euro-pravda.org.ua

Науковці з'ясували, як ультразвук сприяє очищенню руди для добрив.

Сильвінітова руда є важливою сировиною для виробництва добрив, які сприяють підвищенню врожайності сільськогосподарських культур. Окрім основного компонента — хлориду калію, руда містить домішки у вигляді глинистих шламів. Проблема полягає в тому, що їх наявність знижує ефективність вилучення хлориду калію, тому необхідно очистити руду від шламів. Для цього використовують спеціальні реагенти — флокулянти, які допомагають відокремити сильвініт від домішок. Вчені Пермського Політеху з’ясували, що ультразвукова обробка флокулянта підвищує ступінь вилучення шламів до 63 відсотків.
Ученые обнаружили, как ультразвук способствует очищению руды, используемой для производства удобрений.

Стаття опублікована в журналі «Вісник ПНІПУ. Хімічна технологія та біотехнологія». Дослідження виконано в рамках програми стратегічного академічного лідерства «Пріоритет 2030».

Росія – один з світових лідерів у виробництві та експорті калійних добрив. Калій є одним із трьох основних макроелементів, необхідних для росту та розвитку рослин (поряд з азотом і фосфором). Він відіграє ключову роль в обміні речовин, підвищує стійкість рослин до посухи, хвороб і шкідників, а також покращує якість врожаю.

Хлорид калію отримують із сильвінітової руди, до складу якої також входять інші речовини, наприклад, глинисто-солоні шлами – дрібні кристалічні частинки гірської породи та мінералів, тобто побічні продукти. Як і до будь-якого добрива, до хлористого калію пред'являються особливі вимоги щодо відповідності якості готового продукту затвердженим стандартам; він не повинен містити жодних зайвих домішок.

Процедуру очищення сильвініту від шламів здійснюють за допомогою процесу флотації – методу, що базується на тому, що одні мінерали погано зволожуються водою і прилипають до бульбашок повітря, прагнучи піднятися на поверхню у вигляді піни, а інші добре зволожуються і залишаються в рідині. У процесі флотації сильвінітова руда подрібнюється і змішується з водою, утворюючи суспензію. Потім до неї додають спеціальні хімічні реагенти – флокулянти.

Вони «захоплюють» дрібні частинки шламів, «склеюють» їх з бульбашками повітря і таким чином відокремлюють від руди. При цьому для посилення дії флокулянтів ці речовини попередньо обробляють ультразвуком, тобто звуковими хвилями з частотою вище чутного діапазону (зазвичай вище 20 кГц): завдяки цьому покращуються фізико-хімічні властивості реагента і скорочується час, необхідний для очищення.

Вчені Пермського Політеху визначили, як на властивості флокулянтів впливає низькочастотна ультразвукова обробка (22 кГц).

Експерименти з флотації шламів проводили з використанням лабораторної установки протягом 6 хвилин. Частота ультразвуку встановлювалася на рівні 22 кГц, оскільки саме при такому показнику частинки в розчині починають руйнуватися на дрібніші, які легше прилипають до бульбашок повітря і піднімаються на поверхню, утворюючи легко видаляючу піну з шламових залишків.

«Ми спостерігали, що в результаті ультразвукового впливу зменшувалася і в'язкість розчину. Чим вища потужність ультразвуку, тим сильніше руйнуються структури в розчині. Це важливо, оскільки в'язкість суспензії не повинна бути занадто високою, щоб не ускладнювати процес перемішування і флотації», – доповнює Олексій Чернишев, аспірант кафедри «Хімічні технології» ПНІПУ.

«Експеримент показав, що підвищення здібностей флокулянта відбувається одночасно з збільшенням потужності ультразвукової обробки, починаючи з 0,68 Вт/см3. Низькі частоти призводять до того, що частинки шламу будуть зв'язуватися між собою. Максимальний приріст їх вилучення з сильвінітової руди в порівнянні з контрольним експериментом склав три відсотки. Шлами, які знаходяться всередині хлориду калію, важко піддаються вилученню, тому в такому випадку цей показник суттєво підвищує ефективність флотації», – розповідає Володимир Пойлов, професор кафедри «Хімічні технології» ПНІПУ, доктор технічних наук.

Таким чином, поєднання ультразвукової обробки з флотацією може підвищити ефективність очищення сильвініту від шламів до 63 відсотків, тоді як зазвичай ступінь вилучення не перевищує 60.

Результати дослідження вчених Пермського Політеху мають практичне значення для підвищення ефективності очищення сильвінітової руди і, як наслідок, для збільшення якості та обсягів виробництва калійних добрив.