Le proprietà fisiche di un fertilizzante sono determinate dalla sua composizione chimica e dallo specifico processo produttivo. Le proprietà più importanti per la manipolazione, la conservazione e la distribuzione del prodotto sono:
- Igroscopicità
- Agglomerazione / Impaccamento
- Forma dei granuli e distribuzione delle dimensioni
- Concentrazione e resistenza meccanica dei granuli
- Tendenza a generare polveri
- Densità apparente
- Angolo di riposo
- Compatibilità (chimica e fisica)
Igroscopicità
L'aria contiene l'umidità sotto forma di vapore acqueo ed esercita quindi una pressione di vapore acqueo (p H2O) determinata dall'umidità e dalla temperatura. L'aria calda può contenere più acqua dell'aria fredda. Il contenuto di acqua è espresso dall'umidità relativa (UR).
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Quando l'aria è satura di vapore acqueo, l'umidità relativa è del 100% mentre lo è del 50 % se satura per metà.
A 30 °C l'aria può contenere 30,4 g di acqua per m3 (100% di UR). La pressione del vapore acqueo dell'aria varia in base all'umidità e alla temperatura dell'aria.
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Tutti i fertilizzanti sono più o meno igroscopici, cosa che indica che cominciano ad assorbire l'umidità ad un'umidità specifica o ad una certa pressione del vapore acqueo. Alcuni fertilizzanti molto igroscopici attirano l'umidità molto più rapidamente e lo fanno ad un'umidità più bassa rispetto ad altri. L'assorbimento dell'acqua avviene se la pressione del vapore acqueo dell'aria supera la pressione del vapore acqueo del fertilizzante.
L'assorbimento dell'umidità durante lo stoccaggio e la movimentazione riduce la qualità fisica del fertilizzante. Conoscendo la temperatura e l'umidità dell'aria e la temperatura superficiale del fertilizzante, è possibile determinare se il prodotto assorbirà dell'acqua.
Tipicamente, una curva di assorbimento dell'acqua ascende lentamente ad un basso tenore di umidità (come indicato in figura), ma oltre a un certo valore o in una determinata gamma di umidità inizia ad aumentare vertiginosamente. Tale valore dell’umidità viene chiamato umidità critica. L'umidità critica diminuisce con l'aumentare della temperatura.
Un notevole assorbimento di acqua ha conseguenze avverse per i fertilizzanti:
- I granuli diventano progressivamente molli e appiccicosi, aumentano di volume ed iniziano a rompersi
- Aumento della tendenza ad agglomerarsi
- Aumento della formazione di polveri
- I pavimenti del magazzino di stoccaggio diventano umidi e scivolosi
- Il fertilizzante semplice a base di nitrato di ammonio perde la stabilità termica
- Le caratteristiche di spargibilità possono essere compromesse
- Le apparecchiature di distribuzione possono intasarsi
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Una miscela di due o più componenti può risultare più igroscopica rispetto ai singoli componenti, come mostrato nel grafico.
Agglomerazione / Impaccamento
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La maggior parte dei fertilizzanti tende ad agglomerare nel tempo durante lo stoccaggio. Tale agglomerazione deriva dalla formazione di forti ponti cristallini e forze adesive tra i granuli. Possono essere coinvolti diversi meccanismi, quelli di maggior rilievo possono essere:
- Reazioni chimiche nel prodotto finito che possono influenzare le proprietà fisiche del fertilizzante.
- Dissoluzione e ricristallizzazione dei sali del fertilizzante sulla superficie dei granuli
- Forze adesive e capillari tra le superfici
L'agglomerazione è influenzata da vari fattori:
- Umidità dell'aria
- Temperatura e pressione allo stoccaggio
- Contenuto di umidità del prodotto
- Concentrazione, forma e dimensione dei granuli
- Composizione chimica
La tendenza ad agglomerarsi rimane bassa se tali parametri vengono controllati.
Essa risulta più elevata per fertilizzanti NPK, a base di nitrato di ammonio e a base di urea e più ridotta nel nitrato di calcio.
In condizioni normali di temperatura, la copertura dei fertilizzanti riduce il tasso di assorbimento di umidità dall’aria e quindi la tendenza ad agglomerare.
Superficie dei granuli, forma e dimensioni
I granuli ottenuti con la tecnica di prillaggio hanno una superficie liscia e vetrosa, mentre la superficie dei granuli ottenuti con altri processi può variare molto. Nel secondo caso normalmente i granuli sono più grezzi e irregolari. Il colore della superficie dei granuli può variare a seconda delle materie prime applicate nel processo o a causa dei pigmenti minerali o organici aggiunti in fase di produzione.
La distribuzione della dimensione dei granuli è importante in relazione alle proprietà di spargimento e per la tendenza alla segregazione. Tali proprietà sono particolarmente importanti nei prodotti ottenuti per miscelazione fisica.
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La resistenza alla compressione dei granuli di fertilizzante varia notevolmente a seconda della composizione chimica e del processo di produzione. La tabella illustra la resistenza alla compressione misurata per i vari tipi di fertilizzante.
L'assorbimento dell'acqua ha effetti negativi sulla maggior parte dei fertilizzanti. I granuli possono diventare appiccicosi e tendere a disintegrarsi.
La resistenza meccanica è la capacità del fertilizzante di resistere alle sollecitazioni imposte durante le fasi di movimentazione. La resistenza meccanica dipende dalla struttura della superficie e concentrazione.
I granuli nei fertilizzanti hanno varie dimensioni. Quando movimentati o soggetti a vibrazioni, i granuli più piccoli e più grandi tendono a separarsi. Questo fenomeno di segregazione può aver luogo lungo l’intera filiera di distribuzione, in particolare quando il materiale è ammucchiato in grandi cumuli.
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Un’elevata polverosità dei fertilizzanti provoca disagi sul posto di lavoro. Pertanto, nella maggior parte dei paesi le emissioni di polveri dovute alla movimentazione sono limitate dalla legge perché possono avere un impatto negativo sulla salute delle persone e sull’ambiente.
Normalmente, le polveri si formano durante la manipolazione dei fertilizzanti a causa:
- dell'assorbimento dell'acqua/umidità
- Della struttura superficiale irregolare e bassa resistenza meccanica dei granuli
- Dalle sollecitazioni meccaniche nelle varie fasi di movimentazione
- Dall'usura derivante dalla movimentazione con attrezzature quali raschiatrici, coclee, trebbie ecc.
Vedere anche come evitare la formazione di polveri.
La densità apparente o il peso volumetrico (kg/m3) varia da un fertilizzante all'altro. Le variazioni nella distribuzione delle particelle dovute alla segregazione influenzano la densità apparente.
Per la distribuzione meccanica è importante che le variazioni per specifico prodotto siano minime.
Per una corretta movimentazione è importante minimizzare le variazioni della densità apparente dei prodotti.
L’angolo di riposo è l’angolo più ripido di discesa relativo al piano orizzontale al quale possono essere stoccati i fertilizzanti solidi alla rinfusa senza crollare o scivolare.
La compatibilità riguarda principalmente la miscelazione di vari fertilizzanti e la contaminazione.
Se non preso in considerazione, questo può causare problemi di sicurezza e/o qualità, come ad esempio agglomerazione, indebolimento, formazione di polveri e perdita della resistenza ai cicli termici in caso di presenza di nitrato di ammonio.
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