СПОСОБ ОСВЕТЛЕНИЯ САПОНИТОВОЙ ГЛИНИСТОЙ СУСПЕНЗИИ Российский патент 2023 года по МПК C02F1/52 B01D21/01 

Изобретение касается способов осветления сапонитовых глинистых суспензий и может быть использовано для отделения взвешенных веществ из глинистых суспензий, которые часто являются плохо отстаивающимися, что затрудняет повторное их использование, а сброс таких сточных вод в водоемы ухудшает условия жизни гидробионтов. Поэтому для достижения качественного осветления сапонитовых глинистых суспензий предложено использовать различные добавки - реагенты различной природы [1], [2], [3].

Известен способ сгущения сапонитовой суспензии [4] путем последовательной обработки взвеси диоксидом углерода под давлением до 2 кгс/см² и раствором коагулянта - сульфата алюминия. Расход СО₂ составляет 300 г/кг сухого сапонитового осадка. Недостатками способа является высокий расход реагентов и повышение минерализации воды.

Известен способ сгущения сапонитовой пульпы с использованием акустических волн [5]. Для осаждения частиц размером более 5 мкм суспензию предварительно обрабатывают в отстойнике акустическими волнами. Затем суспензия поступает в сгуститель, где совместно реагентным и акустическим воздействием осаждают мелкодисперсные частицы. Далее осадки высушивают, и они могут быть утилизированы или использованы повторно. Недостатком способа является неэффективность способа акустической коагуляции для очистки воды от мелкодисперсных взвешенных частиц.

Известен способ уплотнения осадков в хвостохранилищах [6], который позволяет отделить сапонит от воды. Извлечение сапонита производится из его водной суспензии путем замораживания осадка в зимний период и раздельное оттаивание водной фазы и сгущенного осадка в летний период. Основным недостатком способа является зависимость сгущения от погодно-климатических условий в регионе добычи, т.е. температуры окружающей среды, распределения в течение года осадков. Данный метод обладает огромным временем цикла очистки, и при несоответствии погодных условий (аномально теплой зимы) [7] возможно возникновение условий, при которых процесс произвести невозможно. Также существенным недостатком является длительность цикла очистки воды от минерала и необходимость отведения большой площади на реализацию данного способа очистки.

Известен способ осаждения сапонитовой пульпы с применением кальцийалюмосиликатного реагента [8]. Пульпу с классом крупности 71 мкм и содержанием взвешенных веществ 90 г/л разбавляют водой в соотношении 1:5, интенсивно перемешивают 5-7 мин и затем полученную смесь осаждают 120 мин за счет ввода кальцийалюмосиликатного реагента (состав, %: СаО - 63-66; SiO₂ - 21-24; Al₂O₃ - 4-8 и Fe₂O₃ - 2-4) в количестве от 2 до 5 г на 400-500 мл разбавленной пульпы. Недостатком способа является низкая скорость коагуляции суспензии, особенно при высокой концентрации взвешенных частиц (более 40 г/л) - не происходит коагуляции и слой чистой воды не образуется. Эти факторы приводят к неполной отдаче суспензией осветленной воды в промышленных временных рамках проведения процесса коагуляции и неуплотнению сгущенной части, а также перерасходу технически чистой воды для процесса разбавления пульпы.

Известен способ осветления пульпы путем ее сгущения, основанный на применении флокулянтов, в качестве которых используют различные как низко- так и высокомолекулярные соединения.

Известен высокомолекулярный флокулянт для осветления пульпы, представляющий собой сополимер акриламида с натриевой или алюминиевой солью акриловой кислоты [9]. Недостатком указанного способа являются трудности, связанные с приготовлением раствора флокулянта и с его ограниченной растворимостью.

Для уменьшения продолжительности осаждения пульпы предложен способ, в котором в качестве флокулянта используется кубовый остаток от производства акриловой кислоты [10]. Недостатком этого способа является малая плотность сгущенного осадка.

Для повышения скорости и степени очистки сточных вод, образующихся в горнодобывающей промышленности, предлагается использовать катионный флокулянт 3-(2-оксиэтил)-оксамидинийпентадеканоат [11]. Недостатком этого способа является затруднения при обработке концентрированных пульп и малая доступность реагента.

