IT9022209A1

IT9022209A1 - Processo per la granulazione di sali potassici

Info

Publication number: IT9022209A1
Application number: IT022209A
Authority: IT
Inventors: Fabrizio Cocquio; Raffaello Fortibuoni; Danilo Nardon; Leonardo Silvestrin
Original assignee: Agrimont Spa
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1992-05-27
Also published as: IT9022209A0; IT1243397B; EP0488199A1; EP0488199B1; IL100155A0; DE69106851D1; CA2056240A1

Description

L'invenzione riguarda un processo per la granulazione di sali potassici ed in particolare di K^SO^ e/o KC1.

Il solfato potassico in commercio viene comunemente preparato per compattazione, su coclee o rulli, di polveri finissime, impastate con acqua e sottoposte successivamente ad essiccatura, brecciatura (crushing) e vagliatura. Il prodotto così ottenuto tuttavia, pur avendo un titolo elevato in I^O, possiede caratteristiche fisiche scadenti. Questo tipo di granulazione (per compattazione) viene classificata come una coalescenza delle particelle solide in granuli, assai poco scorrevoli per la presenza d1 spigoli vivi. Si potrebbero ottenere dei granuli arrotondati, più scorrevoli e più resistenti all 'abrasione, con un processo ad umido in granulatori a tamburo rotante, ma i sali potassici sono poco solubili in acqua e non é stato finora possibile portare la concentrazione delle soluzioni ad un livello tale da rendere interessante il processo sul piano industriale. Processi di questo tipo sono stati recentemente descritti nella pubblicazione brevettuale tedesca DE-0S-3623104, il cui contenuto è parte integrante della presente descrizione; si tratta di granulazioni ad umido (in tamburo rotante), in presenza di un legante, per esempio salda d'amido.

Detti metodi , tuttavia, non sono ancora completamente soddisfacenti, in quanto la sospensione di eia inviare al tamburo non è stata ancora resa abbastanza stabile e omogenea, in quanto gli additivi usati finora non esplicano un'attività legante sufficientemente elevata e in quanto il granulo ottenuto ha qualità fisiche inferiori ai comuni fertilizzanti complessi granulari NPK (NITROGEN-PHOSPHORUS-KALIUM).

La Richiedente ha ora messo a punto un processo, basato sulla scelta di un particolare legante e sulla scelta di particolari condizioni operative, che elimina o riduce gli Inconvenienti di cui sopra e che permette di ottenere :

sospensioni (torbide) omogenee e molto concentrate, quindi di piccolo volume, di sali potassici, come alimentazione agli apparecchi di granulazione;

un granulo finito avente un titolo molto elevato in K^O, nonché caratteristiche fisiche (per esempio granulometria, durezza e polverosità) paragonabili alle caratteristiche dei granuli NPK presenti sul mercato.

Nel suo aspetto più ampio l'invenzione riguarda un processo per la granulazione di sali potassici, in particolare di solfato e/o cloruro e/o carbonato e/o nitrato e/o fosfato di potassio e/oppure langbeinite (e/o glaserite), comprendente: a) la preparazione a 30-50°C di un gel di bentonite e/o altra argilla attiva, mescolando la bentonite (e/o argilla) con l'acqua secondo un rapporto ACQUA:BENTONITE (e/o ARGILLA) fra 5 e 15, e l 'aggiunta di sale potassico a detto gel, ri¬

scaldato a 60-80°C;

b) l 'alimentazione della torbida, ottenuta secondo a), ad un

granulatore a tamburo rotante, dove la torbida viene spruzzata su un letto di granuli caldi preformati e riciclati,

regolando l 'umidità del granulo (in uscita) fra 4 e 8% i n

peso e regolando il rapporto di riciclo fra 12 e 18;

c) un essiccamento con gas caldi (fumi ) (a 250-270°C) dei gra¬

nuli ottenuti secondo b), fino a che l 'umidità del granulo è

fra 2,0 e 3,5% in peso, la temperatura del granulo,

all 'uscita dalla zona di essiccamento, essendo da 60° a 85°C, seguito da operazioni di vagliatura, macinazione, ab¬

battimento delle polveri e raffreddamento di tipo usuale.

