Министерство науки и высшего образования РФ
Пермский национальный исследовательский политехнический университет (федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования)
Пермские ученые нашли способ улучшить качество калийных удобрений с помощью ультразвука.
Хлористый калий, являясь важнейшим компонентом минеральных удобрений, широко используется в сельском хозяйстве. Его получают из сильвинитовой руды, где он присутствует вместе с другими минералами, включая хлорид натрия. Для эффективного разделения этих веществ применяют алифатические амины. В водной среде они способствуют быстрому отделению хлорида калия, перемещая его на поверхность. Однако часть аминов остается на минерале, что негативно сказывается на процессе гранулирования и снижает прочность конечного продукта. Исследователи из Пермского Политеха разработали новый метод очистки хлористого калия, основанный на использовании ультразвука. Данная технология позволяет снизить содержание примесей в 4 раза и повысить прочность гранул на 35%. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации производства удобрений на предприятиях, занимающихся производством калийных удобрений.
Статья опубликована в научном журнале «Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология», 2025 год.
В мировой калийной промышленности более 80% предприятий применяют метод пенной флотации для разделения хлоридов калия и натрия. Этот метод включает обработку руды водой с добавлением специальных реагентов – алифатических аминов. Эти вещества активно взаимодействуют с частицами хлористого калия, формируя на их поверхности гидрофобную пленку. Затем через полученную суспензию пропускают воздух, пузырьки которого поднимают частицы на поверхность в виде пены, в то время как хлорид натрия оседает на дно. Полученную пену собирают, сушат и прессуют в гранулы, которые затем используются в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений.
Несмотря на эффективность флотации, проблема очистки хлористого калия от остатков аминов остается актуальной. Незначительное количество аминов, примерно 130 г/т, остается на поверхности минерала, что затрудняет процесс прессования и отрицательно влияет на прочность гранул.
Ученые Пермского Политеха провели всестороннее исследование и установили, что ультразвуковая обработка позволяет эффективно очистить хлористый калий от алифатических аминов и улучшить прочностные характеристики гранул.
В ходе экспериментов суспензию хлористого калия с аминами подвергали воздействию ультразвука с частотой 30 кГц, длительностью 30-60 секунд и интенсивностью 20-50 Вт/см2. После обработки раствор фильтровали, а полученный кристаллический продукт высушивали. Затем оценивали остаточное количество алифатических аминов, изучали особенности поверхности и определяли элементный состав очищенных частиц.
«Результаты показали, что при интенсивности ультразвукового воздействия 40 Вт/см2 в течение 60 секунд удается максимально снизить концентрацию аминов в конечном продукте (с 130 до 32 г/т), практически в 4 раза. Это обусловлено эффектом кавитации (образованием и схлопыванием микроскопических пузырьков), который приводит к отрыву пленки аминов от поверхности кристаллов и переходу их в раствор», – поясняет Мария Черепанова, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ, кандидат технических наук.
Для изучения влияния обработки на процесс гранулирования и прочность гранул, ученые провели эксперимент по прессованию частиц хлористого калия, обработанных и необработанных ультразвуком. Давление варьировалось от 3 до 15 МПа, а время выдержки под прессом – от 10 до 120 секунд.
Было установлено, что при прессовании необработанного минерала максимальная прочность гранул (155,8 Н) достигается при давлении 10 МПа и времени выдержки 30 секунд. Ультразвуковая обработка позволяет увеличить прочность продукта на 35%, до 210,2 Н.
Этот эффект достигается за счет активации роста кристаллических мостиков в структуре частиц хлористого калия под воздействием ультразвука, что значительно укрепляет структуру. Кроме того, обработка делает поверхность минерала более шероховатой, что улучшает сцепление частиц при прессовании.
Разработанная технология и определенные оптимальные параметры обработки позволяют получать более чистый и качественный продукт. Полученные результаты могут быть применены при разработке технологии прессования хлористого калия на предприятиях, занимающихся обогащением калийных руд.
Контактное лицо:
Ксения Старкова,
ведущий специалист пресс-службы ПНИПУ
тел: 89504480065