1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ KẾT KHỐI PHÂN BÓN
1.4.5. Hạn chế kết khối bằng phương pháp biến tính bề mặt hạt
1.4.5.2. Chất biến tính dạng lỏng
Chất biến tính dạng lỏng (còn gọi là chất biến tính có năng lực hoạt động bề mặt) có hiệu quả cao trong xử lý chống kết khối cho phân bón, nhất là cho phân đạm urê. Nhóm các chất biến tính dạng này bao gồm các CHĐBM như các axit béo, các hợp chất amin, các hợp chất sunfonat hoặc một hỗn hợp của chúng... [22, 43, 80].
Chất biến tính hoạt động bề mặt làm thay đổi tính hấp phụ và tính chất năng lượng của lớp bề mặt hạt. Rất nhiều công trình nghiên cứu cho rằng 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 nước [2, 7, 8] làm giảm khả năng hút ẩm, từ đó giảm khả năng kết khối của sản phẩm.
Các tác giả Kưrsev I.P. và Grozdiev C. [20] nhận xét rằng các CHĐBM dạng anion và không ion kích thích quá trình kết tinh của muối từ dung dịch bão hoà trên bề mặt hạt theo xu hướng hình thành các tinh thể nhỏ không có năng lực kết tụ nên hiện tượng kết khối không xảy ra. Quá trình này phụ thuộc vào độ ẩm của hạt và tính chất của môi trường tiếp xúc trực tiếp với hạt. Từ đó, tác giả thấy rằng lượng CHĐBM cần thiết để kích thích quá trình kết tinh tỷ lệ với lượng các tinh thể nhỏ được tạo thành. Như vậy, với một lượng xác định CHĐBM dạng này chỉ có thể duy trì được tác dụng chống kết khối trong
Nguồn: Михайлов, Ю.И., В.Г. Водопьянов, Ф.В. Янишев ский и др. (1987).
Влияние ингибитора нитрификации “Н-серва” на физико-химических свойтва карбамида”, Химическая технология, 3, 33-34.
T ,
oC T ,
oC
h,
%
Hình 1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điểm hút ẩm của urê biến tính bằng N-
serve theo các tỷ lệ khác nhau:
1-0%; 2- 0,5%; 3- 1,0%; 4- 2,0%
Thời gian khảo sát , h
h, %
Hình 1.5. Độ hút ẩm của urê biến tính bằng 1,0% N-serve ở 25 oC và độ ẩm tương đối
môi trường 80, 90 và 100%:
1’,2’,3’ – urê mới biến tính 1, 2, 3 – urê sau biến tính 6 tháng
một khoảng thời gian nhất định. Đây là hạn chế của chất biến tính bề mặt dạng anion và không ion.
Tác giả Zaichkov G.N. trong luận văn khoa học của mình [15] đã nghiên cứu ảnh hưởng của CHĐBM đến cấu trúc hạt của các dạng phân bón amoni nitrat và nitroamophotka bằng phương pháp kính hiển vi điện tử và kết luận rằng các CHĐBM không tan trong nước như các amin béo và axit cacboxylic có khả năng tạo ra trên bề mặt hạt một lớp màng kỵ nước. Tác giả khẳng định tính ưu việt của CHĐBM dạng cation và dạng không tan trong nước so với CHĐBM dạng anion và dạng tan trong nước.
Tác giả Rassadin B.V. và cộng sự [22] đã nghiên cứu tương tác giữa amoni nitrat với chất biến tính amin béo bằng phương pháp phổ phân tử và cho biết hợp chất amin béo có khả năng tương tác với amoni nitrat tạo thành hợp chất ankylamoni nitrat cố định trên bề mặt hạt. Quá trình tương tác xảy ra theo cơ chế hấp phụ hoá học.
Tác giả Kuvshinikov I.M. và cộng sự [21-24] đã nghiên cứu về cơ chế tác dụng của các CHĐBM khác nhau đến khả năng kết khối của phân bón phức hợp theo phương pháp biến tính bề mặt hạt. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính hút ẩm của sản phẩm có giảm trong vài ngày đầu nhưng sau 150 h bảo quản trong môi trường ẩm, bề mặt sản phẩm không còn tính kỵ nước nữa.
Cũng trong công trình này, các tác giả đã chỉ ra liều lượng CHĐBM cần thiết để khắc phục hiện tượng kết khối của các sản phẩm nghiên cứu là 0,05 – 0,1%
so với lượng phân bón. Liều lượng này cao hơn so với nồng độ của CHĐBM trong lớp hấp phụ đơn phân tử. Vì thế, tác giả đưa ra giả thiết về cơ chế của hiện tượng kết khối theo thuyết khuếch tán và cho rằng chiều dài mạch cacbon của phân tử CHĐBM có ảnh hưởng đến hiệu quả chống kết khối.