Detto gel deve avere una viscosità da 20 a 40 mPa.s e un limite

2

di scorrimento da 60 a 100 dine/cm ; il limite di scorrimento è

lo sforzo di taglio minimo che provoca l 'inizio dello scorri¬

mento del gel e può essere determinato con un viscosimetro rotazionale, a cilindri coassiali e a scansione di velocità. La

torbida di alimentazione, preparata secondo lo stadio a), può essere pompata con facilità; la sua viscosità è paragonabile

alle classiche torbide NPK e permette d1 mantenere i cristalli

di sale potassico in sospensione per parecchi minuti. Un esem¬

pio del legame che intercorre fra la viscosità delle torbide di K^SO^ (e bentonite) secondo l 'invenzione e la quantità di acqua presente nelle torbide è riportato in figura 1, che riguarda una prova in cui si usarono 4,3 Kg di bentonite per 100 kg di K2S0^ secco (100%) nel prodotto finito.

L'umidità media del granulo, nel granulatore e nell'essiccatore, è critica; se il livello di umidità è troppo elevato, il granulo presenta una scarsa resistenza meccanica ed una elevata tendenza allo sporcamente delle apparecch i ature , mentre un livello di umidità troppo basso (granulo troppo secco) dà origine a notevoli quantità di polvere, che possono causare spiacevoli intasamenti. Altri fattori critici sono il rapporto di riciclo e la separazione della fase di essiccamento dalla fase di granulazione; in base a prove eseguite in un letto a zampillo (spouted bed), si ritiene che il realizzarsi contemporaneo delle due operazioni (fasi) sia un ostacolo insormontabile per il buon andamento di una granulazione di questo tipo. Con il processo a fasi separate, invece, la Richiedente è riuscita a granulare solfato potassico con la massima facilità, partendo dal comune K^SO^ <in >P°^<vere>» senza modificare preventivamente lo spettro granulometrico mediante macinazione o vagliatura.

L'invenzione può essere realizzata in una forma particolarmente vantaggiosa se si ricorre ai seguenti espedienti :

I) Dosaggio della bentonite (e/o argilla) in modo che la quantità di bentonite (e/o argilla) sia fra 1 e 10 Kg (preferibilmente fra 3 e 6 Kg) per 100 Kg di sale potassico secco presente nel prodotto finito;

II) Dosaggio dell 'acqua in modo che la quantità di HgO, nella torbida alimentata al granulatore sia fra 30 e 55% e preferibilmente fra 35 e 46% in peso;

III) Regolazione della granulometria delle polveri usate come materia prima; non più del 25% in peso delle particelle deve avere una dimensione media superiore a 200 micrometri (0,2 mm) e non più del 5% (preferibilmente 0%) delle particelle deve avere una dimensione media superiore a 500 mi crometr i (0,5 mm ) ;

IV) Regolazione del raffreddamento e/o del tenore finale di umidità nei granuli; quella porzione di granuli essiccati (fino al 2-3,5%) di umidità che non viene riciclata calda al granulatore (e che cioè viene inviata allo stoccaggio oppure all'uso) viene vantaggiosamente sottoposta:

i) ad un raffreddamento con aria preferibilmente a 30°C o meno, regolando la portata e la temperatura dell'aria in modo da portare il tenore di umidità del granulo ad un livello uguale o inferiore all '1,5% in peso e preferibilmente tra 1 e 1,5% in peso; e/oppure:

ii) ad un (secondo) essiccamento, ad uno o più stadi, che abbassa detto tenore di umidità ad un livello fra 0,1 e 1% e preferibilmente fra 0,1 e 0,5% in peso. Si sottolinea tuttavia che la criticità del processo non risiede 1n questi ultimi tenori di umidità, di tipo usuale e relativi alle quantità relativamente piccole di granuli inviate allo stoccaggio, ma nei tenori di umidità (2-3,5%) relativi alle enormi masse che costituiscono il riciclo (più di 10 volte superiori alle quantità da stoccare). La temperatura delle masse riciclate differisce di pochi gradi dalla temperatura delle masse uscenti dall'essiccamento primario.

