Nghiên Ứu Bản Hất Ủa Quá Trình Kết Khối Phân Đạm Urê.pdf

T r Ç n t h Þ b Ýc h t h ñ y bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi TrÇn ThÞ BÝch Thñy N g µ n h C « n g n g h Ö h o ¸ h ä c Nghiªn cøu b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh kÕt khãi Ph©n ®¹m urª luË[.]

bộ giáo dục và đào tạo

trờng đại học bách khoa hà nội

bộ giáo dục và đào tạo

trờng đại học bách khoa hà nội

Lời cảm ơn

Xin trân trọng cảm ơn GS.TSKH La Văn Bình cùng tập thể cán bộ giảng viên của Trung tâm Đào tạo Sau Đại học và Bộ môn Công nghệ Các chất Vô cơ

đã tận tình hớng dẫn giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn Th.s Hoàng Anh Tuấn đã giúp đỡ và cho phép tôi

đợc sử dụng một số t liệu của đề tài nghiên cứu sinh “Nghiên cứu chống kết khối phân bón trong điều kiện Việt Nam” làm t liệu cho bản luận văn Tôi xin cam đoan việc sử dụng các t liệu nói trên đã đợc tác giả đồng ý và cho phép

đồng thời tôn trọng quyền sở hữu của tác giả

Xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp, các bạn cùng lớp đã tạo điều kiện

về thời gian để cho tôi có thể hoàn thành bản luận văn

I- Đặt vấn đề

Hiện tợng kết khối phân bón nói chung và phân đạm urê nói riêng xảy ra phổ biến trong quá trình bảo quản và sử dụng Điều này làm ảnh hởng đến giá trị dinh dỡng, hình thức ngoại quan và tính thuận lợi trong sử dụng, nhất là đối với phân bón dạng hạt là loại có nhiều u điểm trong các quá trình cơ giới hoá trên đồng ruộng

Một trong những khó khăn nhất định mà các cơ sở sản xuất phân bón phải

đối mặt là đảm bảo chất lợng, độ an toàn và hình thức ngoại quan của các sản phẩm ngay cả khi sản phẩm đã ra khỏi nhà máy và chắc rằng các tính chất đó không tổn hại trong quá trình vận chuyển, lu kho và phân phối Các tác động cơ học trong quá trình thao tác, vận chuyển có thể làm cho các sản phẩm bị vỡ và trong điều kiện khí hậu nóng ẩm thờng thấy ở các nớc châu , điều đó có thể ákèm theo các yếu tố khác làm cho vật liệu phân bón bị biến chất và kết khối nghiêm trọng Việc nghiên cứu hiểu rõ đợc bản chất của hiện tợng kết khối này giúp ta đa ra đợc các biện pháp xử lý có hiệu quả ở từng điều kiện khác nhau đối với từng loại phân bón, đặc biệt là phân đạm urê Từ đó nội dung của đề

tài đã đợc xác định, đó là: Nghiên cứu bản chất quá trình kết khối của phân

đạm urê

II - Tổng quan

II.1 Các nguyên nhân gây nên hiện tợng kết khối

Theo định nghĩa của Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế ISO, kết khối là hiện tợng một lợng chất kết tụ lại với nhau thành khối có kích thớc lớn hơn từ các phần tử riêng biệt với kích thớc nhỏ Phần tử riêng biệt ở đây có thể là hạt, tinh thể, hoặc bụi của sản phẩm đợc tạo ra từ sự vỡ vụn hoặc mài mòn của các hạt

Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tợng kết khối mà để giải thích đợc chúng ta phải vận dụng các lý thuyết cơ bản của các quá trình hoá lý

Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả hiện tợng kết khối xảy ra bởi những nguyên nhân sau: Tính hút ẩm của sản phẩm; Độ ẩm của chính sản phẩm; Kích cỡ, hình dạng, cấu trúc hạt; Thành phần hoá học; Nhiệt độ của sản phẩm…

I.1.1 Tính hút ẩm của sản phẩm

Tính hút ẩm của sản phẩm là yếu tố quan trọng gây nên hiện tợng kết khối, là hiện tợng phân bón hút ẩm từ môi trờng bên ngoài làm cho cấu trúc, thành phần cũng nh tính chất cơ lý của sản phẩm bị thay đổi tạo điều kiện cho việc hình thành các liên kết pha mới hoặc các chất mới làm cho các hạt liên kết với nhau tại các điểm tiếp xúc bề mặt Để hiểu rõ hơn, yếu tố ảnh hởng này có thể giải thích theo các lý thuyết nh sau:

Theo lý thuyết kết tinh, khi tiếp xúc với không khí, đặc biệt là không khí

ẩm, lớp vật chất trên bề mặt tinh thể hoặc hạt bị hoà tan một phần tạo nên dung dịch bề mặt có nồng độ tăng dần theo thời gian tạo thành dung dịch muối bão hoà Nồng độ muối trong lớp bão hoà này phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm và áp suất của môi trờng Đây chính là yếu tố dẫn đến hiện tợng tái kết tinh; đầu tiên

hình thành các mầm tinh thể, rồi đến các tinh thể với kích thớc nhỏ Sự phát triển của các tinh thể nhỏ để tạo thành các tinh thể lớn hơn tất yếu xảy ra , kết quả là tạo nên cầu nối vật chất trong vùng tiếp xúc giữa các tinh thể, tạo thành khối đặc xít với kích thớc lớn dần Tính chất lớp bão hoà này ảnh hởng bởi tính hút ẩm của sản phẩm và nhiệt độ môi trờng bảo quản

Độ quá bão hoà của dung dịch đợc xác định qua độ hoà tan của muối đó trong dung dịch nớc, bảng biễu diễn độ hoà tan của urê thay đổi nhiệt độ nh sau [15,16]:

Bảng 1 I.1 đ ộ hoà tan của urê thay đổi nhiệt độ

Tính hút ẩm của sản phẩm đợc xác định bởi một đại lợng vật lý đặc trng cho sản phẩm đó độ ẩm tơng đối tới hạn - h (Critical Relative Humidity)

hay còn gọi là “điểm hút ẩm” Khi tiếp xúc trực tiếp với không khí môi trờng có

độ ẩm tơng đối ϕ > h sản phẩm bắt đầu hút ẩm theo cơ chế hấp phụ, còn ngợc

lại không những không xảy ra hiện tợng hấp phụ mà còn xảy ra hiện tợng giải hấp, sản phẩm có xu hớng tự khô đi

Giá trị độ ẩm tơng đối tới hạn của một số dạng phân bón đợc trình bày trong bảng II [6.2 ]

Bảng II.2 Giá trị độ ẩm tơng đối tới hạn của một số dạng phân bón

21 – - 0 0 Amôni sulfat (AS) 75 85-

28 – 28 - 0 Urê, amôni polyphốtphát (APP) 55 - 65

20 – 20 - 0 Urê, DAP, quặng phốtphát 50 - 60

18 – 18 - 10 Urê, DAP, quặng phốtphát 45 55-

Điểm hút ẩm phản ánh khả năng hút ẩm của các chất thông qua tốc độ hút

ẩm theo phơng trình động học [4,6]:

(∂ ∂τW/ )T, ϕ = k(ϕ - h) (1)Trong đó: k - hệ số hút ẩm của phân bón, k khác nhau đối với các

loại phân bón khác nhau;

