一种用于复合肥防结块性能检测的辅助装置

2023-10-20王连军王海川常童心

磷肥与复肥 2023年8期

何栋，王连军，王海川，常童心

（中国-阿拉伯化肥有限公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

复合肥在生产、堆放、发运和仓储过程中均可能发生结块现象，部分复合肥品级在发运前需要重新挤压包装袋使结块变松散，个别复合肥品级形成的结块硬度较大，无法挤压破碎，只能返厂做废料处理，这造成了大量的人力、物力和资源浪费，故复合肥防结块问题一直是企业重点关注和研究的课题［1］。

影响复合肥结块的因素有很多，总体分为内部因素和外部因素［2］。内部因素主要是原料的配伍、水含量、工艺因素等。生产复合肥的原材料主要有硝铵磷、磷酸一铵、尿素、硫酸钾、氯化钾等，它们都有一定的吸湿性。而不同原料混合后，混合物的临界吸湿点与单个物质相比会明显降低，从而更容易吸收空气中的水分造成结块。复合肥的水含量越大越容易结块，主要是因为水会扩散到复合肥表面导致毛细黏合从而产生晶桥。水含量大还会导致颗粒强度降低，在仓储时受压力作用产生形变而增大颗粒的接触面积，加大复合肥黏结的强度［3］。外部因素主要是环境温度、湿度，贮存压力和贮存时间等。一般情况下，环境温度越高、湿度越大，堆包越高和仓储时间越长，发生结块的可能性就越大。中国-阿拉伯化肥有限公司（以下简称中阿公司）销往南方市场的一些高氮肥，受南方湿热气候和堆包高度的影响容易发生结块现象，而销往北方市场的肥料发生结块的现象较少［4］。

目前检测复合肥防结块性能的方法主要有堆包实验和一些公司自己研发的快速测定法。其中堆包实验需要的时间较长，各公司研发的快速测定法适用于一些特定的配方和产品，不具有普遍的适用性［5］。因此，笔者团队研发出一种适用于环境模拟箱的辅助装置，其特点是可以精准控制压力，整套装置可以放进恒温恒湿箱中，模拟温度、湿度和压力等环境条件，进行加速破坏实验。该实验主要是通过测定复合肥颗粒的黏结力来判定复合肥的防结块性能。该装置可以缩短检测时间，为产品研发和工艺调整等提供参考。

1 快速判定复合肥防结块性能的辅助装置

将复合肥产品盛放在两个上下放置的不锈钢套环中，固定在辅助装置内。用弹簧提供一个持续的压力，压力的大小通过荷重传感器进行监控。用恒温恒湿箱来模拟仓储的温度和湿度。适当改变温度、压力、湿度等环境条件，加速复合肥产品内部的反应和吸湿，以此来加速结块的形成。通过测定复合肥产品颗粒的黏结力来判定产品防结块性能的优劣。辅助装置主体见图1。

图1 辅助装置的立体图

辅助装置最下方为底座丝堵，黄铜材质；底座上方为套筒，不锈钢材质，开有2 mm透气窗；上方为荷重式压力传感器；压力传感器上方为压力传感器上覆板，不锈钢材质；上覆板上方为2 个套环，不锈钢材质，开有透气孔，孔径2 mm；套环上方为压块，不锈钢材质，下端可以套入下方的套环，上端可以套入弹簧；压块上方为弹簧，高碳钢材质，4 mm×404 mm×100 mm；弹簧上方为弹簧上固定板，下端可以套入弹簧；固定板上方为预紧螺栓；最上方为顶部丝堵，黄铜材质，开有螺纹可以旋入套筒，丝堵中间有螺孔，预紧螺栓从中间穿过；旁边配备有压力传感器的数字显示器和电源。

2 辅助装置的使用方法

（1）样品筛选。用不锈钢筛网筛选出粒径2.00 ～4.75 mm 的复合肥样品，混匀后用缩分法取100 g备用。

（2）样品装入辅助装置。将传感器放置在底座丝堵正中央，传感器上放置上覆板，并和底座对齐。将2个套环上下对齐放在上覆板上，轻轻地装入样品肥颗粒，高度与套环顶部平齐。放置压块，压块外缘要和套环对齐。将套筒从上方旋入底座丝堵，压力传感器电线从套筒底部缺口伸出。将弹簧和弹簧上固定板依次从套筒顶部放入。再将预紧螺栓和顶部丝堵旋入套筒顶部。

（3）压力调整。压力传感器接线端子接入数字显示器。通过装置顶部的预紧螺栓调整压力大小。压力的大小通过实际库存肥料堆包底部的实际压强来推算。一般实际仓储高度底部压力为15 kPa，将装置的压力调整为实际压力的3 ～5 倍。若在实验过程中发现压力值下降超过5 kPa，需要取出设备重新预紧，整个实验过程保持压力值不小于40 kPa。

（4）实验环境因素设置。开启恒温恒湿箱，相对湿度调整为80%，温度设置为60 ℃。将压力辅助装置放入，4 h后取出。

（5）烘干和冷却。将压力辅助装置放入真空烘箱中，在35 ℃、真空度0.2 kPa 下烘干至恒质量后自然冷却。

（6）侧向剪切力测定。取出压力辅助装置，拆下不锈钢套环。将套环一端固定在剪切力仪上，测定侧向剪切力。侧向剪切力代表的是复合肥颗粒的黏结力，可以反映出复合肥颗粒黏结情况。将这个结果和同品级肥料进行对比，就可以判断该批次复合肥防结块性能的变化，同样该装置也可以预测防结块剂的性能优劣。