«Очистка калийной соли методом воздушной флотации»

исследовательская работа

«ОЧИСТКА КАЛИЙНОЙ СОЛИ МЕТОДОМ ВОЗДУШНОЙ ФЛОТАЦИИ»

Авторы:

,

,

учащиеся 8 «В» класса

ГУО «Гимназия № 3 г. Могилева»

Научный руководитель:

,

учитель физики

ГУО «Гимназия №3 г. Могилева»

г. Могилев 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………...3

Глава 1. Теоретическая часть……...……………………….............................5

1.1.  Флотация как способ очищения и обогащения калийных солей……...8

1.2.Действие силы Архимеда на погруженное тело…………………………9

Глава 2. Практическая часть…………………………………...……………...11

Заключение……………………………………………………………………..13

Список используемых источников……………………....................................14

Приложения.…………………………………………………………………….15

ВВЕДЕНИЕ

Однажды с нами произошел один очень интересный случай, который привел к мысли исследовать процессы, происходящие с различными веществами в газированной воде более детально. Наталья ела мандарины, и на столе рядом с нею стоял стакан с газированной водой. Когда она очистила мандарин и начала разделять дольки, одна долька упала в стакан с газированной водой. Наташа хотела ее достать, но заметила, что она всплывает на поверхность воды. Тогда мы решили провести эксперимент с другими фруктами, и они все, также как и мандарин, всплывали на поверхность. Мы использовали такие фрукты, как лимон, мандарин и хурма.

Цель работы: провести очистку калийной соли методом воздушной флотации.

Задачи:

1.  Изучить литературу по вопросу очистки калийной соли.

2.  Исследовать связь между выталкивающей силой и флотационным методом очистки.

3.  Определить параметры, влияющие на скорость очистки калийной соли от различных примесей

Для проведения исследования мы использовали следующее оборудование и материалы:

•  мерный стакан;

•  секундомер;

•  лабораторные весы с разновесами;

•  газированная вода;

•  различные виды фруктов.

Исследование проводился с различными видами фруктов с разной массой и объемом. Масса измерялась при помощи лабораторных весов.

В стакан с газированной водой мы опустили дольку мандарина, тело сразу же опустилось на дно. При этом наблюдается активное образование пузырьков газа на всей поверхности дольки мандарина. Долька мандарина поднимается к поверхности воды, где часть пузырьков лопается. После этого долька мандарина опять тонет. Процесс повторяется. Таким образом, мы наблюдали своеобразные «колебания» тела в газированной воде. Постепенно образование пузырьков замедляется, количество их уменьшается, и примерно через 10 минут процесс прекращается.

При проведении исследования мы обратили внимание на следующее: то, как тело будет вести себя в газированной воде, напрямую зависит от плотности исследуемого объекта. Если плотность будет меньше плотности воды (1г/см3), то предмет не опустится на дно стакана, а если плотность будет больше, то тело будет всплывать дольше. А также важное место в проведении эксперимента занимает масса тела. Ведь чем меньше масса, тем больше скорость всплытия тела на поверхность воды. Скорость всплытия напрямую зависит от площади (S) исследуемого объекта, так как пузырькам CO2 понадобится больше времени на то, чтобы покрыть поверхность тела (Приложение 1).

Тела, погруженные в газированную воду, всплывают на поверхность из-за того, что в газированной воде содержится CO2(углекислый газ). При погружении какого-либо тела в газированную воду пузырьки газа начнут оседать на поверхности тела и вскоре поднимут его вверх. Если плотность предмета больше плотности воды(1г/см3), то, перед тем как всплыть, тело опустится на дно. А если тело имеет плотность меньшую, чем у воды, то оно совсем не опустится на дно и намного быстрее поднимется на поверхность воды. Рассмотрим силы, действующие на тело, погружённое в жидкость. На любое тело, погружённое в жидкость или газ, кроме силы тяжести, действует выталкивающая сила. Согласно закону Архимеда эта сила равна: Fвыталк = ρgV, где ρ – плотность жидкости, V-объем воды, g = 9.8 Н/кг.

