СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ШЛАМОВ ИЗ СОЛЕВЫХ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ ТОНКОДИСПЕРСНЫЕ ГЛИНИСТЫЕ ЧАСТИЦЫ Российский патент 2008 года по МПК C02F11/14 C02F1/56 B01D21/01 C02F103/10 

Изобретение относится к области процессов разделения суспензий с выделением твердой фазы, предпочтительно, с использованием жидкой фазы как целевого продукта, и может быть использовано в рудо- и углеобогащении при улучшении фильтрационных характеристик осадков в процессах очистки питьевых и сточных вод от дисперсных примесей.

Известен (SU, авторское свидетельство 965457 В 01 D 21/01, 1982) способ сгущения шламов при производстве калийный удобрений путем введения солевого раствора калийной руды флокулянта, представляющего собой привитой сополимер акриламида и полисахаридов.

Недостатком известного способа следует признать его низкую эффективность.

Известен (SU, авторское свидетельство 1445796 В 01 D 1/02, 1988) способ флотации глинистокарбонатных шламов из калийсодержащих руд. Согласно известному способу проводят кондиционирование пульпы с полиакриламидом и собирателем оксанолом-18, а также лигносульфонатами при их соотношении с полиакриламидом и собирателем от 1:2:3 до 4:2:3.

Недостатком известного способа следует признать низкую скорость флокуляции глинистых частиц при одновременном значительном расходе флокулянтов.

Известен (RU, патент 2105727 С 02 F 1/52, 1998) способ осветления солевых растворов, образующихся при переработке сильвинитовой руды. Согласно известному способу в солевой раствор последовательно вводят растворимую соль или гидроксид натрия или калия, а затем полиакриламид с последующим отделением глинистых шламов.

Недостатком известного способа следует признать низкую скорость флокуляции глинистых частиц при одновременном значительном расходе флокулянтов.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого способа, состоит в разработке технологии концентрирования, сгущения и улучшения фильтруемости дисперсной фазы промышленных суспензий преимущественно из насыщенного солевого раствора.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого способа, состоит в увеличении скорости флокуляции глинистых частиц при одновременном повышении плотности шламов и уменьшении расхода флокулянтов.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ осаждения глинистых шламов из солевых растворов, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, включающий двухстадийную обработку суспензий флокулянтами, причем последовательно в обрабатываемый раствор вводят катионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп не менее 5% от общего количества амидных групп, а затем анионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп 5-15% от общего количества амидных групп, при этом соотношение указанных флокулянтов составляет от 2:1 до 1:5,5. Предпочтительно используют катионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилакрилатом натрия, и анионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с акрилатом натрия. Однако могут быть использованы в качестве катионного флокулянта альгинат натрия, "Флокгель" (на основе крахмала), кремниевая кислота, карбоксиметилцеллюлоза и полиакриламид, а в качестве анионного флокулянта - сополимер акриламида с метакрилатом натрия, гидролизованный полиакриламид, "Седипур-КА", "Сепарин С-120" (оба на основе полиэтилендиамина). Предпочтительно при реализации способа используют сополимеры, количество ионогенных групп которых составляет 10% от общего количества амидных групп. Обычно флокулянты вводят в виде раствора с концентрацией 0,05-0,15 мас.%, но предпочтительно в виде 0,1 мас.с%, а наиболее предпочтительно в виде водно-солевого раствора с концентрацией 0,1 мас.%. Преимущественно соотношение катионного и анионного флокулянтов составляет 1:3.

Достаточно широко исследованы процессы флокуляции в водных и слабых солевых растворах. Однако работы по изучению использования флокулянтов в насыщенных солевых растворах заявителю не известны.

В работе были использованы промышленные образцы полиакриламида и сополимеров полиакриламида (марка "Праестол") с высокой молекулярной массой (9-14)·10⁶, причем в качестве сополимеров использовали сополимеры акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилакрилата (катионный флокулянт) и сополимеры акриламида с акрилатом натрия (анионный флокулянт) с различным количеством ионогенных групп. Кроме того, были проведены эксперименты с промышленно выпускаемыми флокулянтами: катионными - "Флокгель", карбоксиметилцеллюлоза и анионными гидролизованный полиакриламид и "Седипур-КА". Глина, используемая в исследованиях, представляет собой промышленные образцы глинистого шлама СОФ 2 РУ. Насыщенный солевой раствор готовили из руды СОФ 3 РУ путем растворения ее водой, плотность насыщенного солевого раствора составила 1,235 г/см³.

