劉清旺

(國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司，新疆 哈密 839000)

對輥擠壓造粒法自20世紀(jì)90年代引入國內(nèi)以來，廣泛應(yīng)用于鉀肥造粒。對于水鹽體系法生產(chǎn)的硫酸鉀粉末而言，其晶型多呈規(guī)則的假六邊形[1]，擠壓造粒難度較大，且生產(chǎn)出的顆粒平均抗壓強(qiáng)度低，在產(chǎn)品運(yùn)輸過程中極易產(chǎn)生二次磨損，導(dǎo)致終端銷售產(chǎn)品觀感質(zhì)量差、含粉量高。為解決這一問題，業(yè)內(nèi)通常采用添加膨潤土、黏土等粘合劑的方法[2]提高顆粒強(qiáng)度，但該法引入了無效成分，降低了成品顆粒的養(yǎng)分(K2O)含量。

國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司(以下簡稱“國投羅鉀”)15萬t/a硫酸鉀造粒項目于2017年建成投產(chǎn)，試車完成后，針對成品顆粒強(qiáng)度偏低的問題，現(xiàn)場組織攻關(guān)小組，擬開發(fā)一種基于現(xiàn)有顆粒生產(chǎn)線，不需要借助于其它粘合劑的提高硫酸鉀顆粒強(qiáng)度的生產(chǎn)工藝。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用物料采集自國投羅鉀15萬t/a硫酸鉀造粒生產(chǎn)線，為擠壓破碎后的硫酸鉀顆粒半成品。

1.2 試驗設(shè)備

YHKC-2A型顆粒強(qiáng)度測定儀(量程0 N～200 N，精確度0.1 N，姜堰市銀河儀器廠)；101-2ABS烘箱(北京光明儀器廠)；標(biāo)準(zhǔn)篩(中國航空工業(yè)540廠)。

1.3 試驗原理

根據(jù)三大經(jīng)典破碎理論之Bond FC 建立的裂縫學(xué)說[3]，礦石在破碎過程中，外力的作用會使料塊局部變形，當(dāng)形變達(dá)到臨界點(diǎn)即產(chǎn)生裂口，隨其內(nèi)部形變能量蓄積，裂口進(jìn)一步擴(kuò)展形成斷面。因此，擠壓破碎后的硫酸鉀顆粒內(nèi)部不免存在尚未擴(kuò)展成斷面的裂縫，這是導(dǎo)致對輥擠壓法硫酸鉀顆粒強(qiáng)度不高的主要原因。試驗擬通過在顆粒表面噴淋水或硫酸鉀飽和母液的方法，浸入這些裂縫，經(jīng)干燥蒸發(fā)水分后，水溶解的硫酸鉀或母液含有的硫酸鉀結(jié)晶析出，以類似粘合劑的作用“修補(bǔ)”裂縫，從而起到提高顆粒強(qiáng)度的作用。

1.4 試驗方法

將稱重后的硫酸鉀顆粒樣品均勻攤平在瓷盤上，使用噴壺噴淋不同重量比例的水或飽和硫酸鉀母液，并攪拌使其混合均勻，放置在烘箱中105 ℃烘干1 h，冷卻至室溫后，使用2.00 mm、3.35 mm、5.00 mm標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，測定不同粒徑顆粒抗壓強(qiáng)度，加權(quán)平均法計算烘干后的顆粒平均抗壓強(qiáng)度。

需要說明的是，在已報道的關(guān)于硫酸鉀擠壓造粒的文獻(xiàn)中，關(guān)于顆粒強(qiáng)度的樣本選擇皆語焉不詳，筆者認(rèn)為，以不同粒徑的顆粒強(qiáng)度加權(quán)平均值，作為顆粒樣本的整體質(zhì)量表征更具有代表性。同時，為測算出噴淋水/母液干燥后的強(qiáng)度變化，特安排一組空白對照，即不噴淋任何介質(zhì)，直接進(jìn)行干燥，測定其顆粒強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論(表1、表2、圖1)

從表1、表2和圖1可以看出：

圖1 不同噴水/母液強(qiáng)度趨勢圖Fig.1 Trend chart of different water spray and strength of mother liquor

表1 顆粒噴淋水干燥試驗結(jié)果Tab.1 Experimental results of particle spray water drying

表2 顆粒噴淋硫酸鉀飽和母液干燥試驗結(jié)果Tab.2 Experimental results of drying saturated mother liquor with potassium sulfate by particle spray

