Способ получения гранулированного гуминового детоксиканта Российский патент 2021 года по МПК C05F11/02 C05G5/12 

Изобретение относится к области экологической безопасности и может быть использовано при ликвидации последствий деятельности объектов накопленного вреда окружающей среде, предприятий оборонного и химического профиля, ранее производивших высокотоксичные вещества, для рекультивации техногенных территорий и сельскохозяйственных угодий, консервации и ликвидации неорганизованных полигонов захоронения коммунальных и промышленных отходов, детоксикации буровых шламов, иловых осадков сточных вод и т.п.

Известно (Орлов Д.С., Иванушкина К.Б. Гуминовые вещества в биосфере, народно-хозяйственное значение и экологическая роль // Почвоведение. - 1991. - №2. - С. 152-157), что гуматы (соли гуминовых кислот) представляют собой органические вещества сложного строения с кислород- и азотсодержащими функциональными группами различного состава, обладающие анионо- и катионообменными, комплексообразующими свойствами. В водных растворах соли гуминовых кислот связывают в нерастворимые комплексы ионы тяжелых металлов, соединения ртути, мышьяка и др. Соли гуминовых кислот получают щелочным гидролизом из каустобиолитов угольного ряда.

Известен способ получения гумата натрия смешением сухих мелко измельченных исходных веществ - торфа и натриевой щелочи (10 мас. % - 12 мас. % от торфа) (Патент РФ №2191798, кл. C10F 7/00, 2002 г.). Полученную смесь перед использованием необходимо развести в горячей воде (до 65°С) на 5 часов при концентрации суспензии 4 мас. % - 5 мас. %. Простой и дешевый способ.

Недостатками его являются низкий выход солей гуминовых кислот из торфа и неконтролируемая щелочность суспензии.

Известен способ получения гуматов из бурого угля (Патент РФ 2174529, кл. C05F 11/00, C10G 1/00, 2001 г.). Бурый уголь с влажностью не менее 20%, измельченный до крупности не более 2 мм, смешивают с твердой щелочью в соотношении на 1 кг сухой беззольной массы угля и 14,2-15,3 моля NaOH или 15,9-16,1 моля КОН, смесь выдерживают при комнатной температуре 0,9-1 ч до полного растворения щелочи во влаге угля, а затем высушивают и подвергают термообработке при температуре 130°С-150°С в течение 4-7 часа. Перед использованием полученной сухой смеси осуществляют экстракцию гуминовых веществ водой при температуре 95°С-100°С.Технический результат: повышение выхода гуматов до 83,0% - 86,9% от сухой беззольной массы угля. Высокий выход гуматов реализуется при жестком температурном воздействии на исходное сырье, что приводит к деструкции периферийной (линейной) части макромолекул.

Недостатком способа являются высокие энергетические затраты и избыточное количество гидроксидов в исходной смеси, которое дает повышенную щелочность целевого продукта, а как следствие и его высокую стоимость.

Известен способ получения органоминеральных удобрений и технологической линии для его осуществления путем получения солей гуминовых кислот из каустобиолитов угольного ряда путем механического кавитационного диспергирования сырья при повышенной температуре 80°С-90°С (Патент РФ 2296731, кл. C05F 11/02, C05F 11/06, 2006 г.).

Недостатком является высокие энергетические затраты при работе указанной линии получения гуминовых кислот и гуматов, значительное время обработки сырья и низкий выход целевого продукта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения торфогуминового удобрения (Патент РФ 2058279, кл. C05F 11/02, 1996 г.). Торф под воздействием ультразвуковых колебаний с частотой 17-18 кГц при температуре 60-65°С сначала обрабатывают 1,5-3,8%-ным раствором азотной кислоты для обогащения удобрения фосфором и другими необходимыми макро- и микроэлементами за счет перевода их из минеральной составляющей торфа в водорастворимые формы, а затем для образования гуматов калия 2,2-4,3%-ным раствором едкого калия. Торф по транспортеру через дозатор загружают в реактор и смешивают с 1,5-3,8%-ным водным раствором азотной кислоты в соотношении 1:2. Конкретное значение концентрации водного раствора кислоты определяется количеством фосфора в исходном торфе. Полученную смесь нагревают до 60-65°С и подвергают ультразвуковому воздействию пьезокерамическим или магнитострикционным излучателем с частотой 17-18 кГц через мембрану, расположенную в днище или боковой стенке реактора. В результате этой операции через 9-11 мин в раствор из минеральной части торфа переводится в водорастворимые формы фосфор и практически весь набор макро- и микроэлементов, необходимых для роста и развития растений, что исключает дополнительное введение минеральных удобрений. Далее в смесь равномерно небольшими порциями в течение 4-5 мин подается едкий калий из расчета на концентрацию 2,2-4,3% (в зависимости от количества гуминовых кислот в исходном торфе). Через 10-12 мин (при достижении рН смеси в реакторе 7,0-7,1) установку выключают. Полученную торфо-гуминовую смесь выгружают в сушильный агрегат, высушивают при температуре, не превышающей 80°С, до влажности 10% и расфасовывают.

