СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРИРОДНОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ В СИСТЕМЕ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B01J20/16 B01J20/30 

Изобретение относится к способам получения сорбентов из природного сырья. Измельчают Каменноярскую опоку Астраханской области, содержащую (%): SiO₂ - 86.2; Al₂O₃ - 4.15; Fe₂O₃ - 1.56; TiO₂ - 0.2; K₂O - 1.2; СаО - 1; Na₂O до 0.5; MgO до 1; SiO₃ до 0.72. Частицы размером от 50 до 100 мм в поперечнике при влажности 50% просушивают при температуре 150 градусов до влажности 16%, дробят, просеивают для очищения от пыли и отделяют частицы от 1 до 8 мм с остаточной влажностью на уровне 2-5%. Изобретение позволяет получить экологически чистый сорбент.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к получению экологически чистого алюмосиликатного сорбента, предназначенного для очистки воды от ионов тяжелых металлов и ряда органических соединений в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Известен способ получения гранулированного адсорбента (А.С. 822881 СССР) на основе шунгита, включающий обработку шунгита основным нитратом алюминия при нагревании, дополнительную обработку полученного продукта смесью, содержащей жидкое стекло (силикат натрия) и оксид магния, гранулирование полученной массы, последующее прокаливание полученных гранул и обработку серной кислотой. Согласно данному способу смесь для дополнительной обработки содержит 3-5% жидкого стекла и 3-5% оксида магния (от массы сорбента), прокаливание гранул сорбента ведут при 600-610°С в течение 90-120 мин, а последующую обработку гранул ведут 2%-ной серной кислотой в течение 1,5 часов при температуре 60-90°С.

Недостатками данного способа являются использование малораспространенного минерала шунгита, который предварительно модифицирован нитратом алюминия, прокаливание при высокой температуре, что требует соответствующей аппаратуры и расхода энергии, а также обработки в агрессивных средах.

Известен также способ адсорбционной очистки воды (патент RU №2111171) от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенола и поверхностно-активных веществ. В качестве природного адсорбента используют кремнистую породу смешанного минерального состава, содержащую, мас. %: опал-кристоболит 30-49, цеолит 7-25, глинистую составляющую 7-25, обломочно-песчано-алевритовый материал - остальное.

Недостатком данного способа является небольшая степень очистки воды от ионов тяжелых металлов. Кроме того, обработку породы проводят при температуре 250°С, что требует использования трудоемкого технологического оформления процесса активации сорбента.

Известен способ приготовления сорбента для адсорбционной очистки воды (патент RU №2150997) от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, фенола, поверхностно-активных веществ и солей жесткости. В качестве адсорбента используют кремнистую породу смешанного минерального состава, содержащую в мас. %: опал-кристоболит 51-70, цеолит 9-25, глинистую составляющую (монтмориллонит, гидрослюда) 7-15, кальцит 10-25, обломочно-песчано-алевритовый материал - остальное, отобранную с месторождений Татарстана. Адсорбент в воздушно-сухом состоянии дробят, измельчают и рассеивают на ситах, выделяют фракцию (1,0-4,0)⋅10^-3 м. Пробу прокаливают (скорость подъема температуры 50°С в час) в электропечи при 300°С в течение 2-х часов. В фарфоровый стакан загружают предварительно подготовленную пробу и 2 н. раствор соляной кислоты (HCl) при соотношении Т:Ж=1:2. Обработку проводят при комнатной температуре в течение 20 мин, периодически перемешивая стеклянной палочкой. Затем сливают раствор соляной кислоты и адсорбент нейтрализуют 0,05 н. раствором NaOH до рН=7,0.

Недостатком данного способа является использование соляной кислоты, что требует оборудования, обладающего устойчивостью к агрессивным средам.

Известен также способ получения сорбента (патент RU №2141374), включающий сушку, дробление диатомита или опоки, их обработку раствором гидроксида натрия, или гидроксида кальция, или карбоната натрия с концентраций 8-12 мас. % и термообработку при 1000-1250°С.

Недостатком этого способа является то, что при температуре выше 300°С происходит деструкция опок, в результате чего образуется спекшаяся коалиновая масса и мелкие гранулы оксида кремния, что приводит к резкому падению сорбционной способности опок. Распаду опок при высоких температурах не помогает и обработка гидроксидами щелочных металлов.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения природного сорбента для очистки воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения (патент RU №2370312), включающий дробление и отделение фракции 3-10 мм, промывку и сушку при температуре 100-105°С до остаточной влажности на уровне 2%.

Недостатком этого способа является то, что выделяются всего три вида фракций, в связи с чем уменьшается диапазон использования и увеличение количества отбракованного сырья.