-

T Nhiệt độ của môi trờng, oK;

ϕ- Độ ẩm tơng đối của môi trờng, %;

h - Điểm hút ẩm của sản phẩm tại nhiệt độ T, %;

Theo phơng trình này, đối với các sản phẩm khác nhau, sản phẩm nào có

hệ số hút ẩm càng cao thì tốc độ hút ẩm càng lớn; còn ngợc lại đối với cùng một loại sản phẩm, độ ẩm tơng đối của môi trờng càng thấp và điểm hút ẩm của sản phẩm càng cao thì tốc độ hút ẩm càng nhỏ Trong cùng một điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm tơng đối của môi trờng, điểm hút ẩm của sản phẩm càng thấp thì khả năng hút ẩm của nó càng cao và ngợc lại Khi độ ẩm tơng đối của không khí môi trờng tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm thấp hơn điểm hút ẩm của sản phẩm, hạt phân bón không có xu hớng hấp thụ thêm ẩm từ môi trờng nên luôn có trạng thái khô, rời; khả năng kết khối ít xảy ra, hoặc nếu xảy ra thì do các nguyên nhân khách quan khác

Giá trị độ ẩm tơng đối tới hạn của Urê phụ thuộc vào nhiệt độ sản phẩm

đợc cho ở bảng II.3 [6,18]

Bảng II.3 Độ ẩm tơng đối tới hạn của urê thay đổi theo nhiệt độ

CRH % 81,8 79,9 80,0 75,8 72,5 68,0 62,5

Khả năng hút ẩm của một số dạng phân bón sau khi đợc bảo quản 72 h ở nhiệt độ 30 oC và trong môi trờng không khí có độ ẩm tơng đối 80 % đợc trình bày trong bảng II.4

Bảng II 4 Khả năng hút ẩm của một số dạng phân bón ở 30 oC trong môi trờng

có độ ẩm tơng đối 80 % với thời gian 72 h [6]

17 – - 17 17 Urê, Amôni sulfat, MAP, KCl 580

- Khi độ ẩm tơng đối của môi trờng tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm tăng lên và vợt quá điểm hút ẩm của sản phẩm, hạt phân bón bắt đầu hút ẩm; quá trình hút ẩm sẽ nhanh chóng đạt trạng thái cân bằng Khi đó lớp hơi nớc trên bề mặt hạt đợc bão hoà bởi muối tan.[2,4,6]

- Nếu lúc này, nhiệt độ môi trờng tăng lên nữa thì chuyển dịch cân bằng pha xảy ra, pha rắn trên bề mặt hạt tiếp tục khuếch tán vào pha lỏng làm cho nồng độ dung dịch bão hoà tăng theo

- Nếu nhiệt độ môi trờng giảm đi, chuyển dịch cân bằng pha xảy ra theo hớng ngợc lại, vật chất từ pha lỏng chuyển sang pha rắn gây nên hiện tợng tái kết tinh nh đã nêu Riêng đối với urê, sự tăng giảm nhiệt độ qua giới hạn 35 oC, hiện tợng tái kết tinh xảy ra mãnh liệt; đây chính là trạng thái vật lý xảy ra ngay trong quá trình làm nguội tự nhiên của urê sau khi đã đóng bao và xếp thành chồng để bảo quản trong kho [2,6,13] Vì vậy kết khối urê là hiện tợng xảy ra bất khả kháng nếu không có biện pháp ức chế Còn đối với các loại phân bón NPK, hiện tợng xảy ra còn phức tạp hơn vì đây là hỗn hợp gồm nhiều loại muối với tính hút ẩm và kết tinh khác nhau

Theo lý thuyết khuếch tán, ảnh hởng của tính hút ẩm của sản phẩm lại

khác, khi ở trạng thái khô, các ion của phân tử muối trên lớp bề mặt có mối liên

kết chặt chẽ với mạng lới tinh thể Khi độ ẩm tơng đối (Relative Humidity) của

sản phẩm (gọi tắt là độ ẩm khối - Wp) tăng lên, các ion này bị hidrat hoá và mối liên kết của chúng với tinh thể trở nên yếu hơn làm cho chúng có xu hớng dịch chuyển trên bề mặt [6]

Bảng II.5 đa ra một dãy phần trăm độ ẩm tơng đối của không khí trên các dung dịch bão hoà các muối khác nhau ở 150C (% độ ẩm này chính là độ ẩm tới hạn của các muối ở 150C)

Bảng I1.5 Độ ẩm tới hạn của các muối vô cơ ở 150C [5]

- Mặt khác, sự hình thành tổ hợp muối nớc chỉ có thể xảy ra ở trạng thái

khi khối sản phẩm có độ ẩm ở một giá trị Wk nào đó (gọi là độ ẩm ngỡng) Khi

độ ẩm khối nhỏ hơn nhiều so với Wk, năng lợng hidrat hoá không đủ lớn để có thể bứt các ion ra khỏi mạng lới tinh thể, sản phẩm vẫn hút ẩm nếu ϕ > h nhng quá trình hút ẩm lúc này đợc xem nh quá trình hấp phụ vật lý thuần tuý của chất lỏng trên bề mặt chất hấp phụ rắn không tan trong nớc Có thể hiểu rằng

Wk là độ ẩm của khối tại một trạng thái mà tổ hợp muối - nớc đợc hình thành

và có khả năng khuếch tán trên lớp bề mặt

Khi độ ẩm khối lớn hơn Wk, tổ hợp muối - nớc đã đợc hình thành sẽ khuếch tán và tự di động trên bề mặt phân chia pha, hớng vào trong lớp nớc bị hấp phụ, tạo ra các mối liên kết pha mới

I I.1.2 Độ ẩm của sản phẩm

Độ ẩm của phân bón là yếu tố quan trọng có ảnh hởng rất lớn đến khả

năng kết khối và quyết định mức độ kết khối của phân bón Khi nghiên cứu độ

ẩm của phân bón, không chỉ đơn thuần xem xét độ ẩm trung bình của sản phẩm

mà còn phải xem xét mức độ phân bố của độ ẩm trong các hạt Hai hạt phân bón

có cùng độ ẩm nh nhau nhng có thể có mức độ kết khối khác nhau nếu nh một trong hai hạt đó trớc khi thử nghiệm đợc bảo quản ở chế độ khô (Ws

<Wtb) còn hạt kia đợc bảo quản ở chế độ ẩm (Ws>Wtb) Chính sự chênh lệch

độ ẩm rõ rệt giữa trong và ngoài thể tích hạt là động lực của quá trình hút ẩm và quá trình khuếch tán Đối với mọi cơ chế kết khối, độ ẩm chính là tác nhân thúc

đẩy sự hình thành pha dung dịch - khâu trung gian của liên quá trình hoà tan - kết tinh - kết khối Chính vì thế việc sấy sản phẩm đến một độ ẩm giới hạn cho phép trớc khi đóng bao có ý nghĩa rất quan trọng trong việc hạn chế hiện tợng kết khối sau này đồng thời quá trình sấy phải đảm bảo sao cho độ ẩm còn lại trong hạt phải đợc phân bố thống nhất từ trong ra ngoài Thông thờng, các phân bón

có hàm lợng chứa thành phần muối của nitơ càng cao đòi hỏi công đoạn sấy càng phải triệt để hơn

