3.3 Агломерация как способ улучшения физико – механических свойств хлорида калия

Одним из способов повысить такие свойства КСL, как отсутствие слсживаемости пылимости, пониженная скорость влагопоглощения и текучесть, которые необходимы для качественного хранения, длительной транспортировки и гарантированного использования потребителем, является агломерация. Агломерация также позволяет использовать в качестве товарного продукта мелкодисперсные и пылевые фракции КСL , укрупняя их.

Процесс агломерации отличается от технологии, применяемой сейчас на калийных предприятиях тем, что заданные физико-механические свойства КСL должны получиться не в конце процесса, а во время технологического процесса и после сушки уже не требуется дополнительная обработ­ка реагентами. При этом процесс агломерации зависит, с точки трения теории физико-химической механики дисперстных сред , от двух основных параметров: степени развития межфазной поверхности и концентрации твердой фаты в жидкой дисперсной среде.

В отличие о сплошных твердых тел, прочность дисперсных пористых структур, к которым относятся агломераты, определяется не столько прочностью материала частиц, сколько прочность контактов между ними.

В зависимости от характера распределения частиц по размерам и их соотношения наблюдаются заметные отклонения от этой закономерности. Отсюда следует, что сформировать оптимальную структуру агломерата можно только при определенном соотношении крупных и мелких частиц в флотоконцентрате. Оптимальное количество пылевых фракций КСL при агломерации должно составлять 20-30%. Используя мелкодисперсный КСL, сбрасываемый в насто­ящее время на шламохрапплище, а также циклоную пыль после сушки, можно получить необходимый фракционный состав.

Прочность индивидуальных контактов частиц КСL зависит от сил аутогезни. Аутогезия частиц – связь между соприкасающимися частицами, которая препятствует их разъединению. Для нарушения этой связи необходимо внешнее воздействие.

В процессе агломерации флотоконцентрат имеет две системы: после фильтрования—трехфазную (Т-Ж-Г) и после сушки—двухфазную (Т-Г). В соответствии с этим различаются и основные силы аутогезии. Если на первой стадии основными силами является капиллярные силы, то после сушки — когезионные (прочность мостиков твердых веществ, образовавшихся в результате кристаллизации пропи­тывающего раствора между частичками КСL).

Прочность влажного дисперсного материала, обусловленная капиллярными силами, обратно пропорциональна размерам частиц. Указанная зависимость пока­зывает, что для каждого гранулометрического состава флотоконцентрата существует оптимальное содержание пропитывающего раствора, обеспечивающего мак­симальное значение капиллярных сил. Отсюда следует необходимость соблюде­ния оптимальной влажности флотоконцентрата, так как влажность увеличивает растояние между частичками,уменьшает капилярные силы и создает более пористую структуру, обладающую меньшей прочностью.

Плотность структуры агломерата – важнейший показатель качества. С увеличением плотности упаковки наблюдается резкое увеличение прочности агломератов, что объясняется увеличением молекулярных сил в результате сближения частиц увеличением площади контакта между частицами. уплотнение -завершаю­щая стадия формирования структуры агломерата (до его затвердения при сушке и образовании кристаллизационных связей между частичками). Поэтому степень однородности структуры, образующейся в результате уплотнения, существенным образом сказывается и на свойствах высушенного продукта, в структуре которого и фиксируются все дефекты и неоднородности.

Суть агломерации в механо – химической обработке осадка флотоконцентрата после фильтрации непосредственно перед сушкой. К механической обработке относится гомогенизация флотоконцентрата по грансоставу и влажности и его уплотнение, а к химической — введение реагентов, способствующих агломерации.

При решении задачи получения агломерированного КСL с физико-механическим свойствами, обеспечивающими сохранение качества продукции, необходи­мо использование реагентных добавок минеральных веществ, обладающих меньшими, чем КСL гигроскопическими свойствами, путем введения последних в струк­туру агломерата КСL. Для выбора указанной реагентной добавки необходимо рассмотреть ее роль, как вещества, способного в определенной степени изменять физико-механические и реологические свойства агломерированного КСL.

Технология агломерирования флотоконцентрата КСL определяет структуру и прочность агломератов, что в свою очередь влияет на гигроскопичность готового продукта. Чем выше плотность структуры агломерата, т.е. плотная упаковка частиц и составляющих, тем большее сопротивление она оказывает процессу увлажнения.

Прочность образующихся при агломерации капиллярнопористых тел определяется характером внутренних напряжений, возникающих при формировании их структуры в результате срастания зародышей кристаллизации новой фазы, выделяющееся из пересыщенною раствора при сушке агломерат, а также физико-механическими свойствами поверхностных слоев. Пористая структура агломера­тов характеризуется удельной поверхностью, объемом пор, пористостью и распределением пор по радиусам.

Пористость полученных агломератов во многом определяет процессы сорбции воды и диффузию ее вглубь зерна, т.е. гигроскопичность связанную с ней потерю прочности слеживаемость готового продукта.

Процесс гигроскопического увлажнения твердого вещества является сорбционным и имеет диффузионный характер. Его скорость определяеся кинетикой диффузии воды во внешний слой и вглубь агломерата. В соответствии с этим интенсивность поглощения воды дисперсной структурой определяется, во-первых, давлением водяного пара над веществом в условиях сорбционого равновесия, а во-вторых, характером этой структуры и ее трансформацией в процессе увлажнения. В процессах поверхностной диффузии большую роль играют активные центры сорбции и различные дефекты поверхности агломерата. В частности, существует влияние на кинетику диффузии оказывают выходы дислокаций на поверх­ность частиц и поверхностные трещины, являющиеся местами скоплений диф­фундирующих инов. Наличие посторонних примесей в приповерхностном слое, приводящих к ликвидации активных центров и забаррикадированию поверхностных трещин, приводит к торможению переноса массы и снижению поверхностной диффузии. Этого можно добиться путем фор­мирования в агломератах вблизи их поверхности двойных солей. Использование неорганических добавок, образующих химические соединения с меньшей гигроскопичностью, чем KCl, существенно меняет свойства агломератов: увеличивая их прочность и плотность, снижая гигроскопичность и слеживаемость.

Основываясь на огромном теоретическом материале, процесс агломерации можно отнести к «высоким технологиям» применительно к калийной промышленности.