Способ кондиционирования гранулированного хлористого калия

 

Предлагаемое изобретение касается технологии производства гранулированных калийных удобрений и направлено на улучшение их физико-механических свойств - прочности, влагостойкости. Предлагается способ кондиционирования гранул, по которому гранулы, получаемые методом прессования, после классификации обрабатываются водным раствором карбамида при расходе 0,5-2,0 кг на 1 т гранулята. Увлажнение до 0,4-2,0% (мас.) гранулы после перемешивания в смесителе сушат до влажности не более 0,2% (мас.), охлаждают и обрабатывают пылеподавителем. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к производству гранулированного хлористого калия включающего его кондиционирование с целью улучшения его физико-механических свойств.

Одной из основных характеристик качества гранулированного хлористого калия является его способность сохранять размер гранул в процессе хранения, транспортировки, перегрузок. Разрушение гранул приводит к возникновению недопустимо высоких количеств мелких классов, и, вследствие этого, повышению пылимости и слеживаемости продукта. Важным показателем, характеризующим водорастворимый гигроскопический продукт, к каковому относится хлористый калий, является влагостойкость гранул их способность сохранять свою прочность при повышенной влажности.

Широкое распространение получила обработка готовых гранул маслами и полимерными материалами: кислый гудрон (а.с. СССР N 125564 от 22.10.84), лиственное масло (а.с. СССР N 1214642 от 02.08.84), экстракт фенольной очистки или минеральное масло самостоятельно или с добавкой аминов (а.с. СССР N 1104126 от 13.05.82, патент США N 4150965 от 24.04.79), мочевино-формальдегидные смолы (а.с. СССР N 160164 от 25.10.61, 545624 от 26.11.73, 582238 от 04.08.75, 998446 от 09.01.81, 1114669 от 27.05.82, патент N 200083 от 09.07.81, патент Франции N 2366055 от 26.05.78, патент США N 3477842 1969). Недостатком такого кондиционирования является образование лишь поверхностных покрытий, оказывающих незначит. воздействие на объемные свойства гранул, в результате чего прочность гранул повышается незначительно, особенно при их высокой влажности.

Прочность гранул и их влагостойкость возрастает при обработке готовых гранул водой или водяным паром (пат США N 3333920 от 01.08.67), водным раствором хлорида калия с небольшим добавлением хлорида натрия (патент США N 3026194 от 20.03.62). Такая обработка позволяет за счет растворения отдельных участков гранул и кристаллизации хлорида калия в порах и трещинах улучшить однородность гранул, однако из-за недостаточного модифицирования объема гранул, ее влагостойкость остается на недостаточно высоком уровне. В большей мере увеличивает влагостойкость гранул обработка готовых гранул азотсодержащими кондиционирующими веществами: солями аммония (а.с. СССР N 1033437 от 06.07.81, 1161504 от 11.03.83, патент Англии N 996633, 1965) солями аммония и карбамидом (а. с. СССР N 1263689 от 29.04.85), водным раствором полиэтиленгликоля и карбамида в соотношении 1:1-2 (а.с. СССР N 1835400 от 19.04.91), водным раствором 1,3 диоксановых спиртов и карбамида в соотношении 1: 0,5-1 (заявка на выдачу патента N 93020813/26 от 21.04.92 решение о выдаче патента 24.01.95). По этим способам азотсодержащие соединения (сульфат или нитрат аммония самостоятельно или в полиэтилене с карбамидом, ассоциаты карбамида с гликолями) в большей мере, чем только вода (пар), способствуют изменению объемных свойств гранул. Однако, то обстоятельство, что обработке подвергаются готовые гранулы и количество кондиционирующего раствора ограничивается влажностью готового продукта, не позволяет в достаточной степени осуществить модификацию гранулы по всему ее объему и соответственно улучшить их свойства.