Hàm lợng ẩm tối đa cho phép đối với các dạng phân bón dạng hạt đợc trình bày trong bảng II.6

Bảng II.6 Độ ẩm cho phép tối đa của một số dạng phân bón khi bảo quản [6]

STT Chủng loại phân bón Độ ẩm cho phép

tối đa của sản phẩm,

%

1 NH4NO3, (NH2)2CO, (NH4)2SO4, 0 - 5

đã đa ra phơng pháp xác định hàm ẩm trong hạt urê tại từng lớp hạt phân bốn theo bán kính hạt urê [22] Bằng phơng pháp chuẩn độ Karl Fischer (KF), hàm

ẩm dọc theo bán kính của hạt urê đợc xác định Với sự kiểm tra quá trình hòa tan trong methanol của hạt urê dọc theo chiều dài bán kính theo thời gian Có thể tính đợc lớp có hàm lợng nớc cao nhất ở độ sâu 1/3 bán kính Hàm ẩm này là tuyến tính với hàm lợng ẩm trung tâm bằng 4 lần hàm lợng ẩm toàn bộ của hạt

Hàm lợng ẩm H (gkg-1) của mẫu đợc tính nh sau:

fV

H = KF (2) Trong đó

VKF là lợng chất thử KF (ml)

m: khối lợng mẫu (g)

f: thông số chất thử KF (mg nớc/0,1ml thuốc thử KF) xác định bằng cách chuẩn độ với natri tactrat dihydrat

Từ đó có đợc sự iải thích g về sự kết khối của các hạt urê từ sự bố trí hàm ẩm trong các hạt

- Độ ẩm bề mặt gây ra bởi sự biến dạng của các hạt

- Các hạt urê không phải là những hạt cầu hoàn chỉnh Một số hạt bị hỗn

độn ngay trong tháp tạo hạt và một số thì bị biến dạng và vỡ trong quá trình lu kho

Các yếu tố này gây ra hậu quả:

- Sự xuất hiện của các bề mặt phẳng trong khi trớc đó chỉ là các điểm (tăng diện tích bề mặt tiếp xúc)

- Sự xuất hiện của độ ẩm trong các vùng biến dạng

Trong một hạt hình cầu với hàm ẩm dạng đờng thẳng, sự tạo thành các bề mặt phẳng đồng thời với việc xuất hiện của độ ẩm bề mặt Khi hai hiện tợng này

là đồng thời, có thể thấy rằng cờng độ kết khối đợc biểu diễn nh sau:

2 0

2

r

HA k

C = (3) Trong đó:

C: Cờng độ kết khối

A: diện tích bề mặt tiếp xúc tính theo phơng trình Thompson, vùng hạt biến dạng đợc xác định là:

) ( 2

II.1.3 Kích cỡ, hình dạng, độ bền và cấu trúc của các hạt

Phân bón dạng hạt có cấu trúc xốp, độ xốp của hạt phụ thuộc vào tính chất nguyên vật liệu và công nghệ tạo hạt đồng thời đợc đặc trng bởi diện tích bề mặt riêng, thể tích của các lỗ rỗng và mật độ phân bố của các lỗ rỗng theo bán kính hạt Tính chất xốp của hạt làm cho giữa các phần tử chất rắn hình thành các khoảng không gian tự do, coi nh tập hợp các mao quản nhỏ.[2;4,18,20]

Do tác dụng tơng hỗ giữa lực liên kết bề mặt và độ hoà tan của tinh thể,

áp suất hơi nớc bão hoà trong các mao quản luôn luôn thấp hơn áp suất hơi nớc trong các khoảng không gian ngoài mao quản Đây chính là yếu tố tạo nên động lực của quá trình khuếch tán; hạt hút ẩm, hơi nớc ngng tụ trên bề mặt và dần dần lấp đầy thể tích các mao quản, tinh thể đợc hoà tan rồi tái kết tinh dẫn đến hiện tựơng biến dạng và thay đổi cấu trúc hạt và sau đó là hiện tợng kết khối nh mô tả ở các phần trên.Ngoài ra, khi các hạt đợc xếp khít vào nhau trong quá trình bảo quản dạng chất đống hoặc trong bao bì thì giữa các hạt lại tạo thành các khoảng không gian mới với tính chất tơng đơng nh các mao quản cỡ lớn Lúc này, hiện tợng ngng tụ xảy ra không chỉ ở trong các lỗ rỗng của hạt mà còn ở ngay trên bề mặt hạt; đồng thời xuất hiện thêm hiện tợng kết khối giữa các hạt

với nhau, nhất là khi độ bền cơ học của lớp bề mặt hạt kém, cỡ hạt không đồng

đều hoặc khối hạt chứa nhiều hạt nhỏ, hạt mịn và bụi sản phẩm Nếu các hạt có kích cỡ tơng đối lớn, độ đồng đều cao, lợng hạt mịn thấp thì diện tích bề mặt riêng giảm Nếu các hạt có độ bền cơ học cao, khả năng bị vỡ hạt do va đập hoặc mài mòn thấp, lọng hạt mịn và bụi giảm Khi đó, cờng độ của lực hút và số lợng các điểm tiếp xúc giữa các hạt liền kề cũng giảm và kết quả là giảm khả năng kết khối

Giải thích cho khả năng kết khối theo nguyên nhân này, ngời ta quan tâm

đến độ đồng đều kích thớc hạt, đặc trng bởi thông số là hệ số phân bố hạt, là phần trăm các hạt có kích thớc dao động xung quanh cỡ hạt trung bình, gọi tắt

là CV (coefficient of variation) và độ chênh lệch nhiệt độ của sản phẩm urê và nhiệt độ môi trờng bảo quản ∆T

Phơng trình biểu diễn mô tả quá trình kết khối đợc giả định rằng tốc độ thay đổi của các hạt không kết khối thành cục tơng ứng với lợng không kết khối [7] Có thể đợc viết nh sau:

dt

dm

= -km (5)

Trong đó:

- m: khối lợng của các hạt không kết khối tại thời điểm t, kg

- t: thời gian lu kho, tuần

- k: hằng số tốc độ kết khối, tuần-1

Phơng trình (1) có thể biểu diễn dới dạng sau:

km

m

−1ln (6)

Trong đó m0 là khối lợng hạt urê ban đầu

Sử dụng dãy thực nghiệm, giá trị của k có thể xác định bằng cách tơng

quan vế trái của phơng trình (7) với 2 thông số CV và T∆ theo phơng trình sau:

Hình II.1 ảnh hởng của hệ số phân tán đến khả năng kết khối của urê với độ chênh nhiệt độ ∆T = 80C ((1): CV = 0,07; (2): CV = 0,14; (3) : CV = 0,21; (4):

CV = 0,28)

Từ đồ thị ở hình II.1 ta thấy, tại cùng một điều kiện lu kho (∆T =const),

hệ số phân tán càng lớn hay các hạt có kích thớc không đồng đều nhiều, khả năng kết khối càng cao

