Fyzikální vlastnosti průmyslových hnojiv

Fyzikální vlastnosti hnojiva jsou dány jeho chemickým složením a způsobem výroby. Nejdůležitější vlastnosti produktu pro manipulaci, skladování a aplikaci jsou:

• hygroskopicita
• spékání
• tvar a velikost částic a jejich distribuce
• pevnost a mechanická odolnost částic
• tendence k tvorbě prachu a prášku
• objemová hmotnost
• kompatibilita (chemická a fyzikální)

Hygroskopicita

Vzduch obsahuje vlhkost ve formě vodní páry, a proto vyvíjí tlak vodní páry (p H2O), který závisí na vlhkosti a teplotě. Horký vzduch pojme více vody než studený vzduch. Obsah vody se vyjadřuje relativní vlhkostí (RH).

Je-li vzduch nasycen vodní párou, je jeho relativní vlhkost 100 %, a v případě polovičního nasycení má 50% relativní vlhkost. Tlak vodní páry se bude pohybovat od vysokých až po nízké hodnoty. Při 30 °C pojme vzduch 30,4 g vody na m3 (100% RH). Tlak vodní páry ve vzduchu se mění s teplotou a vlhkostí vzduchu.

Všechna hnojiva jsou více či méně hygroskopická, což znamená, že při určité vlhkosti nebo při určitém tlaku vodní páry začnou absorbovat vlhkost. Některá velmi hygroskopická hnojiva přitahují vlhkost mnohem snáze a při nižší vlhkosti, než jiná. K absorpci vody dochází v případě, že je tlak vodní páry ve vzduchu vyšší, než tlak vodní páry v hnojivu.

Absorpce vlhkosti během skladování a manipulace snižuje fyzikální kvalitu hnojiva. Na základě znalosti teploty a vlhkosti vzduchu a povrchové teploty hnojiva lze určit, zda k absorpci dojde či nikoliv.

Křivka absorpce vody stoupá při nízké vlhkosti vzduchu obvykle pomalu (jak je znázorněno), při určité vlhkosti nebo v určitém rozmezí vlhkosti však začne stoupat strmě. Tato vlhkost se nazývá kritická vlhkost hnojiva. Kritická vlhkost klesá se stoupající teplotou.

Významný příjem vody má pro průmyslová hnojiva nežádoucí důsledky:

• Částice postupně měknou a začnou být lepkavé
• Stoupá objem částic
• Částice začnou praskat
• Vyblednutí, změna barvy
• Nižší pevnost částic
• Zvyšuje se tendence ke spékání
• Stoupá tvorba prachu a prášku
• Podlahy skladových prostor vlhnou a začínají být kluzké
• Stabilizovaná jednosložková hnojiva na bázi dusičnanu amonného ztrácejí tepelnou stabilitu
• Může být ovlivněna kvalita aplikace hnojiva
• Ucpávání zařízení
• Vyšší míra nedodržení parametrů

Směs o dvou složkách může být více hygroskopická než samotné její složky, jak je patrné v grafu.

Spékání

Většina hnojiv má při skladování sklon ke slinování nebo spékání. K tomuto spékání dochází v důsledku tvorby pevných krystalových můstků a vzniku adhezních sil mezi granulemi. Může zde působit několik mechanismů, z nichž nejdůležitější patrně jsou:

• Chemické reakce v hotovém produktu
• Rozpouštění a rekrystalizace solí hnojiva na povrchu částic
• Adhezní a kapilární síly mezi povrchy
• Na spékání má vliv několik faktorů:
• Vlhkost vzduchu
• Teplota a tlak okolního prostředí
• Vlhkost produktu
• Pevnost a tvar částic
• Chemické složení
• Doba skladování

Pokud jsou tyto parametry pod kontrolou, zůstává tendence ke spékání malá. Často je navíc zapotřebí použít vhodnou protispékavou látku. U dusičnanu vápenatého je tendence ke spékání malá, je to však velmi významný jev u NPK, DA a močoviny. Povrchová úprava hnojiv snižuje u produktu míru absorpce vody.

Tvar a velikost částic a jejich distribuce

Prillovaná hnojiva mají hladký a sklovitý povrch, zatímco povrch granulí se může značně lišit; granule jsou obvykle hrubší a nerovnější než kuličky. Barva povrchu částic se může měnit v závislosti na surovinách použitých při zpracování nebo díky minerálním nebo organickým pigmentům přidávaným pro obarvení částic.

Distribuce velikosti částic je důležitá z hlediska aplikačních vlastností a tendence k segregaci. To je obzvláště důležité, pokud je tato složka v sypké směsi.

Pevnost a mechanická odolnost částic

Pevnost částic hnojiva v tlaku se značně liší v závislosti na chemickém složení. Hodnoty pevnosti v tlaku naměřené u různých typů hnojiv jsou uvedeny v tabulce. U většiny hnojiv má nepříznivý vliv absorpce vody. Částice mohou začít být lepkavé a mít tendenci k rozpadání.

Mechanická odolnost je schopnost hnojiva odolat namáhání, kterému je vystaveno v rámci manipulačního řetězce. Mechanická odolnost je závislá na struktuře povrchu a pevnosti částic.

Tvorba prachu

Velké množství prachu z hnojiva má za následek nepříznivé pracovní prostředí. Proto jsou ve většině zemí prachové emise při manipulačních operacích omezeny zákonem. Prach a prášek vznikají při manipulaci obvykle z těchto důvodů:

• Absorpce vody
• Chatrná povrchová struktura a pevnost částic
• Nízká mechanická odolnost
• Mechanické namáhání v rámci manipulačního řetězce
• Opotřebení zařízení (škrabky, šnekové podavače, oddělovač zrn atd.)

Objemová hmotnost

Objemová hmotnost neboli objemová hustota (kg/m3) se u jednotlivých typů hnojiv liší. Objemovou hustotu ovlivňují rozdíly v distribuci částic vlivem segregace. Při mechanické aplikaci je důležité, aby tyto rozdíly byly u daného produktu minimální.

Kompatibilita (chemická a fyzikální)

Kompatibilita se týká zejména mísení různých hnojiv, křížové kontaminace a dalších problémů týkajících se bezpečnosti a/nebo kvality, jako je např. spékání, snížení pevnosti, tvorba prachu a ztráta odolnosti vůči teplotním cyklům v případě dusičnanu amonného.