Для осветления глинистых суспензий предложен способ, согласно которому суспензию обрабатывают полиакриламидом и хлоридом натрия [12]. При реализации способа в смеситель вводится хлористый натрий и после перемешивания в течение 1-2 мин добавляют полиакриламид. Полученную смесь перед отстаиванием перемешивают в течение 3-4 мин. Недостатком этого способа является сложность процесса.

Известен способ осветления растворов плавиковошпатового производства путем обработки растворов коагулянтом - отходом производства фторсолей, который содержит соли натрия, в том числе 1-30 г/л фторида натрия [13]. При реализации способа в раствор вводится 5-500 мл/л коагулянта (отход производства фторсолей). Осветление ведут при рН 7-11 и 10-30°С. Недостатком этого способа является наличие в коагулянте токсичных фторид-ионов. ПДК на фторид-ионы составляет 1 мг/м³ [14].

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ осаждения сапонитовой суспензии с применением оксихлоридного коагулянта [15], с помощью которого можно очищать разбавленные растворы классификатора с плотностью 1250-1350 кг/м³ в сгустителях с мешалкой, куда вводится коагулянт. Очищенная вода отделяется от сгущенной суспензии и используется повторно в обогащении, уплотненная суспензия поступает в хвостохранилище. Недостатком способа является необходимость подщелачивания пульпы для гидролиза оксихлоридного коагулянта и малый объем получаемой осветленной воды.

Задачей изобретения является ускорение процесса осветления сапонитовой глинистой суспензии, снижение затрат и вредных выбросов в водоемы.

Это достигается тем, что в сапонитовую глинистую суспензию вводится низкомолекулярная нетоксичная добавка и после перемешивания глинистая суспензия центрифугируется или отстаивается, отделяется осветленный слой, а осадок после отстаивания при необходимости дополнительно уплотняется под действием центробежной нагрузки.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. К известному количеству сапонитовой глинистой суспензии добавляется заданное количество низкомолекулярной нетоксичной добавки. После перемешивания производят отстаивание в течение заданного времени, отделение осветленного слоя, а осадок дополнительно уплотняется с помощью центрифугирования. В качестве низкомолекулярной добавки применяют полугидрат сульфата кальция.

Пример 1. В мерный цилиндр вносят навеску 79,8 мг полугидрата сульфата кальция и добавляют сапонитовую глинистую суспензию до 25 мл. Концентрация сапонитовой глинистой суспензии 4,4 г/л. Смесь перемешивают и отстаивают. В ходе отстаивания измеряют объем плотного осадка и оценивают характер надосадочной жидкости. Измерения проводили через 0,03; 0,04; 0,05; 0,16 и 0,30 ч после начала отстаивания. После завершения отстаивания проводят декантацию. Для дополнительного уплотнения осадка проводят центрифугирование при 5000 об/мин в течение 5 мин. Масса влажного осадка составила 0,674 г. Результаты измерения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Продолжительность отстаивания, ч Объем, мл Характер надосадочной жидкости суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0,00 25,0 0 - 0,03 18,0 7,0 Прозрачная, бесцветная 0,04 14,0 11,0 Прозрачная, бесцветная 0,05 12,0 13,0 Прозрачная, бесцветная 0,16 7,4 17,6 Прозрачная, бесцветная 0,30 6,0 19,0 Прозрачная, бесцветная

Пример 2. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии в условиях примера 1, отличающийся тем, что навеска полугидрата сульфата кальция 132 мг. Масса влажного осадка составила 0,743 г. Результаты измерения приведены в таблице 2.

Таблица 2. Продолжительность отстаивания, ч Объем, мл Характер надосадочной жидкости суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0,00 25,0 0 - 0,03 16,0 9,0 Прозрачная, бесцветная 0,04 13,0 12,0 Прозрачная, бесцветная 0,05 11,2 13,8 Прозрачная, бесцветная 0,16 7,6 17,4 Прозрачная, бесцветная 0,30 6,0 19,0 Прозрачная, бесцветная

Пример 3. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии в условиях примера 1, отличающийся тем, что навеска полугидрата сульфата кальция 261 мг. Масса влажного осадка составила 0,879 г. Результаты измерения приведены в таблице 3.