Nh vậy, cấu trúc hạt, độ bền cơ học của hạt, độ đồng đều cỡ hạt hay nói theo cách khác là phơng pháp và công nghệ tạo hạt cũng là một trong những yếu

tố có ảnh hởng không nhỏ tới quá trình kết khối của sản phẩm sau này

II 1.4 Thành phần hoá học

Nguyên nhân của hiện tợng kết khối này là do phản ứng hoá học xảy ra giữa các thành phần cấu tạo nên hạt hoặc giữa phân tử vật chất của hạt với các chất tồn tại trong môi trờng trong thời gian bảo quản (ví dụ nh CO2, SO2,

H2S ) tạo ra các chất hoá học mới [6] Sự tạo thành muối kép bên trong và giữa gianh giới các hạt sẽ tiếp tục trong quá trình lu kho nếu các phản ứng hoá học không hoàn thành trong quá trình tạo hạt Với các phản ứng toả nhiệt có thể dẫn

đến sự tái kết tinh, nhiệt độ chất đống tăng, kết khối nhanh

Đối với supephotphat, do tính chất của phản ứng dị thể lỏng rắn, hỗn hợp - hình thành sau phản ứng trong thùng hoá thành, sau phản ứng trung hoà hoặc

ngay trong quá trình ủ hoặc bảo quản vẫn còn chứa một lợng apatite cha bị phân giải cùng với lợng acid H3PO4 tự do Do vậy, phản ứng hoá học vẫn tiếp tục xảy ra, các chất mới (trong đó có canxi photphat) vẫn tiếp tục đợc hình thành và kết tinh sau đó Mặt khác, canxi photphat tạo ra trong hỗn hợp theo thời gian sẽ có sự chuyển pha để hình thành pha mới kèm theo quá trình kết tinh Bên cạnh đó, sự tồn tại H3PO4 tự do là nguyên nhân thúc đẩy quá trình hút ẩm của khối sản phẩm làm cho khả năng kết khối càng trở nên trầm trọng hơn.[2,4,6,10]

Đối với các loại phân bón hỗn hợp NPK, vì trong thành phần hạt có chứa nhiều dạng phân đơn có khả năng phản ứng hoá học hoặc tác dụng tơng hỗ với nhau nên khả năng xảy ra kết khối là ngẫu nhiên Chẳng hạn với phân bón hỗn hợp NPK đi từ nguyên liệu là supephotphat (có chứa monocalcium phosphate Ca(H2PO4)2) và ammonium sulfate (NH4)2SO4 , phản ứng hoá học xảy ra làm cho viên hạt rắn chắc và có độ bền cơ học cao nhng cũng đồng thời kèm theo hiệu ứng kết khối

Ca(H2PO4)2) + (NH4)2SO4 → NH4H2PO4 + CaSO4↓

Một hỗn hợp khác có chứa urê (NH2)2CO và amoni clorua NH4Cl sẽ trở nên ẩm và kết khối dạng bết do hiện tợng hút ẩm của các nguyên liệu thành phần Tuy nhiên, nếu tỷ lệ các nguyên liệu thành phần phù hợp, hỗn hợp tồn tại chỉ dới dạng muối kép (NH2)2CO NH4Cl sẽ ít hút ẩm và ít kết khối hơn [11;12,13]

Các phân đơn gốc nitrate nh NH4NO3, Ca(NO3)2 có khả năng kết khối cao hơn nhiều so với các phân đơn gốc sunfat nh (NH4)2SO4, K2SO4 hoặc photphat nh NH4H2PO4 hoặc (NH4)2HPO4 Chính vì thế, các loại phân bón hỗn hợp NPK

có chứa NH4NO3 hoặc Ca(NO3)2 cũng có khả năng kết khối cao hơn so với các loại phân bón hỗn hợp NPK chứa thuần tuý một dạng đạm (NH4)2SO4 hoặc

NH4H2PO4 hoặc (NH4)2HPO4 Ngoài ra, nếu so sánh các dạng phân đạm thì khả năng kết khối của chúng theo thứ tự từ cao đến thấp đợc sắp xếp nh sau[2,4,6 ]:

Ca(NO3)2 > NH4NO3 > (NH2)2CO > (NH4)2SO4Trong đó urê (NH2)2CO là sản phẩm có tính kết khối ở mức trung bình cao khi so sánh với các muối nitrate có tính kết khối rất cao

Nh vậy, tất cả các chất đợc tạo thành do phản ứng hoá học xảy ra trong thể tích hạt cũng nh trên bề mặt hạt theo nguyên lý sẽ kết tinh và tạo nên các pha và cầu nối vật chất mới [6,17,18] Hiện tợng kết khối vì thế xảy ra và vấn đề

sẽ trở nên nghiêm trọng nếu các chất mới tạo thành, ví dụ nh các hợp chất nitrate, các muối tan của kim loại kiềm thổ lại có khả năng hút ẩm và kết khối cao hơn so với các chất ban đầu

Khi xây dựng phối liệu sản xuất, điều mà các nhà công nghệ rất quan tâm

là tính chất hoá lý của hỗn hợp hay nói cách khác chính là khả năng xảy ra các phản ứng hoá học và các quá trình hoá lý làm thay đổi tính chất của sản phẩm theo chiều hớng xấu

I.1.5 Nhiệt độ của sản phẩm

Nhiệt độ của sản phẩm trong thời gian lu kho lại là một yếu tố quan trọng khác có ảnh hởng đến xu hớng kết khối của phân bón Một mặt, nhiệt độ cao làm cho tăng khả năng khuếch tán của các phân tử muối cũng nh tăng nhanh quá trình hình thành cân bằng pha lỏng rắn trên bề mặt hạt; vì vậy khả năng kết - khối tăng theo Mặt khác, khả năng xảy ra các phản ứng hoá học, trong đó có các phản ứng thoát hơi nớc tăng theo kéo theo các quá trình hoà tan, khuếch tán, tái kết tinh và cuối cùng là kết khối.[6] Khi nhiệt độ sản phẩm cao có thể làm tăng

số lợng các hạt bị chảy lỏng ra do biến dạng dới áp suất nén làm tăng liên kết

cầu tinh thể và sự kết dính mao quản Mặt khác nhiệt độ sản phẩm tăng làm giảm

độ ẩm tơng đối tới hạn của phân bón làm tăng độ hút ẩm của nó Ví dụ nh phân bón nitrophotphat với hàm lợng dinh dỡng 15- -15 15 có độ ẩm tơng đối tới hạn ở 300C xấp xỉ 55%, còn ở 400C xấp xỉ là 45% [9,19]

Theo nghiên cứu của Van Kijfe, urê bảo quản ở nhiệt độ 50 70 - oC sẽ tạo kết khối rắn chắc ở nhiệt độ càng thấp, khuynh hớng kết khối càng giảm và tốt nhất nên hạ nhiệt độ của urê xuống dới 30oC trớc khi đa vào kho chứa Tuy nhiên trong thực tế, việc làm này hầu nh không thể thực hiện đợc vì nó đòi hỏi hoặc phải nâng chiều cao tháp tạo hạt lên nhiều lần đồng thời với việc làm lạnh thật sâu cho không khí trao đổi nhiệt trong tháp, hoặc phải bố trí thêm hệ thiết bị làm nguội cỡng bức rất tốn kém Riêng đối với DAP, nhiệt độ này chỉ cần ở vào khoảng 70oC nên việc thực hiện cũng đơn giản và kinh tế hơn

