Реагент для осветления сапонитовой суспензии Российский патент 2024 года по МПК C02F1/52 B01D21/01 

Изобретение относится к предназначенным для осветления суспензий реагентам и может быть использовано для отделения взвешенных веществ из плохо отстаивающихся сапонитовых суспензий. Применение морской воды, концентрата морской воды или солей от выпаривания морской воды для осветления сапонитовых суспензий позволяет достигать получения прозрачного супернатанта.

Морская вода является сложной природной системой. Основными компонентами морской воды являются катионы натрия, магния, кальция, калия, а также хлорид-, сульфат- и гидрокарбонат-ионы. Соленость вод мирового океана составляет 3,4-3,6 % [1]. Соленость воды является естественным препятствием, которое мешает ее широкому практическому использованию, вместе с тем известно несколько способов ее применения.

Известно применение морской воды для приготовления тиксотропного раствора для сооружения противофильтрационных диафрагм [2].

В авторском свидетельстве [3] предложено применение морской воды при нанесении покрытий на стальные изделия.

Известны разработки по извлечению урана из морской воды [4], [5].

Известен способ повышения прочностных характеристик тампонажного раствора, в состав которого входят глинопорошок, полиоксиэтилен, кальцинированная сода и наполнитель "сломель". В качестве жидкости-носителя использована морская вода [6].

Известен способ интенсификации дефосфоризации с использованием морской воды [7].

Известен способ применения морской воды в интегрированном способе очистки природного газа от воды, сероводорода и других соединений серы [8].

Известен способ использования морской воды в качестве сырья для производства гидроксида магния [9].

В обзоре [10] приведены данные об использовании морской воды в горнодобывающей промышленности.

Известно применение морской воды в оториноларингологии [11], [12].

Для повышения нефтеотдачи пласта предложено использовать умягченную морскую воду [13].

Морская вода может быть использована для технологических целей в теплообменной аппаратуре [14].

Из морской воды можно получать различные соли [15], [16], [17], [18], [19].

Морская вода может быть использована для приготовления ингибирующей буровой промывочной жидкости [20].

Из морской воды предложено получать гипохлорит натрия [21].

Известно применение буровых растворов на основе морской воды для бурения скважин [22].

Задача предлагаемого изобретения заключается в расширении областей использования морской воды, ее концентрата или солей от ее выпаривания.

Это достигается тем, что морская вода, ее концентрат или соли от ее выпаривания используются для осветления сапонитовой суспензии.

Сапонитовую суспензию перед сбросом в водоемы необходимо осветлять. Неблагоприятное действие взвешенных частиц сказывается:

- на жаберном аппарате рыб и других гидробионтов,

- снижается светопропускание воды,

- ухудшаются условия фотосинтеза,

- при больших концентрациях глинистой суспензии изменяется рельеф дна и образуются наносы.

Для достижения качественного осветления сапонитовых глинистых суспензий предложено использовать различные добавки - реагенты различной природы [23], [24], [25]. Предлагались способы сгущения сапонитовой пульпы электрохимическим способом [26], а также с помощью полиакриламидных флокулянтов и минеральных коагулянтов: алюминий- и железосодержащих [27], [28], [29]. Кроме того, был разработан новый минеральный коагулянт - кальций алюмосиликатный [30]. Для каждого из разработанных способов осветления сапонитовой суспензии имеются как преимущества, так и недостатки. Во многих случаях реагенты являются продуктами химических превращений, при производстве которых образуются отходы, опасные для окружающей среды, реагенты сильно различаются по эффективности действия. В некоторых случаях они имеют высокую стоимость.

Пресная вода в общем балансе воды на планете составляет всего 2,5 %. Недостаток пресной воды ощущается во многих регионах Земли. Одним из методов получения пресной воды из морской является упаривание, при котором в качестве отхода образуется отход в виде концентрата.

В данном изобретении предлагается использовать морскую воду, концентрат морской воды или соли от выпаривания морской воды для осветления сапонитовой суспензии.

