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Keywords:

  • potash;
  • caking;
  • mathematical model;
  • drying process

Abstract

Caking of bulk granular materials is a serious problem that affects many industries including the mineral processing industry. Caking occurs when bulk materials undergo wetting and drying cycles and it has been thought that it occurs due to the formation of new crystal bridges between individual particles. In the first paper in this series a mathematical model is developed for the crystal formation process that occurs at the contact point between two particles. In Part II, numerical simulations of the model are used to determine the effects of changes for several independent parameters in this model: initial moisture content; rate of evaporation of the salt solution from the particle surface; relative size of the contact region compared to the initial film thickness of salt solution; and supersaturation levels near the contact point. Non-dimensional graphical curves of these simulations are used to compare the effects of each parameter for the deposition of salt crystals near the contact point. These results, when compared to data for cake strength in potash specimens which were obtained for various initial moisture contents, drying rate, and chemical composition of the particle surfaces, show good qualitative agreement even though cake strength and mass recrystallization near a contact point are different physical phenomena. The numerical results show that the mass of crystal deposition near the contact point will increase with increased initial moisture content and decreased evaporation rate. It is also found that variations in the degree of supersaturation near the contact point causes significant variations in the crystal mass deposition near the contact point.

L'agglomération de matériaux granulaires en vrac est un problème important qui perturbe beaucoup d'industries, comme l'industrie des traitements des minéraux. L'agglomération survient lorsque les matériaux en vrac subissent des cycles d'humidification et de séchage, un phénomène que l'on croit causé par la formation de nouveaux ponts de cristaux entre les différentes particules. Dans le premier article de cette série, un modèle mathématique est mis au point pour le procédé de formation des cristaux survenant au point de contact entre deux particules. Dans la deuxième partie, on utilise des simulations numériques du modèle afin de déterminer les effets des changements pour plusieurs paramètres indépendants dans ce modèle, à savoir: la teneur en humidité initiale, la vitesse d'évaporation de la solution saline à la surface des particules, la taille relative de la région de contact par rapport à l'épaisseur de film initiale de la solution saline et les niveaux de sursaturation près du point de contact. Des courbes adimensionnelles de ces simulations sont utilisées pour comparer les effets de chaque paramètre sur le dépôt des cristaux de sel près du point de contact. Lorsqu'on les compare aux données sur la force du gâteau dans les spécimens de potasse obtenus pour différentes teneurs en humidité initiales, la vitesse de séchage et la composition chimique des surfaces de particules, ces résultats montrent un bon accord qualitatif bien que la force du gâteau et la recristallisation massique près d'un point de contact soient des phénomènes physiques différents. Les résultats numériques montrent que la masse de cristaux déposés près du point de contact augmentera avec la teneur en humidité initiale et diminuera avec la vitesse d'évaporation. On a également trouvé que des variations dans le degré de sursaturation près du point de contact cause des variations significatives dans la déposition des cristaux près du point de contact.