一種用于復(fù)合肥防結(jié)塊性能檢測的輔助裝置

何 棟，王連軍，王海川，常童心

（中國-阿拉伯化肥有限公司，河北 秦皇島 066000）

0 引言

復(fù)合肥在生產(chǎn)、堆放、發(fā)運和倉儲過程中均可能發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，部分復(fù)合肥品級在發(fā)運前需要重新擠壓包裝袋使結(jié)塊變松散，個別復(fù)合肥品級形成的結(jié)塊硬度較大，無法擠壓破碎，只能返廠做廢料處理，這造成了大量的人力、物力和資源浪費，故復(fù)合肥防結(jié)塊問題一直是企業(yè)重點關(guān)注和研究的課題［1］。

影響復(fù)合肥結(jié)塊的因素有很多，總體分為內(nèi)部因素和外部因素［2］。內(nèi)部因素主要是原料的配伍、水含量、工藝因素等。生產(chǎn)復(fù)合肥的原材料主要有硝銨磷、磷酸一銨、尿素、硫酸鉀、氯化鉀等，它們都有一定的吸濕性。而不同原料混合后，混合物的臨界吸濕點與單個物質(zhì)相比會明顯降低，從而更容易吸收空氣中的水分造成結(jié)塊。復(fù)合肥的水含量越大越容易結(jié)塊，主要是因為水會擴散到復(fù)合肥表面導(dǎo)致毛細黏合從而產(chǎn)生晶橋。水含量大還會導(dǎo)致顆粒強度降低，在倉儲時受壓力作用產(chǎn)生形變而增大顆粒的接觸面積，加大復(fù)合肥黏結(jié)的強度［3］。外部因素主要是環(huán)境溫度、濕度，貯存壓力和貯存時間等。一般情況下，環(huán)境溫度越高、濕度越大，堆包越高和倉儲時間越長，發(fā)生結(jié)塊的可能性就越大。中國-阿拉伯化肥有限公司（以下簡稱中阿公司）銷往南方市場的一些高氮肥，受南方濕熱氣候和堆包高度的影響容易發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，而銷往北方市場的肥料發(fā)生結(jié)塊的現(xiàn)象較少［4］。

目前檢測復(fù)合肥防結(jié)塊性能的方法主要有堆包實驗和一些公司自己研發(fā)的快速測定法。其中堆包實驗需要的時間較長，各公司研發(fā)的快速測定法適用于一些特定的配方和產(chǎn)品，不具有普遍的適用性［5］。因此，筆者團隊研發(fā)出一種適用于環(huán)境模擬箱的輔助裝置，其特點是可以精準(zhǔn)控制壓力，整套裝置可以放進恒溫恒濕箱中，模擬溫度、濕度和壓力等環(huán)境條件，進行加速破壞實驗。該實驗主要是通過測定復(fù)合肥顆粒的黏結(jié)力來判定復(fù)合肥的防結(jié)塊性能。該裝置可以縮短檢測時間，為產(chǎn)品研發(fā)和工藝調(diào)整等提供參考。

1 快速判定復(fù)合肥防結(jié)塊性能的輔助裝置

將復(fù)合肥產(chǎn)品盛放在兩個上下放置的不銹鋼套環(huán)中，固定在輔助裝置內(nèi)。用彈簧提供一個持續(xù)的壓力，壓力的大小通過荷重傳感器進行監(jiān)控。用恒溫恒濕箱來模擬倉儲的溫度和濕度。適當(dāng)改變溫度、壓力、濕度等環(huán)境條件，加速復(fù)合肥產(chǎn)品內(nèi)部的反應(yīng)和吸濕，以此來加速結(jié)塊的形成。通過測定復(fù)合肥產(chǎn)品顆粒的黏結(jié)力來判定產(chǎn)品防結(jié)塊性能的優(yōu)劣。輔助裝置主體見圖1。