Il processo secondo l'invenzione permette di ottenere dei granuli sferoidali molto resistenti e molto scorrevoli; si segnala in particolare che:

A) la loro durezza (in inglese: crushing strength) é uguale o superiore a 2 Kg (misurata come resistenza a compressione di un granulo avente una diametro di 3,15 mm); si veda il metodo standard descritto a pagina 9 e 10 del testo "Physical Properties of Fertilizers" (1979) edito dalla T.V.A. (Tennessee Valley Authority).

B) la loro polverosità (in inglese: dustiness) è molto bassa, cioè uguale o inferiore a 500 ppm; si veda il metodo descritto a pagina 25 e 26 del testo T.V.A. sopra citato;

C) la loro granulometria è ottimale, non essendovi più del 5% (preferibilmente 2%) di grandi particelle, con diametro medio superiore a 5 mm, ed essendovi almeno 1'80% (preferibilmente 85%) in peso dei granuli con diametro medio compreso fra 2 e 4 mm;

0) il loro comportamento al1'impaccamento é eccellente (scorrevole); si veda il metodo (caking test) descritto a pagina 23 e 24 del testo T.V.A. sopra citato.

Gli esempi che seguono hanno un fine puramente illustrativo e non limitano in alcun modo la portata dell'invenzione. ESEMPIO 1

PARTE A): preparazione della torbida

Seguendo la figura 2, il serbatoio miscelatore (A), fornito di agitatore rotante (a 200 giri/minuto) venne alimentato con 0,6 kg/h di bentonite attivata (1) e con 6 kg/h di H^O deionizzata (2); la miscela venne mantenuta a 35°C per 100 minuti e si notò la formazione di un gel, avente un tenore di acqua di circa il 90% in peso, una viscosità di circa 40 mPa.s e un li-

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mite di scorrimento di circa 70 dine/cm . Il gel cosi ottenuto (3) venne trasferito in un secondo serbatoio miscelatore (B), slmile al serbatoio (A), alimentato con 10,5 kg/h d1 solfato di potassio solido (4), contenente tracce di Mg SO^, CaSO^, Na^SO^ e KC1 e avente la seguente granulometria:

Dimensione (Particle size) % in peso superi ore a 1 ,0 mm 0 d a 1 , 0 a 0 , 7 1 da 0,7 a 0,5 " 3 da 0,5 a 0,3 6 da 0,3 a 0,2 12 da 0,2 a 0,1 " 45 inferiore a 0,1 " 33 Detta bentonite attivata, usata in polvere (densità appa-3

rente: 0,83 g/cm ; particle size inferiore a 0,1 mm) e commercializzata dalla ditta VALDOL come BENTONITE C3, era costituita da una montmori 11 oni te in aggregati cripto-cristallini (tendenti all 'amorfo) di forma globulare, aventi la seguente composizione chimica (ponderale):

S i 0 ^ : 34, 7%; Al^: 9,6%; MgO: 5,7%; Fe^: 10,4%; CaO: 5,9% Na20: 3,0%; C02 : 10,1%; H20: 11,2%.

Nel serbatoio (B), riscaldato a 75°C con vapore (diretto), venne aggiunta anche una soluzione acquosa di riciclo (5), proveniente dall'apparecchio (C) dove erano state abbattute con acqua (6) le polveri (7) originate nei diversi punti dell 'impianto (3,75 kg/h di soluzione, al 15% in peso di K2S0^). Il tempo di permanenza nel serbatoio (B), fu di 80 minuti .

