Ультразвук помогает очистить руду для удобрений

 Ученые Пермского Политеха выяснили, как ультразвук помогает очистить руду для удобрений

Сильвинитовая руда является важным сырьем для получения удобрений, которые повышают урожайность сельскохозяйственных культур. Помимо целевого компонента хлорида калия в руде содержатся примеси – глинистые шламы. Проблема в том, что их присутствие в руде снижает степень извлечения хлорида калия, поэтому руду необходимо очистить от шламов. Для этого применяют специальные реагенты – флокулянты, которые помогают отделять сильвинит от примесей. Ученые Пермского Политеха выяснили, что ультразвуковая обработка флокулянта повышает степень извлечения шламов до 63%.

Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология», №4, 2024. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Россия – один из мировых лидеров по производству и экспорту калийных удобрений. Калий является одним из трех основных макроэлементов, необходимых для роста и развития растений (наряду с азотом и фосфором). Он играет ключевую роль в обмене веществ, повышает устойчивость растений к засухе, болезням и вредителям, а также улучшает качество урожая.

Хлорид калия получают из сильвинитовой руды, в состав которой также входят и другие вещества, например, глинисто-солевые шламы – мелкие кристаллические частицы горной породы и минералов, то есть побочные продукты. Как к любому удобрению, к хлористому калию предъявляются особые требования по соответствию качества готового продукта утвержденным стандартам, он не должен содержать никаких лишних примесей.

Процедуру очистки сильвинита от шламов проводят при помощи процесса флотации – метода, который основан на том, что одни минералы плохо смачиваются водой и прилипают к пузырькам воздуха, стремясь подняться на поверхность в виде пенки, а другие смачиваются хорошо и остаются в жидкости. В процессе флотации сильвинитовая руда измельчается и смешивается с водой, образуя суспензию. Затем в нее добавляют специальные химические реагенты – флокулянты. Они «захватывают» мелкие частицы шламов, «склеивают» с пузырьками воздуха и таким образом отделяют от руды. При этом для усиления действия флокулянтов эти вещества предварительно обрабатывают ультразвуком, то есть звуковыми волнами с частотой выше слышимого диапазона (обычно выше 20 кГц): благодаря этому улучшаются физико-химические свойства реагента и сокращается время, необходимое для очищения.

Ученые Пермского Политеха определили, как на свойства флокулянтов влияет низкочастотная ультразвуковая обработка (22 кГц).

Эксперименты по флотации шламов проводили с использованием лабораторной установки в течение 6 минут. Частота ультразвука устанавливалась на уровне 22 кГц, поскольку именно при таком показателе частицы в растворе начинают разрушаться на более мелкие, которые будут легче прилипать к пузырькам воздуха и подниматься на поверхность, образуя легко удаляемую пену из шламовых остатков.

– 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, – дополняет Алексей Чернышев, аспирант кафедры «Химические технологии» ПНИПУ.

– 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, – рассказывает Владимир Пойлов, профессор кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, доктор технических наук.

Таким образом сочетание ультразвуковой обработки с флотацией может повысить эффективность очищения сильвинита от шламов до 63%, в то время как обычно степень извлечения не превышает 60%.

Результаты исследования ученых Пермского Политеха имеет практическое значение для повышения эффективности очистки сильвинитовой руды и, как следствие, для увеличения качества и объемов производства калийных удобрений.

Лидия Попова,

пресс-служба ПНИПУ

8-952-338-78-50