СПОСОБ ГЛУБОКОЙ КИСЛОТНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ КЕРАМИЧЕСКОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА И КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ОЭДФ-КИСЛОТУ Российский патент 2024 года по МПК B01D33/44 B01D33/21 

Область техники

[1] Изобретение относится к области фильтров, предназначенных для разделения жидкой и твердой фаз суспензии с помощью керамических фильтрующих элементов, и может быть использовано в процессах по обогащению руды.

Предпосылки к созданию изобретения

[2] Дисковый вакуумный фильтр с керамическими фильтрующими элементами предназначен для получения обезвоженного концентрата обогащенной руды, имеющей повышенное содержание целевого минерала. Обогащенную руду получают из измельченной исходной руды посредством магнитной, а затем и флотационной сепарации, на завершающем этапе которой обогащенная руда находится в состоянии твердой фазы водной суспензии (далее – пульпа). В реализуемом дисковым вакуумным фильтром технологическом процессе (далее – рабочий процесс) жидкая фаза суспензии отсасывается через водопроницаемые боковые стенки керамических фильтрующих элементов, а с внешних поверхностей этих боковых стенок (далее – рабочие стенки) срезается набранный из пульпы и затем высушенный осадок – кек, который и представляет собой обезвоженный концентрат обогащенной руды.

[3] При обогащении оксидной железной руды целевыми минералами являются гематит (Fe₂O₃) и магнетит (FeO·Fe₂O₃), которые присутствуют в любой оксидной железной руде одновременно, как правило, с существенным преобладанием одного из них. Тем временем как гематит, так и магнетит способны образовывать в порах рабочих стенок керамических фильтрующих элементов отложения, которые не удаляются обратной промывкой и снижают водопроницаемость рабочих стенок, что в конечном итоге приводит к снижению массы набираемого из пульпы осадка, или другими словами, к снижению производительности дискового вакуумного фильтра.

[4] Частичное восстановление водопроницаемости рабочих стенок керамического фильтрующего элемента становится возможным при проведении так называемой глубокой кислотной регенерации, известной из публикации RU 2766541 C1, 15.03.2022. Согласно указанному источнику глубокая кислотная регенерация осуществляется путем длительного введения в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента композиции, содержащей щавелевую кислоту и тиоционат щелочного металла или аммония (далее – известная глубокая кислотная композиция), при остановке рабочего процесса. Как показано в данном источнике, и щавелевая кислота, и тиоционат щелочного металла или аммония показывают высокую эффективность против отложений Fe₂O₃ (далее – оксид железа (III)) и Fe(OH)₃ (далее – гидроксид железа (III)), что обеспечивает практически полное удаление данных отложений.

[5] Однако известная глубокая кислотная композиция не способна удалять отложения присутствующего в магнетите FeO (далее – оксид железа (II)), в результате чего тенденция к снижению водопроницаемости боковых стенок керамического фильтрующего элемента сохраняется, хотя и приобретает умеренную интенсивность при низком содержании магнетита в обогащаемой руде. Следует отметить, что данное обстоятельство в любом случае приближает необходимость замены керамического фильтрующего элемента, которая наступает, когда производительность дискового вакуумного фильтра падает до критического уровня.

[6] Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении срока службы керамического фильтрующего элемента при обогащении оксидных железных руд. Для решения данной технической проблемы изобретение реализовано посредством двух объектов изобретения.

Сущность изобретения

[7] Первым объектом изобретения является способ регенерации керамического фильтрующего элемента (далее – предложенный способ), согласно которому в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента вводят водный раствор щавелевой кислоты и оксиэтилидендифосфоновой кислоты (далее – ОЭДФ-кислота). Соотношение массы щавелевой кислоты и массы ОЭДФ-кислоты при принятии общей массы указанных компонентов за 100% составляет от 40:60% до 60:40%, а соотношение общей массы щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты и массы воды при принятии массы водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты за 100% составляет от 1:99% до 20:80%.

[8] Технический результат первого объекта изобретения состоит в повышении водопроницаемости рабочих стенок керамического фильтрующего элемента при использовании для его регенерации водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты (далее – предложенная глубокая кислотная композиция) по сравнению с использованием известной глубокой кислотной композиции. В свою очередь, повышенная водопроницаемость рабочих стенок керамического фильтрующего элемента, фиксируемая при применении предложенной глубокой кислотной композиции в любой момент времени относительно соответствующего показателя, обеспечиваемого известной глубокой кислотной композицией, позволяет получать требуемую производительность дискового вакуумного фильтра на более длительном периоде, а значит делает возможным продление срока службы керамического фильтрующего элемента.

