一種用于復合肥防結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

復合肥在生產、堆放、發運和倉儲過程中均可能發生結塊現象，部分復合肥品級在發運前需要重新擠壓包裝袋使結塊變松散，個別復合肥品級形成的結塊硬度較大，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，故復合肥防結塊問題一直是企業重點關注和研究的課題［1］。

影響復合肥結塊的因素有很多，總體分為內部因素和外部因素［2］。內部因素主要是原料的配伍、水含量、工藝因素等。生產復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相比會明顯降低，從而更容易吸收空氣中的水分造成結塊。復合肥的水含量越大越容易結塊，主要是因為水會擴散到復合肥表面導致毛細黏合從而產生晶橋。水含量大還會導致顆粒強度降低，在倉儲時受壓力作用產生形變而增大顆粒的接觸面積，加大復合肥黏結的強度［3］。外部因素主要是環境溫度、濕度，貯存壓力和貯存時間等。一般情況下，環境溫度越高、濕度越大，堆包越高和倉儲時間越長，發生結塊的可能性就越大。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生結塊現象，而銷往北方市場的肥料發生結塊的現象較少［4］。

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

1 快速判定復合肥防結塊性能的輔助裝置

將復合肥產品盛放在兩個上下放置的不銹鋼套環中，固定在輔助裝置內。用彈簧提供一個持續的壓力，壓力的大小通過荷重傳感器進行監控。用恒溫恒濕箱來模擬倉儲的溫度和濕度。適當改變溫度、壓力、濕度等環境條件，加速復合肥產品內部的反應和吸濕，以此來加速結塊的形成。通過測定復合肥產品顆粒的黏結力來判定產品防結塊性能的優劣。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；底座上方為套筒，不銹鋼材質，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；上覆板上方為2 個套環，不銹鋼材質，開有透氣孔，孔徑2 mm；套環上方為壓塊，不銹鋼材質，下端可以套入下方的套環，上端可以套入彈簧；壓塊上方為彈簧，高碳鋼材質，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；固定板上方為預緊螺栓；最上方為頂部絲堵，黃銅材質，開有螺紋可以旋入套筒，絲堵中間有螺孔，預緊螺栓從中間穿過；旁邊配備有壓力傳感器的數字顯示器和電源。

2 輔助裝置的使用方法

（1）樣品篩選。用不銹鋼篩網篩選出粒徑2.00 ～4.75 mm 的復合肥樣品，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，高度與套環頂部平齊。放置壓塊，壓塊外緣要和套環對齊。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。再將預緊螺栓和頂部絲堵旋入套筒頂部。

（3）壓力調整。壓力傳感器接線端子接入數字顯示器。通過裝置頂部的預緊螺栓調整壓力大小。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，將裝置的壓力調整為實際壓力的3 ～5 倍。若在實驗過程中發現壓力值下降超過5 kPa，需要取出設備重新預緊，整個實驗過程保持壓力值不小于40 kPa。

（4）實驗環境因素設置。開啟恒溫恒濕箱，相對濕度調整為80%，溫度設置為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 下烘干至恒質量后自然冷卻。

（6）側向剪切力測定。取出壓力輔助裝置，拆下不銹鋼套環。將套環一端固定在剪切力儀上，測定側向剪切力。側向剪切力代表的是復合肥顆粒的黏結力，可以反映出復合肥顆粒黏結情況。將這個結果和同品級肥料進行對比，就可以判斷該批次復合肥防結塊性能的變化，同樣該裝置也可以預測防結塊劑的性能優劣。

3 應用實例

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種復合肥防結塊包裹粉Fa、S100、SA的防結塊性能進行對比實驗，結果顯示17-17-17 SOP（硝基復合肥）采用Fa 型防結塊包裹粉效果最好。

4 總結

該壓力輔助裝置配合恒溫恒濕箱，能模擬復合肥產品在實際倉儲過程中受到的溫度、濕度和壓力等環境條件，并進行加速破壞實驗，能快速判定復合肥的防結塊性能，也能對防結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品防結塊性能的研究，指導工藝及時調整，也可以指導復合肥銷售時間和倉儲時間。