PARTE B): granulazione ed essiccamento

Una massa (8) pari a 20,9 kg/h della torbida uscente dal serbatoio (B), contenente circa il 45% in peso di H20 { e 11 kg/h di KgSO^) venne alimentata al granulatore (D), costituito da un tamburo rotante, inclinato di 10 gradi, e spruzzata su un letto costituito da 250 kg/h di particelle fini calde (circa 70°C) di solfato potassico (9), riciclate dalle apparecchiature a valle del granulatore, e da un rabbocco (10) pari a 3 Kg/h di K2S0^ in polvere. Le polveri (11 ) formate nel granulatore vennero convogliate all 'apparecchio (C) (scrubber); i granuli (12) uscenti dal granulatore (D), aventi un tasso di umidità medio del 5,4% in peso, passarono nell 'essiccatore (E), costituito da un tamburo rotante inclinato (di 3 gradi ), palettato internamente e alimentato con 200 Nm /h di fumi caldi (13) (da combustione) a 260°C; le polveri (14) formate nell 'essiccatore (E) vennero alimentate ad un ciclone separatore (F) prima di passare definitivamente allo scrubber (C). I granuli (15) uscenti dall 'essiccatore avevano la temperatura di 70°C, un tasso di umidità del 2,1% in peso e presentavano la granulometria indicata in Tabella A.

PARTE C): vagliatura e raffreddamento

I granuli essiccati vennero sollevati con un elevatore (G) fino al vaglio (H). La frazione fine (16) venne riciclata al granulatore (D); la frazione grossolana (grosso) (17) venne convertita in frazione fine di riciclo (18) mediante macinazione nel mulino (K) e parte della frazione a norma (corrispondente alla produzione oraria prefissata) (19) venne raffreddata a 30°C (in 20 minuti) nel refrigerante a tamburo (L), alimentato con aria fresca (20). Le caratteristiche del granulo finito, uscente dal tamburo (L) sono indicate in Tabella B; si sottolinea in particolare il contenuto di umidità (1,5% 1n peso).

ESEMPIO 2 (comparativo)

L'esempio 1 venne ripetuto elevando la temperatura dei fumi di essiccamento a 290°C. I dati granulometrici della tabella (A) mostrano che questo tipo di essiccamento, spinto oltre i valori ottimali (250-270°C per la temperatura dei fumi), provoca una tale carenza di fase liquida granulante (umidità = 0,9%) da aumentare in modo inaccettabile la finezza dei granuli.

TABELLA A

VOCE ESEMPIO E ( * Ϊ a) PRODUZIONE ORARIA

(dopo il raf freddamente )( Kg/h ) 1 5 15 ALIMENTAZIONE AL SERBATOIO A:

b) -BENTONITE (Kg/h); 0,6 0,6 c) -H20 (Kg/h)

ALIMENTAZIONE AL SERBATOIO B:

d) -<2S04 in polvere (Kg/h); 10,5 10,5 e) -Soluzione acquosa di K2SO^ 3,75 3,75 dagli abbattimenti (Kg/h).

f ) Umidità della torbida inviata

al granulatore (% in peso) ca . 45 ca . 45

g) Riciclo dei granuli fini e caldi

al granulatore (Kg/h) 250 267 h) Rabbocco (K2S04 ) ( Kg/h ) 3 3 i) Rapporto di riciclo ( g : a ) 16,7 17,8 1) Umidità del granulo all 'uscita

del granulatore (%in peso) 5,4 4,1

m ) Portata dei fumi alimentati 200 200

3

a 11 ' essi catore ( Nm /h ) ( a260°C ) ( a290°C )

(*) comparativo

TABELLA A (segue)

j VOCE I ESEMPIO 1 2 ( * ) | n) | Umidità dei granuli all 'uscita

| | del 1 ' essi catore (%in peso) 2,1 0,9 | o) | Temperatura del granulo

| | all 'uscita dell 'essiccatore 70°C ca 85 0 C

| GRANULOMETRIA ALL'USCITA

| DELL'ESSICCATORE

Isuperiore a 5 mm (% in peso) 1,0

| d a 5 a 4 mm " 3,7 0,1 j d a 4 a 3 mm 11 30.1 5,5 jda 3 a 2 mm " 49,9 34,5 | d a 2 a 1 mm " 9.6 39.7 | d a 1 a 0 , 5 mm 11 4.6 12.8 I i nf eri ore a 0,5 mm " 1.1 7,4 | ( * ) COMPARAT IVO

TABELLA B

Aspetto: granulare (colore nocciola chiaro)