Калийные соли являются одним из основных минеральных ресурсов Беларуси и важнейшим экспортным продуктом нашей страны. Занимая третье место в мире по запасам этого минерального сырья после России и Канады (общие прогнозные ресурсы по Припятскому калиеносному бассейну составляют не менее 80 млрд. т), Беларусь играет существенную роль в формировании мирового рынка калийных удобрений [1]. Так, в 2010 году Беларусь обеспечила 39 % мирового экспорта калийных удобрений. Наша страна поставляет эту продукцию не только в страны Западной и Центральной Европы, но даже в Индию, Юго-Восточную Азию, страны Латинской Америки. За счет продажи 6,6 млн. т калийных удобрений в 2010 году наша страна получила более 1 млрд. долларов США.

Сырьем для калийной промышленности стран СНГ в настоящее время служат сильвинитовые руды. Минералогическую основу этих руд составляют сильвинит и галит, в качестве примесей присутствуют карналлит, глинистый и нерастворимый в воде остаток, а также бром, йод, рубидий, медь, цинк и другие [7].

Калий является одним из основных наряду с азотом и фосфором необходимых элементов минерального питания. В отличие от азота и фосфора он не входит в состав органических соединений в растении, а находится в клетках растения в ионной форме в виде растворимых солей в клеточном соке и частично в виде непрочных адсорбционных комплексов с коллоидами цитоплазмы.

Физиологические функции калия в растительном организме разнообразны. Он оказывает положительное влияние на физическое состояние коллоидов цитоплазмы, повышает их оводненность, набухаемость и вязкость, что имеет большое значение для нормального обмена веществ в клетках, а также для повышения устойчивости растений к засухе. При недостатке калия и усилении транспирации растения быстрее теряют тургор и вянут.

Калий положительно влияет на интенсивность фотосинтеза, окислительных процессов и образование органических кислот в растении, он участвует в углеводном и азотном обмене. При недостатке калия в растении тормозится синтез белка, в результате нарушается весь азотный обмен.

Калий повышает активность ферментов, участвующих в углеводном обмене, в частности сахаразы и амилазы. Этим объясняется положительное влияние калийных удобрений на накопление крахмала в клубнях картофеля, сахара в сахарной свекле и других корнеплодах. Под влиянием калия повышается морозоустойчивость растений.

При достаточном калийном питании повышается устойчивость растений к различным заболеваниям, например, у зерновых хлебов – к мучнистой росе и ржавчине, у овощных культур, картофеля и корнеплодов – к возбудителям гнилей. Калий способствует развитию механических элементов, сосудистых пучков и лубяных волокон, поэтому положительно влияет на прочность стеблей и устойчивость растений к полеганию, на выход и качество волокна льна и конопли [7].

При недостатке калия угнетается развитие репродуктивных органов – задерживается развитие бутонов и зачаточных соцветий, зерно получается щуплым, с пониженной всхожестью.

Калийные соли образуются в результате испарения и охлаждения рапы калийных водоёмов, возникавших на части площади галитовых водоёмов. Образование соляных месторождений происходило в геологические эпохи с сухим и тёплым климатом; наиболее благоприятные условия для накопления соленосных серий были в девонском, пермском и неогеновом периодах. Природные калийные соли залегают среди каменной соли в виде пластов или линз мощностью в несколько десятков и сотен метров. Добыча калийных солей сопровождается их обязательной очисткой. Очистка и обогащение калийных солей может производиться при помощи флотации.

Из всех известных методов обогащения в производстве хлорида калия из сильвинитовых руд наиболее широкое распространение у нас в стране и за рубежом получил метод флотации.

Следует заметить, что тело должно быть полностью окружено жидкостью (либо пересекаться с поверхностью жидкости). Так, например, закон Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна.

Что касается тела, которое находится в газе, например в воздухе, то для нахождения подъёмной силы нужно заменить плотность жидкости на плотность газа. Например, шарик с гелием летит вверх из-за того, что плотность гелия меньше, чем плотность воздуха.

Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давлений на примере прямоугольного тела.

где PA, PB– давления в точках A и B, ρ – плотность жидкости, h – разница уровней между точками A и B, S – площадь горизонтального поперечного сечения тела, V – объём погружённой части тела [9].

При отсутствии гравитационного поля, то есть в состоянии невесомости, закон Архимеда не работает. Космонавты с этим явлением знакомы достаточно хорошо. В частности, в невесомости отсутствует явление (естественной) конвекции, поэтому, например, воздушное охлаждение и вентиляция жилых отсеков космических аппаратов производятся принудительно, вентиляторами.

