Sali di potassio comuni in soluzione acquosa e tecnologie per la loro rimozione e purificazione
I sali di potassio si dissolvono nell'acqua formando ioni potassio (K+) e i rispettivi anioni. Nelle acque naturali poco mineralizzate, il potassio è generalmente un costituente disciolto minore; concentrazioni più elevate possono verificarsi nelle acque saline e nei flussi interessati dalla lavorazione della potassa, dai fertilizzanti o dall'impiego di cloruro di potassio.
Occorre ridurre il potassio disciolto o gestire un concentrato contenente potassio? Il processo idoneo dipende dall'analisi completa dell'acqua, dalla qualità richiesta per l'acqua prodotta, dagli obiettivi di recupero e dalle modalità di gestione del concentrato o dei sali recuperati. La sola concentrazione di potassio non determina il rischio di formazione di incrostazioni.
Dall'analisi dell'acqua alla definizione del trattamento
Caratterizzare il flusso (ioni principali, solidi disciolti totali, pH, temperatura e portata) → definire l'obiettivo (riduzione del potassio, riutilizzo dell'acqua o recupero dei sali) → confrontare le opzioni di separazione → valutare il concentrato e i residui. Questo è un percorso decisionale indicativo; la sequenza di processi appropriata dipende dalla composizione chimica effettiva dell'acqua e dagli obiettivi del progetto.
Sali di potassio comuni e dove si trovano
| Sale di potassio | Formula | Applicazione / settore / impiego tipico | Flussi acquosi tipici in cui è presente |
|---|---|---|---|
| Cloruro di potassio | KCl | Estrazione e lavorazione della potassa; produzione di fertilizzanti; industria chimica; alcune applicazioni antighiaccio. | Salamoie della lavorazione della potassa, acque di ruscellamento legate ai fertilizzanti, acque sotterranee saline, acque di ruscellamento dovute all'impiego di prodotti antighiaccio e concentrati della desalinizzazione. |
| Solfato di potassio | K2SO4 | Produzione di fertilizzanti e determinati processi chimici. | Soluzioni della lavorazione della potassa, acque reflue della produzione di fertilizzanti e concentrati contenenti solfati. |
| Nitrato di potassio | KNO3 | Produzione di fertilizzanti e prodotti chimici speciali. | Acque di ruscellamento legate ai fertilizzanti, acque di risciacquo dei processi e flussi industriali contenenti nitrati. |
| Bicarbonato di potassio | KHCO3 | Applicazioni alimentari, farmaceutiche e chimiche; regolazione dell'alcalinità in determinati processi. | Acque di processo e flussi di lavaggio o risciacquo in cui si impiega bicarbonato; alcune acque contenenti potassio e bicarbonato per effetto della geochimica locale. |
| Carbonato di potassio | K2CO3 | Produzione di vetro, sapone, alimenti e prodotti chimici. | Acque di produzione e di lavaggio provenienti da processi che utilizzano potassa o carbonato di potassio. |
| Fosfati di potassio | KH2PO4, K2HPO4, K3PO4 | Fertilizzanti, trasformazione alimentare, fermentazione e impieghi come agenti tampone. | Flussi della produzione di fertilizzanti e acque di processo dell'industria alimentare, della fermentazione o dell'industria chimica. |
Altri composti del potassio, tra cui l'idrossido di potassio (KOH), possono entrare nelle acque di processo come prodotti chimici o prodotti di reazione. La loro presenza e le esigenze di trattamento dipendono dal processo specifico.
Solubilità e salamoie concentrate
I sali di potassio non sono intercambiabili: la loro solubilità dipende dal composto, dalla temperatura e dalla miscela di ioni disciolti. Il cloruro di potassio è altamente solubile in acqua, ma la sua solubilità può diminuire in presenza di altri sali in una soluzione concentrata. I dati relativi all'acqua pura sono quindi valori di riferimento, non limiti di progetto per una salamoia industriale mista.
Il potassio disciolto è presente sotto forma di ione K+; gli anioni corrispondenti e gli altri cationi determinano la composizione chimica complessiva del flusso. In una salamoia mista, la cristallizzazione può coinvolgere diversi sali. Valutare la composizione ionica completa e la temperatura operativa prima di scegliere una strategia di recupero o cristallizzazione.
Soluzioni di separazione, purificazione e concentrazione
Le possibili soluzioni di processo per i flussi contenenti potassio comprendono le tecnologie riportate di seguito. Hanno finalità diverse; nessun singolo processo è adatto a tutti i flussi.
| Problematica di trattamento delle acque | Possibile processo di trattamento | Considerazioni per la scelta |
|---|---|---|
| Ridurre i sali disciolti in acque a bassa salinità o salmastre | Osmosi inversa (RO) | Separa l'acqua dagli ioni disciolti e produce un concentrato. Il recupero dipende dalla pressione osmotica, dal rischio di incrostazioni, dalla composizione dell'acqua in alimentazione e dalla gestione del concentrato. |
| Concentrare i sali ionici o separare una corrente in una frazione diluita e una concentrata | Elettrodialisi (ED) o elettrodialisi a inversione di polarità (EDR) | Trasporta gli ioni attraverso membrane selettive sotto l'azione di un campo elettrico. Le prestazioni dipendono dalla salinità, dalla composizione ionica, dal pretrattamento e dalla concentrazione richiesta del concentrato. |
| Affinare l'acqua o rimuovere cationi selezionati | Scambio ionico | La selettività della resina e gli ioni concorrenti sono importanti. La rigenerazione produce una salamoia esausta; il recupero selettivo del potassio richiede una resina e un processo specificamente convalidati. |
| Separare gli ioni multivalenti dai sali prevalentemente monovalenti | Nanofiltrazione (NF) | La NF può trattenere preferenzialmente molti ioni multivalenti, ma in genere non è una soluzione autonoma per rimuovere il cloruro di potassio. |
| Gestire un concentrato ad alta concentrazione o puntare al recupero dei sali | Evaporazione e cristallizzazione in una linea di trattamento ZLD | Può ridurre gli scarichi liquidi e produrre solidi. La purezza del prodotto e il recupero dipendono dal comportamento delle fasi in presenza di sali misti, dal pretrattamento e dalla gestione dei residui. |
Valutazione di un flusso contenente potassio
Un'analisi rappresentativa dovrebbe comprendere potassio, sodio, calcio, magnesio, cloruro, solfato, alcalinità, silice, TDS, pH e temperatura, oltre alla portata e alla qualità desiderata dell'acqua. Questo aiuta a distinguere la riduzione del potassio dalla dissalazione generale o dal recupero dei sali e a individuare le esigenze di pretrattamento e gestione dei residui. Ove opportuno, prove di laboratorio e verifiche su scala pilota possono valutare le prestazioni in condizioni operative rappresentative. La valutazione della fattibilità del processo di Lenntech descrive questo approccio di valutazione.
Parliamo di una sfida nel trattamento dell'acqua
Per discutere la composizione di una specifica acqua o salamoia, contattate Lenntech all'indirizzo info@lenntech.com.
Fonti e ulteriori letture
- USGS: Acque sotterranee negli ambienti di acqua dolce e salata della costa atlantica (composizione media dell'acqua di mare).
- USGS: Qualità dell'acqua degli acquiferi sabbiosi e ghiaiosi nella contea di McHenry, Illinois (potassio nelle acque sotterranee).
- U.S. EPA: Profilo della catena di approvvigionamento del cloruro di potassio.
- PubChem: Cloruro di potassio.
- PubChem: Solfato di potassio.