Наиболее близким по техническому решению (прототип) является способ кондиционирования гранулированного хлористого калия (патент ГДР N 136956 от 08.08.79), по которому горячие гранулы обрабатывают водой или паром, подвергают сушке с последующим охлаждением и омасливанием поверхности. По этому способу количество добавляемой воды может быть значительно увеличено, что позволяет в большей мере изменить свойства гранул, особенно их истираемость за счет "сглаживания" и неправильной поверхности гранул при растворении, но их объемные свойства (статическая прочность, влагостойкость) возрастает в недостаточной мере. Предлагается кондиционировать гранулы хлористого калия водным раствором карбамида при расходе карбамида 0,5-2,0 кг/т с получением гранул с влажностью 0,5-2,0% (мас.). После этой обработки гранулы сушат до остаточной влажности не более 0,2% (мас.) и после или в процессе охлаждения обрабатывают пылеподавителем, например полиэтиленгликолем или обезмасляным вакуумным газойлем. Температуру водного раствора карбамида рекомендуется поддерживать в интервале 50-100^oC.

Обработка водным раствором карбамида в отличие от обработки водой (по прототипу) позволяет наряду с растворением дефектов на поверхности гранул (полученных методом прессования) и в конечном итоге к снижению их истираемости (что наблюдается и при кондиционировании водой), осуществить значительное улучшение объемных свойств гранул со значительным увеличением прочности и влагостойкости. Такой характер влияния карбамида вызван следующими обстоятельствами. Во-первых, карбамид способствует "разрыхлению" структуры воды и особенно электролитов (ст. О.Я.Самойлов. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М. 1957). Во-вторых, смачиваемость микротрещин гранул водой затруднена наличием алифатических аминов, присутствующих на поверхности хлористого калия, полученного флотационным обогащением. В присутствии карбамида, образующего комплексы с амином, смачивание происходит в большей степени. Это способствует более интенсивному проникновению водного раствора карбамида вглубь гранулы. При последующей сушке таких смоченных гранул происходит эффективная их модификация по всему объему - возрастает статическая прочность и прочность при увлажнении (при хранении, транспортировке) влагостойкость. Раствор карбамида рационально нагревать до 50-100^oC (температура близкая к температуре обрабатываемого гранулята) для достижения наибольшего проникновения раствора карбамида в глубину гранулы.

По предложенному способу проведены лабораторные испытания с гранулятом АО "Уралкалий" (класс +4,0-2,0 мм, статическая прочность 66,19% влагостойкость 85,3% истираемость 11,9%). Гранулы с температурой 80^oC обрабатывали раствором карбамида при температуре 80^oC или водой с той же температурой (прототип) сушили при 100^oC до влажности 0,2% (мас.), охлаждали до 20^oC и определяли наличие гранул менее 2,0 мм, в ряде случаев их отделяли. Затем гранулы обрабатывали полиэтиленгликолем с мол. массой 200 (ПЭГ-200) или обезмасляным вакуумным газойлем (ЭОМ).

Контролировали статическую прочность, влагостойкость, истираемость (динамическую прочность) и пылимость.

В отдельной серии опытов гранулы с температурой 95^oC обрабатывали раствором, содержащим 20% (мас.) карбамида и 10% (мас.) полиэтиленгликоля с мол. массой 200 при расходе 10 кг раствора на 1 т гранул (аналог). В результате обработки были получены гранулы с влажностью 0,23% (мас.) у которых также определялись выше перечисленные показатели качества.

Статическую прочность гранул определяли по количеству частиц менее 2,0 мм, появляющихся после воздействия на гранулы статической нагрузки. В опытах 30 г гранул с крупностью от 4,0 до 2,0 мм помещали в кассету с поршнем (диаметр 35 мм) и подвергали нагрузке 50 МПа и определяли количество частиц менее 25,0 мм. Статическую прочность (σ%) определяли: где P вес частиц менее 2,0 мм. после воздействия нагрузки, г; Q вес взятых для опыта гранул, г.