Пример 1. К 24 мл морской воды с концентрацией солей 15,65 г/л (масса солей морской воды 375 мг) добавляют 1 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 86,8 г/л и 0,50 г ферросилиция. Смесь перемешивают и затем фиксируют осаждение сапонита через 0,5; 1,0; 1,5; 3; 4; 9; 21 мин. Результаты приведены в таблице 1. При осаждении образуется прозрачный бесцветный супернатант.

Таблица 1 Продолжительность осаждения, мин Объем, мл суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0 25 0 0,5 24 1 1,0 23 2 1,5 22 3 3 16,5 8,5 4 14,2 10,8 9 8,5 16,5 21 6,5 18,5

Пример 2. К 23 мл морской воды с концентрацией солей 15,65 г/л (масса солей морской воды 360 мг) добавляют 2 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 86,8 г/л и 0,48 г ферросилиция. Смесь перемешивают и затем фиксируют осаждение сапонита через 0,5; 1,0; 1,5; 3; 4; 9; 21 мин. Результаты приведены в таблице 2. При осаждении образуется прозрачный бесцветный супернатант.

Таблица 2 Продолжительность осаждения, мин Объем, мл суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0 25 0 0,5 24,9 0,1 1,0 24,8 0,2 1,5 24,7 0,3 3 22,3 2,7 4 21 4 9 14,4 10,6 21 10,4 14,6

Пример 3. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 1, отличающееся тем, что осветление проводят без добавления ферросилиция, а фиксацию осаждения проводят через 4; 16; 20; 26; 55; 88; 114; 131 мин. Результаты приведены в таблице 3. При осаждении образуется прозрачный бесцветный супернатант.

Таблица 3 Продолжительность осаждения, мин Объем, мл суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0 25 0 4 24,8 0,2 16 15,4 9,6 20 11,8 13,2 26 9,8 15,2 55 7 18 88 6 19 114 5,6 19,4 131 5 20

Пример 4. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 2, отличающееся тем, что осветление проводят без добавления ферросилиция, а фиксацию осаждения проводят через 4; 16; 20; 26; 55: 88; 114; 131 мин. Результаты приведены в таблице 4. При осаждении образуется прозрачный бесцветный супернатант.

Таблица 4 Продолжительность осаждения, мин Объем, мл суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0 25 0 4 24,9 0,1 16 24,9 0,1 20 24,9 0,1 26 24,6 0,4 55 19,8 5,2 88 10,6 14,4 114 10,2 14,8 131 9,6 15,4

Пример 5. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 1, отличающееся тем, что концентрация сапонитовой суспензии 8,23 %, объем сапонитовой суспензии составил 5 мл, морской воды - 20 мл 65 г/л (масса солей морской воды 313 мг), осветление проводили без добавления ферросилиция в условиях искусственной силы тяжести на центрифуге, при скорости вращения 5000 об/мин в течение 5 мин. После центрифугирования супернатант отделяют, измеряют объем. Объем супернатанта составил 22,4 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 3,10 г.

Пример 6. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 5, отличающееся тем, что объем сапонитовой суспензии составил 10 мл, а морской воды - 15 мл (масса солей морской воды 234 мг). Объем супернатанта составил 19,5 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 5,68 г.

Пример 7. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 5, отличающееся тем, что объем сапонитовой суспензии составил 15 мл, а морской воды - 10 мл (масса солей морской воды 156 мг). Объем супернатанта составил 17,4 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 8,41 г.

Пример 8. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 5, отличающееся тем, что вместо 20 мл морской воды использовали 20 мл дистиллированной воды. Объем супернатанта составил 23,8 мл. Супернатант мутный. Масса влажного осадка 1,21 г.

Пример 9. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 6, отличающееся тем, что вместо 15 мл морской воды использовали 15 мл дистиллированной воды. Объем супернатанта составил 24,2 мл. Супернатант мутный. Масса влажного осадка 1,79 г.

Пример 10. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 7, отличающееся тем, что вместо 10 мл морской воды использовали 10 мл дистиллированной воды. Объем супернатанта составил 22,8 мл. Супернатант мутный. Масса влажного осадка 2,60 г.

