СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО КОМПОЗИТА Российский патент 2014 года по МПК B09B3/00 

Изобретение относится к области экологии, а именно к разработке способа получения минерального композита путем обработки гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, содержащих неорганические загрязнители - ионы тяжелых металлов (марганец, хром, ванадий, медь, никель, кобальт, кадмий, свинец и др.) органо-минеральным составом, и может быть использовано в качестве изолирующего материала на полигонах твердых бытовых отходов (ТБО), в качестве изолирующего слоя дорожных покрытий или в качестве компонента при изготовлении асфальта.

Известен способ химической фиксации тяжелых металлов в гальванических шламах, основанный на силикатизации или отверждении гальванических шламов с использованием неорганических вяжущих. Гальванические шламы смешивают с фиксирующим агентом (силикат натрия, портландцемент, известь). После отверждения вредные и токсичные соединения оказываются зафиксированными в нерастворимой фазе[Удаление металлов из сточных вод. Нейтрализация и осаждение. Под. ред. Кушни Дж. К. - 1987, с.157].

Известен способ связывания гальванических шламов раствором натриевого жидкого стекла и хлористого натрия, а также портландцементом в различных соотношениях [Cicikiewicz Z. Cementacig osagowze sciekow Galwanizerskich. Instytut Inzynierii Ochzny Srodowiska. Prace Naukowe. - 1977, S.202-211]. Описанный процесс является дорогостоящим, кроме того, отвержденный цементом осадок является твердым монолитным материалом, которому сложно найти применение.

Наиболее близким техническим решением является способ обработки загрязненного грунта, загрязненного различными органическими и неорганическими загрязнителями, например тяжелыми металлами, нефтепродуктами и т.п., заключающийся в том, что обработку осуществляют внесением в грунт глауконитсодержащего сорбента до достижения заданной концентрации загрязняющего вещества в грунте (патент РФ №2296016, МПК В09С 1/08, опубл. 27.03.2007 г.). Недостатком данного способа является то, что трудно найти мелиоранты, способные одинаково эффективно осуществлять иммобилизацию разных тяжелых металлов. Поэтому недостатком известного способа является то, что детоксикация проводится не в полном объеме, не используются другие мелиоранты-стабилизаторы, уменьшающие подвижность тяжелых металлов в обрабатываемом объекте детоксикации.

Задача, решаемая изобретением, - утилизаця гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, содержащих ионы тяжелых металлов (марганец, хром, ванадий, медь, никель, кобальт, кадмий, свинец и др.).

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ получения минерального композита из гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, содержащих ионы тяжелых металлов (марганец, хром, ванадий, медь, никель, кобальт, кадмий, свинец и др.) путем перевода тяжелых металлов в неподвижную форму, и отличительных существенных признаков, таких как предварительно увлажненные до не менее 80% гальванические шламы, отходы машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, подвергают взаимодействию при комнатной температуре и периодическом перемешивании в течение не менее 10 часов с органо-минеральным составом, включающим глауконит, предварительно измельченный до фракции от 0,01 до 0,1 мм, и гуминовые кислоты, взятые в соотношении, вес.%: глауконит 97-99,5, гуминовые кислоты 0,5-3,0.

Согласно п.2 формулы изобретения количество органо-минерального состава определяют лабораторно-расчетным методом, с учетом получения минерального композита не ниже 4 класса опасности.

Ниже приводится обоснование существенности признаков и условий проведения процесса.

Использование в качестве мелиоранта-стабилизатора только глауконита без смеси с гуминовыми кислотами возможно, но необходимое время достижения цели изобретения составляет более суток, а использование органо-минерального состава позволяет сократить время реакции до 10 часов. Увлажнение гальванического шлама, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности до 80% является оптимальным, так как при меньшей влажности затрудняется перемешивание и уменьшается скорость взаимодействия отходов с органо-минеральным составом. Так как глауконит является сорбентом с развернутой поверхностью, то при увеличении размера частиц его сорбционная способность снижается, поэтому фракция 0,01-0,1 мм является оптимальной.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - сокращение времени процесса, полное обезвреживание тяжелых металлов в конечном продукте - минеральном композите, пригодном для использования в качестве изолирующего материала на полигонах ТБО, изолирующего слоя на дорожные покрытия или в качестве компонента для изготовления асфальта.

