Engineering Herald of the Don, Моделиране на промени във физикохимичните характеристики на калиеви торове
О.А. Федотова, И.С. Потапов, В.З. Пойлов
Изследвано е влиянието на условията на съхранение и транспорт върху хигроскопичността, статичната и динамична якост, степента на уплътняване и слепване на гранулиран и дребнозърнест калиев хлорид. Показано е, че в процеса на съхранение и транспортиране на торове в насипно състояние настъпва промяна в стоковите характеристики на продукта.
Ключови думи:Калиеви торове, съхранение и транспорт, хигроскопичност, слепване, степен на уплътняване. Стокова характеристика на тора
Запазването на търговските характеристики на калиеви торове, произведени от АО "Уралкалий" на етапите на съхранение и транспортиране до чуждестранни селскостопански компании, е неотложен проблем. Тя може да бъде решена чрез физическо моделиране на процесите на съхранение и транспортиране на тора, като се вземе предвид влиянието на температурно-влажностните условия, големината и продължителността на излагане на статични и динамични натоварвания. За целта трябва да се проучи влиянието на климатичните условия на страните - потребители на торове (температура и влажност), височината на слоя транспортиран тор в складове и вагони, честотата на колебанията на слоя тор в минералния вагон, продължителността на транспортиране върху промените в характеристиките на поташните торове. Освен това, производителят на торове трябва да знае на какви изисквания трябва да отговарят торовете, за да се гарантира безопасността на показателите за качество, които определят нормалното прилагане на торове в почвата от земеделските фирми, след като торът бъде транспортиран до потребителя с железопътен или морски транспорт. Към днешна дата проблемът с моделирането на промени във физикохимичните характеристики на калияна торовете в процеса на съхранение и транспортиране се обръща малко внимание. В тази връзка целите на тази работа бяха да се проучи влиянието на условията на съхранение и транспортиране върху хигроскопичността, статичната и динамична якост, степента на уплътняване и слепване на гранулиран и финозърнест калиев хлорид [1]. Като обект на изследване е използван гранулиран и финозърнест калиев хлорид SKPRU-2 OJSC "Uralkali". OJSC Uralkali е един от лидерите на най-големите световни пазари на минерални торове. Основните производствени мощности на OAO Uralkali се намират в Пермския край (Березники и Соликамск). Гранулираният калиев хлорид е пресовани гранули с неправилна форма с размер 2–4 mm с масова част на калиев хлорид най-малко 95% (по отношение на K2O, най-малко 60%). Дребнозърнестият калиев хлорид е малки сиво-бели кристали със среден размер 0,3-0,4 mm или малки зърна с различни нюанси на червено-кафяв цвят с масова част на калий по отношение на K2O най-малко 58% [2-4]. Доставката на калиеви торове до чуждестранни потребители се извършва през морските пристанища в Санкт Петербург, Вентспилс и Далечния изток. Разработена е стендова инсталация (фиг. 1), която симулира условията за съхранение и транспортиране на торове в насипно състояние в железопътни вагони. Стендовата инсталация представлява вибрационен стенд, върху който е поставен контейнер с проба за изследване на калиев хлорид от уреда ACAP EASY. Образец КС1 е подложен на изчислителни статични и вибрационни натоварвания, симулиращи процеса на транспортиране във вагон за минерали при зададена честота на вертикални трептения, продължителност, температура и влажност на въздуха. Климатична камера "YEIO TECH" се използва за симулиране на климатични условия.Основните измерени характеристики по време на тестовите тестове са стойностите на хигроскопичност, статична и динамична якост, степен на уплътняване, слепване на гранулиран и финозърнест калиев хлорид.
Фиг. 1. - Схематична схема на стендовата инсталация 1 - климатична камера; 2 - монтажни стени; 3- превръзка за закрепване; 4 - товар; 5- запас; 6 - запечатан контейнер; 7 – проба KCl; 8 - дъно; 9 - шейкър
Изследването на влиянието на относителната влажност на въздуха върху хигроскопичността на гранулиран КС1 е проведено при температура 25°С. Хигроскопичността на гранулираните проби се определя гравиметрично на анализатор на влага MS 70. Резултатите от изследването на влиянието на относителната влажност на околната среда върху хигроскопичността на калиевия хлорид са представени в таблица № 1.
