слеживаемости удобрений, не является достаточно строгой. В различных работах в термин слеживаемость вкладывается разное понимание явления, например, понятия сыпучести и слеживаемости, которые являются разными свойствами дисперсного материала, и слежалости (рассыпчатости)— его состояния — иногда необоснованно рассматриваются как синонимы. Иногда вместо слеживаемость используют термин уплотняемость , хотя, как будет показано в этой главе, его целесообразнее использовать для определения другого свойства сыпучего материала. В зарубежной литературе вместо термина слеживание нередко употребляют слово спекание , что неверно поскольку в физике дисперсных тел под спеканием понимаются совершенно иные процессы, близкие по механизму к слеживанию, но протекающие в иных температурных и концентрационных пределах [174]. [c.124] Поэтому вопросу терминологии следует уделить определенное внимание. Рассмотрим основные понятия свойств и состояний зернистых продуктов, связанных с их слеживаемостью. [c.124] Сыпучесть (Сп)—это состояние зернистых материалов, характеризуемое деформацией сыпучих тел под действием малых внешних напряжений. Количественно ее можно оценить скоростью истечения зернистого продукта из воронки в некоторых стандартных условиях, например, по методике, которая сводится к замеру времени истечения определенной массы удобрения (4 кг) из воронки с углом наклона образующей 45 и диаметром выходного отверстия 20 мм. [c.124] В случае полидисперсного неоднородного материала такая оценка слежалости может оказаться неточной, поскольку мелкие дисперсии образуют большее число контактов на единицу массы. Однако в большинстве случаев неоднородностью дисперсного состава удобрений пренебрегают и оценивают слежалость продуктов по уравнению (5.1). [c.125] Вместо слежалости часто определяют рассыпчатость А = = (100—А) %. Практически слежалость или рассыпчатость определяют выделением из партии продукта пробы определенной массы (например, одного мешка — 50 кг), классификацией его на грохоте с размером ячеек 5 мм в течение 1 мин и взвешиванием оставшихся на грохоте комков. [c.125] Под слеживаемостью обычно понимают свойство зернистого материала терять сыпучесть при транспортировании и хранении. Потеря сыпучести обусловлена появлением контактов сцепления между зернами продукта, природа которых может быть различна. В соответствии с теорией физико-химической механики возможно образование фазовых, адгезионных и жидкофазных контактов [1, 61]. В кристаллических системах ионного типа адгезионные контакты образуются за счет электростатического взаимодействия частиц вследствие формирования большого числа поверхностных точечных дефектов в процессе массовой кристаллизации. Площадь фазовых контактов составляет л 10 мкм2, их прочность —10 ГПа, адгезионных контактов соответственно 10 мкм и 10—10 ГПа. [c.125] Процессы образования всех трех видов контактов сцепления нередко определяют одним термином слеживание , что неправильно, поскольку они имеют различный механизм, протекают в различных условиях, с разной скоростью, а образующиеся контакты имеют разную прочность. Назовем явления потери сыпучести зернистого материала в результате образования адгезионных контактов — уплотнением, жидкофазных — слипанием, и фазовых— слеживанием, а соответствующие этим процессам свойства— уплотняемостью, слипаемостью и слеживаемостью. Таким образом, слеживание — это лишь одна из причин потери сыпучести удобрений при хранении. [c.126] Слеживание зернистых материалов протекает медленно в течение нескольких десятков часов, дней или даже месяцев, и требует определенных условий достаточно высокой температуры и влажности продукта, внешнего давления на слой и др. В отличие от слеживания уплотнение в толще зернистого материала протекает быстро и заканчивается в течение нескольких минут или часов (табл. 5,1). Скорость процесса уплотнения зависит от формы и размеров зерен и условий приложения внешних статических и динамических нагрузок. Скорость формирования жидкофазных контактов зависит от условий поглощения влаги и ее распределения в зернах и массе материала и колеблется в широких пределах. Уплотняемость и слипаемость характерны для всех видов солей и удобрений, слеживаемость является специфической особенностью продуктов, содержащих соли с коэффициентом диффузии в