[9] Причинно-следственная связь между признаками первого объекта изобретения и указанным техническим результатом состоит в следующем. Как известно, ОЭДФ-кислота способна вступать в соединение с оксидом железа (II) и используется, например, для предотвращения формирования отложений оксида железа (II) на внутренних поверхностях трубопроводов тепловых контуров. Аналогичная полезная активность ОЭДФ-кислоты отмечается и в отношении оксида железа (III), а также в отношении солей жесткости. Авторы изобретения установили, что ОЭДФ-кислота способна не только предотвращать формирование отложений указанных оксидов и солей, но и удалять их, причем также и с керамических поверхностей. В свою очередь, щавелевая кислота показывает высокую эффективность против отложений оксида железа (III), гидроксида железа (III) и органических отложений.

[10] Таким образом, поскольку любая обогащаемая железная руда содержит в своем составе то или иное количество магнетита, то предложенная глубокая кислотная композиция, способная в отличие от известной глубокой кислотной композиции удалять отложения входящего в состав магнетита оксида железа (II) и отложения солей жесткости, всегда показывает лучший результат по восстановлению водопроницаемости рабочих стенок керамического фильтрующего элемента по сравнению с известной глубокой кислотной композицией.

[11] В первом частном случае первого объекта изобретения обеспечивают периодическое прохождение керамического фильтрующего элемента, находящегося в смонтированном состоянии на вращающемся относительно горизонтальной оси валу дискового вакуумного фильтра, через ванну с водным раствором щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты, при этом в полости керамического фильтрующего элемента создают пониженное давление. В развитии первого частного случая периодическое прохождение керамического фильтрующего элемента через ванну с водным раствором щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты обеспечивают в течение 8-16 часов при вращении вала на скорости вращения 0,3-0,6 об/мин.

[12] Благодаря принудительному просасыванию предложенной глубокой кислотной композиции сквозь рабочие стенки керамического фильтрующего элемента данное исполнение позволяет обеспечить поступление достаточного количества предложенной глубокой кислотной композиции во все поры рабочих стенок. В свою очередь, благодаря указанным параметрам вращения вала и времени обработки данное исполнение позволяет обеспечить такое время контакта предложенной глубокой кислотной композиции с поверхностями пор рабочих стенок, которое является минимально необходимым для полного удаления отложений и гарантированного восстановления водопроницаемости рабочих стенок.

[13] Во втором частном случае первого объекта изобретения до введения в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента периодически вводят водный раствор щавелевой кислоты. При этом введение в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты выполняют тогда, когда после введения в поры стенок фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты контрольный параметр, характеризующий производительность керамического фильтрующего элемента, становится ниже первого порогового значения.

[14] Периодическое введение в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты, осуществляемое через внутреннюю полость керамического фильтрующего элемента аналогично обратной промывке и именуемое «быстрой кислотной регенерацией», позволяет удалять зарождающиеся отложения оксида железа (III), гидроксида железа (III) и органические отложения по существу без остановки рабочего процесса. Благодаря этому введение в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента предложенной глубокой кислотной композиции, представляющее собой глубокую кислотную регенерацию и выполняемое с многочасовой остановкой рабочего процесса, может проводиться реже, что положительно сказывается на производительности дискового вакуумного фильтра.

[15] В развитии второго частного случая после введения в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты, в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента вводят водный раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (далее также - 2Na-ЭДТА-соль, другие названия: хелатон III, трилон Б) и гидроксида натрия. При этом введение в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора 2Na-ЭДТА-соли и гидроксида натрия, именуемое «глубокой щелочной регенерацией», выполняют тогда, когда после введения в поры стенок фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты контрольный параметр, характеризующий производительность керамического фильтрующего элемента, становится ниже второго порогового значения, которое выше первого порогового значения.