II.1.6 Các nguyên nhân khác

- Khi nhiệt độ của không khí trong kho chứa tăng lên thì độ ẩm tơng đối của

không khí sẽ giảm xuống và ngợc lại Khi đó, tác động của nó lên quá trình hút

ẩm của phân bón sẽ bị hạn chế Vận dụng nguyên lý này, nguời ta có thể hạ độ

ẩm tơng đối của không khí trong kho chứa xuống dới độ ẩm tơng đối tới hạn của phân bón để có thể bảo quản phân bón trong kho ở điều kiện không bao bì bằng cách duy trì nhiệt độ không khí trong kho chứa bảo ôn ở mức 60 - 70oC trong suốt thời gian lu kho Ví dụ 1 m3urê có khả năng chứa từ 1 3 kg ẩm và 1 -

m3 không khí ở 400C chỉ chứa 50 g nớc do đó lợng nớc trong không khí sẽ bị urê hấp thụ tạo nên hiện tợng kết khối Vì vậy nhiệt độ khác nhau giữa môi trờng bảo quản và sản phẩm là rất quan trọng.[6]

- Tuy phân bón thờng bị kết khối mạnh mẽ nhất là trong thời gian một vài ngày đầu sau khi sản xuất nhng khi thời gian lu giữ trong kho kéo dài, lại bị

tác động của các yếu tố thời tiết xấu nh sự tăng giảm nhiệt độ, độ ẩm không khí thì mức độ kết khối có thể gia tăng theo.[4;6;15;18]

- Chiều cao của khối phân bón trong khi bảo quản ở dạng đổ đống hoặc

xếp các bao chồng lên nhau ảnh hởng đến ứng suất nén lên các hạt phân bón ở phía dới; ứng suất nén càng lớn thì khả năng phân bón bị kết khối càng cao do

sự gia tăng số lợng và cờng độ các tiếp xúc bề mặt và các biến dạng dẻo Chính vì thế, đối với mỗi dạng phân bón ngời ta khuyến cáo một chiều cao chất

đống phù hợp để hạn chế đến mức tối thiểu hiện tợng kết khối[6]

II.2 Phân loại kết khối phân bón theo bản chất của lực kết khối

Trong lĩnh vực phân bón, nguyên nhân gây ra hiện tợng kết khối rất đa dạng nhng hệ quả duy nhất mà nó tạo ra chính là khối sản phẩm có hình dạng, kích thớc, độ nén chặt, độ linh động và hình thức ngoại quan khác xa so với trạng thái ban đầu, trong đó độ nén chặt đợc xác định bằng phơng pháp phá mẫu để xác định lực kết khối, tức là giá trị lực nhỏ nhất cần thiết tác động lên một đơn vị diện tích bề mặt sản phẩm để có thể phá vỡ đợc khối sản phẩm đã bị kết khối Về nguyên lý, lực kết khối xác định theo phơng pháp trên có độ lớn bằng lực liên kết giữa các “phần tử” gồm các viên hạt, bột sản phẩm, tinh thể muối tuân theo 3 nguyên lý liên kết chính là liên kết tiếp xúc pha rắn, liên kết tiếp xúc pha lỏng và liên kết tiếp xúc kết dính [6;7;17]

Liên kết tiếp xúc pha rắn là một dạng liên kết cầu tinh thể của tự bản thân

các hạt tại các điểm tiếp xúc giữa chúng Kết khối do liên kết tiếp xúc pha đợc coi nh dạng kết khối nguy hiểm nhất vì trong quá trình lu kho luôn luôn xảy ra các phản ứng trung gian liên tiếp, các quá trình hoà tan và tái kết tinh hoặc các hiện tợng hoá lý dới ảnh hởng của nhiệt độ thúc đẩy sự hình thành và phát triển của các cầu tinh thể Sản phẩm bị kết khối trong trờng hợp này bị biến

dạng hoàn toàn và không thể trở lại trạng thái linh động vốn có ban đầu Động lực của liên kết tiếp xúc pha rắn là quá trình hút ẩm, hoà tan, nhả ẩm và tái kết tinh của sản phẩm cũng nh quá trình kết tụ từ các phần tử nhỏ hoặc tinh thể sản phẩm Khi sản phẩm đợc bảo quản trong các điều kiện lý tởng về độ ẩm và nhiệt độ của môi trờng hoặc trong các bao bì kín, cách ly hoàn toàn với không khí môi trờng thì ảnh hởng của dạng liên kết tiếp xúc pha rắn đến khả năng kết khối của sản phẩm đợc coi nh không đáng kể.[6] Ngoài ra lực liên kết pha rắn

có thể do phản ứng hoá học xảy ra giữa các thành phần có trong hạt hoặc hệ quả của quá trình thiêu kết[20]

Liên kết tiếp xúc pha lỏng là dạng liên kết do sự hình thành và khuếch tán của tổ hợp muối ฀ nớc trên bề mặt hạt; không những phụ thuộc nhiều vào

cấu trúc xốp của hạt mà còn phụ thuộc vào độ ẩm của sản phẩm, độ ẩm và nhiệt

độ của môi trờng Khi sản phẩm có độ ẩm thấp hơn độ ẩm tiêu chuẩn cho phép (độ ẩm ngỡng) thì cha cần đến tác động của môi trờng, trên bề mặt các hạt sản phẩm đã có xu hớng hình thành các tổ hợp muối nớc có khả năng tự dịch chuyển, gây ra các biến vị phẳng làm thay đổi cấu trúc và hình dạng hạt, hoặc tạo thành các liên kết pha lỏng tại vị trí mới Khi nhiệt độ và độ ẩm của môi trờng thay đổi, liên kết pha lỏng lại có cơ hội để chuyển dần thành liên kết pha rắn Do vậy, sản phẩm bị kết khối do liên kết tiếp xúc pha lỏng về cơ bản cũng nguy hại không kém so với khi bị kết khối do liên kết tiếp tiếp xúc pha rắn

Bốn yếu tố chính đóng vai trò trong sự xác định độ cân bằng của các liên kết lỏng giữa hai bề mặt là áp suất khác nhau của chất lỏng, sức căng bề mặt của chất lỏng, lực nâng và trọng lực Thông thờng các yếu tố này ít đợc quan tâm mà chủ yếu là ảnh hởng của kích thớc hạt, của độ ẩm tơng đối lên sự tạo thành các liên kết lỏng hay còn gọi là lực mao quản

Hình II.2 Các cách phân bố chất lỏng trong khối vật liệu hạt (A trạng thái -

đu đa khi mà liên kết lỏng tồn tại giữa các hạt; B trạng thái dây kéo, hai hoặc -

nhiều các liên kết lỏng của các hạt liền kề bắt đầu kết hợp lại với nhau; C- trạng thái mao quản, mọi khe hở giữa các hạt đợc điền đầy bởi chất lỏng)

Hình II.3 ảnh hởng của độ nhám bề mặt hạt lên sự tạo thành các liên kết cầu

lỏng phụ thuộc vào độ ẩm tuyệt đối (a- nhiều liên kết cầu lỏng tạo thành từ các

điểm tiếp xúc; b- liên kết lỏng ở độ ẩm tơng đối cao sẽ tạo thành vùng tiếp xúc

bao quanh giữa hạt cầu và bề mặt dới)

