СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД Российский патент 2018 года по МПК C02F1/28 C02F1/42 B01J45/00 C02F101/10 C02F103/10 

Изобретение относится к способам очистки шахтных вод от тяжелых металлов, преимущественно от меди, никеля и марганца, а также от солей жесткости (кальция и магния), и может быть использовано для получения воды хозяйственно-питьевого назначения благодаря высокой эффективности удаления обозначенных примесей.

Известен способ очистки шахтных вод от кальция и магния с помощью фильтрации через неорганический сорбент - прокаленную опоку, получаемую путем обжига глиноземистой опоки фракций <0,5 мм и 0,5-1,0 мм в массовом соотношении 5 к 2 соответственно до температуры 1000-1100°С [1]. К недостаткам указанного способа следует отнести низкую степень извлечения опокой ионов меди, никеля и марганца из шахтной воды, а также невозможность проведения регенерации сорбента в силу особенностей его состава, что приводит к необходимости утилизации отработанного материала и его постоянной замены.

Известен способ очистки шахтных вод от загрязнений, включая медь, никель, марганец, и соли жесткости, с помощью обратного осмоса, при котором происходит разделение потока воды под давлением 2,0-2,5 МПа на глубокодеминерализованный пермеат и концентрат [2]. К недостаткам данного способа относится необходимость специальной реагентной подготовки шахтной воды, что включает в себя добавление коагулянта для осаждения взвешенных веществ, метабисульфата натрия для связывания свободного хлора, разрушающего мембраны установки обратного осмоса, антинакипина и серной кислоты для предотвращения отложения солей жесткости и солей железа, марганца соответственно на мембранах установки. Это требует установки дополнительного оборудования и средств контроля дозирования реагентов, ведет к дополнительным экономическим затратам. Общий недостаток схем с обратным осмосом - необходимость утилизации концентратов с установки обратного осмоса, которые возможно обезвредить лишь упариванием с получением сухих солей.

Известен способ очистки подземных вод от марганца и солей жесткости путем окисления соединений первого кислородом воздуха и фильтрацией на инертной загрузке с последующим умягчением 4%-ным раствором гидроксида натрия [3]. К недостаткам известного способа необходимо отнести невозможность очистки воды от меди и никеля, а также высокую стоимость щелочи, используемой для ее умягчения.

Существует способ очистки воды от марганца путем фильтрации через загрузку термически модифицированной при 400-600°С марганцевой руды карбонатного типа, которая одновременно является катализатором окисления марганца до малорастворимого соединения [4]. Однако данный способ не предполагает очистку шахтных вод от меди, никеля и солей жесткости. Кроме этого каталитическая загрузка чувствительна к уровню рН исходной воды: при рН<6,0 возможно ее растворение с выносом ионов марганца в отфильтрованную воду.

Наиболее близким к заявляемой технологии очистки шахтных вод является способ извлечения меди и железа из них с помощью сорбции на аминодиацетатном ионите (ионообменная смола) АНКБ-35 в Н⁺-форме с последующей десорбцией смолы серной кислотой с получением концентрированных элюатов [5]. В данном способе происходит концентрирование ионов меди с 0,15 г/дм³ в исходной шахтной воде до 4,60 г/дм³ в элюате, железа - с 0,88 до 5,28 г/дм³. Здесь же предложен метод увеличения селективности извлечения меди с целью получения более чистых медьсодержащих элюатов, что достигается гидролитическим осаждением железа при рН=3,5 перед стадией сорбционной очистки. К недостаткам данного способа следует отнести отсутствие информации по комплексной очистке никеля и марганца на указанной ионообменной смоле, несмотря на схожий с медью и железом механизм извлечения данных металлов.

Задачей предлагаемого изобретения является очистка шахтных вод от ионов меди, никеля и марганца с их последующим умягчением, что может быть использовано в комплексной очистке шахтных вод от любых примесей.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе шахтная вода проходит через несколько стадий очистки. На первой стадии, фильтрации через загрузку кварцевого песка крупностью 0,8-2,0 мм, происходит улавливание механических примесей. На второй стадии медь, никель и марганец извлекаются в сорбционных фильтрах аминодиацетатным ионитом с расходом 5-10 удельных объемов по загрузке одного фильтра. Для получения чистых никелевых элюатов, которые можно использовать в производстве никеля сернокислого, предусмотрена обработка шахтной воды через три и более ступени фильтров, загруженных ионитом. Селективное извлечение ионов никеля происходит на фильтре второй ступени. После сорбционной очистки шахтную воду обрабатывают 20%-ным раствором карбоната натрия, что позволяет корректировать уровень рН воды до 6,5-8,5, а также снизить содержание солей жесткости после начала их выноса с ионообменной смолы. Образующиеся карбонаты кальции и магния удаляют на стадии ультрафильтрации. Очищенные воды обеззараживают ультрафиолетовым излучением.