(1)通過噴淋水和硫酸鉀飽和母液，干燥后的硫酸鉀顆粒強(qiáng)度均有所提高；從顆粒強(qiáng)度的變化量來看，顯然噴淋母液可以得到更高的顆粒強(qiáng)度，最高可達(dá)46.4 N，較空白樣品干燥后的強(qiáng)度提高13.8 N。

(2)隨著噴淋母液量的增加，干燥后的顆粒強(qiáng)度逐步增加，當(dāng)硫酸鉀飽和母液噴淋量≥5%，顆粒強(qiáng)度可以提高12 N以上；但過高的噴淋量會增加干燥工序的負(fù)荷，因此選擇較為合適的噴淋母液量為5%～6%。

結(jié)合1.3的試驗原理，可推測母液噴淋—干燥路線優(yōu)于水噴淋—干燥路線的機(jī)理為：在常溫下(20 ℃)硫酸鉀的溶解度較小，僅為11.1 g，且溶解速度較慢，在噴淋水進(jìn)入顆粒內(nèi)部過程中，溶解的硫酸鉀較少，水分蒸發(fā)后，結(jié)晶析出的硫酸鉀不足以填滿裂縫，故而對顆粒強(qiáng)度提高貢獻(xiàn)不大；而噴淋硫酸鉀飽和母液則可以避免此問題，可以較完美地彌補(bǔ)顆粒內(nèi)部縫隙，獲得更高的顆粒強(qiáng)度。

3 成果應(yīng)用

為將以上試驗成果應(yīng)用于生產(chǎn)線，主要制定了以下技術(shù)方案：

3.1 設(shè)計硫酸鉀飽和母液配制設(shè)施

硫酸鉀飽和母液配制設(shè)施主要由配漿槽、攪拌沉降槽和母液槽組成，利用布袋除塵器回收的細(xì)灰，與生產(chǎn)水在配漿槽攪拌均勻后，通過自吸泵導(dǎo)入攪拌沉降槽充分?jǐn)嚢?、沉降后，清液自流至母液槽中，使用管道泵輸送至各噴淋點(diǎn)。

3.2 制作母液噴淋裝置

為使母液呈霧狀均勻噴射至顆粒表面，在半成品顆粒輸送皮帶正上方，沿皮帶輸送方向，均勻布置五個雙通道噴頭，該噴頭一個通道連接帶有減壓閥的壓縮空氣，另一個通道連接閥門控制母液支管，當(dāng)母液從支管流出時，迅速被高速的壓縮空氣霧化、噴淋至顆粒表面。生產(chǎn)過程中，可根據(jù)皮帶輸送量，調(diào)節(jié)母液總管和支管流量，使總母液噴淋量達(dá)到顆粒料量的5%～6%。

3.3 制作皮帶耙料機(jī)構(gòu)

皮帶耙料機(jī)構(gòu)(如圖2所示)安裝在每個噴淋頭后方，主要作用是在皮帶上將母液與顆粒攪拌均勻。采用鉸接方式將其固定在套管上，耙子放置在皮帶上，耙齒端部打磨成圓頭，以免刮傷皮帶。當(dāng)皮帶機(jī)帶料運(yùn)轉(zhuǎn)時，耙子將物料與母液充分?jǐn)嚢?，從而使母液充分潤濕顆粒；當(dāng)皮帶機(jī)上無物料時，將耙子翻轉(zhuǎn)，以避免耙子損傷皮帶。

圖2 皮帶耙料裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structural diagram of belt harrow device

通過以上改造，成功地將母液噴淋—干燥工藝應(yīng)用于15萬t/a硫酸鉀造粒生產(chǎn)裝置，經(jīng)干燥拋光后的硫酸鉀顆粒平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到40 N以上，與擠壓破碎后的半成品相比，強(qiáng)度提高10 N～15 N。

4 結(jié)語

平均抗壓強(qiáng)度是硫酸鉀顆粒產(chǎn)品質(zhì)量的重要表征參數(shù)。文章通過工藝試驗，確定了提高硫酸鉀顆粒強(qiáng)度的最佳工藝路線：與水噴淋—干燥工藝相比，在顆粒表面噴淋重量比例為5%～6%的硫酸鉀飽和母液時，干燥后的顆粒強(qiáng)度可提高10 N～15 N，成品顆粒平均強(qiáng)度達(dá)到40 N以上。該工藝不添加任何粘合劑，即可達(dá)到或超過同行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量水平，為后期的穩(wěn)定生產(chǎn)奠定了質(zhì)量基礎(chǔ)。