СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА ИЗ АНТРАЦИТА Российский патент 2002 года по МПК B01D39/02 B01J20/20 

Изобретение относится к фильтрующим материалам, используемым в водоподготовительных установках тепловых электростанций; при подготовке воды для коммунального и промышленного водоснабжения как материал для фильтров с двухслойной антрацитопесчаной загрузкой.

Известно получение активированного антрацита. Для этого антрацит вначале измельчают, тонкодисперсный порошок брикетируют со связующим, вновь измельчают и после рассева по фракциям подвергают карбонизации и активированию (Хартмут Кинле "Активные угли", Ленинград, "Химия", 1984 г., стр. 39). Такой антрацит используют в качестве адсорбента, и только при истощении сорбционной емкости, когда технически не выполнима его регенерация, возможно его использование в качестве фильтрующей загрузки. Антрацит, приготовленный таким способом, является весьма дорогим и дефицитным, т.к. для его получения необходимо специальное оборудование.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является деминерализация углеродных адсорбентов плавиковой и соляной кислотами (Лоскутов А.И., Кузницов М.С. и др. Получение, структура и свойства адсорбентов. Межвузовский сборник трудов Л. : ЛТИ им. Ленсовета, 1988, с. 15-22) с последующей отмывкой 1 N соляной кислотой. Обработку завершают отмывкой угля от кислоты водой.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение содержания золы в антраците, увеличение межзерновой пористости с получением шаровидной формы зерна.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления фильтрующего материала из антрацита, включающем обработку углеродсодержащего материала смесью плавиковой и соляной кислот и отмывку водой до нейтральной реакции, обработку осуществляют смесью 0,5-2,5%-ной плавиковой и 5%-ной соляной кислотой при объемном соотношении 1:1 в течение 0,5-1 часа с последующей отмывкой водой.

Способ осуществляют следующим образом. Исходный антрацит дробят, рассевают на фракции, готовую фракцию 5,0-0,6 мм помещают в емкость и заливают приготовленной смесью кислот в равном соотношении, состоящей из 5%-ной соляной кислоты и 0,5-2,5%-ной плавиковой кислоты, и выдерживают в ней 0,5-1 час, периодически помешивают. Затем сливают раствор кислот, промывают водой до нейтральной реакции и высушивают. Антрацит готов для использования в качестве фильтрующего материала.

Обработка фракции антрацита смесью соляной и плавиковой кислот приводит к значительному снижению зольности антрацита, т.к. химические элементы, входящие в состав золы, с кислотами образуют водорастворимые соединения, хорошо вымываемые водой. В результате такой обработки фильтрующий материал становится безвредным и экологически чистым.

После обработки антрацита смесью кислот поверхность зерен антрацита приобретает шаровидную форму, что увеличивает межзерновое пространство. Кроме того, обработка антрацита смесью кислот приводит к образованию поровых пространств, которые способствуют улучшению емкости антрацита и его фильтрационных свойств.

Увеличение межзерновой пористости и удельной поверхности антрацита обеспечивает увеличение грязеемкости и, как следствие, возможность повышения скорости фильтрации или увеличения длительности фильтроцикла.

Пример 1. Исходный антрацит дробят, рассевают на фракции, 150 г антрацита фракции 5,0-0,6 мм помещают в емкость и заливают 200 мл смеси кислот в равном соотношении (100 мл 5%-ной соляной кислоты и 100 мл 2,5%-ной плавиковой кислоты). Выдерживают в смеси кислот 1 час, периодически помешивают. Затем сливают раствор кислот, промывают водой до нейтральной реакции и высушивают. Антрацит готов для использования в качестве фильтрующего материала.

Пример 2. Все операции по способу изготовления фильтрующего материала из антрацита были проведены как указано в примере 1, только в смеси кислот использовали плавиковую кислоту 0,5%-ной концентрации и в смеси кислот выдерживали 45 мин.

Пример 3. Все операции по способу изготовления фильтрующего материала из антрацита были проведены аналогично примеру 1, но в смеси кислот была использована 1,5%-ная плавиковая кислота, а в смеси кислот выдерживали 30 мин.

Пример 4. Изготовление фильтрующего материала из антрацита осуществляли аналогично примеру 1. Только антрацит выдерживали в смеси кислот 1,5 часа при концентрации плавиковой кислоты 3%.

Пример 5. Изготовление фильтрующего материала из антрацита проведено аналогично примеру 1, но смесь кислот приготовлена при концентрации плавиковой кислоты 0,4% и выдерживали в ней антрацит 20 мин.

В таблице представлены результаты обработки антрацита смесью соляной и плавиковой кислот в зависимости от концентрации плавиковой кислоты и продолжительности выдерживания в смеси кислот.

Как видно из приведенных в таблице данных, после обработки антрацита соляной кислотой (прототип) зольность и межзерновая пористость не изменяются по сравнению с исходным антрацитом. Исследование под бинокуляром показало, что большая часть частичек антрацита представлена брусковидными, часто по форме приближающимися к параллелепипеду, а доля частичек, близких к кубу, не превышает 10%.

При обработке антрацита смесью соляной и плавиковой кислот в течение 0,5. . . 1 часа, при концентрации плавиковой кислоты 0,5...2,5% значительно снижается зольность антрацита и повышается межзерновая пористость (примеры 1-3). Применение плавиковой кислоты менее 0,5%-ной концентрации нецелесообразно, т.к. никакой реакции с антрацитом не протекает. Увеличение концентрации плавиковой кислоты более 2,5% (пример 4) при обработке антрацита усложняет процесс и приводит к образованию труднорастворимого гелеобразного осадка, выпадающего в осадок, что делает его непригодным для использования в качестве фильтрующего материала.

Таким образом, самым оптимальным раствором для обработки антрацита является смесь соляной кислоты 5%-ной концентрации и плавиковой кислоты 0,5... 2,5%-ной концентрации. Выдерживать антрацит в этой смеси кислот вполне достаточно 0,5...1 час. Исследование структуры антрацита показало, что большая часть частичек антрацита представлена шаровидными или близкими к ним и только 2...3% приходится на долю пластинчатых и лепешковидных образований, что приводит к существенному увеличению межзернового пространства.

Предлагаемый способ позволяет использовать антрациты с зольностью до 20%, кроме того, простая технология изготовления фильтрующего материала не требует специального оборудования.

Использование: изобретение относится к фильтрующим материалам, используемым в водоподготовительных установках. Изготовление фильтрующего материала из антрацита включает обработку смесью 0,5-2,5%-ной плавиковой и 5%-ной соляной кислот при объемном соотношении 1:1 в 0,5-1 ч с последующей отмывкой водой до нейтральной реакции. Фильтрующий материал получают с зольностью 3,6-6,3% и межзерновой пористостью 50-52%. 1 табл.

Способ изготовления фильтрующего материала из антрацита, включающий обработку углеродосодержащего материала смесью плавиковой и соляной кислот и отмывку водой до нейтральной реакции, отличающийся тем, что обработку осуществляют смесью 0,5-2,5%-ной плавиковой и 5%-ной соляной кислот при объемном соотношении 1: 1 в течение 0,5-1,0 ч с последующей отмывкой водой.