Quy trình thủy nhiệt biến quặng fenspat thành phân kali

Các nhà khoa học Mỹ mới đây đã phát triển một quy trình thủy nhiệt để chuyển hóa quặng fenspat kali thành phân kali có hiệu quả cao với chi phí thấp.

Cung cấp lương thực thực phẩm cho dân số thế giới ngày càng tăng đang là thách thức khẩn cấp trên toàn cầu. Trong khi đó, phân bón đóng vai trò quan trọng vì cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu NPK cho đất, giúp tăng năng suất cây trồng và tăng sản lượng lương thực thực phẩm.

Ngày nay, người nông dân trên toàn cầu đang thường xuyên sử dụng phân kali, thông thường là KCl (sylvinit). Ba nước trên thế giới hiện đang khai thác phần lớn quặng kali là Canađa, Nga và Belarut.

Nằm cách xa những mỏ kali đó hàng nghìn km là đất nước Braxin ở bán cầu phía Nam. Đây là đất nước có diện tích đất nông nghiệp rộng mênh mông và là nước sản xuất hàng đầu các nông sản như ngô, đậu nành, đồng thời cũng xuất khẩu nhiều thịt bò, đặc biệt là đến Trung Quốc. Tuy nhiên, chất lượng đất tại đây tương đối kém nên Braxin phải nhập khẩu hàng năm những lượng rất lớn phân kali. 90% lượng phân kali nhập khẩu này phải trải qua những quãng đường vận chuyển dài, phức tạp và tốn kém từ mỏ Saskatchewan ở Canađa. Vì vậy, việc tìm kiếm những nguồn phân kali tại địa phương với giá rẻ và nguồn cung ổn định đang trở thành nhiệm vụ hàng đầu đối với ngành nông nghiệp Braxin.

Đứng trước nhu cầu đó, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Mỹ) đã bắt tay vào việc tìm kiếm những nguồn quặng kali tại đây. Trong quá trình này, họ gặp phải fenspat, một loại quặng thông thường chiếm phần lớn thành phần của loại đá gọi là syenit siêu kiềm. Syenit siêu kiềm là một loại đá tinh thể chiếm 12% vỏ Trái Đất, có hình dạng bề ngoài tương tự granit. Nó có sẵn nhiều tại Braxin và cũng có mặt ở rất nhiều nơi khác trên Trái Đất, hơn nữa cũng rất dễ khai thác. Tuy nhiên, từ trước đến nay người ta vẫn cho rằng fenspat kali có hoạt tính phản ứng kém nên chỉ là loại phân bón kém chất lượng.

Nay một quá trình hóa học khá nhẹ nhàng do các nhà khoa học MIT tìm ra có thể thay đổi điều này. Họ miêu tả quá trình của mình như quá trình “phong hóa nhanh trong nồi hấp”. Phương pháp xử lý của họ cho phép loại bỏ các công đoạn tách và tái kết tinh có chi phí cao, tiêu hao nhiều năng lượng cũng như nước.

Trước tiên, các nhà khoa học kết hợp syenit và Ca(OH)2 trong một máy nghiền bi thép. Sau đó, họ sử dụng nồi hấp để nhiệt phân bột đã nghiền ở 200oC trong thời gian 5 giờ. Tiếp theo, họ dùng lò nung của phòng thí nghiệm để sấy khô qua đêm loại bùn sệt thu được, sau đó nghiền bằng cối mã não.

Fenspat đã biến đổi chiếm phần lớn sản phẩm nhiệt phân cuối cùng. Theo các nhà khoa học, tất cả mọi nguyên liệu đưa vào đều được chuyển hóa thành sản phẩm ở dạng thích hợp cho mục đích sử dụng mà họ đang tìm kiếm.

Các thử nghiệm chiết đã được thực hiện cho thấy, hàm lượng kali mà cây trồng có thể hấp thụ trong sản phẩm cuối cùng cao gấp 100 lần so với hàm lượng kali tương tự trong quặng fenspat chưa xử lý.

Quặng fenspat kali là nguyên liệu dễ khai thác, chi phí vận chuyển thấp và quá trình xử lý cũng thân thiện môi trường hơn, vì vậy các nhà khoa học tin rằng phương pháp của họ sẽ mang lại những lợi ích lớn cho người nông dân Braxin.

Một chuyên gia về phân bón tại ĐHTH Newcastle (Anh) miêu tả quá trình biến đổi thủy nhiệt như trên là phương pháp mới để giải quyết một vấn đề cũ. Ông cho rằng sản phẩm thủy nhiệt có vẻ đặc biệt thích hợp cho đất nông nghiệp vùng nhiệt đới - nơi cũng có nhu cầu cao nhất đối với những sản phẩm như vậy.

Theo các nhà khoa học MIT, quá trình thủy nhiệt kiềm của họ cũng diễn ra một cách tự nhiên trong một số môi trường địa chất. Ngành công nghiệp hóa chất đã sử dụng những quá trình tương tự, ví dụ Quy trình Bayer để tinh chế bauxit thành alumin. Vì vậy, nhóm nghiên cứu tin tưởng rằng quá trình của họ cũng có thể được áp dụng tốt cho các nguồn quặng kali khác.

HS