Задачей настоящего изобретения является расширение ассортимента сорбентов для очистки воды за счет разработки простого и экологически чистого способа получения сорбентов на основе природных алюмосиликатов, увеличение объемов переработки и уменьшение сроков производства качественного продукта.

Сырьем для получения предлагаемого сорбента служат опоки, месторождение которых расположено возле села Каменный Яр на севере Астраханской области. Общее их количество около 200 млн тонн, на поверхности находится часть месторождения, содержащая около 70 млн тонн опок.

Опоки Астраханской области имеют следующий основной состав: (%): SiO₂ - 86.2; Al₂O₃ - 4.15; Fe₂O₃ - 1.56; TiO₂ - 0.2; K₂O - 1.2; СаО - 1; Na₂O до 0.5; MgO до 1. Они обладают высокой сорбционной способностью по отношению к ионам аммония, калия, рубидия, цезия, железа, кобальта, никеля, марганца (II), хрома (III), цинка, кадмия, свинца, ртути, меди, щелочно-земельных, редкоземельных элементов и большой группы органических веществ, что может обеспечить высокую степень очистки воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Сущность заявленного способа получения природного сорбента для очистки воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения заключается в следующем.

Для повышения сорбционной емкости опоки дробят и рассеивают на ситах. Загружают опоку, частицы размером от 50 до 100 мм в поперечнике при влажности 50% в бункер-накопитель, с помощью шнека направляют в сушильную печь с температурой 150°С (опока выходит с влажностью 16%), попадает в молотковую дробилку через ленточный конвейер, где разбивается на более мелкие гранулы. Путем просеивания через барабанное сито пыль крупностью 0-1 мм и влажностью 20% отсеивается и шнеком направляется в бункер-накопитель. Далее гранулы ленточным транспортером направляются в цех, в бункер-накопитель попадают разные виды гранул (1000 т крупностью 1-3 мм, 2000 т крупностью 3-5 мм, 2000 т крупностью 5-8 мм), которые посредством шнека направляются на вибрационное сито со сменными сетками (фиг. 1).

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 - Устройство для получения сорбента.

Фиг. 2 - Вид сбоку устройства для получения сорбента.

На фигурах использованы следующие обозначения:

1 - рама; 2 - электродвигатель; 3 - редуктор; 4 - эксцентрики; 5 - крупная сетка; 6 - мелкая сетка; 7 - резиновый подвес; 8 - течка для крупной фракции; 9 - течка для мелкой фракции; 10 - шарнирный палец.

Следующий пример приведен для того, чтобы более полно проиллюстрировать изобретение.

Сырье из карьера - опоки - частицы с массой до нескольких килограммов размалывают на молотковой дробилке. Выделяют частицы с размером от 50 до 100 мм в поперечнике. Высушивают в печи при температуре 150°С с влажностью на уровне 16%, далее дробят на более мелкие гранулы и, отсеивая пыль, получают гранулы размером от 3 до 5 мм с остаточной влажностью 2-5%. При этом получают сорбент СВ-4.

Сорбент для очистки воды СВ-4 предлагается к использованию в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения и в индивидуальных водоочистителях для очистки воды от тяжелых металлов и органических загрязнений.

Оценка возможной миграции химических веществ по данным биотестирования на гидробионтах проводилась согласно MP №ЦОС ПВР 005-95 «Методические рекомендации по применению методов биотестирования для оценки качества воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения» и в соответствии с «Методическим руководством по биотестированию воды. РД 118-02-90».

Как видно из табл. 1, сорбент СВ-4 эффективно очищает воду от неорганических и органических токсикантов.

Изобретение относится к способам получения сорбентов для очистки воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения. Способ получения сорбента предусматривает измельчение Каменноярской опоки Астраханской области, которая содержит (%): SiO₂ – 86,2, Al₂O₃ – 4,15, Fe₂O₃ – 1,56, TiO₂ – 0,2, K₂O – 1,2, СаО – 1, Na₂O до 0,5; MgO до 1. После измельчения опоку просушивают при температуре 150°C, дробят, очищают от пыли, просеивают, выделяют частицы размером от 1 до 8 мм с остаточной влажностью 2-5%. Изобретение расширяет ассортимент сорбентов из природного сырья. 2 ил., 1 табл.

Способ получения сорбента для очистки воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения, предусматривающий измельчение опоки с выделением частиц заданного размера, отличающийся тем, что измельчению подвергают Каменноярскую опоку Астраханской области, содержащую (%): SiO₂ – 86,2, Al₂O₃ – 4,15, Fe₂O₃ – 1,56, TiO₂ – 0,2, K₂O – 1,2, СаО – 1, Na₂O до 0,5; MgO до 1, просушивают при температуре 150°C, дробят, очищают от пыли путем просеивания, выделяют частицы размером от 1 до 8 мм с остаточной влажностью 2-5%.