Thành phần pha lỏng có thể gây ra hiện tợng kết khối của phân đạm urê có thể gồm có hàm lợng ẩm và amoniac tự do Sự khác nhau hàm lợng nớc trong

các hạt làm cho hàm ẩm di chuyển giữa các hạt gần nhau tạo nên mối liên kết tiếp xúc pha lỏng này làm cho phân bón bị kết khối Lợng d của amoniac tự do cũng làm tăng lợng pha lỏng trong các hạt Khi amoniac thoát hơi dẫn đến sự kết tinh và cơ bản tạo thành sự kết tụ của các hạt thành những tảng có khối lợng lớn hơn.[7; 8;14]

Liên kết tiếp xúc kết dính là kết quả của lực hút phân tử giữa các bề mặt

tiếp xúc mà động lực của nó là lực Van der Waals, đợc quyết định bởi mật độ tiếp xúc giữa các hạt sản phẩm và ứng suất nén lên sản phẩm trong quá trình bảo quản trong kho lu trữ dới dạng bao gói hoặc chất đống Lực Van der Waals tăng đặc biệt đối với các hạt nhỏ, mịn liên kết pha lỏng của các hạt tăng khi khoảng cách giữa các hạt phân bón giảm [6; 20] Sản phẩm bị kết khối trong trờng hợp này dễ dàng trở lại trạng thái tơi gần giống với ban đầu khi ta đập hoặc bóp nhẹ bằng tay Điều hiển nhiên là khi các liên kết tiếp xúc pha rắn, liên kết tiếp xúc pha lỏng không ảnh hởng nhiều đến sản phẩm có nghĩa là khi sản phẩm sau khi sản xuất đợc sấy khô đến độ ẩm và nhiệt độ tiêu chuẩn cho phép, lại đợc bảo quản trong các điều kiện mà nhiệt độ và độ ẩm của môi trờng không tác động đến thì yếu tố chính quyết định tính kết khối của sản phẩm là lực liên kết tiếp xúc kết dính

Đối với cùng một loại sản phẩm có tính linh động ổn định thì chiều cao xếp khối trong bảo quản có ảnh hởng lớn đến lực liên kết tiếp xúc kết dính Tuy nhiên việc giảm chiều cao xếp khối trong bảo quản kéo theo việc phải tăng gấp nhiều lần diện tích kho bãi chứa là yếu tố bất khả thi nên để hạn chế ảnh hởng của lực liên kết tiếp xúc kết dính, cần phải giảm mật độ tiếp xúc giữa các hạt với nhau bằng cách tạo ra sản phẩm với tính linh động tốt, có cỡ hạt và bề mặt hạt

đồng nhất

Mức độ kết khối của các hạt phụ thuộc vào mối quan hệ giữa các lực kết dính với các lực khác tác động lên hạt Điều đó chỉ ra rằng ảnh hởng của các lực kết dính lên tính chất kết khối của hạt tăng theo độ giảm kích thớc hạt

Nếu các hạt này bị phá vỡ trở lại từ lực bên ngoài, lực nén tác động giữa các hạt tăng, vì vậy chiếm u thế sẽ là các điểm tiếp xúc giữa các hạt bởi vì các

điểm tiếp xúc là rất nhỏ Điều này dẫn đến sự biến dạng ở các vùng tiếp xúc, vì vậy vùng tiếp xúc tăng và các hạt sẽ liên kết với nhau làm cho lực kết dính tăng Vì vậy lực nén từ bên ngoài tác động vào chất rắn sẽ làm tăng các lực kết dính

Sự phụ thuộc lực kết dính của các hạt vào các lực bên ngoài tác động vào chất rắn

là đặc trng của khối chất rắn

Lực kết dính thờng đợc đề cập đến chủ yếu ở đây là lực kết dính mao quản Sự có mặt của lực hút cũng là một cầu mao quản giữa các hạt và thờng

đợc tính theo phơng trình Kelvin và Laplace [12;20;23]

II.3 Các phơng pháp chống kết khối phân bón

Để ức chế hiện tợng kết khối phân bón, phải căn cứ vào thực trạng và nguyên nhân gây kết khối để tìm ra các phơng pháp xử lý phù hợp Các phơng pháp có hiệu quả đang đợc các nhà công nghệ phân bón trên thế giới nghiên cứu để ứng dụng nh sau:

1- Tăng cờng quá trình tạo hạt để hạt có kích thớc lớn và độ đồng đều cao

đồng thời với việc nâng cao độ bền cơ học của hạt Phơng pháp này nhằm hạn chế khả năng hút ẩm của hạt do giảm diện tích bề mặt riêng của hạt, giảm độ xốp

và thể tích mao quản, giảm diện tích và mật độ tiếp xúc giữa các hạt với nhau Phơng pháp này cũng là một trong những phơng án cơ bản cần đợc xem xét trong quá trình thiết kế và vận hành công nghệ; việc áp dụng nó chắc chắn sẽ giảm đợc hiện tợng kết khối ngay từ đầu.[2;4;6;7 8;9]

Để tăng cờng quá trình tạo hạt, các biện pháp kỹ thuật chính thờng đợc quan tâm đến bao gồm:

- Lựa chọn công nghệ và thiết bị tạo hạt phù hợp, tuỳ theo loại phân bón; vấn

đề này liên quan đến tăng chi phí đầu t, điều mà các nhà doanh nghiệp phải cân nhắc trớc khi xem xét, quyết định [2; 4; 6]

- Bổ sung thêm các chất phụ gia kết dính trong quá trình tạo hạt để nhận đợc hạt phân bón có độ đồng đều cỡ hạt và độ bền cơ học của hạt cao; Biện pháp này thờng đợc sử dụng cho các dạng phân bón hỗn hợp NPK hoặc phân phức hợp

đợc tạo hạt trên thiết bị dạng thùng quay hoặc dạng đĩa [6]

2- Giảm nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm trớc khi đóng bao và trong thời gian bảo quản Các biện pháp kỹ thuật cần phải quan tâm khi áp dụng phơng pháp này bao gồm [ 8]:4;

- Sấy sản phẩm sau khi tạo hạt trong thiết bị sấy tới các giá trị độ ẩm tối

đa cho phép theo yêu cầu đối với từng loại phân bón cụ thể

- Làm nguội sản phẩm trớc khi đóng bao tới nhiệt độ thích hợp đối với mỗi loại phân bón; đồng thời bảo quản sản phẩm trong bao kín, cách ly với không khí bên ngoài, tốt nhất là dùng bao bì bằng vật liệu cách ẩm hoặc có tráng lớp cách ẩm

- Bảo quản sản phẩm trong kho chứa với độ cao xếp khối phù hợp, tránh tải trọng nén quá cao

- Đối với các loại phân bón có độ ẩm tơng đối tới hạn cao (trên 75 %)

và cao hơn độ ẩm tơng đối của không khí môi trờng nơi bảo quản thì không nhất thiết phải bảo quản trong bao kín ng dụng nguyên tắc ứnày, ngời ta có thể thiết kế kho chứa với các điều kiện thích hợp về

nhiệt độ và độ ẩm để chứa sản phẩm sau khi sản xuất trong một thời gian dài mà không cần bao gói Phơng pháp này nhằm hạn chế quá trình kết khối sản phẩm theo cơ chế hấp phụ vật lý và tái kết tinh do

