При производстве различных химических продуктов, минеральных удобрений, стекла, нефтяных растворов и даже при обработке металлов в качестве сырья применяют хлорид калия. Одно из основных требований к продукту — его гранулометрический состав, то есть содержание в веществе частиц (кристаллов) определенного размера. От этого зависит область его реализации. Многие предприятия заинтересованы в изготовлении кристаллов меньшего размера из-за их лучшей растворяемости. Ученые Пермского Политеха выяснили, как с помощью ультразвука можно влиять на размеры хлорида калия. Возможность управлять его гранулометрическим составом расширит область применения продукта в отечественной промышленности.
Статья с подробными результатами опубликована в журнале «Южно-Сибирский научный вестник», 2024 год. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
При производстве химических веществ, где хлорид калия подвергается растворению, используют мелкокристаллический состав, потому что он обладает более высокой скоростью растворения, чем крупнокристаллический. Применение «мелкого» хлористого калия актуально для производства кожзаменителей, синтетических каучуков, комплексных минеральных удобрений, кормовых и хлебопекарных дрожжей.
Размеры частиц хлорида калия зависят от условий его кристаллизации — стадии, при которой происходит образование кристаллических зародышей вещества и их рост. Научное сообщество уже выяснило, что, воздействуя на него во время этого процесса ультразвуком, можно получить частицы малых размеров. Однако подробнее этот фактор пока не исследовался.
Ученые Пермского Политеха изучили, как определенные параметры ультразвуковой обработки влияют на размеры получаемого хлорида калия, и установили возможность регулирования гранулометрического состава продукта.
Политехники проводили лабораторные исследования с помощью специального реактора. В него вносили дистиллированную воду и химически чистый хлористый калий. Суспензию нагревали до температуры 90°С с последующим охлаждением до 30°С. На протяжении эксперимента смесь перемешивали и обрабатывали ультразвуком с частотой 22 кГц различной интенсивности при охлаждении. Далее фильтровали, сушили и у полученного осадка определяли гранулометрический состав.
— Во время кристаллизации при непрерывном режиме ультразвукового воздействия с увеличенной интенсивностью получаются частицы с меньшим размером, в основном от 0,071 до 0,14 мм. Однако большая часть таких пылевидных фракций в продукте нежелательна, и чтобы снизить их содержание, лучше осуществлять ультразвуковую обработку импульсами. Тогда преобладают частицы хлорида калия с размером от 0,14 до 0,35 мм, — объясняет Константин Кузьминых, старший преподаватель кафедры химических технологий ПНИПУ.
Политехники отмечают, что уже сформировавшиеся крупные кристаллы хлорида калия также можно измельчить. Для этого эффективнее снизить частоту ультразвуковых волн с 44 до 22 кГц, повысить длительности и интенсивность обработки. А в более плотной жидкой среде (в насыщенном водном растворе хлорида калия) этот процесс происходит при меньших значениях мощности и с более высоким коэффициентом измельчения.
Ученые Пермского Политеха доказали, что регулировать гранулометрический состав промышленного хлорида калия возможно с помощью ультразвуковой обработки. Ее эффективность на стадии роста кристаллов существенно выше, чем при измельчении уже сформировавшихся частиц. Практическое применение полученных результатов позволит расширить область применения продукта в отечественной промышленности.