Недостатком способа является низкая мощность ультразвукового излучения, за счет чего реализуется низкая производительность оборудования (определяется емкостью реактора и мощностью излучателя) и отсюда, невысокий выход солей гуминовых кислот из сырья за счет низкой щелочности раствора на стадии гидролиза. Помимо этого, торфогуминовые удобрения используются в сельском хозяйстве для повышения плодородия земель и не применимы при ликвидации последствий деятельности объектов по хранению и уничтожению химического оружия и предприятий оборонного профиля.

Технической проблемой изобретения является необходимость создания высокопроизводительного способа получения солей гуминовых кислот с минимальными энергетическими затратами и гранулированием продукта с целью удобства его хранения, транспортировки и применения.

Технический результат - высокопроизводительный способ получения гранулированного комплексного гуминового органоминерального детоксиканта.

Проблема решается тем, что при реализации предлагаемого способа получения комплексного гранулированного гуминового органоминерального детоксиканта, исходный бурый уголь сушится при температуре не выше 60°С, измельчается до размера частиц не более 100 мкм, смешивается с бентонитом, засыпается в раствор щелочи, перемешивается и обрабатывается ультразвуком с частотой в диапазоне от 18 до 26 кГц в реакторе проточного типа, при этом мощность ультразвуковой обработки суспензии более 10 Вт/см², а температура суспензии не выше 50°С-60°С. Полученную после ультразвуковой обработки композицию гранулируют известными способами с сушкой гранулята до влажности не более 10 %. Концентрация исходного водного щелочного раствора составляет от 5 мас. % до 10 мас. %. Для приготовления щелочного раствора используются гидроксиды калия, натрия, аммония отдельно либо в смеси. В процессе гидролиза поддерживается рН от 10 до 12. В исходный щелочной раствор вводится от 10 мас. % до 40 мас. % измельченного органического сырья, а бентонита - от 5 мас. % до 20 мас. %.

Способ получения комплексного гранулированного гуминового органоминерального детоксиканта заключается в том, что исходный бурый уголь сушится при температуре не выше 60°С, измельчается до размера частиц не более 100 мкм, смешивается с бентонитом, засыпается в раствор щелочи с исходной концентрацией от 5 мас. % до 10 мас. %, и обрабатывается ультразвуком с частотой в диапазоне от 18 до 26 кГц в реакторе проточного типа, при этом мощность ультразвуковой обработки суспензии более 10 Вт/см², а температура суспензии не выше 50°С-60°С. Полученную после ультразвуковой обработки композицию гранулируют известными способами с сушкой гранулята до влажности не более 10%. Для приготовления щелочного раствора используются гидроксиды калия, натрия, аммония отдельно либо в смеси. В процессе гидролиза поддерживается рН от 10 до 12. В исходный щелочной раствор вводится от 10 мас. % до 40 мас. % измельченного органического сырья, а бентонита - от 5 мас. % до 20 мас. %.

Способ осуществляют следующим образом.

На первом этапе осуществляют приготовление щелочного раствора, для которого используют гидроксиды калия, натрия, аммония отдельно либо в смеси. Исходная концентрация щелочного раствора составляет от 5 мас. % до 10 мас. %. На втором этапе исходный бурый уголь просушивают при температуре не выше 60°С, измельчают до размера частиц не более 100 мкм, смешивают с бентонитом и засыпают в приготовленный раствор щелочи. При этом в исходный щелочной раствор вводят от 10 мас. % до 40 мас. % измельченного органического сырья, а бентонита - от 5 мас. % до 20 мас. %. В процессе гидролиза поддерживают рН от 10 до 12. Третьим этапом проводят обработку полученной суспензии ультразвуком с частотой в диапазоне от 18 до 26 кГц в реакторе проточного типа, при этом мощность ультразвуковой обработки суспензии более 10 Вт/см², а температура суспензии не выше 50°С-60°С. Четвертым этапом полученную после ультразвуковой обработки композицию гранулируют известными способами с сушкой гранулята до влажности не более 10%.

Предложенный способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Установка состояла из ультразвукового (УЗ) модуля проточного типа мощностью 3,8 кВт, емкости (80 л) с мешалкой и насоса. В емкость загружали 50 литров суспензии, содержащей 20% измельченного (средний размер частиц 60 мкм) окисленного бурого угля Экибастузского месторождения (Республика Казахстан), щелочность системы поддерживали на уровне рН 11-12 гидроксидом калия в количестве 7%. С помощью насоса пульпа циркулировала через УЗ-модуль 40 минут. В УЗ-модуле мощность излучения составляла 12 Вт/см². Температура суспензии не повышалась выше 50°С. По результатам анализа выход гуминовых и фульвовых кислот составил 92% от органической части исходного сырья (в пересчете на сухой остаток). Полученный густой гель после охлаждения гранулировали на лабораторном грануляторе. Гранулят высушивали до влажности 8-10% при температуре 50°С. В процессе сушки гранулы рассыпались, что приводило к получению мелкодисперсного порошка, который легко слеживался при хранении в мешках. Для использования такого материала после хранения в таре необходим дополнительный помол, что недопустимо для потребителя.