ảnh hởng của nhiệt độ và độ ẩm của cả sản phẩm và môi trờng

3- Thay đổi tính chất hoặc thành phần hoá học của sản phẩm [6;8;14] nhằm hạn chế khả năng kết khối dới tác động của phản ứng hoá học sinh ra các hợp chất mới Các biện pháp kỹ thuật ứng dụng trong trờng hợp này bao gồm:

- Giảm độ axít của một số sản phẩm có tính acid nh supephotphat, Kaliphotphat bằng cách trung hoà hoặc amôn hoá[4;10;11];

- Khi sử dụng một số dạng phân đơn làm nguyên liệu trong sản xuất phân bón hỗn hợp NPK, cần đặc biệt chú ý đến tính hút ẩm của từng loại phân đơn đó và các tơng tác hoá - lý có thể xảy ra khi phối trộn Thông thờng, các dạng phân đơn nh urê, amoni chlorua, amoni nitrat

ít đợc sử dụng với các dạng phân bón chứa lân gốc axít và KCl để sản xuất phân bón hỗn hợp NPK vì khi phối trộn thờng xảy ra các phản ứng làm tính chất hoá lý của sản phẩm trở nên xấu đi nh hút ẩm, - dính bết, kết khối Trong trờng hợp bất khả kháng, liều lợng sử dụng bắt buộc phải tính toán ở mức thấp đồng thời phải ứng dụng thêm các biện pháp khác Tốt nhất là thay thế chúng bằng dạng nguyên liệu khác an toàn hơn khi phối trộn

4- Bổ sung thêm một số chất phụ gia trong quá trình tạo hạt; hoặc là trong quá trình kết tinh hoặc trong dung dịch nóng chảy Các chất này có khả năng điều khiển quá trình hình thành cấu trúc hạt và nâng cao tính chất hoá lý của sản phẩm, tạo cho hạt có độ bền cơ học cao và ít hút ẩm , từ đó khả năng kết khối

đợc ngay chính quá trình tạo hạt, lợng bụi tạo thành trong sản phẩm giảm đi, kích cỡ hạt to và đồng nhất hơn, tính chất vật lý của sản phẩm đợc nâng lên rõ rệt [9;14]

Tuy nhiên phơng pháp này có một số nhợc điểm là khi hoà tan urê, các chất bổ sung thờng không hoà tan trong nớc, làm cho dung dịch bị đục gây phản cảm cho ngời tiêu dùng

Ví dụ đối với amoni nitrat NH4NO3, việc bổ sung thêm 1,8 % Mg(NO3)2vào sản phẩm sẽ tạo ra tác nhân điều chỉnh bên trong, có tính chất kìm hãm quá trình chuyển pha của tinh thể xảy ra ở nhiệt độ 32 oC là nhiệt độ phổ biến ban ngày ở nớc ta trong suốt thời gian 6 tháng hè và thu Nhờ đó, hiện tợng kết khối đợc giảm thiểu đáng kể [12;14;15]

5 - Bao bọc bề mặt hạt bằng một lớp màng từ các vật liệu không thẩm thấu nớc nh lu huỳnh nóng chảy, paraphin nóng chảy, hợp chất ure formaldehyde và các -vật liệu polymer khác Ngoài khả năng chống hút ẩm, ít kết khối, sản phẩm

đợc bọc tạo màng còn có độ phân giải chậm, phù hợp với nhu cầu dinh dỡng của nhiều loại cây trồng trong từng giai đoạn sinh trỏng, ít bị mất mát do rửa trôi, bay hơi hoặc các phản ứng nitrate hoá khử nitrate, nâng cao hiệu quả sử -

dụng của phân bón đối với cây trồng [4;6,12,14] Cơ chế của phơng pháp này là:

- Tạo thành một lớp chất lỏng trên bề mặt bằng cách gắn một đầu có cực vào phân tử urê (-CO NH- 2- )

- Các phối tử kỵ nớc của chất hoạt động bề mặt ngăn cản dung dịch muối bão hoà trên bề mặt giữa các hạt liền kề và ngăn hạt khỏi độ ẩm môi trờng

- Các polyme làm thay đổi cơ chế hoà tan và quá trình tái kết tinh của phân bón

- Giảm kết dính mao quản giữa các hạt

- Bảo vệ các hạt bằng việc phát triển hàng rào kỵ nớc trên bề mặt

- Giảm độ bền kiên kết giữa các hạt

+ Sản phẩm tạo ra tuy không kết khối, không hút ẩm nhng chậm tan [4;6] hoặc khó tan, không phải loại thổ nhỡng và cây trồng nào cũng thích ứng

Nhợc điểm của các chất chống kết khối dạng bột trơ là khi bám dính trên bề mặt chúng làm thay đổi màu sắc của sản phẩm Điều này không phù hợp với urê sản phẩm vốn có màu truyền thống là trắn- g trong hoặc trắng đục Bên cạnh đó các vật liệu này đều phải đợc sử dụng ở liều lợng cao (một vài phần trăm) lại không tan trong nớc nên làm giảm hàm lợng dinh dỡng trong sản phẩm và tính tan của nó + Nhóm các chất hoạt động bề mặt nh các acid béo, các hợp chất amine, các hợp chất sulfonate hoặc một hỗn hợp của chúng [2;4;6; 8;9;11]

Nguyên tắc của phơng pháp này là làm thay đổi tính hấp phụ cũng nh tính chất năng lợng của lớp bề mặt hạt Với khả năng phân tán cao, khả năng liên kết, bám dính với lớp bề mặt tốt , CHĐBM sẽ tạo

nên một hàng rào kỵ nớc làm giảm khả năng hút ẩm, từ đó giảm khả năng kết khối của sản phẩm.[4]

Việc lựa chọn phơng pháp xử lý phụ thuộc vào điều kiện cụ thể về công

nghệ, dạng sản phẩm và môi trờng sản xuất, bảo quản

II.4 Những vấn đề còn tồn tại

Với những nguyên nhân gây ra hiện tợng kết khối đã đợc đề cập ở trên, các tác giả chủ yếu đa ra các yếu tố ảnh hởng liên quan đến phơng pháp bảo quản và tác động của môi trờng xung quanh; từ đó cho rằng bản chất của hiện tợng kết khối là do tính hút ẩm của phân bón, do quá trình hút ẩm-hoà tan-nhả

ẩm và tái kết tinh của phân bón Các biện pháp xử lý thờng tập trung vào vấn đề cách ẩm, lu kho ở nhiệt độ cao và độ ẩm thích hợp Các biện pháp chống kết khối khác nh bọc hạt, biến tính bề mặt hạt, bổ sung chất phụ gia vào trớc hoặc trong quá trình tạo hạt đã đợc nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế tại nhiều nớc song cha đa ra đợc đầy đủ kết luận đầy đủ về cơ chế tác động của các chát bổ sung đến quá trình ức chế kết khối cũng nh bản chất hoá lý của vấn đề

Việt Nam nằm ở miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, có số ngày nắng, lợng ma trung bình và độ ẩm cao Việc bảo quản phân bón nói chung và chống kết khối phân bón nói riêng là yêu cầu cần thiết đối với các cơ sở sản xuất phân bón Phân đạm urê là sản phẩm chính của Công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc và Công ty Phân đạm và Hoá chất Dầu khí