[16] Данное исполнение позволяет посредством глубокой щелочной регенерации удалять относительно медленно накапливаемые отложения сульфата бария, которые при проведении глубокой кислотной регенерации не растворяются и со временем заметно сужают проходное сечение пор рабочих стенок керамического фильтрующего элемента. Благодаря этому водопроницаемость керамического фильтрующего элемента вновь восстанавливается практически до исходного уровня, а срок службы керамического фильтрующего элемента существенно продлевается.

[17] В качестве второго объекта изобретения предложена композиция для регенерации керамического фильтрующего элемента, содержащая водный раствор щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты, при этом соотношение массы щавелевой кислоты и массы ОЭДФ-кислоты при принятии общей массы указанных компонентов за 100% составляет от 40:60% до 60:40%, а соотношение общей массы щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты и массы воды при принятии массы водного раствора за 100% составляет от 1:99% до 20:80%.

[18] Технический результат второго объекта изобретения состоит в повышенной эффективности предложенной глубокой кислотной композиции по восстановлению водопроницаемости рабочих стенок керамического фильтрующего элемента при сравнении данного показателя с эффективностью известной глубокой кислотной композиции.

Краткое описание чертежей

[19] Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:

Фиг. 1 – схематическое изображение дискового вакуумного фильтра;

Фиг. 2 – схематическое изображение керамического фильтрующего элемента в разрезе, выполненном плоскостью, проходящей перпендикулярно оси вращения дискового вакуумного фильтра;

Фиг. 3 – блок-схема элемента предложенного способа в частном случае его исполнения;

Фиг. 4 – блок-схема предложенного способа в частном случае его исполнения;

Фиг. 5 – блок-схема предложенного способа в предпочтительном случае его исполнения;

Фиг. 6 – график зависимости контрольного параметра, характеризующего производительность керамического фильтрующего элемента, от времени работы керамического фильтрующего элемента при использовании предложенного способа в его предпочтительном случае.

[20] Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов, отображенных на фигурах, являются условными и показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать их причинно-следственную связь с техническим результатом.

Осуществление изобретения

[21] Осуществление изобретения будет показано на наилучших известных авторам примерах реализации изобретения, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.

[22] На Фиг. 1 показан схематический вид сбоку дискового вакуумного фильтра с керамическими фильтрующими элементами, в котором может быть применено изобретение. Фильтровальные диски 1 частично погружены в ванну 2 с пульпой 3, при этом они способны вращаться по часовой стрелке вокруг горизонтальной оси. Пульпа 3 представляет собой суспензию из взвешенных в воде частиц обогащенной руды, образованных в результате измельчения и сепарации исходной руды.

[23] Каждый фильтровальный диск 1 образован множеством керамических фильтрующих элементов 5, выполненных в виде секторов фильтровального диска 1 и в смонтированном состоянии закрепленных на валу 4, вращающемся относительно упомянутой горизонтальной оси. Каждый керамический фильтрующий элемент 5 (Фиг. 2), в свою очередь, содержит две боковые стенки 6 (далее - рабочие стенки 6), наружные поверхности 7 которых расположены перпендикулярно указанной горизонтальной оси, при этом между рабочими стенками 6 имеется полость 8. Торцевая стенка 9 ограничивает полость 8 с торцевых сторон фильтрующего элемента 5.

[24] Рабочие стенки 6 керамического фильтрующего элемента 5 выполнены из водопроницаемой пористой керамики, поры которой проходят через всю толщину рабочих стенок 6, и по существу представляют собой капиллярные каналы, соединяющие наружные поверхности 7 боковых стенок 6 с полостью 8. Посредством трубки 19 полость 8 соединяется либо с пневмогидравлической системой 10, включающей в себя вакуумный насос 11, жидкостный насос 12 и вакуумный ресивер 13, либо с гидравлической системой 14, содержащей нагнетательный насос 15. Переключение данных соединений обеспечивается при помощи распределительного механизма (не показан) и осуществляется автоматически на каждом фильтрующем цикле в соответствии с фазой поворота керамического фильтрующего элемента 5.

[25] В момент, когда керамический фильтрующий элемент 5 в ходе своего вращения вокруг упомянутой горизонтальной оси погружается в ванну 2 с пульпой 3, полость 8 соединяется с пневмогидравлической системой 10. Под действием вакуумного насоса 11 в полости 8 образуется вакуум. Следует отметить, что под вакуумом в контексте настоящей заявки понимается давление, являющееся пониженным относительно среднего атмосферного давления, и, как правило, находящееся в диапазоне 0,1-0,9 атм.