Растворение флокулянтов проводили путем растворения сополимера до концентрации 1,0 мас.% в водопроводной воде, а затем разбавляли насыщенным солевым раствором до концентрации 0,1 мас.%. Для исследования процесса флокуляции готовили суспензию глины СОФ 2 РУ (концентрация 2,5 мас.%, крупность частиц 0,25 мм) в насыщенном солевом растворе. Дозировку флокулянта проводили путем:

- однократного дозирования - в суспензию вводили 0,1 мас.% раствор флокулянта в количестве 0,2 г/кг глины;

- комбинированного дозирования - при сохранении общего количества флокулянта (0,2 г/кг глины) последовательно вводили катионный, а затем анионный флокулянты.

Для оценки эффективности работы использовали следующие параметры: вязкость растворов, вязкость суспензий, флоккулирующая способность - скорость осаждения, флоккулирующая способность - осветление, флоккулирующая способность - уплотнение осадка, флоккулирующая способность - содержание твердого вещества в осветленном растворе.

Флоккулирующая способность - скорость осаждения измеряли в стеклянном цилиндре объемом 250 мм с размещенной в нем дисковой мешалкой с отверстиями. Перед добавлением раствора флокулянта суспензию глины в насыщенном солевом растворе перемешивали путем троекратного вертикального перемещения мешалки, после добавления раствора катионного флокулянта перемешивали 10 раз, после добавления анионного флокулянта - 5 раз. После перемешивания измеряли время перемещения границы раздела фаз между двумя метками на расстоянии 100 мм одна от другой и рассчитывали скорость осаждения (V мм/сек). Эффективность флокуляции рассчитывали по формуле

D_ф = V/V₀, где

V - скорость осаждения при введении в систему анионного, катионного флокулянта или их смеси;

V₀ - скорость осаждения при введении в систему неионогенного полиакриламида.

Флоккулирующая способность - осветление измеряли на фотоколориметре при длине волны 540 нм. Пробы отбирали из середины указанного цилиндра. Эффективность осветления рассчитывали по формуле

D_осв = τ/τ₀,

где

τ - оптическая плотность надосадочного раствора после введения исследуемого анионного или катионного флокулянта, а также их смеси;

τ₀ - оптическая плотность надосадочного раствора после введения неионогенного полиакриламида.

Флоккулирующую способность - уплотнение осадка определяли как толщину осадка на дне цилиндра, причем измерения проводили с интервалами времени (1; 1,5; 2; 3; 5; 10; 15 минут).

С использованием вышеуказанных параметров было установлено, что последовательное введение в систему противоположно заряженных флокулянтов резко повышает эффективность процесса флокуляции, причем введение последовательности катионный флокулянт - анионный флокулянт относительно введения неионогенного флокулянта повышает эффективность процесса флокуляции примерно в 1,5 раз, а эффективность осветления в 10 раз.

Аналогично с использованием тех же параметров было установлено, что желательно использовать соотношение катионный флокулянт - анионный флокулянт от 2:1 до 1:5,5, а наиболее предпочтительно 1:3.

Также с использованием тех же параметров было установлено, что желательно иметь в сополимерах количество ионогенных групп 5-15% от общего количества амидных групп, а наиболее предпочтительно 10%.

Было отмечено, что если для неионогенного флокулянта скорость осаждения составляет 6,4 мм/сек при высоте осадка через 1 минуту 57 мм и содержании в осветленном маточнике 14 мг/л нерастворимого остатка, то для оптимального варианта комбинации катионный флокулянт - анионный флокулянт эти значения соответственно составляют 8,0 мм/сек; 50 мм и 3,8 мг/л.

Также было установлено, что при соотношении катионный флокулянт - анионный флокулянт от 2:1 до 1:5,5 технический результат достигается, а при выходе за указанный диапазон технический результата не достижим.

В ходе опытно-промышленных испытаний было установлено, что при выдерживании оптимальных условий введения композиции флокулянтов (растворы 0,1 мас.%, соотношение катионный флокулянт - анионный флокулянт =1:3 при количестве ионогенных групп 10%) скорость осаждения глинистых частиц составляет 7,3 мм/сек при высоте остатка в течение 1 минуты 50 мм. При использовании допустимого диапазона соотношений катионный флокулянт - анионный флокулянт указанные величины составляют 6,9 мм/сек и 52 мм, а при выходе за указанный диапазон 5,2 мм/сек и 59 мм соответственно. При использовании вводимого дважды неионогенного флокулянта 5,8 мм/сек и 57 мм соответственно. Суммарный расход флокулянтов в случае использования комбинации катионный флокулянт - анионный флокулянт составил 70 - 75% от количества использованного катионного флокулянта.