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Во втором эксперименте мы пытались очистить калийную соль от вредных примесей. Для проведения эксперимента мы использовали следующее оборудование и материалы:

•  мерный стакан;

•  секундомер;

•  газированная вода;

•  подсолнечное масло;

•  чайные ложки;

•  неочищенная калийная соль.

Описание эксперимента

Эксперимент проводился с неочищенной калийной солью.

В пустой стакан мы засыпаем неочищенную калийную соль. Добавляем в стакан подсолнечное масло. Заливаем полученную смесьгазированной водой. В течение 90 секунд (вода сильногазированная) соль в масляной оболочке всплывает на поверхность, а примеси опускаются на дно.

Если использовать среднегазированную и малогазированную воду мы получаем тот же эффект флотации, что и с сильногазироанной водой, но за более длительное время, среднегазированная – 160 секунд, малогазированная – 240 секунд, так как в среднегазированной и малогазированной воде содержится меньше пузырьков газа (Приложение 2).

Все наблюдаемые в ходе эксперимента явления можно сравнить с таким явлением, как флотация. Суть флотации (т. е. всплывания) заключается в следующем: тонко измельчённая руда загружается в чан с водой и с маслянистыми веществами, которые способны обволакивать частицы полезного минерала тончайшими плёнками, несмачиваемыми водой. Смесь энергично перемешивается с воздухом, образуя множество мельчайших пузырьков [8]. При этом частицы полезного минерала, покрытые тонкой маслянистой плёнкой, приходят в соприкосновение с оболочкой воздушного пузырька, пристают к ней и повисают на пузырьке, который выносит их вверх, как воздушный шар в атмосфере поднимает гондолу.

Проведенный эксперимент позволил нам сделать следующие выводы:

•  Чем меньше масса тела, тем оно быстрее всплывает, тем быстрее начнёт работать система, но продолжительнее будет процесс.

•  Чем вода более газирована, тем процесс интенсивнее и продолжительнее.

•  Чем больше объём воды, тем дольше работает система (т. к тем больше количество газа).

•  Если плотность исследуемого объекта меньше плотности воды (1 г/см3), то явление всплытия на поверхность воды может не наблюдаться.

•  При увеличении температуры интенсивность процесса увеличивается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.  Исследовано действие силы Архимеда на различные виды фруктов.

2.  Установлено, что время скорость всплытия фруктов зависит от массы, площади поверхности и объема, степени газированности, температуры и объёма воды.

3.  Для наиболее эффективной работы системы необходимо использовать объект с небольшой плотностью, небольшого объема и сильногазированную воду, так как в ней находится большее количество пузырьков газа.

4.  Данные, полученные в ходе эксперимента с фруктами, использованы для очистки калийной соли от примесей. Установлена зависимость скорости очистки от степени газированности воды.

Список ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.  Абрамов, по обогащению руд. Основные процессы / , . – Mосква, 2003.

2.  Глембоцкий, / , . – Москва, 2003.

3.  Глембоцкий, В. А. Флотационные методы обогащения / В. А. Глембоцкий, . – Mосква, 1991.

4.  Дерягин, Б. В., Флотационные методы обогащения / Б. В. Дерягин, С. С. Духин, Н. Н. Pyлев. – Mосква, 2007.

5.  Классен, В. И., Справочник по обогащению руд / , . – Москва, 2010.

6.  Мещеряков, машины / Н. Ф. Мещеряков. – Москва, 2002.

7.  Рубинштейн, Ю. Б. Кинетика флотации / Ю. Б. Рубинштейн, Ю. А. Филиппов. – Mосква, 2000.

8.  Абрамов, С. Н. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых / С. Н. Абрамов // Твердые полезные ископаемые [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://ru. wikipedia. org. – Дата доступа: 15.11.2012

9.  Клебанович соли Беларуси как аграрный и экологическмй ресурс / // Полезные ископаемые Беларуси [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:///component/content/article/527.html. – Дата доступа: 20.11.2012.

10.  , Калийные соли обогащение и очистка / Б. Н. Ласкорин, Л. Д. Плаксина  // Минералы Беларуси [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://www. *****/news4242.html. – Дата доступа: 23.11.2012.

Приложение 1

Таблица зависимости скорости подъёма от массы тела и скорости подъема от объема тела

Приложение 2

Таблица зависимости скорости подъема соли

от степени газированности воды