Umidità { % in peso) 1,5

3

Densità apparente (g/cm ) 1,25 Angolo di cumulo (gradi sessagesimali ) 35° GRANULOMETRIA

superiore a 5 mm (% in peso) 2 da 5 a 4 mm " 7 da 4 a 3 mm 11 40 da 3 a 2 mm " 43 da 2 a 1 mm " 8 inferiore a 1 mm 0 Comportamento rispetto al 1 ' i mpaccamento scorrevole Durezza (*) (kg) 2,0 Polverosità (dopo ) giorno) (ppm) 500

K2° 47,2 % in peso Na 0,1% in peso MqO 1,1 3⁄4 in peso CI 0,7% in (*) Carico di rottura a compressione su un granulo avente un diametro di 3,15 mm. dopo 24 ore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo per la granulazione di sali potassici comprendente: a) la preparazione a 30-50°C di un gel di bentonite e/o al¬ tra argilla attiva, mescolando la bentonite (e/o argilla) con l 'acqua secondo un rapporto ACQUA : BENTON I TE (e/o AR-GILLA) fra 5 e 15, e l 'aggiunta di sale potassico a detto gel, riscaldato a 60-80°C; b) l 'alimentazione della torbida, ottenuta secondo a), ad un granulatore a tamburo rotante, dove la torbida viene spruzzata su un letto di granuli caldi preformati e rici¬ clati, regolando l 'umidità del granulo (in uscita) fra 4 e 8% in peso e regolando il rapporto di riciclo fra 12 e 18; c) un essiccamento con gas caldi (fumi ) ( a 250-270°C) dei granuli ottenuti secondo b), fino a che l 'umidità del granulo è fra 2,0 e 3,5% in peso, la temperatura del granulo, all 'uscita dalla zona di essiccamento, essendo da 60° a 85°C .
2. Il processo della rivendicazione 1, in cui detto gel ha una viscosità da 20 a 40 m Pa.s e un limite di scorrimento da 60 2 a 100 dine/cm .
3. Il processo della rivendicazione 1, in cui la quantità di bentonite (e/o argilla) è fra 1 e 10 Kg ( pref er i bi 1 mente fra 3 e 6 Kg) per 100 Kg di sale potassico secco, presente nel prodotto finito, e in cui la quantità di acqua, nella torbida ottenuta secondo a) è dal 30 al 55% (preferibilmente dal 35 al 46%) in peso.
4. Il processo della rivendicazione 1, in cui le dimensioni delle particelle del sale potassico aggiunto a detto gel sono così definite: - non più del 25% in peso delle particelle al di sopra di 200 micrometri (0,2 mm); - non più del 5% in peso al di sopra di 500 micrometri (0,5 mm ) .
5. Il processo della rivendicazione 1, in cui quella porzione di granuli essiccati (fino al 2-3,5% di umidità) che non viene riciclata calda al granulatore (e che cioè' viene inviata allo stoccaggio oppure all 'uso) viene sottoposta: - i) ad un raffreddamento con aria, pref eri bi Imente a 30°C o meno, regolando la portata e la temperatura dell'aria, in modo da portare il tenore di umidità del granulo ad un livello uguale o inferiore all '1,5% in peso e preferibilmente tra 1 e 1,5% in peso; e/oppure: - ii) ad un (secondo) essiccamento, ad uno o più stadi, che abbassa detto tenore di umidità ad un livello fra 0,1 e 1% e preferibilmente fra 0,1 e 0,5% in peso.
6. Granuli sferoidali e scorrevoli di sali potassici, ottenuti secondo il processo di cui a una delle rivendicazioni precedenti e aventi le seguenti caratteristiche: a) durezza uguale o superiore a 2 Kg; b) polverosità uguale o inferiore a 500 ppm; c) quantità di granuli con diametro medio superiore a 5 mm (grosso) uguale o inferiore al 5% e preferibilmente al 2% in peso; d) quantità di granuli aventi diametro medio fra 2 e 4 mm (granuli a norma): almeno 80% e preferibilmente 85% (in peso).
7. Il processo della rivendicazione 1, in cui il rapporto BEN-TONITE (E/0 ARGILLA):SALE POTASSICO, nella torbida ottenuta secondo a), é da 0,01 a 0,10 in peso.