растворе р ЫО- м /с (NH4 I, NH4NO3, КС1 и др.). [c.126] В литературе известно большое число работ, посвященных методам количественного определения слеживаемости. [c.127] По данным Томпсона [142] опубликована 41 методика лабораторных тестов на слеживаемость удобрений, 24 из них автор исключает из рассмотрения по следующим причинам а) недостаточна информация б) агломерат разрушается случайными средствами в) рекомендуемое давление при формировании агломерата выще, чем прочность слабейших гранул. По-видимому, число опубликованных методик оценки слеживаемости значительно больше, чем указывает Томпсон. [c.127] Все методики заключаются в формировании брикетов в определенных условиях в специальных пресс-формах с последующим определением прочности брикета на сжатие, разрыв или сдвиг. Используются пресс-формы двух типов — герметичность, имитирующие слеживаемость удобрений в запаянных полиэтиленовых мешках, и перфорированные, для характеристики потери сыпучести продукта в насыпи или в бумажной таре. [c.127] Условия формирования брикетов в разных работах колеблются в широких пределах [78, 96, 142—144 и др.] давление сжатия образца — от 21 до 440 КПа (в большинстве работ — 22—80 КПа), температура прессования— от 293 до 333 К (чаще 303—313 К), время прессования — от 8 до 30 сут (чаще 1—5 сут). Некоторые авторы моделируют суточные колебания температуры с пересечением точки инверсии аммиачной селитры, однако Томпсон [142] считает это нецелесообразным, поскольку изменение температуры внутри слоя удобрения по его данным не превышала 1 К/сут при хранении в складе в течение 10 мес. [c.127] В ряде работ [96, 142 и др.] образцы предварительно увлажняют до определенного содержания воды. Однако влажность является одним из показателей химического состава образца и характеризует его индивидуальные особенности в процессе слеживания. Более правильно приводить агломерат к определенной влажности после его формирования, например высушивать досуха или выдерживать длительное время при постоянном значении ф. [c.127] В табл. 5,2 сопоставлены условия формирования брикетов, принятые в ряде известных научно-исследовательских центров, занимающихся вопросами теории слеживания удобрений. [c.127] Очевидно, что количественная оценка слеживаемости должна определяться средним значением напряжения сдвига единичного фазового контакта V. Сделана попытка [145] расчета этой величины из экспериментальных данных для порошковидного хлорида натрия. Однако, при массовых анализах слеживаемости различных материалов такой метод расчета слишком сложен, а в случае комплексных удобрений — невозможен. Поэтому необходимо найти некоторую простую функцию o=f(v), которая позволила бы оценивать величину слеживаемости солей и удобрений. Решение этой задачи является необходимым условием разработки научно-обоснованной методики количественной оценки слеживаемости зернистых материалов. С этой целью сформулируем основные, наиболее общие представления о механизме процесса. Его более детальное исследование и экспериментальное обоснование будут изложены позднее. [c.128] Формирование фазовых контактов, очевидно, связано с мас-сопереносом веществ гранулы в точки ее касания с другими частицами. Переносимое вещество может иметь тот же химический состав, что и гранула в целом, или представлять собой отдельные компоненты солевой системы или новые соединения, сложные комплексы, образующиеся в результате реакций в твердой фазе. Рассмотрим следующую физическую модель. [c.128] Площадь контакта характеризует его прочность и соответственно прочность образовавшегося агломерата. При наложении на агломерат внешнего усилия, достаточного для его разрушения, происходит разрыв фазовых контактов на поверхности сдвига, число которых равно = (где 5а — площадь поверхности сдвига агломерата). [c.129] Величина а является линейной функцией прочности единичного фазового контакта. Ее принято считать основной характеристикой слеживаемости зернистого материала. [c.129] Это уравнение интегрируется при граничном условии т = О С = Со. [c.130] Величина С о зависит от температуры и влажности образца. Очевидно должны существовать такие пороговые значения и Го, ниже которых активность диффундирующих ионов недостаточна для осуществления процесса миграции и при которых Со = 0. [c.131] Вернуться к основной статье