Ультразвуковая обработка сделала калийные удобрения чище и качественнее

❋ 4.4

Хлорид калия — это ключевой компонент минеральных удобрений, широко востребованных в сельскохозяйственной промышленности. Его добывают из сильвинитовой руды, где он смешан с другими минералами, в частности с хлоридом натрия. Для их качественного разделения применяют такой реагент, как алифатические амины. В водной среде они позволяют легко и быстро освободить хлорид калия, выталкивая его на поверхность. Однако в дальнейшем часть аминов остается на минерале, что ухудшает процесс его прессования в гранулы и делает итоговый продукт менее прочным. Ученые Пермского Политеха разработали новый метод очистки хлорида калия с помощью ультразвука. Технология в четыре раза снижает содержание примеси и на 35% повышает прочность гранул. Результаты позволят оптимизировать технологию производства удобрений на калийных предприятиях.

ПНИПУ

# амины

# калийные удобрения

# удобрения

# ультразвук

# хлорид калия

Пермские ученые нашли способ усиливать гранулы удобрений звуком / © Marian Florinel Condruz, unsplash

Статья опубликована в журнале «Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология». Более чем 80% мировой калийной промышленности для разделения хлоридов калия и натрия применяют метод пенной флотации. Он заключается в обработке руды водой со специальными реагентами – алифатическими аминами. Это вещество активно взаимодействует с частицами хлорида калия, создавая на их поверхности водоотталкивающую пленку. Далее через полученную суспензию пропускают воздух, пузырьки которого поднимают частицы на поверхность в виде пены, тогда как хлорид натрия оседает на дно. Пену собирают, сушат и прессуют в гранулы для дальнейшего использования в сельском хозяйстве в виде минеральных удобрений.

Несмотря на всю эффективность флотации, остается проблема очистки хлорида калия от аминов, которые в небольшом количестве, около 130 г/т, остаются на его поверхности. Это ухудшает процесс прессования, а также значительно влияет на прочность гранулированного продукта.

Ученые Пермского Политеха провели комплексное исследование и выяснили, как с помощью ультразвуковой обработки можно эффективно очистить хлорид калия от алифатических аминов и повысить прочностные характеристики гранул.

Суспензию хлорида калия с аминами политехники подвергали ультразвуковому воздействию частотой 30 кГц, продолжительностью 30-60 секунд и интенсивностью 20-50 Вт/см2. После обработки раствор фильтровали, а полученный кристаллический продукт сушили в печи. После чего оценивали остаточное содержание алифатических аминов, изучали особенности поверхности и элементный состав очищенных частиц.

– Результаты показали, что при интенсивности ультразвукового облучения 40 Вт/cм2 в течение 60 секунд удается максимально снизить, практически в четыре раза, концентрацию аминов в готовом кристаллическом продукте (со 130 до 32 г/т). Это происходит благодаря эффекту кавитации (микроскопических лопающихся пузырьков), из-за которого пленка аминов «отрывается» с поверхности кристаллов и переходит в раствор, – объясняет Мария Черепанова, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ, кандидат технических наук.

Чтобы изучить, как облучение повлияло на процесс получения гранул и их прочность, политехники провели эксперимент по прессованию необработанных и обработанных ультразвуком частиц хлорида калия. Давление варьировали в диапазоне от 3 до 15 МПа при длительности выдержки под прессом от 10 до 120 секунд.

Исследователи заметили, что при прессовании необработанного минерала максимальная прочность гранул (155,8 Н) достигается при давлении 10 Мпа и длительности в 30 секунд. Обработка же ультразвуком позволяет на 35% повысить прочность продукта до 210,2 Н.

Микрофотография поверхности кристалла KCl после ультразвуковой обработки интенсивностью 40 Втсм2, длительностью 60 секунд / © Мария Черепанова, журнал «Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология»

Такой результат достигается за счет того, что ультразвук активирует рост кристаллических мостиков в структуре частиц хлорида калия, что значительно ее укрепляет и усиливает. Кроме того, обработка делает поверхность минерала более шероховатой, тем самым улучшая сцепление частиц при прессовании.

Технология ученых Пермского Политеха и выявленные оптимальные параметры для обработки минерала позволяют получать более чистый и качественный продукт. Результаты могут быть использованы при проектировании технологии прессования хлорида калия на калийных обогатительных предприятиях.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl (Cmd) + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.