14.3 Гранулирование

14.3.1. Общие сведения

Гранулирование - одна из обширных групп агломерационных процессов, включающая такие из них, при которых из порошкообразных материалов вследствие добавки жидкой связки в процессе вращательного движения смеси образуются гранулы.

Иными словами, гранулирование - это агломерация порошков путем окатывания. В ПСМ гранулирование нашло применение при подготовке стекольных и портландцементных сырьевых шихт, производстве легких заполнителей, переработке фосфогипса и др.

Рис. 14.3.1. Схема перекатывания гранулы через мелкое зерно материала.

Тарельчатый гранулятор Барабанный гранулятор

Сравнительно малоэнергоемкий способ окатывания обеспечивает передачу на порошок значительных усилий. В момент перекатывания гранулы радиусом R (рис. 10.3.1) через мелкое зерно п возникает толчок, направленный к центру гранулы. Если принять скорость поступательного движения гранулы 3, угловую скорость ω, то в соответствии с рис. 14.3.1, .

Усилие, передаваемое перекатывающейся гранулой на еди­ничное зерно, может достигать десятков МПа. Правда, для достижения такого давления необходимо, чтобы гранула при движении опиралась всегда только на одну частицу, а поверхность гранулятора была из неэластичного материала. В действительности гранула опирается на большее число частиц и водная пленка на поверхности способствует более равномерному распределению давления. Тем не менее, нагрузки, воспринимаемые тонкодисперсными частицами в промышленных грануляторах, достаточно высоки. На поверхности перекатывающейся гранулы возникает не только толчок, но и срезывающее усилие. Часть неровностей не выдерживает этих напряжений и разрушается, а прочно прилипшие зерна вдавливаются внутрь. Это обеспечивает приобретение гранулами шарообразной формы. Уплотнение агломерата при окатывании возможно лишь, если он достаточно пластичен. Необходимую пластичность ему придает наличие технологической связки, как правило, воды, с другой стороны, под действием сил поверхностного натяжения воды развиваются большие ка­пиллярные давления в порах гранулы, направленные от ее поверхности к центру. Чем выше дисперсность материала и чем тоньше капилляры, тем больше капиллярное давление. В сочетании с компрессионными нагрузками при окатывании капиллярное давление играет значительную роль в упрочнении гранул.

Как правило, длительность насыщения гранул влагой значительно больше, чем время, необходимое для окатывания. Поэтому для получения гранул требуемого размера материал желательно увлажнять постепенно с учетом кинетики влагопоглощения. Скорость распространения влаги в тонкодисперсном материале снижается по мере повышения тонкости помола. При агломерации окатыванием скорость распространения жидкой фазы является лимитирующей стадией процесса, а равномерность ее распределения определяет качество агломератов.

Большинство исследователей считает, что гранулируемость порошков определяется их пластичностью. Гранулируемость порошков, перерабатываемых в ПСМ, можно в широких пределах регулировать, либо исключая из состава шихт непластичные компоненты, либо вводя пластичные добавки.

Особенно сложный характер носит влияние на процесс агломерации температуры. Имеются сведения, что подача на гранулирование горячих порошков тормозит процесс. Это объясняют снижением поверхностного натяжения воды. В то же время нагрев материалов непластичных, гранулируемых, как правило, с добавкой электролитов обеспечивает их пластификацию.