Таблица 3. Продолжительность отстаивания, ч Объем, мл Характер надосадочной жидкости суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0,00 25,0 0 - 0,03 14,0 11,0 Прозрачная, бесцветная 0,04 12,0 13,0 Прозрачная, бесцветная 0,05 10,4 13,6 Прозрачная, бесцветная 0,16 6,5 17,5 Прозрачная, бесцветная 0,30 5,4 19,6 Прозрачная, бесцветная

Пример 4. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии в условиях примера 1, отличающийся тем, что осветление проводят без полугидрата сульфата кальция. Масса влажного осадка составила 0,391 г. Результаты измерения приведены в таблице 4.

Таблица 4. Продолжительность отстаивания, ч Объем, мл Характер надосадочной жидкости суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0,00 25,0 0 Мутный 0,03 25,0 0 Мутный 0,04 25,0 0 Мутный 0,05 25,0 0 Мутный 0,16 25,0 0 Мутный 0,30 25,0 0 Мутный

Пример 5. В центрифужном стаканчике смешивают навеску 80 мг полугидрата сульфата кальция и 25 мл сапонитовой глинистой суспензии. Концентрация сапонитовой глинистой суспензии 6,95 г/л. Смесь центрифугируют при 2500 об/мин в течение 3 мин. Супернатант сливают с осадка и измеряют его объем. Дополнительно определяют массу осадка после центрифугирования. Масса влажного осадка составила 1,30 г. Супернатант представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Объем супернатанта 22,8 мл.

Пример 6. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии в условиях примера 5, отличающийся тем что, навеска полугидрата сульфата кальция составила 190 мг, а концентрация сапонитовой глинистой суспензии - 10,43 г/л. Масса влажного осадка составила 2,05 г. Супернатант представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Объем супернатанта 22,2 мл.

Пример 7. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии в условиях примера 5, отличающийся тем, что навеска полугидрата сульфата кальция составила 230 мг, а концентрация сапонитовой глинистой суспензии - 13,91 г/л. Масса влажного осадка составила 2,66 г. Супернатант представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Объем супернатанта 22,2 мл.

Пример 8. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии в условиях примера 5, отличающийся тем, что навеска полугидрата сульфата кальция составила 280 мг, а концентрация сапонитовой глинистой суспензии - 17,38 г/л. Масса влажного осадка составила 3,09 г. Супернатант представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Объем супернатанта 21,1 мл.

Пример 9. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии в условиях примера 5, отличающийся тем, что навеска полугидрата сульфата кальция составила 390 мг, а концентрация сапонитовой глинистой суспензии - 20,86 г/л. Масса влажного осадка составила 3,83 г. Супернатант представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Объем супернатанта 20,6 мл.

Пример 10. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии в условиях примера 5, отличающийся тем, что осветление проводили без добавки полугидрата сульфата кальция, концентрация сапонитовой глинистой суспензии - 20,9 г/л. Масса влажного осадка составила 0,97 г. Супернатант мутный, представляет собой суспензию. Объем супернатанта 23,7 мл.

Таким образом, предлагаемое техническое решение не требует использования синтетических полимерных флокулянтов, позволяет значительно интенсифицировать процесс осветления сапонитовой глинистой суспензии с применением доступного безопасного реагента, и получить прозрачную бесцветную надосадочную жидкость, которая может быть повторно использована или безопасно сброшена в водоем. Так как полугидрат сульфата кальция плохо растворим в воде, то при обработке сапонитовой глинистой суспензии не происходит изменения ионного состава жидкой фазы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Гандурина Л.В. Очистка сточных вод с применением синтетических флокулянтов. Монография. - М.: «ДАР/ВОДГЕО», 2007. - 198 с.

[2] Можейко Ф.Ф., Поткина Т.Н., Шевчук В.В., Стефанович С.Ч. Интенсификация процессов обезвоживания глинисто-солевых дис-персий, модифицированных высокомолекулярными защитными реагентами-депрессорами //, Труды БГТУ. Химия и технология неорганических материалов и веществ. - 2015. - № 3. - С. 35-40.