Trong các công trình nghiên cứu khác [26-29], tác giả Mikhailov Iu.I.
và cộng sự cho biết urê được biến tính hóa bằng 2-clo, 6-triclometyl piriđin C6H3Cl4N (N-serve) có điểm hút ẩm thấp hơn so với urê thường. Lượng chất biến tính sử dụng càng nhiều và nhiệt độ môi trường càng cao thì sự thay đổi điểm hút ẩm càng lớn (hình 1.4). Tuy nhiên, urê mới xử lý biến tính sẽ có khả năng hút ẩm cao hơn so với urê đã qua một thời gian bảo quản sau khi biến tính (hình 1.5).
Cũng nghiên cứu về khả năng kết khối của NH4NO3 và phân bón hỗn hợp có chứa NH4NO3, tác giả Rasulich G. và cộng sự [18] đã đưa ra giả thiết về cơ chế của quá trình kết khối. Quá trình kết khối chịu tác động của ba loại lực liên kết là lực liên kết kết dính Van der Walls, lực liên kết pha lỏng và lực
liên kết pha rắn hay còn gọi là liên kết cầu tinh thể. Đánh giá kết quả thực nghiệm bằng phương pháp kính hiển vi điện tử, tác giả kết luận rằng nguyên nhân kết khối do sự hình thành các liên kết cầu tinh thể là nguyên nhân có xác suất lớn nhất so với các nguyên nhân khác.
Để hạn chế hiện tượng kết khối của NH4NO3, tác giả patent số 973516 (Liên xô cũ) đã sử dụng hỗn hợp biến tính chứa toluen-điisoxyanat nhưng lượng sử dụng tương đối lớn, cỡ 5% so với khối lượng phân bón cần biến tính [22].
Trong các công trình nghiên cứu khác, hầu hết các tác giả đều sử dụng hợp chất amin để chống kết khối cho NH4NO3. Phương pháp xử lý rất phức tạp: đầu tiên hạt phân bón được xử lý bằng dung dịch rượu, sau đó 10 phút bắt đầu xử lý tiếp bằng amin hoặc hỗn hợp gồm amin béo, hexylamin hoặc octađexylamin với axit béo và axit vô cơ, đôi khi còn bổ sung thêm lignosunfonat. Một số công trình còn nghiên cứu sử dụng cặn dầu có nhiệt độ sôi 300 – 460 oC, chứa 10 % hyđrocacbon mạch vòng và 5 – 8 % paraphin rắn kết hợp với hợp chất amin béo bậc một. Với hỗn hợp biến tính này, độ kết khối của NH4NO3 sau khi xử lý giảm cỡ 5 lần.
Nghiên cứu chống kết khối cho KCl, tác giả patent số 1057480 (Liên xô cũ) và tác giả Ianovskaia A.P. và cộng sự [18,22] đã sử dụng hỗn hợp gồm hợp chất amin và dẫn xuất của nó, kết hợp với chất phân tán là urê và axit hữu cơ, xà phòng sunfat hoá và dầu thực vật. Bên cạnh tác dụng chống kết khối, hỗn hợp còn có tác dụng giảm khả năng hút ẩm của phân kali.
Theo tài liệu [18,22], trong các patent số 217101 và 227622 của Cộng hòa Sec và Slova, patent số 85546 của Ba Lan, phương pháp hiệu quả để chống kết khối là kết hợp giữa biến tính bề mặt bằng CHĐBM (sử dụng các dung dịch 10 – 70 % lignosunfonat, nhũ tương của muối canxi lignosunfonat và amin béo trong dầu khoáng) và biến tính bề mặt hạt bằng các chất bột trơ như bentonit, cao lanh, điatomit trộn lẫn với các chất màu tự nhiên hoặc màu tổng hợp với liều lượng sử dụng vào khoảng 0,5 – 2,0 % so với lượng phân bón hoặc bột alumosilica gel với liều lượng sử dụng cao hơn (1,5 – 4,0 %).
Tác giả Mukhin I.P. và cộng sự [22] khi nghiên cứu tính chất hoá - lý của nitroamophotka sau khi được biến tính trong điều kiện sản xuất đã kết luận rằng sau thời gian bảo quản 6 tháng, chất biến tính vẫn có khả năng hạn chế hiện tượng kết khối song độ bền hạt lại ít nhiều bị ảnh hưởng.