Пример 2. В емкость с мешалкой установки, описанной в примере 1, загружали 50 литров суспензии, содержащей 20% измельченного (средний размер частиц 60 мкм) окисленного бурого угля Экибастузского месторождения и 6% порошка (средний размер частиц 100 мкм) бентонита Даш-Салахлинского месторождения (Республика Азербайджан), щелочность системы поддерживали на уровне рН 11-12 гидроксидом калия в количестве 7%. С помощью насоса пульпа циркулировала через УЗ-модуль 40 минут. В УЗ-модуле мощность излучения составляла 12 Вт/см². Температура суспензии не превышала 50°С. По результатам анализа выход гуминовых и фульвовых кислот составил 90% от органической части исходного сырья. Полученный гель после охлаждения гранулировали на лабораторном грануляторе. Гранулят высушивали до влажности 8-10% при температуре 50°С. В процессе сушки более 90% гранул не рассыпалось, что исключило слеживаемость полученной продукции при хранении в таре.

Пример 3. В емкость с мешалкой установки, описанной в примере 1, загружали 50 литров суспензии, содержащей 25% измельченного (средний размер частиц 60 мкм) окисленного бурого угля Экибастузского месторождения и 4% порошка (средний размер частиц 100 мкм) бентонита Даш-Салахлинского месторождения, щелочность системы поддерживали на уровне рН 11-12 гидроксидом калия в количестве 8%. С помощью насоса пульпа циркулировала через УЗ-модуль 45 минут. В УЗ-модуле мощность излучения составляла 12 Вт/см². Температура суспензии не превышала 55°С. По результатам анализа выход гуминовых и фульвовых кислот составил 90% от органической части исходного сырья. Полученный гель после охлаждения гранулировали на лабораторном грануляторе. Гранулят высушивали до влажности 8-10% при температуре 50°С. В процессе сушки более 95% гранул не рассыпалось, что исключило слеживаемость полученной продукции при хранении в таре.

Изобретение относится к области экологической безопасности и может быть использовано при ликвидации последствий деятельности объектов накопленного вреда окружающей среде, предприятий оборонного и химического профиля, ранее производивших высокотоксичные вещества, для рекультивации техногенных территорий и сельскохозяйственных угодий, консервации и ликвидации неорганизованных полигонов захоронения коммунальных и промышленных отходов, детоксикации буровых шламов, иловых осадков сточных вод. Способ получения комплексного гранулированного гуминового органоминерального детоксиканта заключается в том, что исходный бурый уголь высушивают при температуре не выше 60°С, измельчают до размера частиц не более 100 мкм, смешивают с бентонитом, засыпают в раствор щелочи. Далее осуществляют перемешивание и обработку ультразвуком с частотой в диапазоне от 18 до 26 кГц в реакторе проточного типа. При этом мощность ультразвуковой обработки суспензии более 10 Вт/см², а температура суспензии не выше 50°С-60°С. Полученную после ультразвуковой обработки композицию гранулируют с последующей сушкой гранулята до влажности не более 10%. Изобретение позволяет получить удобный при хранении, транспортировке и применении гранулированный конечный продукт с минимальными энергетическими затратами. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ получения комплексного гранулированного гуминового органоминерального детоксиканта, отличающийся тем, что исходный бурый уголь высушивают при температуре не выше 60°С, измельчают до размера частиц не более 100 мкм, смешивают с бентонитом, засыпают в раствор щелочи, перемешивают и обрабатывают ультразвуком с частотой в диапазоне от 18 до 26 кГц в реакторе проточного типа, при этом мощность ультразвуковой обработки суспензии более 10 Вт/см², а температура суспензии не выше 50°С-60°С, полученную после ультразвуковой обработки композицию гранулируют с последующей сушкой гранулята до влажности не более 10 %.

2. Способ получения комплексного гранулированного гуминового органоминерального детоксиканта по п. 1, отличающийся тем, что концентрация исходного водного щелочного раствора составляет от 5 мас. % до 10 мас. %, а для приготовления щелочного раствора используют гидроксиды калия, натрия, аммония отдельно либо в смеси, при этом в процессе гидролиза поддерживают рН от 10 до 12.

3. Способ получения комплексного гранулированного гуминового органоминерального детоксиканта по п. 1, отличающийся тем, что в исходный щелочной раствор вводят от 10 мас. % до 40 мас. % измельченного органического сырья, а бентонита - от 5 мас. % до 20 мас. %.