Influence of Ultrasonic Treatment Parameters on the Formation of Potassium Chloride Granulometric Composition During Polythermal Crystallization

Abstract

Галургический хлорид калий широко используется в химической промышленности для получения соединений калия: гидроксида, нитрата, сульфата, хлората, хлорита и других соединений калия. В калийной промышленности (ПАО «Уралкалий») производится как мелкокристаллический галургический хлорид калия, так и крупнокристаллический продукт. Для производства мелкокристаллического галургического KCl используются нерегулируемые 14-ти ступенчатые вакуум-кристаллизационные установки, а для получения крупнокристаллического продукта – регулируемые 7-ми ступенчатые вакуум-кристаллизационные установки. При производстве химических веществ, где хлорид калия подвергается растворению, целесообразно использовать мелкокристаллический KCl, поскольку он обладает большей площадью поверхности, высокой скоростью растворения в сравнении с крупнокристаллическим. Для расширения областей реализации продукта, получаемого в регулируемой вакуум-кристаллизационной установке, калийные предприятия РФ заинтересованы в получении хлорида калия с заданным гранулометрическим составом. В литературных источниках показано, что воздействие ультразвуковых волн на суспензию при кристаллизации приводит к получению частиц малых размеров. Тем не менее ранее не проводились исследования по влиянию параметров ультразвуковой обработки суспензии на гранулометрический состав получаемого хлорида калия при политермической кристаллизации. В данной работе с целью установления возможности варьирования гранулометрического состава хлорида калия, проведены лабораторные исследования по ультразвуковой обработке суспензии, подвергаемой политермической кристаллизации. Показано, что эффективность ультразвукового воздействия на стадии кристаллизации существенно выше, чем при диспергации сформировавшихся кристаллов. Это объясняется тем, что воздействие ультразвуковой обработки на стадии кристаллизации существенно ускоряет процесс зародышеобразования и формирование частиц KCl в этом случае происходит на большем количестве растущих зародышей. Выявлено, что на процесс диспергации оказывает влияние интенсивность ультразвукового воздействия, продолжительность обработки. С увеличением интенсивности акустического воздействия и продолжительности обработки происходит уменьшение среднего размера частиц хлорида калия как на стадии кристаллизации, так и при диспергации сформировавшихся кристаллов KCl. Halurgic potassium chloride is widely used in the chemical industry to produce potassium compounds: hydroxide, nitrate, sulfate, chlorate, chlorite and other potassium compounds. The potash industry (PJSC Uralkali) produces both fine-crystalline halurgic potassium chloride and a coarse-crystalline product. To produce fine-crystalline halurgic KCl, unregulated 14-stage vacuum crystallization units are used, and to obtain a coarse-crystalline product, adjustable 7-stage vacuum crystallization units are used. However, in the production of chemicals where potassium chloride is subject to dissolution, it is advisable to use fine-crystalline KCl, since it has a larger surface area and a high dissolution rate compared to coarse-crystalline KCl. To expand the scope of sales of the product obtained in a controlled vacuum crystallization unit, potassium enterprises of the Russian Federation are interested in obtaining potassium chloride with a given particle size distribution. Literature sources show that the effect of ultrasonic waves on a suspension during crystallization leads to the production of small-sized particles. However, no previous studies have been conducted on the influence of the parameters of ultrasonic treatment of a suspension on the particle size distribution of the resulting potassium chloride during polythermal crystallization. In this work, in order to establish the possibility of varying the granulometric composition of potassium chloride, laboratory studies were carried out on ultrasonic treatment of a suspension subjected to polythermal crystallization. It has been shown that the efficiency of ultrasonic exposure at the crystallization stage is significantly higher than during the dispersion of formed crystals. This is explained by the fact that the effect of ultrasonic treatment at the crystallization stage significantly accelerates the nucleation proc-ess and the formation of KCl particles in this case occurs on a larger number of growing nuclei. It was revealed that the dispersion process is influenced by the intensity of ultrasonic exposure and the duration of treatment. With an increase in the intensity of the acoustic impact and the duration of treatment, the average size of potassium chloride particles decreases both at the crystallization stage and during the dispersion of the formed KCl crystals.