Etude des modes d'action d'additifs sur les phénomènes de dissolution et de cristallisation de sels hygroscopiques : Application au mottage du nitrate d'ammonium

Influence of additives on ammonium nitrate caking behaviour : Study of dissolution and crystallization phenomena under controlled conditions

• Auteur / Autrice : Céline Affolter
• Direction : Ljepsa Komunjer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agglomération

Cristallisation

Dissolution

Nitrate d'ammonium

Mots clés libres

Mottage

Antimottant

Poudre

Absorption

Résumé

Le mottage est défini par l'agglomération spontanée et non désirée de solides divisés en particulier lors des périodes de stockage. L'adsorption de vapeur d'eau et la condensation capillaire aux points de contact sont à l'origine de la formation de ponts liquides entre particules voisines. Pour les solides hygroscopiques, notamment pour le nitrate d'ammonium, la solution présente à la surface de ces particules est saturée. La variation des conditions environnantes provoque la formation de liaisons solides par des mécanismes de dissolution et recristallisation. Nous nous sommes en particulier intéressés à l'influence d'additifs sur la formation, par dissolution, de liaisons interparticulaires et sur la recristallisation de ces liaisons. Nous avons évalué l'influence de l'acide magenta et de huit agents antimottants commerciaux, respectivement sur des cristaux et des prills de nitrate d'ammonium. Notre étude porte principalement sur le comportement de poudres hygroscopiques vis-à-vis de l'humidité relative. Des cinétiques de dissolution et de cristallisation ont été établies par gravimétrie. La résistance mécanique des ponts cristallins a été estimé par un test de compression uni-axiale développé au laboratoire. Deux comportements distincts ont été observés. L'acide magenta a tendance à modifier la morphologie des cristaux qui se forment entre les particules sans diminuer la quantité d'eau absorbée. Par contre, les additifs industriels, pour éviter l'altération des prills au cours du temps, limitent la quantité d'eau absorbée. Mais la corrélation des résultats des tests de mottage et de la quantité d'eau absorbée ne montre pas que plus l'absorption d'eau est forte, plus les prills ont tendance à motter.

Caking is defined as spontaneous, non desired agglomeration of powders taking place particularly during storage periods. The adsorption of air moisture and capillary condensation at contact points are at the origin of the formation of liquid bridges between neighbouring particles. In case of hygroscopic solids, particularly of ammonium nitrate, the solution formed is saturated. The variation of the ambient conditions can cause the formation of solid bridges by mechanisms of dissolution and recrystallization. We were particularly interested in the modes of action of additives on the formation by dissolution as well as on the crystallization of interparticle bridges. We evaluated the influence of fuchsin acid and of eight commercial anti-caking agents, on crystals and prills of ammonium nitrate respectively. Our study focus on the behaviour of the hygroscopic powder with respect to the relative humidity. Kinetics of dissolution and crystallization were followed by gravimetric analysis. The mechanical strength of the crystalline bridges was estimated by a compression test developed at the laboratory and results are compared to an industrial test. Two distinct behaviours were observed: fuchsin acid tends to modify the morphology of crystals grown between the particles without influencing the water vapour sorption kinetic. On the other hand, the industrial additives limit water absorption. Nevertheless the correlation of caking test and the amount of water absorbed does not show that the prill's tendency to agglomerate increases with increasing amount of absorbed water.