Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Сульфат калия - ценное бесхлорное малогигроскопичное удобрение. В настоящее время его выпускают по нескольким технологиям, базирующимся на различном типе сырья. Основным источником калия служит КС1, выделяемый из сильвинита, или другие калийсодержащие руды или отходы производства. Сульфат калия выпускают в порошкообразном виде, в котором большая его часть и поступает к производителям сложных удобрений (NPKS). Остальной продукт гранулируют методом прессования, получая в результате прессат в виде изломанной плитки геометрически неправильной формы. Поскольку K2SO4 содержит два из основных питательных элементов - калий и серу, он является ценным составляющим тукосмесей. Большая часть тукосмесей выпускается в гранулированном виде, гранулы всех компонентов которой имеют шарообразную форму. Вносить в их состав сульфат калия в порошкообразном или в прессованном виде нецелесообразно вследствие наблюдающегося явления сегрегации, которое ухудшает качество тукосмесей. Поэтому является целесообразным создание такой технологической схемы гранулирования сульфата калия, которая не только бы позволила получать продукт, пригодный для самостоятельного применения и тукосмешения, но и заменить существующие схемы гранулирования K2SO4 методом прессования или создать новые менее дорогостоящие схемы по выпуску этого продукта шарообразной формы. Гранулу такой формы могут обеспечить методы гранулирования, основанные, например, на окатывании или на распылении суспензии на поверхность твердых частиц при одновременной сушке (аппараты БГС).
Работа выполнена в соответствии с грантом Минобразования РФ на 1999-2000 годы № 98-8-5.2.-178.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Сняты и проанализированы термограммы промышленных образцов сульфатов калия, а также полученных из них гранулированных продуктов, произведенных различными методами. Показано, что использование подобранной для обеспечения наилучших физико-механических свойств химической добавки - связующего не оказывает значительного влияния на физико-химические свойства продукта. Рассмотрено распределение жидкой фазы Найдено осповное условие гранулируем ости KjSO? методом окатывания - интенсивное смешение как способ изменения поверхностных свойств частиц порошкообразного материала. Выявлены закономерности применения процесса интенсивного смешения, что, применительно к сульфату, калия является новым. Показано, что использование такого метода воздействия на исходную шихту позволяет не только вовлекать эффективно ре-
турные фракции в процесс гранулирования, которые в илом случае, используя в качестве сырья K2SO4, полученный по методу сернокислотного разложения КС1, практически не вступают в грануляционный процесс (увеличение выхода товарной фракции +2-4 мм при ретурности процесса 2:1 с 8% до 45-55%), но и улучшить порометрические характеристики гранул. Исследовано изменение насыпной плотности влажной шихты в зависимости от условий и времени ее перемешивания в аппаратах интенсивного смешения.
Изучены процессы сушки влажного гранулированного материала. Выявлено, что проведение процесса сушки в динамических условиях, например, в барабанах-сушилках, при низких температурах сушильного агента (до 200-250С) приводит к разрушению (истиранию) основной массы гранул. Предложен и исследован способ закалки влажпых грапул при высоких (300-350С) температурах сушильного агента, которая приводит к быстрому образованию внешней твердой корки на грануле, предохраняющей ее от дальнейшего истирания.
Проведено исследование микроструктуры порошкообразных и гранулированных образцов сульфата калия, включая порометри-ческое исследование, тесты на гигроскопичность, при этом выявлены закономерности изменения объемов пор в зависимости от условий гранулирования; предложены два новых сравнительных метода экспресс-анализа качества гранулированных продуктов методами гидролитического тестирования и "дефектации" с подготовкой гранул в горячем насыщенном растворе. Последний метод успешно испытан на близком к K2SO4 по свойствам калийном продукте - КС1. Метод рекомендован к внедрению на действующем производстве.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Экспериментально показано, что сульфат калия может быть отгранулирован методом окатывания с получением удовлетворительного по качеству продукта с высоким (до 50-55%) выходом товарной фракции +2-4 мм. Найдена химическая добавка - связующее и ее дозировка, которая позволяет получать продукт требуемой статической прочности - не ниже 4,0 МПа (для K2SOj, произведенного сернокислотным разложением КО). Выявлено, что известная конструкция сушильного барабана не обеспечивает постоянство фракционного состава на пути "загрузочная течка - длина барабана - выгрузка". Найден способ решения этой проблемы при помощи установки подпорного кольца с целью увеличения времени пребывания материала в горячей зоне барабана. Проведенное порометрическое исследование показало, что на его основе можно изучать методы гранулирования
порошкообразных материалов, а также вести поиск оптимальных технологических решений в данной области, основываясь на сравнительном анализе объемов и размеров внутренних пор материала, его истинной и кажущейся плотности.
Реализация изученного метода гранулирования K2SO4, полученного методом сернокислотного разложения КС1, позволит получить продукт следующего качества: содержание КЮ - 48,5-49,5 масс. %; Р2О5 аац.- 1,5-1,6 масс. %; статическая прочность 4,0-5,0 МПа; фракционный состав - 2 мм - 4%, +2-4 мм - 90%, +4 мм -6%. Полученный продукт может быть использован в качестве компонентов в тукосмешении. Предложенная схема гранулирования KjSuj позволяет раеппгрить ассортимент выпускаемой удобрительной продукции, а также увеличить объемы выпуска сульфата катия.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации были представлены на II научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ(ТУ), посвященной памяти М.М.Сычева (СПб, 1999 г.), на III научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ(ТУ), посвященной памяти Ю.Н.Кукушкина (СПб, 2000 г.), на научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения профессора Позина М.Е. (СПб, 2000 г.). Подана заявка на патент РФ. По результатам работы опубликовано учебное пособие, 2 тезиса докладов.
Разделы работы докладывались на ОАО "Волховский алюминий", ПО "Беларуськалий".
ОБЪЁМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 26 таблиц, 2 приложения. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии (112 наименований).
