СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК C22B11/00 C22B3/42 

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к угольно-сорбционной технологии извлечения благородных металлов из растворов и пульп.

В сорбционной технологии извлечения золота и серебра известен способ восстановления сорбционных свойств активированных углей путем обработки минеральными кислотами [1].

Также известен способ автоклавной обработки щелочными растворами при повышенных температурах (150-200^oC) [2], совмещенный с десорбцией благородных металлов.

Недостатками данных способов является недостаточная полнота восстановления сорбционных свойств активированных углей.

Наиболее близким по технической сущности является способ регенерации сорбционных свойств активированных углей J.Klein. Regeneration von Aktivkohlen// Technische Mitteilungen, 1984, Nr.77, s.513- 519] путем высокотемпературной обработки в печах различной конструкции - барабанных, многополочных, пересыпных, шахтных, с псевдоожиженным слоем и др., в которых теплоносителем являются продукты сгорания углеводородного топлива, ИК-лучи, теплоэлектронагреватели.

Недостатками данного способа регенерации являются следующие. Во- первых, низкие энерго- и теплотехнические параметры приводят к потерям активированного угля из-за обгара и истирания до 15%, к снижению механической прочности, вследствие чего при повторном использовании угля увеличиваются потери адсорбированных благородных металлов в результате истирания насыщенного угля. Во-вторых, проведение такой обработки активированного угля требует сложного и громоздкого аппаратурного оформления.

Техническим результатом изобретения является снижение потерь активированного угля за счет уменьшения обгара при сохранении механической прочности угля, сокращение времени процесса и энергозатрат.

Он достигается тем, что в предлагаемом способе регенерации активированных углей, включающем высокотемпературную обработку в инертной атмосфере, обработку проводят в поле сверхвысоких частот (СВЧ), преимущественно при 915 - 5800 МГц. Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что обработку активированных углей проводят в поле СВЧ.

Таким образом, предлагаемый, способ соответствует критерию изобретения "новизна".

В отличие от традиционных способов термообработки активированных углей использование энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты позволяет осуществить безинерционный, объемный нагрев материала в плотном слое, независимо от его дисперсности. Следствием этого является высокая скорость прогрева угля, создание необходимой для регенерации инертной или восстановительной атмосферы, возможность управления параметрами процесса в широких пределах, более высокого коэффициента преобразования электрической энергии СВЧ в генераторе (70%) и в реакторе (до 98%), существенное сокращение потерь тепловой энергии.

Активированные угли после десорбции благородных металлов представляют собой неоднородный материал, который состоит из нескольких составляющих, находящихся в твердой, жидкой и газообразной фазе, имеющих различные свойства. Соответственно, в зависимости от расположения в веществе зарядов молекулы диэлектрической среды могут быть полярными и неполярными. При внесении таких неоднородных материалов в электрическое поле свободные электроны и ионы, содержащиеся в проводящих или полупроводящих включениях, начинают перемещаться в пределах каждого включения, которое приобретает дипольный момент и ведет себя подобно гигантской поляризованной молекуле. За счет неоднородности структуры диэлектрическая проницаемость таких смесей, как правило, значительно превышает диэлектрическую проницаемость отдельных ее составляющих.

Основными причинами, снижающими сорбционные свойства активированных углей и влияющими на эффективность использования их в обороте после извлечения известными способами благородных металлов, являются наличие в сорбенте различных примесей, особенно органических веществ (нефтефлотоорганика, масла, гумусовые вещества и т.д.), тонких илов и шламов, карбоната кальция. Процесс регенерации влажного отработанного угля протекает стадийно. В начале удаляется влага и азеотропные смеси воды с перечисленными органическими и неорганическими соединениями, после чего происходит интенсивный разогрев угля до заданной температуры.

В промышленности и ряде областей народного хозяйства разрешено использовать следующие частоты : 461,04 МГц±0,2%, 433,2 МГц±0,2%, 915±50 Мгц, 2450±50 МГц, 5800±50 МГц, 22125±50 МГц [Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот.- М.: Энергия, 1968, с.8]. Для этих целей выпускаются соответствующие генераторы СВЧ. Эффективность преобразования энергии электрического поля в тепло (активная энергия поля P_o) увеличивается пропорционально рабочей частоте (f) и квадрату напряженности электрического поля (E) согласно уравнению
P_o= 0,556•10^-12ε•f•tgδ•E², [Вт/см²],
где ε - относительная диэлектрическая проницаемость вещества;
tgδ - тангенс угла потерь [Нетушил А.В. и др. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников.- М.: Госэнергоиздат, 1959, с.77].

При сверхвысоких частотах следует также учитывать влияние частоты поля и частоты релаксации вещества в целом на диэлектрическую проницаемость обрабатываемого материала. Диэлектрическая проницаемость становится максимальной при совпадении частоты поля с частотой релаксации, в этом случае колебания электронных орбит или ионов резко возрастают, т.е. наступает явление резонанса. При частотах, выше резонансной, составляющая поляризации оказывается в противофазе по отношению к внешнему полю и диэлектрическая проницаемость материала снижается.

Применение поля СВЧ для регенерации активированных углей преимущественно в диапазоне 915 -5800 МГц объясняется следующим образом. Проведение регенерации угля при частоте СВЧ менее 915 МГц неэффективно вследствие недостаточного преобразования электрической энергии в тепло из-за низкой величины частоты. Обработка активированного угля в поле СВЧ при частоте более 5800 МГц также неэффективна вследствие снижения диэлектрической проницаемости материала и, следовательно, уменьшения количества выделяемого тепла.

