При производстве различных химических веществ, минеральных удобрений, стекла, нефтяных растворов и даже при обработке металлов используется хлорид калия. Одним из ключевых требований к этому продукту является его гранулометрический состав, то есть содержание частиц (кристаллов) определенного размера. Это напрямую влияет на его сферу применения. Многие предприятия заинтересованы в получении кристаллов меньшего размера, так как они обладают лучшей растворимостью. Ученые Пермского Политеха исследовали, как с помощью ультразвука можно воздействовать на размеры хлорида калия. Возможность регулирования его гранулометрического состава откроет новые перспективы для применения этого продукта в отечественной промышленности.
Подробные результаты исследования опубликованы в журнале «Южно-Сибирский научный вестник» за 2024 год. Данное исследование было осуществлено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
В процессе производства химических веществ, где хлорид калия растворяется, предпочтение отдается мелкокристаллическому составу, так как он растворяется быстрее, чем крупнокристаллический. Использование «мелкого» хлористого калия особенно важно для изготовления кожзаменителей, синтетических каучуков, комплексных минеральных удобрений, а также кормовых и хлебопекарных дрожжей.
Размеры частиц хлорида калия зависят от условий кристаллизации, в ходе которой образуются кристаллические зародыши и происходит их рост. Исследования показали, что при воздействии ультразвука в этот период можно получить частицы небольшого размера. Тем не менее, этот аспект пока не был изучен более детально.
Исследователи Пермского Политеха проанализировали, как различные параметры ультразвуковой обработки влияют на размеры хлорида калия, и обнаружили возможность регулирования гранулометрического состава получаемого продукта.
Политехники проводили лабораторные исследования, используя специальный реактор. В него добавляли дистиллированную воду и химически чистый хлористый калий. Суспензию нагревали до 90°C, а затем охлаждали до 30°C. В ходе эксперимента смесь постоянно перемешивали и обрабатывали ультразвуком с частотой 22 кГц различной интенсивности во время охлаждения. После этого проводили фильтрацию, сушку, а затем определяли гранулометрический состав полученного осадка.
– При кристаллизации в условиях непрерывного ультразвукового воздействия с повышенной интенсивностью образуются частицы меньшего размера, преимущественно в диапазоне от 0,071 до 0,14 мм. Однако наличие значительного количества таких мелких фракций в продукте нежелательно. Чтобы уменьшить их количество, рекомендуется проводить ультразвуковую обработку импульсами. В таком случае в основном формируются частицы хлорида калия размером от 0,14 до 0,35 мм, – поясняет Константин Кузьминых, старший преподаватель кафедры химических технологий ПНИПУ.
Специалисты в области политехники подчеркивают, что уже образовавшиеся крупные кристаллы хлорида калия можно также измельчить. Для достижения лучшего эффекта рекомендуется снизить частоту ультразвуковых волн с 44 до 22 кГц, а также увеличить продолжительность и интенсивность обработки. В более плотной жидкой среде, такой как насыщенный водный раствор хлорида калия, этот процесс осуществляется при меньшей мощности и с более высоким коэффициентом измельчения.
Исследователи Пермского Политеха установили, что гранулометрический состав промышленного хлорида калия можно регулировать с помощью ультразвуковой обработки. Эффективность этого метода на этапе роста кристаллов значительно превышает таковую при измельчении уже образованных частиц. Практическое использование полученных данных откроет новые возможности для применения продукта в российской промышленности.
По материалам пресс-службы Пермского Политеха.