[26] В результате образования перепада давления между наружными поверхностями 7 и внутренними поверхностями 16 рабочих стенок 6 (Фиг. 2), а также действия капиллярного эффекта пор, жидкая фаза суспензии (далее – фильтрат) начинает просачиваться в полость 8, откуда попадает в вакуумный ресивер 13 и удаляется посредством жидкостного насоса 12. В то же время, содержащиеся в пульпе 3 частицы обогащенной руды, увлекаемые потоком фильтрата, прилипают к наружным поверхностям 7 в виде осадка, который в дальнейшем превратится в кек.

[27] Когда керамический фильтрующий элемент 5 поднимается из ванны 2, поддержание вакуума в полости 8, обеспечивающее теперь удержание осадка на наружных поверхностях 7 и его сушку, продолжается до тех пор, пока керамический фильтрующий элемент 5 вновь не приблизится к ванне 2. В области приближения к ванне 2 керамический фильтрующий элемент 5 проходит между двух ножей 17, срезающих высушенный осадок – кек 18 с обеих наружных поверхностей 7 в емкость 20, из которой кек 18 попадает на транспортер (не показан), выводящий его из данного процесса в качестве обезвоженного концентрата обогащенной руды.

[28] После этого происходит кратковременное соединение полости 8 с гидравлической системой 14, нагнетательный насос 15 которой подает в полость 8 воду под повышенным давлением, осуществляя обратную промывку пор рабочих стенок 6 с удалением застрявших в них частиц и завершая фильтрующий цикл. Как было показано выше, по мере увеличения числа последовательно осуществленных фильтрующих циклов объем отложений на внутренних поверхностях пор рабочих стенок 6 увеличиваются, в результате чего водопроницаемость рабочих стенок 6, а вместе с ней и производительность керамического фильтрующего элемента 5 снижаются.

[29] Когда контрольный параметр, характеризующий производительность керамического фильтрующего элемента 5, снижается от своего исходного значения на заданную величину ΔN, работа дискового вакуумного фильтра приостанавливается, и выполняется упомянутая быстрая кислотная регенерация. В указанных целях значения контрольного параметра фиксируются в качестве исходных значений после каждой быстрой кислотной регенерации, глубокой кислотной регенерации или глубокой щелочной регенерации.

[30] Следует отметить, что контрольным параметром может быть любой изменяющийся при неизменных внешних условиях параметр керамического фильтрующего элемента 5 или фильтрующего цикла, имеющий прямую корреляцию с производительностью дискового вакуумного фильтра. Контрольным параметром может быть, в частности, масса срезаемого кека 18, расход фильтрата через пневмогидравлическую систему 10, расход воды через гидравлическую систему 14 (прокачиваемый объем в единицу времени) и т.п. В дальнейшем изложении в качестве контрольного параметра будет рассматриваться водопроницаемость Q рабочих стенок 6, которая принимается равной расходу воды через гидравлическую систему 14 при заданной мощности нагнетательного насоса 15.

[31] Вместе с тем в реальных условиях для упрощения алгоритмов управления дисковым вакуумным фильтром и его технологической оснастки вместо контрольного параметра может использоваться статистический показатель, отражающий вероятное значение контрольного параметра на основе накопленных статистических данных. В качестве такого статистического показателя может выступать время работы дискового вакуумного фильтра, количество осуществленных фильтрующих циклов и т.п.

[32] Поскольку статистический показатель имеет обратную корреляцию с производительностью дискового вакуумного фильтра, то описанные ниже операции сравнения должны быть соответствующим образом модифицированы, а кроме того, должны быть применены известные алгоритмы счетчиков с возможностью их обнуления при выполнении предусмотренных действий и т.п. Тем не менее, авторы изобретения полагают, что использование статистического показателя является аналогом использования контрольного параметра, лежащего в его основе, а признак формулы «когда контрольный параметр, характеризующий производительность керамического фильтрующего элемента, становится ниже первого (или второго) порогового значения» включает в себя и варианты использования статистического показателя.