Таблица № 1 Влияние на времето на задържане и относителната влажност на въздуха върху хигроскопичността на гранулиран и финозърнест калиев хлорид
Влажност на продукта (%), измерена на определени интервали от време, час
Гранулиран калиев хлорид
Дребнозърнест калиев хлорид
С увеличаване на относителната влажност на въздуха и продължителността на излагане на пробите от гранулат и финозърнест KS1 в него във влажна атмосфера, хигроскопичността на продукта се увеличава. От анализа на данните в таблица 1 може да се види, че при време на експозиция от 96 часа и повишаване на влажността на околната среда от 80 до 100%, хигроскопичността на гранулирания KCl се увеличава с 10,3 пъти. При излагане в продължение на 96 часа (4 дни) при относителна влажност 80%, съдържанието на влага в гранулирания калиев хлорид не надвишава изискванията на TU и е 0,5%. Но съхранението и транспортирането на гранулиран KS1 в насипно състояние при относителна влажност над 80% води дозначително абсорбиране на влага, което може да доведе до промени в други физични и механични характеристики (намаляване на якостта, разрушаване на гранулите, увеличаване на слепването). Хигроскопичността на финозърнестия КС1 при относителна влажност 80% вече след 24 часа надвишава изискванията на техническите спецификации и е повече от 0,5%, а при относителна влажност 100% хигроскопичността на финозърнестия КС1 след 24 часа е 4,8%. От получените данни може да се заключи, че съхранението и транспортирането на финозърнест CM1 в насипно състояние при относителна влажност под 80% е възможно за кратко време, а при относителна влажност над 80%, съхранението и транспортирането на финозърнест CM1 в насипно състояние води до значително поглъщане на влага, поливане. Степента на абсорбиране на влага от гранулата (хигроскопичност) зависи не само от относителната влажност на въздуха, но и от температурата на околната среда [5 - 7]. защото торовете се транспортират при различни климатични условия с различни температури, а температурата в склада или във вагоните през лятото може да достигне 35-40 ° C, от практически интерес е да се изследва хигроскопичността при повишени температури. Изследването на хигроскопичността се провежда при относителна влажност 80% и околни температури 25 и 45°C. Резултатите от изследването са представени на фиг. 2 - 3.
Слепването е свойството на веществата да преминават от ронливо състояние в бучки или монолитно състояние [9]. Такъв преход може да се наблюдава както в кристални, така и в аморфни вещества. Слепването не е строго определена характеристика. Образуването на бучки не зависи отсамо върху свойствата на самото вещество, но и върху условията, при които то се съхранява [10]. Индикатор за слепване е коефициентът на слепване (S) - силата, при която настъпва разрушаването на пресованата проба. Стойността на S беше измерена на анализатор ACAR EASY (Финландия). Резултатите от измерването на коефициента на слепване и степента на уплътняване на торовете са представени в таблица № 2.
Таблица № 2 Влияние на съдържанието на влага в гранулирания калиев хлорид върху степента на уплътняване на слоя на пробата и коефициента на слепване на гранулирани и финозърнести продукти
Височина на началния слой на пробата, mm
Крайна височина на слоя на пробата, mm
Степента на уплътняване на слоя проба, %
Коефициент на слепване (S), kg/cm 2
Гранулиран калиев хлорид
Дребнозърнест калиев хлорид
От анализа на таблица № 2 следва, че с увеличаване на съдържанието на влага в гранулата се увеличава степента на уплътняване на слоя на пробата и коефициентът на слепване (S) на гранулиран и финозърнест KS1. Така че, когато се използва гранулиран калиев хлорид с увеличаване на съдържанието на влага в гранулите от 0,383 до 2,980%, коефициентът на слепване се увеличава с 1,191 kg / cm 2, а степента на уплътняване на слоя се увеличава с 4,7% (от 6,59 до 11,29%). Тези. при повишаване на влажността до 2,980% слоят гранулиран КС1 става по-слепен и е необходимо да се изразходва повече сила за разрушаването му. С увеличаване на съдържанието на влага на финозърнест калиев хлорид от 0,402 до 7,43%, коефициентът на слепване S се увеличава от 0,220 до 0,730 kg/cm2, а степента на компресия на слоя на пробата се увеличава от 5,35 до 10,55%. От тези данни следва, че при високи стойности на влажност (около 2,9%) уплътняването и степента на уплътняване на гранулирания слой донякъде надвишава уплътняването и степента на уплътняване на финозърнестиякалиев хлорид. Следователно, увеличаването на съдържанието на влага в гранулиран KS1 с повече от 0,5% по време на съхранение и транспортиране в насипно състояние в железопътни вагони може да доведе до значително слепване на гранулирания слой. Увеличаването на продължителността на съхранение и височината на насипния слой от гранулат или финозърнест KS1 влияят на слепването на продукта по време на съхранение и транспортиране. В тази връзка е изследвано влиянието на статичното натоварване и продължителността на процеса на пресоване на пробите върху тяхното слепване и степента на уплътняване. Изследванията са проведени при статични натоварвания от 10, 20 и 30 kg/cm2, с продължителност на компресионния процес 5, 10 и 15 min, начална влажност на продукта 0,383% и температура 25°C. Резултатите са представени в таблица №3.
Таблица № 3 Влияние на статичното натоварване и продължителността на пресоването върху слепването и степента на уплътняване на слой от гранулирани (G) и финозърнести (M) продукти KS1
Продължителността на процеса на компресиране на пробата, мин
Височина на началния торов слой, mm
Височина на крайния торов слой, mm
Степента на уплътняване на слоя тор, %
Коефициент на слепване S, kg/cm 2
Заключения