Гранулирование материалов

Адгезионные свойства порошков

В процессе гранулирования частицы порошковидных материалов налипают на поверхность валков (при прес­совании), в аппаратах барабанного типа или на газо - распределительные устройства (при использовании вибрационных аппаратов или аппаратов с кипящим слоем). Это вызвано действием адгезионных сил. Как отмечается в работе [44], интенсивность прилипания частиц к твердым поверхностям можно оценивать по силе прилипания или по числу адгезии (отношение чис­ла оставшихся на поверхности частиц к начальному их числу при данной силе отрыва). Для определения силы прилипания в работе [158] измеряли силу взаимодей-

ствия двух сферических частиц при помощи специально сконструированных кварцевых весов. В работе [46] ис­пользовали метод скрещенных нитей [45]. Одна из ни­тей служила динамометром. О силе прилипания судили по изгибу этой нити при отрыве. Известны и другие ме­тоды исследования адгезии частиц порошка к различ­ным поверхностям [122].

Известно, что на адгезионные свойства материалов оказывают существенное влияние их влажность и гра­нулометрический состав. В литературе не приводится сведений о влиянии удельного давления на величину адгезионных сил. При гранулировании различных ма­териалов исходный порошок непрерывно подвергается как динамическим, так и статическим нагрузкам. По­этому весьма важной представляется оценка изменения адгезионных свойств порошков под действием сил внешнего давления.

При гранулировании методом прессования происхо­дит непрерывное изменение удельного давления по зо­нам валкового пресса (рис. 1-11). Очевидно, что по ме­ре продвижения шихты в зоне деформации с изменени­ем удельного давления будут изменяться и адгезион­ные характеристики прессуемого материала.

При разработке методики оценки адгезионных сил мы стремились к тому, чтобы максимально приблизить

процесс уплотнения порошков в модели к уплотнению при гранулировании методом прессования на валковых прессах. Уплотнение порошков осуществляли в откры­той пресс-форме (рис. 1-12) с пуансоном диаметром 1,6 см. Чистота обработки поверхности пресс-формы была идентична чистоте обработки валков промышлен­ных прессов и составляла V5. Исследуемую шихту уплотняли на гидравлическом прессе типа «Школьный» (максимальное усилие 50 кН) и гидравлическом прессе типа 2135-1М (максимальное усилие 400 кН). Усилие отрыва пуансона от материала определяли на приспо­собленных для этой цели аналитических весах АДВ-200-2кл (не менее пяти определений в каждой се­рии опытов). Среднеквадратичная погрешность опыта составляла 6%. Адгезионные силы рассчитывали по формуле

А — Fo/0,785d„2 (1-14)

где А — величина адгезионных сил, кПа; FB — усилие отрыва пуан­сона от уплотненного материала, Н; dn — диаметр пуансона, м.

На рис. 1-13 и 1-14 приведены типичные кривые из­менения адгезионных сил для некоторых порошков в за­висимости от удельного давления уплотнения. Адгези­онные силы, как видно, принимают максимальные зна­чения в области относительно малых удельных нагру­зок. Величина удельного давления, определяющая мак­симальные значения сил адгезионного сцепления, зави­сит от вида порошка, т. е. от кристаллической структу­ры вещества. По мере возрастания удельного давления прессования уплотнение структуры образца сопровож­дается увеличением площади контакта частиц с по­верхностью пуансона, что и приводит к росту адгезион­ных сил. Уменьшение адгезионного сцепления между образцом и пуансоном в области больших удельных давлений обусловлено смазывающим действием тонкой пленки влаги на контактной поверхности, выдавливае­мой из пор прессуемого образца. В этом случае адге­зионный контакт поверхность — материал заменяется более слабым контактом поверхность — жидкость.

На рис. 1-15 представлены кривые изменения адге­зионных сил порошков в зависимости от влажности при постоянном удельном давлении уплотнения образца РУд = 260 МПа. Как видно из рисунка, кривые этой за­висимости имеют максимумы, положение которых оп­ределяется характером связи влаги с материалом. Об­щий характер этих зависимостей можно объяснить, ис-

Рис. 1-14. Зависимость адгезион­ных сил некоторых порошков от удельного давления уплотнения:

/ — триполнфосфат калия KsPsOm (1Р= «•ОД1)!), dB=0.037 мм); 2 —аммофос из апатита (1Г—1,05%. d =0,15 мм).

ходя из следующих сообра­жений. При влажности по-

*о—$----- 1- V IV—----- рошков, близкой к нулю,

адгезионные силы, возни-

20S -4——і-—-VI-------- кающие на поверхности

контакта, определяются ве­личиной поверхностной энергии твердых контакт­ных участков. Незначительное увлажнение образцов приводит к увеличению эффективной площади контакта, так как в местах локального выпрессовывания влаги образуются дополнительные контакты, что сопровожда­ется увеличением сил адгезионного сцепления. Дальней­шее повышение влажности приводит к образованию

сплошной жидкостной пленки на поверхности контакта,, что вызывает уменьшение адгезионных сил, так как происходит когезионный разрыв жидкостной пленки.

Результаты исследования адгезионных свойств по­рошков позволяют обосновать повышение эффективно­сти процесса гранулирования методом прессования. Создавая предварительное давление в прессуемой шихте, поступающей в зону деформации валкового пресса, равное тому давлению, которое соответствует максимальному адгезионному сцеплению шихты с по­верхностью валка, можно увеличить угол захвата и, в конечном итоге, повысить плотность плитки, а следова­тельно, и производительность валкового пресса.

При прессовании на промышленных валковых прес­сах рекомендуются следующие оптимальные давления подпрессовки: 25—30 МПа для фосфорно-калийных смесей и 50—55 МПа для аммофоса из апатита.

Полученные данные по адгезионным свойствам по­рошков могут быть использованы также для оценки на­липания материала в грануляторах, загрузочных и раз­грузочных устройствах, грохотах, бункерах, вагонах и т. п.