Гранулирование материалов

Смачиваемость порошков

Смачивание поверхности твердых тел жидкостя­ми — сложный физико-химический процесс, который протекает в гетерогенных системах и определяется ин­тенсивностью взаимодействия между поверхностью твер­дого тела и жидкостью.

Процесс смачивания играет существенную роль в основных способах гранулирования различных веществ, в том числе минеральных удобрений, поэтому изучение его приобретает большое значение для оптимизации процессов гранулирования Литературные сведения об определении смачиваемости порошкообразных мате­риалов весьма ограниченны и противоречивы.

Наиболее простой способ определения угла смачи­вания 0 описан в работе [127]. Он основан на измере­нии скорости подъема жидкости в капиллярах порошка

где И. — высота подъема жидкости в порошке, см; г — эквивалент­ный радиус пор, см; о — поверхностное натяжение жидкости, Н/см; Н — вязкость, Па • с; т — время подъема жидкости, с.

Попытка прямого использования этого метода при­менительно к изучаемым нами объектам вызвала суще­ственные трудности, так как визуальное определение скорости подъема жидкости в порошке, помещенном в стеклянную трубку, оказалось затруднительным. Недо­статком способа является также невозможность строго­го определения эквивалентного радиуса пор для реаль­ной засыпки исследуемого порошка.

В работе Думнова [46] предложен метод расчета краевого угла (0, cos0) на основе формулы (1-17), по­зволяющий избежать трудностей, связанных с опреде­лением г. В этом случае вместо длины пути, пройден­ного жидкостью в пористой засыпке, определяют ско­рость впитывания смачивающей жидкости.

Чтобы исключить влияние неоднородности пористого образца, были проведены дополнительные опыты, в ко­торых определяли скорость впитывания исследуемым порошком хорошо смачивающей жидкости, например бензола, для которого принимали 0=0, т. е. происходи­ло полное смачивание поверхности твердого материала [46].

Тогда уравнение для определения угла смачивания по­верхности пористых материалов принимает вид

cos 0 —

где vt и о2 — соответственно скорости впитывания воды и бензола, г/мин; »]i и иг — вязкости воды и бензола, Па-с; оч и о2 — поверх­ностное натяжение воды (насыщенных водных растворов) и бен­зола, Н/см.

Метод определения смачиваемости, изложенный в работе Думнова [46], был принят для определения краевых углов порошкообразных удобрений со следую­щей корректировкой; в качестве жидкой фазы вместо дистиллированной воды использовали насыщенные рас­творы исследуемых удобрений, для того чтобы предот­вратить их растворение в воде при определении смачи­ваемости.

Краевые углы определяли на разработанной нами установке, позволяющей автоматически фиксировать массу жидкости, впитываемой исследуемым материа­лом в единицу времени (рис. 1-20). Методика определе­ния угла 0 состояла в следующем [63].

Навеску порошковидного материала 80 г помещали в стеклянную колонку 1. В стакан 6 наливали 200 мл смачивающей жидкости; при помощи воронки 5 запол­няли соединительные трубки 4 той же жидкостью и пе­ремещали в колонку 1 так, чтобы жидкость прошла че-

рез фильтр 3 и начала смачивать исследуемый поро­шок 2. Количество впитанной жидкости замеряли на весах 7, которые имели индукционный датчик, позво­ляющий фиксировать во времени убыль массы жидко­сти в стаканчике 6 на диаграммной ленте потенциомет­ра 8. Скорость впитывания вычисляли по тангенсу угла наклона а прямой G=f(x) к оси т на прямолинейном участке (рис. 1-21). Начальный участок кривой для расчета не использовали вследствие специфических осо­бенностей смачивания порошка в придонной области колонки 1 вблизи фильтра 3 (рис. 1-20 и 1-21).

Опыты по определению скорости впитывания бензо­ла осложнялись его высокой летучестью. Поэтому сна­чала на установке определяли количество испаряюще­гося бензола за среднее время одного определения. В дальнейших опытах при определении смачиваемости исследуемых образцов бензолом учитывали эту поправ­ку на испарение бензола в установке.

Вязкость насыщенных растворов минеральных удоб­рений определили методом их истечения из капилляра; для определения поверхностного натяжения применяли метод выдавливания из капилляра в объем исследуе­мой жидкости пузырька газа. Относительная погреш­ность изложенного метода определения смачиваемости составляла ±7% для фракции +0,25—0,5 мм.

Фракция +0,25—0,5 мм составляет основу порошко­видных удобрений; использование образцов с частица­ми размером более 0,5 мм приводит к значительному увеличению погрешности измерения угла смачивания. Методику определения смачиваемости отрабатывали на модельном веществе — кварцевом песке.

Результаты определения краевого угла смачивания кварцевого песка фракции +0,25—0,5 мм водой, бензо­лом и насыщенными водными растворами некоторых видов удобрений приведены в табл. 1-4. Из данных этой таблицы видно, что смачиваемость кварцевого песка во­дой и насыщенными водными 'растворами удобрений с учетом относительной ошибки практически одинако­ва, т. е. присутствие в насыщенных растворах раство­ренных веществ существенно не влияет на ИХ способ-

ность смачивать поверхность порошкообразных веществ, поэтому в дальнейшей работе для определения смачи­ваемости порошкообразных удобрений мы применяли их насыщенные водные растворы, что позволяло в то же время исключить растворение исследуемых удобре­ний в смачивающих растворах.

Результаты определения углов смачивания некото­рых видов минеральных удобрений фракции +0,25— 0,5 мм приведены в табл. 1-5. Эти данные являются средними из трех параллельных определений. Из табл. 1-5 видно, что наименьшие краевые углы смачивания, помимо мочевины, имеют двойной и простой суперфос­фаты, а наибольший — аминированный хлористый ка­лий (0=90°).