Tại nhà máy đạm Hà Bắc, sản phẩm urê sau tháp tạo hạt có nhiệt độ

60-800C, sau khi đợc làm nguội tự nhiên hoặc cỡng bức, đợc phân loại qua sàng

để giảm hạt mịn và bụi Sản phẩm có độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm ngỡng tiêu chuẩn cho phép đợc đóng bao 2 lớp cách ẩm hoàn toàn với môi trờng bảo quản Còn tại nhà máy Đạm Phú Mỹ, sản phẩm urê sau tháp tạo hạt đợc bảo quản rời dạng

đống trong kho trung gian có bảo ôn, không khí trong kho đợc sấy nóng ( ~

700C) có độ ẩm dới độ ẩm tơng đối tới hạn của urê tại nhiệt độ bảo quản Về nguyên tắc, phơng pháp bảo quản nh trên phải giải quyết đợc tơng đối hiện tợng kết khối của sản phẩm trong thời gian bảo quản tại kho

Nhng thực tế cho thấy sản phẩm sau quá trình bảo quản nói trên vẫn bị kết khối nghiêm trọng, hạt urê bị vỡ nhiều làm hàm lợng bụi sản phẩm trong sản phẩm tăng lên, kết khối thành các tảng lớn, mất hẳn cấu trúc hạt, cũng có nghĩa

là hiện tợng kết khối đã xảy ra song không hoàn toàn theo cơ chế liên kết kết dính bởi lực Van der Waals… Đặc biệt, ngay cả khi sản phẩm urê khi ra khỏi kho trung gian và đợc làm nguội đến nhiệt độ môi trờng khoảng 350C, chỉ sau nửa ngày hoặc một vài ngày đã bị kết khối trong khi thực tế nó cha hề tham gia vào quá trình hút ẩm Vì vậy, ngoài những nguyên nhân và cách giải thích về hiện tợng kết khối đã biết vẫn còn tiềm ẩn những nguyên nhân khác cần phải tiếp tục nghiên cứu và xác định Nghiên cứu bổ sung để giải thích đợc những hiện tợng nói trên là bài toán đặt ra của đề tài này Từ đó, việc lựa chọn biện pháp xử lý sẽ thuận lợi, hiệu quả và có tính thuyết phục hơn

III ฀ Nội dung, Phơng pháp và đối tợng nghiên cứu iII.1.Phơng pháp nghiên cứu

Phân đạm urê có thể đợc tạo hạt bằng các thiết bị tạo hạt dạng đĩa quay hoặc thiết bị thùng quay nhng phần lớn đợc tạo hạt trong thiết bị tạo hạt dạng tháp phun Tuỳ theo phơng pháp tạo hạt mà hạt sản phẩm thu đợc có kích cỡ, cấu trúc và độ bền hạt khác nhau nhng nhìn chung các hạt sản phẩm đều có cấu trúc dạng xốp với kích cỡ và bề mặt hạt không đồng nhất Vì vậy, mỗi một hạt thành phần có thể coi nh một phần tử chất rắn với tính chất hoàn toàn riêng biệt, không hạt nào giống hạt nào Việc nghiên cứu trên hạt sản phẩm thực tế có thể

đáp ứng yêu cầu thử nghiệm ở quy mô sản xuất chứ không thể cho ta các kết luận chính xác và khách quan về bản chất của các hiện tợng và quá trình hoá lý xảy

ra

Xuất phát từ quan điểm trên đây, chúng tôi xác định việc nghiên cứu bản chất của hiện tợng kết khối dới các lý thuyết kết tinh, khuếch tán và ngng tụ mao quản cũng nh cơ chế tác động của các chất chống kết khối đến phân bón phảI đợc thực hiện từ dung dịch nóng chảy của phân bón đó Sản phẩm trung gian thu đợc là phân bón dạng tinh thể thứ cấp đợc sử dụng tiếp để nghiên cứu các quá trình hoá lý tiếp theo xảy ra đối với sản phẩm ở dạng tiểu phân hoạt động nhỏ nhất ứng với mỗi trờng hợp thử nghiệm Kết quả nghiên cứu theo phơng pháp này cho phép ta rút ra những kết luận tơng đối chính xác về cơ chế tác dụng của chất chống kết khối sử dụng đến hiệu quả chống kết khối trong phân bón, từ đó lựa chọn đợc chất chống kết khối và phơng pháp sử dụng phù hợp

đối với phân đạm urê

III.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm:

- Nghiên cứu định tính để khảo sát khả năng kết khối của urê hạt tại các nhiệt độ bảo quản khác nhau sau khi ra khỏi tháp tạo hạt; nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt hạt urê theo thời gian Kết quả nghiên cứu này có thể đa

ra các giả thiết khoa học khác hơn về bản chất của hiện tợng kết khối

- Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc của tinh thể urê từ dung dịch nóng chảy tại các thời điểm sau khi đóng rắn – kết tinh tại các điều kiện bảo quản khác nhau nhằm chứng minh bản chất hiện tợng kết khối urê theo giả thiết khoa học

đã rút ra nói trên

- Nghiên cứu ảnh hởng của một chất chống kết khối thơng mại đã đợc

sử dụng trong công nghiệp đến sự thay đổi tính chất hoá lý của urê để xác định cơ chế tác động của chất chống kết khối lên quá trình

III.3 Đối tợng nghiên cứu

- Urê hạt đợc lấy ngay sau tháp tạo hạt của Công ty Phân đạm và Hoá chất

Hà Bắc, khi cha xử lý chống kết khối, hàm lợng urê đạt TCVN số

2619-94 Urê đợc đựng trong túi PE đảm bảo không bị hút ẩm trong quá trình bảo quản, dùng làm mẫu cho các thí nghiệm tiếp theo

- Hoá chất chống kết khối VHCKK 2000 của Viện Hoá học Công nghiệp

-đạt tiêu chuẩn TC01:2003

III.4 Phơng pháp tạo mẫu thí nghiệm và đánh giá kết quả

III.4.1 Phơng pháp tạo mẫu thí nghiệm

Mẫu urê nóng chảy đợc chuẩn bị nh sau: Urê thơng phẩm lấy ngay sau tháp tạo hạt, sau khi nghiền đợc làm nóng chảy ở nhiệt độ 130 – 1350C trong

thiết bị sấy chân không đợc phết một lớp mỏng lên mặt kính thủy tinh Quá , trình đóng rắn và kết tinh urê nóng chảy xảy ra ngay sau khi tạo mẫu Các mẫu này sau đó đợc tiến hành và bảo quản trong các điều kiện nghiên cứu

III.4.2 Dụng cụ thí nghiệm dùng trong nghiên cứu

III.4.2.1.Dụng cụ nén mẫu

Gồm có 9 ống nén hình trụ tròn bằng thép có chiều cao 80 mm và đờng kính ngoài 60mm Đáy trên là mặt bích bằng thép đờng kính ngoài 52 mm,

đợc khoan các lỗ có kích thớc 1,5 mm Lực ép lên mặt bích phía trên đợc tạo

ra bởi quả nén bằng thép hình trụ có khối lợng 0,5 kg

III.4.2.2 Mặt kính thuỷ tinh

Mặt kính thuỷ tinh có kích thớc 2x3 cm, đợc xác định hợp với kích thớc khuôn mẫu sử dụng trong kính hiển vi điện tử quét

Urê ống thép

Quả nén

Hình III.1 Sơ đồ thí nghiệm xác định khả năng kết khối