Статья вышла в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология», номер 4 за 2024 год. Исследование осуществлено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Россия занимает ведущие позиции в мире по производству и экспорту калийных удобрений. Калий — это один из трех главных макроэлементов, необходимых для роста и развития растений, наряду с азотом и фосфором. Он играет важную роль в метаболизме, способствует повышению устойчивости растений к засухе, болезням и вредителям, а также улучшает качество урожая.
Хлорид калия извлекают из сильвинитовой руды, в состав которой входят и другие компоненты, такие как глинисто-солевые шламы – мелкие кристаллические частицы горных пород и минералов, являющиеся побочными продуктами. Как и к любому удобрению, к хлористому калию предъявляются строгие требования по качеству готового продукта, и он не должен содержать никаких посторонних примесей.
Процесс очистки сильвинита от шламов осуществляется с помощью флотации – метода, основанного на различной смачиваемости минералов водой. Одни минералы плохо смачиваются и прилипают к пузырькам воздуха, поднимаясь на поверхность в виде пены, в то время как другие хорошо смачиваются и остаются в жидкости. Во время флотации сильвинитовая руда измельчается и смешивается с водой, образуя суспензию. Затем в нее добавляются специальные химические реагенты – флокулянты, которые «захватывают» мелкие частицы шламов и связываются с пузырьками воздуха, что позволяет отделить их от руды. Для повышения эффективности действия флокулянтов эти вещества предварительно обрабатываются ультразвуком – звуковыми волнами с частотой выше 20 кГц. Это улучшает физико-химические свойства реагентов и сокращает время, необходимое для очистки.
Исследователи Пермского Политеха выяснили, как низкочастотная ультразвуковая обработка (22 кГц) влияет на характеристики флокулянтов.
Эксперименты по флотации шламов проводились на лабораторной установке в течение 6 минут. Частота ультразвука была установлена на уровне 22 кГц, так как именно при этой частоте частицы в растворе начинают разрушаться на более мелкие фрагменты, что облегчает их прилипание к пузырькам воздуха и подъем на поверхность, формируя легко удаляемую пену из остатков шлама.
– Мы заметили, что под воздействием ультразвука вязкость раствора уменьшалась. С увеличением мощности ультразвука структуры в растворе разрушаются сильнее. Это имеет значение, поскольку вязкость суспензии не должна быть слишком высокой, чтобы не усложнять процесс перемешивания и флотации, – добавляет Алексей Чернышев, аспирант кафедры «Химические технологии» ПНИПУ.
– Эксперимент продемонстрировал, что увеличение эффективности флокулянта происходит одновременно с ростом мощности ультразвуковой обработки, начиная с 0,68 Вт/см3. Низкие частоты способствуют агрегации частиц шлама. Максимальный прирост извлечения из сильвинитовой руды по сравнению с контрольным экспериментом составил 3%. Извлечение шламов, находящихся в хлориде калия, представляет собой сложную задачу, однако в таких случаях этот показатель значительно повышает эффективность флотации, – поясняет Владимир Пойлов, профессор кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, доктор технических наук.
Таким образом, комбинация ультразвуковой обработки и флотации может увеличить эффективность очистки сильвинита от шламов до 63%, в то время как обычно степень извлечения не превышает 60%.
Результаты исследования специалистов Пермского Политеха имеют практическую значимость для улучшения процессов очистки сильвинитовой руды, что, в свою очередь, способствует повышению качества и объемов производства калийных удобрений.
По материалам пресс-службы ПНИПУ.