Khi xử lý urê bằng polyme-polypropylen và phân đoạn đầu của polypropylen trong hỗn hợp với các tác nhân kỵ nước khác, kết quả thu được
thấp hơn rõ rệt so với khi xử lý bằng hỗn hợp chứa hợp chất amin béo. Tuy nhiên nếu sử dụng polyetylen và polypropylen đồng thời với bitum thì hiệu quả chống kết khối đối với urê tăng lên rõ rệt [22].
Khi xử lý urê bằng hỗn hợp copolyme mạch thẳng với acrylic axit và axit béo, độ kết khối của sản phẩm này (kiểm tra bằng cách nén phá mẫu) giảm cỡ 4 lần so với sản phẩm theo tiêu chuẩn GOST 2081-75 của Liên xô cũ [22].
Trong công trình [80] đăng trên tạp chí Fertilizer Research số 30 xuất bản tại Netherlans năm 1991, tác giả người Mỹ Rutland D.W. đã đưa ra 9 tác dụng khác nhau của chất chống kết khối đối với phân bón sau khi xử lý bao gồm:
- Ngăn cản sự hình thành dung dịch muối bão hòa trên bề mặt hạt;
- Thúc đẩy hình thành các tinh thể nhỏ trong quá trình hòa tan/tái kết tinh;
- Phân bố pha tinh thể đồng đều trên bề mặt hạt;
- Biến đổi tính hoạt động của các tinh thể trong quá trình tái kết tinh;
- Ức chế quá trình hòa tan/tái kết tinh;
- Tạo ra hàng rào kỵ nước trên bề mặt hạt;
- Giảm sự dính kết mao quản giữa các hạt;
- Làm khô bề mặt hạt;
- Giảm độ bền của các liên kết cầu tinh thể hình thành giữa các hạt.
Tác giả nhận xét rằng vai trò của các chất hoạt động bề mặt trong ức chế kết khối phân bón vẫn chưa rõ ràng, và cơ chế tác động của CHĐBM đặt ra vẫn là các tác dụng: chống hút ẩm để không tạo ra lớp dung dịch bề mặt, ức chế các quá trình hòa tan/tái kết tinh, biến đổi cường độ của các lực liên kết.
Ngoài ra, còn nhiều công trình nghiên cứu khác đã công bố các kết quả nghiên cứu về vấn đề kết khối phân bón nói chung, phân đạm urê nói riêng [32, 48, 57, 82-84, 87-94] cũng như các kết quả nghiên cứu về về phân bón nhả chậm [67, 68], phân bón có bổ sung chất ức chế nitrat hóa đồng thời có chức năng hạn chế kết khối [66] song về cơ bản không có khác biệt so với các công trình còn lại.
Ở trong nước, nghiên cứu chống kết khối cho phân bón hỗn hợp NPK đi từ các nguyên liệu amoni sunfat, kali clorua và phân lân supephotphat, tác
Chất HĐBM Phân bón Bột trơ
1
2 3
5 4 4
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý biến tính bề mặt hạt phân bón [22]
1- Thùng chứa CHĐBM; 2 - Bunker chứa phân bón; 3- Bunker chứa bột trơ 4- Băng tải; 5- Thiết bị phun bọc kiểu tang trống
giả Đỗ Viết Huyên và cộng sự [3] cho biết có thể sử dụng dịch đen của nhà máy giấy và natri sterat kết hợp với urê hoặc bột talc theo các tỷ lệ phù hợp để hạn chế vấn đề kết khối của phân bón hỗn hợp NPK Lâm Thao.
Nghiên cứu chống kết khối cho phân đạm urê, tác giả Hoàng Anh Tuấn và cộng sự [4-6] cho biết các hợp chất amin trong hỗn hợp với một số chất hữu cơ và vô cơ khác có khả năng ức chế hiện tượng kết khối urê rõ rệt. Độ kết khối của urê khi sử dụng chế phẩm này tương đương với độ kết khối của urê khi sử dụng Uresoft-150 của hãng KAO.
Hình 1.6 mô tả sơ đồ khối của một hệ thống nghiên cứu xử lý biến tính bề mặt hạt phân bón kết hợp giữa biến tính bằng CHĐBM với biến tính bằng bột trơ. Trong hệ thống này, phân bón dạng hạt từ bunker chứa (2) theo băng tải (4) đi vào thiết bị phun bọc kiểu tang trống (5). Ở đó, phân bón được phun phủ bởi một lớp CHĐBM từ thùng chứa (1) có gắn cánh khuấy rót xuống.
Phân bón sau khi phủ CHĐBM được phủ lại bằng một lượng chất biến tính
bột trơ từ thùng chứa (3) theo vít tải đi vào thiết bị phun bọc (5). Sản phẩm sau khi xử lý biến tính được đóng bao bảo quản.