[3] Коршунов А.А. Исследование седиментации тонкодисперсных отходов обогащения кимберлитовых руд месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и архит. - 2009. - Вып. 16 (35). - С. 177-182.

[4] Пат. 2448052 РФ. Способ сгущения сапонитовой суспензии / А.В. Утин // Бюл. - 2012. - № 11.

[5] Пат. 2618007 РФ. Способ сгущения пульпы с использованием акустических волн / С.А. Бахарев // Бюл. - 2017. - № 13.

[6] Пат. 2475454 РФ. Способ уплотнения осадков в хвостохранилищах / В.И. Осипов, Ф.С. Карпенко // Бюл. - 2013. - № 5.

[7] Пат. 2743229 РФ. Способ осаждения сапонитовой пульпы с применением сульфатов щелочных металлов и двухкальциевого силиката / А.И. Алексеев, О.С. Зубкова, А.С. Полянский // Бюл. - 2021. - № 5.

[8] Пат. 2675871 РФ. Способ осаждения сапонитовой пульпы с применением кальцийалюмосиликатного реагента / А.И. Алексеев, В.Н. Бричкин, О.С. Зубкова, О.О. Конончук // Бюл. - 2018. - № 36.

[9] Pat. 3957904 USA. Cl. С02В 1/20. Polymeric flocculant composition / Shinichi Isaoka, Tutomu Shintani, Mamoru Suzuki, Wataru Tohma. - Publ.: May 9 1974.

[10] А.С. СССР 905207. МКИ C02F 1/56, B01D 21/01. Способ сгущения рудных пульп / В.С. Попова, О.К. Бейсенбаев, И.К. Сатаев, К.С. Ахмедов // Бюл. - 1982. - № 6.

[11] А.С. 1747393 СССР. МКИ C02F 1/54. Способ очистки сточных вод от взвешенных веществ / С.С. Тимофеева, Б.Л. Тальгамер, Б.Ф. Кухарев, В.К. Станкевич, Г.Р. Клименко // Бюл. - 1992. - № 26.

[12] А.С. СССР 923960. МКИ C02F 1/56. Способ осветления глинистых суспензий / Н.В. Феоктистова, Ю.Н. Редянов, Э.А. Малоян, Г.В. Федорова // Бюл. - 1982. - № 16.

[13] А.С. 865836 СССР. МКИ C02F 1/56. Способ осветления растворов плавиковошпатового производства / Н.В. Жулин, В.П. Назаров, А.А Марченко, Л.С. Безбородов, В.И. Норкина. - Опубл.: 23.09.1981.

[14] Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, пер. и доп. В трех томах. Том. III. Неорганические и элементоорганические соединения. - М.: Химия, 1977. - 608 с.

[15] Пат. 2669272 РФ. Способ сгущения сапонитовой суспензии / А.И. Алексеев, О.О. Конончук, О.С. Зубкова. В.Н. Бричкин // Бюл. - 2018. - № 28.

Изобретение относится к переработке полезных ископаемых и может быть использовано для отделения взвешенных веществ из сапонитовой глинистой суспензии. Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии осуществляется путем введения низкомолекулярной добавки и последующего отделения твердой фазы путем отстаивания и/или центрифугирования. В качестве низкомолекулярной добавки используют полугидрат сульфата кальция в количестве 132-390 мг на 25 мл сапонитовой глинистой суспензии, концентрация которой составляет 4,4-20,9 г/л. Обеспечивается ускорение процесса осветления сапонитовой глинистой суспензии, снижение затрат и вредных выбросов в водоемы. 4 табл., 10 пр.

Способ осветления сапонитовой глинистой суспензии путем введения в нее низкомолекулярной добавки и последующего отделения твердой фазы, отличающийся тем, что в качестве низкомолекулярной добавки используют полугидрат сульфата кальция в количестве 132-390 мг на 25 мл сапонитовой глинистой суспензии, концентрация которой составляет 4,4-20,9 г/л, отделение твердой фазы проводят с помощью центрифугирования при 2500 об/мин в течение 3 мин или суспензию с добавкой предварительно отстаивают в течение 0,03-0,3 ч, а осадок после отстаивания и отделения супернатанта при необходимости дополнительно уплотняют с помощью центрифугирования при 5000 об/мин в течение 5 мин.