Пример 11. К 20 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 86,8 г/л добавляют 3 мл морской воды (масса солей морской воды 310 мг), сконцентрированной до концентрации сухих веществ 103,5 г/л. Осветление проводят в условиях искусственной силы тяжести на центрифуге при скорости вращения 5000 об/мин в течение 5 мин. После центрифугирования супернатант отделяют, измеряют объем. Объем супернатанта составил 13,2 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 9,93 г.

Пример 12. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 11, отличающееся тем, концентрация сапонитовой суспензии составила 71,9 г/л. Объем супернатанта составил 15,1 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 4,92 г.

Пример 13. Осветление сапонитовой суспензии в условиях примера 12, отличающийся тем, концентрация сапонитовой суспензии составила 48,7 г/л. Объем супернатанта составил 18,2 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 3,84 г.

Пример 14. К 24 мл раствора, приготовленного путем растворения природной океанической соли с получением концентрации соли 20,1 г/л (масса солей морской воды 480 мг), близкой к концентрации морской воды, добавляют 1 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 86,8 г/л. Смесь перемешивают и затем фиксируют осаждение сапонита через 5; 7; 9; 12; 23; 42; 62; 84 мин. Результаты приведены в таблице 5. При осаждении образуется прозрачный бесцветный супернатант.

Таблица 5 Продолжительность осаждения, мин Объем, мл суспензии надосадочной жидкости (супернатанта) 0 25 0 5 22,5 2,5 7 15 10 9 13 12 12 10,2 14,8 23 7,8 17,2 42 6,4 18,6 62 5,8 19,2 84 5,2 19,8

Пример 15. К 9,82 мл раствора, приготовленного путем растворения природной океанической соли с получением концентрации соли 38,1 г/л (масса солей морской воды 374 мг), добавляли 15 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 86,8 г/л. Осветление проводили в условиях искусственной силы тяжести на центрифуге при скорости вращения 4000 об/мин в течение 4 мин. После центрифугирования супернатант отделяют, измеряют объем. Объем супернатанта составил 14,5 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 11,4 г.

Пример 16. К 5,44 мл раствора, приготовленного путем растворения природной океанической соли с получением концентрации соли 38,1 г/л (масса солей морской воды 207 мг), добавляли 20 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 86,8 г/л. Осветление проводили в условиях искусственной силы тяжести на центрифуге при скорости вращения 4000 об/мин в течение 4 мин. После центрифугирования супернатант отделяют, измеряют объем. Объем супернатанта составил 10,6 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 15,2 г.

Пример 17. К 14,51 мл раствора, приготовленного путем растворения природной океанической соли с получением концентрации соли 38,1 г/л (масса солей морской воды 553 мг), добавляли 10 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 86,8 г/л. Осветление проводили в условиях искусственной силы тяжести на центрифуге при скорости вращения 3000 об/мин в течение 3 мин. После центрифугирования супернатант отделяют, измеряют объем. Объем супернатанта составил 16,2 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 9,06 г.

Пример 18. К 9,50 мл раствора, приготовленного путем растворения природной океанической соли с получением концентрации соли 38,1 г/л (масса солей морской воды 362 мг), добавляли 15 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 57,6 г/л. Осветление проводили в условиях искусственной силы тяжести на центрифуге при скорости вращения 3000 об/мин в течение 3 мин. После центрифугирования супернатант отделяют, измеряют объем. Объем супернатанта составил 17,0 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 8,6 г.

Пример 19. К 9,4 мл раствора, приготовленного путем растворения природной океанической соли с получением концентрации соли 38,1 г/л (масса солей морской воды 360 мг), добавляли 20 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 14,7 г/л. Осветление проводили в условиях искусственной силы тяжести на центрифуге при скорости вращения 2500 об/мин в течение 6 мин. После центрифугирования супернатант отделяют, измеряют объем. Объем супернатанта составил 21 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 4,5 г.