Суть предлагаемого изобретения поясняется примерами.

Пример 1

Шахтная вода подвергалась очистке, включающей следующие стадии:

1) очистка от механических примесей на фильтре, загруженном кварцевым песком;

2) сорбционная очистка от меди, никеля и марганца на фильтрах, загруженных аминодиацетатным ионитом;

3) корректировка уровня рН воды и ее умягчение 20%-ным раствором карбоната натрия;

4) ультрафильтрация воды для удаления взвеси карбонатов кальция и магния;

5) обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением;

6) регенерация смолы 5%-ным раствором соляной кислоты с получением никельсодержащего элюата.

Извлечение меди в данном случае достигло 98%, никеля - 95%, марганца - 99%. В результате умягчения удалось удалить до 95% кальция и до 40% магния. Составы исходных и очищенных шахтных вод в сравнении с требованиями санитарных норм и правил приведены в таблице 1.

Пример 2

Шахтная вода подвергалась очистке, включающей стадии аналогичные примеру 1, кроме:

6) регенерация смолы 10%-ным раствором серной кислоты с получением никельсодержащего элюата.

Показатели извлечения примесей аналогичны примеру 1. После регенерации смолы получены элюаты с большим содержанием по никелю на 10% и меньшим по марганцу на 6%, чем после регенерации соляной кислотой, что делает более предпочтительным использование серной кислоты. Из полученного раствора никель может быть извлечен упариванием с получением семиводного сульфата никеля по ГОСТ 4465-74.

Пример 3

Шахтная вода подвергалась очистке, включающей стадии аналогичные примеру 1, но дополнительно было проведено:

7) химическое обеззараживание воды 34%-ным раствором гипохлорита натрия. Показатели извлечения примесей и качество очищенной воды аналогичны примеру 1.

Источники информации

1. Шувалов Ю.В., Кузьмин Д.Н., Грищенко А.Е., Волковская С.Г. Способ очистки шахтных вод // Патент РФ №2260565 от 21.10.04. Опубл. в бюл. №26, 20.09.2005.

2. Янковский Н.А., Степанов В.А. Способ получения глубокодеминерализованной воды // Патент РФ №2281257 от 07.09.2004 г. Опубл. в бюл №6, 10.08.2006.

3. Журба М.Г., Говорова Ж.М., Говоров О.Б., Амосова Э.Г., Долгополов П.И., Роговой В.А., Журавлев С.П. Способ очистки подземных вод от железа, марганца и солей жесткости // Патент РФ №2285669 от 14.05.2005. Опубл. в бюл. №29, 20.10.2006.

4. Бочкарев Г.Р., Белобородое А.В., Пушкарева Г.И., Скитер Н.А. Способ очистки воды от марганца // Патент РФ №2184708 от 15.01.2001. Опубл. в бюл. №19 10.07.2002.

5. Черный М.Л. Сорбционное извлечение редкоземельных и цветных металлов из шахтных вод и пульп: дис. … канд. техн. наук: 05.17.02 / М.Л. Черный; Уральский государственный технический университет. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. - 142 с.: ил. (На правах рукописи).

6. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПиН 2.1.4.1074-01. - М., 2002. - 62 с.

Изобретение может быть использовано в технологии очистки шахтных вод от меди, никеля, марганца и солей жесткости для получения воды хозяйственно-питьевого назначения вплоть до норм, предъявляемых к питьевой воде. Способ осуществляют путем комплексной многоступенчатой очистки воды. На первой стадии шахтные воды фильтруют через загрузку кварцевого песка крупностью 0,8-2,0 мм, на второй стадии медь, никель и марганец извлекают в трех и более сорбционных фильтрах аминодиацетатным ионитом с расходом 5-10 удельных объемов по загрузке одного фильтра. Затем шахтные воды обрабатывают 20%-ным раствором карбоната натрия до рН 6,5-8,5. Образующиеся карбонаты кальция и магния удаляют на стадии ультрафильтрации и очищенные воды обеззараживают ультрафиолетовым излучением. Способ обеспечивает комплексную очистку шахтных вод от загрязняющих элементов с высокой эффективностью удаления примесей. 1 табл., 2 пр.

Способ комплексной очистки шахтной воды, включающий стадии механической очистки и сорбции меди на аминодиацетатном ионите, отличающийся тем, что на первой стадии шахтные воды фильтруют через загрузку кварцевого песка крупностью 0,8-2,0 мм, на второй стадии медь, никель и марганец извлекают в трех и более сорбционных фильтрах аминодиацетатным ионитом с расходом 5-10 удельных объемов по загрузке одного фильтра, затем шахтные воды обрабатывают 20%-ным раствором карбоната натрия до рН 6,5-8,5, образующиеся карбонаты кальция и магния удаляют на стадии ультрафильтрации и очищенные воды обеззараживают ультрафиолетовым излучением.