Методы гранулирования:

1. Структурирование (окатывание) характерно для порошков, обладающих значительной адгезией в присутствии жидкой фазы. Сначала формируют гранулы из увлажненного порошка, затем высушивают их для придания им прочности. При перемешивании порошков во вращающемся, встряхивающем и другом устройстве сначала вследствие беспорядочного слипания частиц возникают мелкие комочки неправильной формы. Постепенно они увеличиваются, при их трении друг о друга выступы сглаживаются, а впадины заполняются. В результате при окатывании комочки приобретают сферическую форму. Основной причиной и средством как агломерированием частиц порошка в комочки в процессе гранулирования, так и сохранения гранулами механической прочности является образование между частицами жидких и твердых перемычек – мостиков. Материалом для таких перемычек может служить и само гранулируемое вещество и вносимые в него добавки. Размеры гранул зависят от продолжительности и скорости перемешивания, от геометрических параметров устройства, степени заполнения аппарата гранулируемым материалом, его пластичности. Чем более влажен материал, тем крупнее гранулы, тем больше пористость материала и тем меньше его прочность. Оптимальное содержание жидкой фазы обычно находится в пределах 3-18%.

Прочность гранулы тем больше, чем мельче частицы гранулируемого порошка. Для любых средств сцепления частиц прочность гранул обратно пропорциональна квадрату их линейного размера и выражается общим уравнением:

Р = к (1-а)/d²),

где Р – разрушающее напряжение, Па: К – коэффициент, зависящий от природы и величины сил сцепления и от числа точек приложения этих сил: а – степень пористости грануы (доля пустот): d - средний линейный размер твердых частиц, образующих гранулу, м.

2. Прессованием (таблетирование и экструзия) гранулируют порошки при малой адгезии, то есть при слабом сцеплении частиц. Материал сначала брикетируют прессованием, а затем дробят до требуемого размера кусочков. Этим методом все чаще гранулируют удобрения. Путем изменеия давления прессования возможно регулировать прочность получаемых гранул и изменять скорость их растворения в почве. Прессование производят сжатием метериала между двумя валками, на которые он подается с помощью червячного питателя. При сжатии порошка вначале, при давлениях до 30 МПа, масса уплотняется вследствие переупаковки частиц, происходит некоторое их разрушение. При более высоких давлениях 30-100МПа уплотнение сопровождается дальнейшим разрушением частиц и рекристаллизацией. Вначале на сцепление частиц оказывают влияние силы межмолекулярного и электростатического взаимодействия, затем, при больших давлениях, происходит упрочнение материала вследствие увеличения числа контактов между осколками и образования соединений с ковалентными связями. Температура системы повышается, в многокомпонентных системах возможны твердофазные реакции и образование твердых растворов. Чем пластичнее материал, тем ниже требуемое давление прессования. При больших давлениях и значительном повышении температуры возможно появление жидких фаз – эвтектических расплавов, способствующих особо прочному сцеплению частиц после охлаждения прессованного материала. Увеличение прочности достигается и введением связующих добавок. К ним относятся пленкообразующие (вода, растворы веществ, реагирующих с прессуемым веществом) и вяжущие (смолы, глина). Роль их тождественна той, которую они выполняют при гранулировании порошков структурированием. Например, при гранулировании прессованием кристаллического хлорида калия (плохо поддающегося гранулирования структурированием при окатывании) его предварительно нагревают до температур 120-140С и увлажняют насыщенным раствором KCl до влажности 0,5%. Кроме того могут добавляться вещества, уменьшающие трение между частицами и между прессуемой массой и валками. Одним из вариантов прессования является экструзия. Метод заключается в предварительной пластификации исходного материала его нагреванием или смешением с жидкой добавкой. Затем пластичная масса поступает в экструдер, в котором продавливается через отверстия в матрицах. Из отверстий материал выходит в виде шнуров и затем разрезается на разные кусочки. При круглых отверстиях гранулы имеют цилиндрическую форму. Экструзия позволяет получать однородные по размеру гранулы высокой прочности.

3. Распыление из растворов и суспензий на поверхность частиц. Процесс реализуют в барабанном грануляторе-сушилке (БГС) или в аппаратах с кипящим слоем (КС). В БГС суспензия с помощью форсунок на взвешенную в объеме аппарата массу гранул, покрывает их и быстро высушивается в потоке топочных газов. Длина аппарата 10-20 м, диаметр - 3-4 м, угол наклона - 3, частота вращения – 3-5 об/мин, степень заполнения – 15%. Затем при дальнейшем окатывании гранулы уплотняются и окончательно высыхают. В аппарате с КС газ или воздух подается под решетку, над которой поддерживается кипящий слой гранул, а гранулируемую жидкую фазу диспергируют над кипящим слоем или впрыскивают внутрь его, в результате чего она отверждается на поверхности гранул, высушиваясь и застывая на них. При этом гранулы укрупняются сепарируются и по достижении необходимого размера выводятся в качестве продукта.

4. Приллирование – гранулирование горячих плавов диспергированием их в капли, затвердевающие при охлаждении в газообразной или жидкой среде, например, в потоке воздуха или в слое масла или воды. Для получения гранулированных минеральных удобрений (нитрата аммония, карбамида, нитроаммофоса плавы разбрызгивают в башнях с восходящим потоком воздуха. Гранулы из не очень вязких плавов имеют шарообразную форму и высокую прочность. Жидкий шлак из фосфорных печей с температурой 1500С гранулируют, подавая его вместе со струей воды в грануляционный бассейн с водой. Образующийся из воды пар разрывает струю шлака на капли, охлаждающиеся и затвердевающие в зерна.