Ученые ПНИПУ нашли способ улучшить качество калийных удобрений

23.04.2025

Удобрения

124

Микрофотография поверхности кристалла KCl после ультразвуковой обработки интенсивностью 40 Втсм2, длительностью 60 сек (ПНИПУ)

Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ) разработали новый метод очистки хлорида калия с помощью ультразвука. Технология в 4 раза снижает содержание примеси и на 35% повышает прочность гранул. Результаты позволят оптимизировать технологию производства удобрений на калийных предприятиях, сообщает пресс-служба вуза.

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.

Пермские ученые 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 4 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.

Мария Черепанова - доцент кафедры химических технологий ПНИПУ, кандидат технических наук.

Чтобы выяснить, как облучение повлияло на процесс получения гранул и их прочность, ученые 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.

Результаты показали, 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.

Этого удается достичь за счет того, что ультразвук активирует рост кристаллических мостиков в структуре частиц хлорида калия, что значительно ее укрепляет и усиливает. Помимо этого, обработка делает поверхность минерала более шероховатой, тем самым улучшая сцепление частиц при прессовании.

Технология, предложенная в ПНИПУ, а также 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.