Влагостойкость k() определяли: где σ_сух и σ_вл статическая прочность сухих и увлажненных до 1% (мас.) гранул, соответственно Истираемость определяли по ГОСТ 2.15.60.3-82 по появлению частиц менее 2,0 мм после вращения гранул совместно с металлическими шарами в барабане прибора ПКПГ.

Пылимость определяли по количеству выделившейся пыли в процессе пересыпок по ТУ 113-13-40-87 п. 49. Результаты опытов приведены в таблице.

Как видно, из приведенных результатов, обработка водным раствором карбамида при расходе карбамида 0,5-2,0 кг/т с увлажнением гранул до 0,5-2,0% (мас. ) (опыты 5-8, 14-15) с последующим их высушиванием до влажности 0,2% и обработка пылеподавителем: 0,5 кг/т ПЭГ -200 в указанных опытах или 0,5 кг/т ЭОМ (опыт 18) позволяет получить гранулы с высокой статической прочностью и влагостойкостью, низкой истираемостью и пылимостью. При расходе карбамида ниже рекомендованного (опыт 14) показатели свойств гранул снижаются. Увеличение расхода карбамида свыше 2,0 кг/т не наблюдается дальнейшего повышения прочности гранул (опыт 17). Влажность гранул после кондиционирования рекомендуется поддерживать на уровне 0,5-2,0% (мас.), при более низкой влажности (опыт 9) происходит недостаточно эффективная модификация гранулы, при более высокой влажности (опыт 10) происходит значительное измельчение гранул при кондиционировании содержание классов менее 2,0 мм возрастает до 11,4% (мас. ). С целью наиболее эффективной модификации гранулы рекомендуется температуру водного раствора карбамида поддерживать на уровне 50-100^oC (предпочтительно 80^oC), при более низких температурах (опыт 13) прочность гранул и ее влагостойкость возрастают в меньшей степени.

Сравнивая опыты по предложенному способу кондиционирования позволяют получить гранулы с более высокой прочностью и влагостойкостью, чем при кондиционировании только водой (прототип) при 20^oC (опыты 2,3) и 80^oC (опыт 4). Следует отметить, что для достижения необходимой пылимости при кондиционировании этим способом требуется повышенный расход пылеподавителя (ср. опыты 2 и 3). При кондиционировании готовых гранул в отсутствии последующей сушки, т. е. при низком расходе воды при использовании для кондиционирования даже такого эффективного реагента, как смесь карбамида и полиэтиленгликоля (аналог) не достигается такого эффективного модифицирования объема гранулы, как по предлагаемому способу (см. опыт 19).

Пример осуществления способа: гранулы крупностью +4,0-2,0, мм, статической прочностью 66,9% влагостойкостью 85,3% истираемостью 11,9% с температурой 80^oC обрабатывают в смесителе 6% (мас.) водным раствором карбамида с температурой 80^oC при расходе 17 кг раствора на 1 т гранулята. После обработки гранулят с влажностью 1,1% (мас.) сушат до конечной влажности 0,2% (мас.), охлаждают и обрабатывают 0,5 кг на 1 т гранулята пылеподавителем полигликолем. Полученные гранулы со статической прочностью 85,1% влагостойкостью 20,3% истираемостью 8,5% и пылимостью 20 мг/кг направляют на склад.

Предложенный способ позволяет получать гранулы с улучшенными физико-механическими свойствами и может быть использован при производстве гранулированного хлористого калия на АО "Уралкалий", "Сильвинит", ПО "Беларускалий".

Формула изобретения

1. Способ кондиционирования гранулированного хлористого калия, включающий обработку его водой или водными растворами с последующей сушкой, охлаждением и обработкой пылеподавителями, отличающийся тем, что обработку ведут водным раствором карбамида, при этом расход карбамида 0,5 2,0 кг/т и влажность гранул 0,5 2,0 мас.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют водный раствор карбамида с температурой 50 100^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулы сушат до влажности 0,1 - 0,2 мас. и после или в процессе последующего охлаждения обрабатывают пылеподавителем полиэтиленгликолем или обезмасленным вакуумным газойлем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2