Пример 20. К 5,6 мл раствора, приготовленного путем растворения природной океанической соли с получением концентрации соли 38,1 г/л (масса солей морской воды 213 мг), добавляли 10 мл сапонитовой суспензии с концентрацией 45,8 г/л. Осветление проводили в условиях искусственной силы тяжести на центрифуге при скорости вращения 2500 об/мин в течение 6 мин. После центрифугирования супернатант отделяют, измеряют объем. Объем супернатанта составил 17,0 мл. Супернатант прозрачный бесцветный. Масса влажного осадка 8,0 г.

Таким образом, применение морской воды, концентрата морской воды или солей от выпаривания морской воды позволяет проводить осветление сапонитовой суспензии без использования синтетических реагентов и получать прозрачные супернатанты, которые можно повторно использовать в производственных целях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Хорн Р. Морская химия. (Структура воды и химия гидросферы). Серия: Науки о Земле. Пер. с англ. - М.: Мир, 1972. - 400 с.

[2] А.с. 1439174 СССР. Тиксотропный раствор для сооружения противофильтрационных диафрагм и способ его приготовления / В.А. Небера, В.Д. Иванов, М.И. Смородинов, Б.С. Остюков., Ю.Э. Бронштейн, Ю.В. Александровский. - Опубл.: 23.11.1988.

[3] А.с. 1608146 СССР. Эмалевый шликер / В.И. Вебер, С.Н. Штейнберг., Т.И. Заякина, В.М. Поляков // Бюл. - 1990. - № 43.

[4] А.с. 788789 СССР. Способ извлечения урана / В.М. Комаревский, Ю.П. Новиков, Б.Ф. Мясоедов // Бюл. - 1992. - № 18.

[5] Ivanov A.S., Parker B.F., Zhang Z., Aguila B., Sun Q., Ma S., Jansone-Popova S., Arnold J., Mayes R.T., Dai S., Bryantsev V.S., Rao L., Popovs I. Siderophore-inspired chelator hijacks uranium from aqueous medium // Nature communications. - 2019. - Vol. 10, N 1. - P. 819. DOI: 10.1038/s41467-019-08758-1.

[6] Пат. 2021487 РФ. Тампонажный состав для изоляции зон поглощения / Б.М. Курочкин, М.В. Алексеев, Н.Л. Прусова, Д.Н. Назарбеков, Р.У. Уткелбаев, Н.С Демидова, А.А. Имаев, Т.В. Бекмашева. – Опубл.: 15.10.1994.

[7] Камышникова Е.В. Применение черноморской воды для интенсификации процессса дефосфотации сточных вод // Строительство и техногенная безопасность. - 2016. - № 5 (57). - С. 56-61.

[8] Пат. 2127146 РФ. Способ очистки природного газа / А.Э. Даг, А. Грю. – Опубл.: 10.03.1999.

[9] Титов А.А., Быков В.И., Ильина С.И., Равичев Л.В., Логинов В.Я. Применение электродиализа для получения гидроксида магния из морской воды // Chemical Bulletin. - 2021. - Т. 4, № 4. - С. 70-83.

[10] Cisternas L.A., Gálvez E.D. The use of seawater in mining // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. - 2018. - Vol. 39, N 1. - P. 18-33. DOI: 10.1080/08827508.2017.1389729.

[11] Рязанцев С.В. Средства на основе морской воды - первое десятилетие в России. Подведение предварительных итогов // Российская оториноларингология. - 2015. - Т. 5, № 78. - С. 119.

[12] Лучшева Ю.В., Изотова Г.Н. Применение препаратов морской воды в оториноларингологии // РМЖ. - 2011. - Т. 19, № 24. - С. 1483-1487.

[13] Сулейманов Б.А., Лятифов Я.A., Велиев Э.Ф. Применение умягченной воды для повышения нефтеотдачи пласта // Научные труды НИПИ Нефтегаз ГНКАР. - 2019. - № 1. - С. 19-28.

[14] Саакиян Л.С., Ефремов А.П. Защита нефтегазопромыслового оборудования от коррозии. - М.: Недра. - 227 с.

