В ПНИПУ узнали, как ультразвук повышает очистку калийной руды для удобрений

Способность ультразвуковой обработки флокулянта для очистки калийной руды повышать эффективность извлечения шламов до 63% установили исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 4 февраля сообщает пресс-служба вуза.

Сильвинитовая руда, содержащая хлорид калия, служит важным сырьем для получения удобрений, необходимых для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Однако в добываемой руде всегда содержатся примеси — шламы, которые снижают выход хлорида калия. Поэтому руду очищают от шламов флотацией с помощью специальных реагентов-флокулянтов.

Пермские ученые представили результаты исследования применения ультразвука в технологическом процессе очищения сильвинитовой руды от шлама в статье, опубликованной в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология», № 4, 2024.

Калий, наряду с азотом и фосфором, один из основных макроэлементов, жизненно необходимых для роста и развития растений. Играя важную роль в обмене веществ, он повышает устойчивость растений к засухе, болезням и вредителям и улучшает качество урожая. Россия является одним из мировых лидеров по производству и экспорту калийных удобрений.

Одним из видов калийных удобрений является хлорид калия (КCl), который получают из сильвинитовой руды. Однако в ее состав входят и другие вещества (побочные продукты), в том числе глинисто-солевые шламы, представляющие собой мелкие кристаллические частицы горной породы.

Стандарт любого производимого удобрения указывает, что оно не должно содержать никаких лишних примесей, поэтому сильвинитовую руду приходится очищать с помощью технологии флотации. Для этого ее измельчают, смешивают с водой и в образованную суспензию добавляют специальные химические реагенты — флокулянты.

Их задача — «склеивать» захваченные ими мелкие частицы шламов с пузырьками воздуха, отделяя таким образом шлам от хлорида калия. Предварительная обработка флокулянтов ультразвуком с частотой выше 20 кГц улучшает физико-химические свойства реагента и сокращает время очищения руды от шлама.

В своем исследовании ученые ПНИПУ выяснили, какое влияние на свойства флокулянтов оказывает ультразвуковая обработка с частотой 22 кГц. Эта частота была выбрана потому, что при ее воздействии частицы шлама в суспензии начинают разрушаться на более мелкие, лучше прилипающие к пузырькам воздуха и быстрее поднимающиеся на поверхность. Там образованная ими пена легко удаляется.

Аспирант кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Алексей Чернышев пояснил: «Мы наблюдали, что в результате ультразвукового воздействия уменьшалась и вязкость раствора. Чем выше мощность ультразвука, тем сильнее разрушаются структуры в растворе. Это важно потому, что вязкость суспензии не должна быть слишком высокой, чтобы не затруднять процесс перемешивания и флотации».

Его пояснения дополнил профессор кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, доктор технических наук Владимир Пойлов:

«Эксперимент показал, что повышение способностей флокулянта происходит одновременно с увеличением мощности ультразвуковой обработки, начиная с 0,68 Вт/см³. Низкие частоты приводят к тому, что частицы шлама будут связываться между собой. Максимальный прирост их извлечения из сильвинитовой руды по сравнению с контрольным экспериментом составил 3%. Шламы, которые находятся внутри хлорида калия, с трудом поддаются извлечению, поэтому в таком случае данный показатель сильно повышает эффективность флотации».

В результате применение в технологии флотации ультразвуковой обработки флокулянта позволяет повысить степень очищения сильвинита от шламов до 63%, тогда как обычно она не превышает 60%. Это, с учетом больших объемов переработки такой руды, приведет к увеличению качества и объемов производства востребованных растениеводством калийных удобрений.