Промышленные испытания предлагаемого способа были проведены на флотационной фабрике СОФ 3 РУ РУП "ПО "Беларуськалий". На первой стадии использовали 0,1 мас.% раствор катионного флокулянта (сополимер акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилатом натрия с количеством ионогенных групп 10% от общего количества амидных групп) в насыщенном соляном растворе, на второй стадии - 0,1 мас.% раствор анионного флокулянта (сополимер акриламида с акрилатом натрия с количеством ионогенных групп 10% от общего количества амидных групп) в насыщенном соляном растворе, при этом соотношение указанных флокулянтов составляет 1: 3. В качестве контрольного образца использовали введение 0,1 мас.% раствор неионогенного флокулянта (полиакриламид) в насыщенном соляном растворе. Результаты приведены в таблице.

ТаблицаТип флокулянтаСкорость осаждения мм/секВысота осадка через промежуток времени1 мин1,5 мин2 мин3 мин    контроль7,150444137опыт9,844403735

Преимущество использования комбинации флокулянтов по основным параметрам очевидно. При этом необходимо отметить, что масса введенных в суспензию катионного и анионного флокулянтов составляет 0,7-0,75% от массы отдельно вводимого катионного флокулянта.

В ходе проведения эксперимента приготовление раствора катионного флокулянта осуществляли в установке приготовления полиэлектролита POLYDOS 412 фирмы ALLDOS. Рабочий раствор представлял собой 0,1% раствор в насыщенном соляном растворе руды СОФ 3 РУ, который перекачивали непосредственно в точки ввода катионного флокулянта, расположенные в промежуточных емкостях коллектора грязного маточника. Расход катионного флокулянта по точкам ввода был распределен пропорционально расходу грязного маточника. Контактирование катионного флокулянта с пульпой проводили в условиях интенсивного перемешивания в насосах, а также во время движения пульпы по трубопроводам в течение от 80 до 120 секунд. Это способствовало равномерному распределению катионного флокулянта по всему объему пульпы.

Приготовление раствора анионного флокулянта проводили в установке интенсивного растворения флокулянтов с использованием разбавления маточником. Анионный флокулянт подавали в желоб питания сгустителя в пульпу, уже обработанную катионным флокулянтом. Аналогичные результаты были получены при использовании пар флокулянтов: "Флокгель" - "Седипур - КА" и альгинат натрия - гидролизованный полиакриламид.

Дополнительным преимуществом использования комбинации флокулянтов относительно использования одного катионного флокулянта следует признать осветление маточника на 4,3% при снижении расхода флокулянтов примерно на 24-25%.

Изобретение относится к области процессов разделения суспензий с выделением твердой фазы, предпочтительно с использованием жидкой фазы как целевого продукта, и может быть использовано в рудо- и углеобогащении. Для осуществления способа глинистые шламы из солевых растворов, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, обрабатывают флокулянтами, причем в обрабатываемый раствор последовательно вводят катионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп не менее 5% от общего количества амидных групп, а затем анионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп 5-15% от общего количества амидных групп. Соотношение указанных флокулянтов составляет от 2:1 до 1:5,5. В качестве катионного флокулянта предпочтительно использовать сополимер акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилакрилатом натрия. В качестве анионного флокулянта предпочтительно использовать сополимер акриламида с акрилатом натрия. Способ обеспечивает улучшение фильтрационных характеристик осадков в процессах очистки питьевых и сточных вод от дисперсных примесей. Кроме того, увеличение скорости флокуляции глинистых частиц происходит при одновременном повышении плотности шламов и уменьшении расхода флокулянтов. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ осаждения глинистых шламов из солевых растворов, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, включающий обработку указанных солевых растворов флокулянтами, отличающийся тем, что последовательно в обрабатываемый раствор вводят катионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп не менее 5% от общего количества амидных групп, а затем анионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп 5÷15% от общего количества амидных групп, при этом соотношение указанных флокулянтов составляет от 2:1 до 1:5,5.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют катионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилакрилатом натрия.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют анионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с акрилатом натрия.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сополимеры, количество ионогенных групп которых составляет 10% от общего количества амидных групп.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что флокулянты вводят в виде раствора с концентрацией 0,05÷0,15 мас.%.6. Способ по п.3, отличающийся тем, что флокулянты вводят в виде водного раствора с концентрацией 0,1 мас.%.7. Способ по п.3, отличающийся тем, что флокулянты вводят в виде водно-солевого раствора с концентрацией 0,1 мас.%.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение катионного и анионного флокулянтов составляет 1:3.