圖1 輔助裝置的立體圖

輔助裝置最下方為底座絲堵，黃銅材質(zhì)；底座上方為套筒，不銹鋼材質(zhì)，開有2 mm透氣窗；上方為荷重式壓力傳感器；壓力傳感器上方為壓力傳感器上覆板，不銹鋼材質(zhì)；上覆板上方為2 個套環(huán)，不銹鋼材質(zhì)，開有透氣孔，孔徑2 mm；套環(huán)上方為壓塊，不銹鋼材質(zhì)，下端可以套入下方的套環(huán)，上端可以套入彈簧；壓塊上方為彈簧，高碳鋼材質(zhì)，4 mm×404 mm×100 mm；彈簧上方為彈簧上固定板，下端可以套入彈簧；固定板上方為預(yù)緊螺栓；最上方為頂部絲堵，黃銅材質(zhì)，開有螺紋可以旋入套筒，絲堵中間有螺孔，預(yù)緊螺栓從中間穿過；旁邊配備有壓力傳感器的數(shù)字顯示器和電源。

2 輔助裝置的使用方法

（1）樣品篩選。用不銹鋼篩網(wǎng)篩選出粒徑2.00 ～4.75 mm 的復(fù)合肥樣品，混勻后用縮分法取100 g備用。

（2）樣品裝入輔助裝置。將傳感器放置在底座絲堵正中央，傳感器上放置上覆板，并和底座對齊。將2個套環(huán)上下對齊放在上覆板上，輕輕地裝入樣品肥顆粒，高度與套環(huán)頂部平齊。放置壓塊，壓塊外緣要和套環(huán)對齊。將套筒從上方旋入底座絲堵，壓力傳感器電線從套筒底部缺口伸出。將彈簧和彈簧上固定板依次從套筒頂部放入。再將預(yù)緊螺栓和頂部絲堵旋入套筒頂部。

（3）壓力調(diào)整。壓力傳感器接線端子接入數(shù)字顯示器。通過裝置頂部的預(yù)緊螺栓調(diào)整壓力大小。壓力的大小通過實際庫存肥料堆包底部的實際壓強來推算。一般實際倉儲高度底部壓力為15 kPa，將裝置的壓力調(diào)整為實際壓力的3 ～5 倍。若在實驗過程中發(fā)現(xiàn)壓力值下降超過5 kPa，需要取出設(shè)備重新預(yù)緊，整個實驗過程保持壓力值不小于40 kPa。

（4）實驗環(huán)境因素設(shè)置。開啟恒溫恒濕箱，相對濕度調(diào)整為80%，溫度設(shè)置為60 ℃。將壓力輔助裝置放入，4 h后取出。

（5）烘干和冷卻。將壓力輔助裝置放入真空烘箱中，在35 ℃、真空度0.2 kPa 下烘干至恒質(zhì)量后自然冷卻。

（6）側(cè)向剪切力測定。取出壓力輔助裝置，拆下不銹鋼套環(huán)。將套環(huán)一端固定在剪切力儀上，測定側(cè)向剪切力。側(cè)向剪切力代表的是復(fù)合肥顆粒的黏結(jié)力，可以反映出復(fù)合肥顆粒黏結(jié)情況。將這個結(jié)果和同品級肥料進行對比，就可以判斷該批次復(fù)合肥防結(jié)塊性能的變化，同樣該裝置也可以預(yù)測防結(jié)塊劑的性能優(yōu)劣。

3 應(yīng)用實例

筆者運用該壓力輔助裝置配合恒溫恒濕箱對中阿公司使用的3種復(fù)合肥防結(jié)塊包裹粉Fa、S100、SA的防結(jié)塊性能進行對比實驗，結(jié)果顯示17-17-17 SOP（硝基復(fù)合肥）采用Fa 型防結(jié)塊包裹粉效果最好。

4 總結(jié)

該壓力輔助裝置配合恒溫恒濕箱，能模擬復(fù)合肥產(chǎn)品在實際倉儲過程中受到的溫度、濕度和壓力等環(huán)境條件，并進行加速破壞實驗，能快速判定復(fù)合肥的防結(jié)塊性能，也能對防結(jié)塊劑的效果進行評價，避免堆包實驗造成的大量浪費。該實驗裝置可用于新產(chǎn)品防結(jié)塊性能的研究，指導(dǎo)工藝及時調(diào)整，也可以指導(dǎo)復(fù)合肥銷售時間和倉儲時間。