Способ осуществляют следующим образом: гальванические шламы, отходы машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности засыпаются в емкость с устройством для смешивания, увлажняются до достижения влажности не менее 80%, смешивают при комнатной температуре с сорбционным препаратом, состоящим из смеси природного сорбента глауконита, измельченным до фракции 0,01-0,1 мм, и гуминовых кислот в весовых соотношениях от 99,5 к 0,5 до 97 к 3. Так как гальванические шламы, отходы машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности от разных предприятий содержат разное количество ионов тяжелых металлов, то количество добавляемого препарата определяется лабораторно-расчетным методом чтобы образующийся минеральный композит имел класс опасности по МПР не ниже 4 в соответствии с приказом Министерства природных ресурсов РФ №511 от 15.06.2001 г. об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды. Время пребывания веществ в смесительной емкости - не менее 10 часов при периодическом перемешивании.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Проводили заявляемым способом получение минерального композита путем обработки при комнатной температуре сорбционным препаратом предварительно увлажненного до не менее 80% гальванического шлама 3 класса опасности по МПР, имеющего следующий состав: СаSO₄ - 41,1%; CaO - 12,78%; Аl₂О₃ - 2,77%; Fе₂O₃ - 3,17%; К₂О - 0,03%; SiO₂ - 3,3%; MgO - 0,7%; Na₂O - 0,45%; MnO₂ - 0,1%; Р₂О₅ - 1,54%; AgO - 0,00017%; СrО₃ -8,64%; NiO - 0,54%; CuO - 0,97%; ZnO - 0,32%; CoO - 0,01%; CdO - 0,07%; PbO - 0,06%; BaO - 0,05%; В₂O₃ - 0,05%. При добавлении сорбционного препарата состава, вес.%: глауконит - 97,0 (предварительно измельченный до фракции от 0,01-0,1 мм), гуминовые кислоты 3,0 в количестве 10% от массы гальванического шлама, выдержке в смесительной емкости в течение 10 часов и периодическом перемешивании, получили минеральный композит, который исследовали на класс опасности. Констатировали отсутствие острого токсического действия водной вытяжки минерального композита на дафний при концентрации 5% и при всех последующих разбавлениях. Гибель дафний при данной концентрации не превысила 10%. В соответствии с «Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (Утверждены приказом МПР РФ от 15 июня 2001 г., №511) полученный минеральный композит относится к 4 классу опасности.

Пример 2

Проводили заявляемым способом получение минерального композита путем обработки при комнатной температуре сорбционным препаратом предварительно увлажненного до не менее 80% отхода металлургической промышленности 3 класса опасности по МПР, имеющего следующий состав: V₂O₅ - 3,58%; МnO₂ - 10,1%; СаО - 30%; Fе₂О₃ - 0,62%; MgO - 1,03%; TiO₂ - 0,5%; Аl₂O₃ - 0,12%. При добавлении сорбционного препарата состава, вес.%: глауконит - 95,5 (предварительно измельченный до фракции от 0,01-0,1 мм), гуминовые кислоты 0,5 в количестве 15% от массы гальванического шлама, при выдержке в смесительной емкости в течение 10 часов при периодическом перемешивании получился минеральный композит, который исследовали на класс опасности. Констатировали отсутствие острого токсического действия водной вытяжки минерального композита на дафний при концентрации 5% и при всех последующих разбавлениях. Гибель дафний при данной концентрации не превысила 10%. В соответствии с «Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (Утверждены приказом МПР РФ от 15 июня 2001 г., №511) полученный минеральный композит относится к 4 классу опасности.

Пример 3

Проводили заявляемым способом получение минерального композита путем обработки при комнатной температуре сорбционным препаратом предварительно увлажненного до не менее 80% отхода металлургической промышленности 3 класса опасности по МПР, имеющего следующий состав: V₂O₅ - 4%; МnO - 20%; СаО - 20%; Fе₂О₃ - 2%; MgO - 3%; TiO₂ - 0,6%; Аl₂O₃ - 0,3%; SiO₂ - 3%. При добавлении сорбционного препарата состава, вес.%: глауконит - 98,25 (предварительно измельченный до фракции от 0,01-0,1 мм), гуминовые кислоты 1,75 в количестве 10% от массы гальванического шлама, при выдержке в смесительной емкости в течение 10 часов при периодическом перемешивании, получился минеральный композит, который исследовали на класс опасности. Констатировали отсутствие острого токсического действия водной вытяжки минерального композита на дафний при концентрации 5% и при всех последующих разбавлениях. Гибель дафний при данной концентрации не превысила 10%. В соответствии с «Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (Утверждены приказом МПР РФ от 15 июня 2001 г., №511) полученный минеральный композит относится к 4 классу опасности.

Способ прост, а в процессе обработки токсичных гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности образуется нетоксичный продукт - минеральный композит, представляющий собой однородную массу темно-коричневого цвета.

Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Изобретение относится к области экологии. Для получения минерального композита предварительно увлажненные до не менее 80% гальванические шламы, отходы машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, содержащие неорганические загрязнители - ионы тяжелых металлов: марганец, хром, ванадий, медь, никель, кобальт, кадмий, свинец, подвергают воздействию органо-минерального состава при комнатной температуре и периодическом помешивании в течение не менее 10 часов для перевода тяжелых металлов в неподвижную форму. Органо-минеральный состав включает глауконит, предварительно измельченный до фракции 0,01 - 0,1 мм, и гуминовые кислоты, взятые в соотношении, вес.%: глауконит 97-99,5, гуминовые кислоты 0,5-3,0. Изобретение обеспечивает сокращение времени процесса, полное обезвреживание тяжелых металлов в конечном продукте, утилизацию отходов гальванических производств, возможность использования конечного продукта в дорожном строительстве. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения минерального композита из гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, содержащих ионы тяжелых металлов, например марганец, хром, ванадий, медь, никель, кобальт, кадмий, свинец, путем перевода тяжелых металлов в неподвижную форму, отличающийся тем, что предварительно увлажненные до не менее 80% гальванические шламы, отходы машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности подвергают взаимодействию при комнатной температуре и периодическом перемешивании в течение не менее 10 часов с органо-минеральным составом, включающим глауконит, предварительно измельченный до фракции от 0,01 до 0,1 мм и гуминовые кислоты, взятые в соотношении, вес.%: глауконит 97-99,5, гуминовые кислоты 0,5-3,0.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что количество органо-минерального состава берут в пределах 15% от массы гальванического шлама.