Таким образом, в предлагаемом способе регенерации активированных углей при обработке углей в поле СВЧ происходит эффективный безинерционный, объемный нагрев материала, обладающий высокой скоростью и создающий благоприятные условия для восстановления сорбционных свойств углей, что позволяет снизить потери углей за счет уменьшения обгара при сохранении их механической прочности, сократить время обработки и уменьшить энергозатраты. Наличие совокупности отличительных свойств обуславливает соответствие предлагаемого решения критерию "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

Активированный уголь после проведения десорбции благородных металлов помещают в реактор, в котором уголь подвергают обработке в поле СВЧ.

Аппаратурно технология регенерации активированных углей в лабораторных условиях реализована на установке, включающей СВЧ- генератор, блок питания и управления, реактор в виде короткозамкнутого резонатора, работающего в режиме стоячих волн. Возбуждение осуществлялось с помощью рупорной антенны.

Пример 1. Мощность генератора в условиях проводимых экспериментов составляла 800 Вт. Объем загружаемого материала в реактор был равен 200 г. Контроль температуры осуществлялся с помощью термопары. Величину удельной мощности нагрева устанавливали с помощью питающего напряжения генератора.

В работе применяли активированный уголь марки TALKO CW 814G (Япония). Нагрев угля в поле СВЧ осуществляли при частотах 433, 461, 915, 2450, 5800 и 22125 МГц до температуры 600^oC.

В табл. 1 приведены результаты по времени нагрева активированного угля в зависимости от частоты поля СВЧ.

Данные табл. 1 показывают, что наиболее эффективно нагрев активированнго угля происходит при частотах в диапазоне 915 -5800 МГц, максимальная скорость нагрева соответствует частоте 2450 Мгц.

Пример 2. Регенерацию активированного угля в поле СВЧ проводили при частоте 2450 МГц.

Оценку сорбционных свойств производили снятием изотерм и кинетических кривых сорбции. Механическую прочность оценивали по методике МИС-60-8 (по истиранию в стержневой мельнице).

В табл. 2 приведены данные по кинетике сорбции золота из цианистых растворов в зависимости от температурно-временного режима регенерации в СВЧ-поле в сравнении со свежим сорбентом. Условия опытов: навеска угля 2,0 г, объем раствора 700 мл, исходная концентрация золота 35,0 мг/л.

Экспериментальные данные табл. 2 показывают, что практически полное восстановление сорбционной активности угля завершается после обработки в СВЧ-поле в течение 10 мин при 600^oC. При этом механическая прочность активированного угля остается неизменной по сравнению со свежим углем.

Пример 3. Для сравнения проводили регенерацию активированных углей известными способами.

Термическую регенерацию активированного угля проводили в муфельной печи без доступа воздуха при 650^oC и продолжительности 40 мин.

Автоклавную обработку сорбента проводили щелочными растворами 0,4% NaOH при 170^oC, 10 удельными объемами элюента в течение 1 ч.

Кислотную обработку осуществляли 0,6 NHCl, пропусканием через колонку 4 удельных объемов раствора в течение 30 мин. Уголь после кислотной обработки отмывали до нейтральной реакции водой.

Эффективность регенерации оценивали по результатам сорбции золота из цианистых растворов активированным углем, прошедшим 1-5 циклов "сорбция-десорбция". Для сравнения приведены также данные по сорбции золота свежим сорбентом. Условия опытов : навеска угля 0,5 г, объем раствора 0,5 л, исходная концентрация золота 12 мг/л, pH 11, концентрация NaCN 0,4 мг/л, продолжительность сорбции 28 ч.

Экспериментальные данные табл. 3 свидетельствуют о возможности полного восстановления сорбционной активности угля в процессе изотермической регенерации в СВЧ-поле при значительном уменьшении потерь угля до 1,1% после проведения 5 циклов "сорбция-регенерация" и практически без снижения механической прочности сорбента. Термическая регенерация активированного угля по традиционной технологии в тех же температурных условиях приводит к снижению механической прочности сорбента на 5% и к потерям угля до 9,6% после 5 циклов "сорбция-регенерация" за счет повышенного обгара, а также к частичной дезактивации углей по мере увеличения общего времени термообработки. Автоклавная щелочная и кислотная обработка сорбента позволяют восстановить сорбционную активность углей лишь на 65-87% от первоначальной.

Таким образом, использование предлагаемого способа регенерации активированных углей обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества : позволяет снизить потери активированного угля до 0,4- 1,1% после проведения, соответственно, 1-5 циклов "сорбция-регенерация" за счет уменьшения обгара при сохранении механической прочности угля, сократить время процесса и энергозатраты.

Использование: в угольно-сорбционной технологии извлечения благородных металлов из растворов и пульп. В способе регенерации активированных углей, включающем высокотемпературную обработку в инертной атмосфере, обработку проводят в поле сверхвысоких частот (СВЧ), преимущественно при 915 - 5800 МГц. Снижаются потери активированного угля до 0,4 - 1,1% после проведения соответственно 1 - 5 циклов "сорбция-регенерация" за счет уменьшения обгара при сохранении механической прочности угля, сокращается время процесса и энергозатраты. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Способ регенерации активированных углей, включающий высокотемпературную обработку углей в инертной атмосфере, отличающийся тем, что обработку ведут в поле сверхвысоких частот. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку в поле сверхвысоких частот проводят при 915 - 5800 МГц.