[15] Галургия: теория и практика (ред. Соколов И.Д.). Авт.: Высоцкий Е.А., Желнин А.А., Здановский А.Б., Кашкаров О.Д., Пермяков Р.С., Соколов И.Д., Титков С.Н. - Химия, Л.: Химия, 1983. - 368 с.

[16] Переработка природных солей и рассолов: Справочник / [И.Д. Соколов, А.В. Муравьев, Ю.С. Сафрыгин, В.А. Себалло, С.Н. Титков, Г.С. Черкез, Л.В. Шихеева]; под общ. ред. И.Д. Соколова. - Л.: Химия, 1985. - 209 с.

[17] Bardi U. Extracting minerals from seawater: an energy analysis // Sustainability. - 2010. - Vol. 2. - P. 980-992. DOI: 10.3390/su2040980.

[18] Loganathan P., Naidu G., Vigneswaran S. Mining valuable minerals from seawater: a critical review // Environ. Sci. Water Res. Technol. - 2017. - Vol. 3. - P. 37-53. DOI: 10.1039/C6EW00268D.

[19] Diallo M.S., Kotte M.R., Cho M. Mining critical metals and elements from seawater: opportunities and challenges // Environ. Sci. Technol. - 2015. - Vol. 49. - P. 9390-9399. DOI: 10.1021/acs.est.5b00463.

[20] Нальгиев А.А. Применение морской воды для приготовления ингибирующей буровой промывочной жидкости // Вестник науки и образования. - 2019. - № 9-1 (63). - С. 36-38.

[21] Фесенко Л.Н., Игнатенко С.И., Пчельников И.В. Области применения гипохлорита натрия, получаемого электролизом морской воды // Технологии очистки воды «ТЕХНОВОД-2012»: материалы VII Межд. науч.-практ. конф. - 2012. - С. 93-98.

[22] Стешин Б.М., Ты Н.В., Аникеенко Г.И., Овчаренко А. Буровые растворы на основе морской воды для бурения скважин на шельфе Вьетнама // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2006. - № 11. - С. 25-28.

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

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

[25] 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.

[26] Двойченкова Г.П., Каплин А.И., Шободоев С.Б. Интенсификация процесса мокрого самоизмельчения кимберлитов применением электрохимически обработанных водных систем // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - № 6. - С. 390-397.

[27] Аверкина Е.В., Шакирова Э.В., Бутакова Л.А. Влияние реагентов-флокулянтов на параметры глинистых суспензий // Науки о Земле и недропользование. - 2020. - № 43(2). - С. 230-241.

[28] Алгебраистова Н.К., Алексеева Е.А., Колесникова Т.А. Об интенсификации процесса сгущения хвостов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - № 10. - С. 323-327.

[29] Сизяков В.М., Иваник С.А., Фокина С.Б. Исследование процессов сгущения и фильтрации тонкодисперсных окисленных пульп // Обогащение руд. -2012. - № 2. -С. 24-28.

[30] Пат. 2683082 РФ. Способ получения кальцийалюмосиликатного неорганического коагулянта / А.И. Алексеев, В.Н. Бричкин, О.С. Зубкова // Бюл. - 2019. - № 2.

Изобретение относится к использованию морской воды при переработке полезных ископаемых и относится к реагентам, предназначенным для осветления глинистых суспензий. Морская вода, концентрат морской воды или соли от выпаривания морской воды могут быть использованы для отделения взвешенных веществ из сапонитовой глинистой суспензии. Обеспечивается расширение областей использования морской воды, ее концентрата и солей от ее выпаривания. Кроме того, обеспечивается осветление сапонитовой суспензии без использования синтетических реагентов и получение прозрачных супернатантов, которые можно повторно использовать в производственных целях. 1 з.п. ф-лы, 5 табл., 20 пр.

1. Применение морской воды, концентрата морской воды или солей от выпаривания морской воды для осветления сапонитовой суспензии.

2. Применение по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно добавляют ферросилиций.