[33] Возвращаясь к быстрой кислотной регенерации, следует отметить, что быстрая кислотная регенерация осуществляется путем подачи в гидравлическую систему 14 водного раствора щавелевой кислоты (далее – быстрая кислотная композиция), при этом цикл поворота фильтровального диска 1 в ходе быстрой кислотной регенерации выполняется без осуществления набора, сушки и удаления осадка. Соответственно, вместо обратной промывки водой в полость 8 керамического фильтрующего элемента 5 нагнетается быстрая кислотная композиция, которая, проходя через поры рабочих стенок 6, растворяет определенную часть отложений оксида железа (III) и гидроксида железа (III), а также органических отложений и некоторых застрявших в порах рабочих стенок 6 частиц.

[34] Для повышения скорости протекания химических реакций быстрая кислотная композиция может подаваться в полость 8 нагретой, кроме того, может производиться ультразвуковое воздействие на рабочие стенки 6, обеспечивающее механическое воздействие на отложения посредством кавитации. Касательно состава быстрой кислотной композиции следует отметить, что оптимальное соотношение массы щавелевой кислоты и массы воды при принятии массы водного раствора щавелевой кислоты за 100% составляет от 1:99% до 20:80%.

[35] На Фиг. 3 представлена блок-схема процесса (далее – быстрый регенерирующий процесс), который входит в качестве составного элемента в частный случай предложенного способа, и в котором выполняется быстрая кислотная регенерация. Далее, на Фиг. 6 представлен график зависимости водопроницаемости Q рабочих стенок 6 от времени работы дискового вакуумного фильтра. Единицы измерения, масштаб, соотношения временных интервалов и уровней водопроницаемости являются условными – график отражает лишь качественный характер данной зависимости.

[36] На Этапе 1 (Фиг. 3) производится запуск быстрого регенерирующего процесса, при этом под запуском быстрого регенерирующего процесса понимается измерение и сохранение в памяти исходной водопроницаемости Q_исх рабочих стенок 6. На Фиг. 6 запуск первого быстрого регенерирующего процесса соответствует моменту времени Т0, в котором исходная водопроницаемость Q_исх имеет значение Q0.

[37] Затем быстрый регенерирующий процесс переходит на Этап 2, на котором производится измерение текущей водопроницаемости Q, расчет текущего изменения водопроницаемости ΔQ (ΔQ = Q_исх – Q_тек) и сравнение текущего изменения водопроницаемости ΔQ с пороговым значением ΔN. Если ΔQ оказывается меньше ΔN, то процесс переходит к Этапу 3. Очевидно, что при первом сравнении текущее изменение водопроницаемости ΔQ равно нулю, поэтому в этом случае переход к Этапу 3 безальтернативен.

[38] На Этапе 3 выполняется фильтрующий цикл, после чего процесс возвращается на Этап 2. По мере увеличения осуществленных фильтрующих циклов ΔQ будет увеличиваться и в момент Т1 превысит пороговое значение ΔN. В результате этого процесс от Этапа 2 переходит к Этапу 4, на котором выполняется быстрая кислотная регенерация, как было описано выше. Удаляя некоторую часть отложений оксида железа (III) и гидроксида железа (III), а также органических отложений и застрявших в порах рабочих стенок 6 частиц, быстрая кислотная регенерация позволяет частично восстановить водопроницаемость рабочих стенок 6, что соответствующим образом отражено на графике в момент времени Т1. Этап 4 также включает в себя измерение и сохранение в памяти обновленной исходной водопроницаемости Q_исх, и цикл Этапов 2-4 многократно повторяется в интервале Т1-Т2.

[39] Тем не менее после каждой следующей быстрой кислотной регенерации на стенках пор рабочих стенок 6 остается все больше неудаленных отложений оксида железа (III) и гидроксида железа (III), а также накапливаются отложения оксида железа (II), не подверженные воздействию щавелевой кислоты. В результате водопроницаемость Q продолжает снижаться, и в момент времени Т2 обновленная исходная водопроницаемость Q_исх становится равной значению Q1, которое меньше первого порогового значения N1, и дальнейшая эксплуатация дискового вакуумного фильтра согласно процессу на Фиг. 3 становится экономически неоправданной.

[40] Предложенный способ, частный случай которого соответствует процессу на Фиг. 4, включает в себя Этап 5, на котором после каждого Этапа 4 производится сравнение водопроницаемости Q, равной в этот момент обновленной исходной водопроницаемости Q_исх, с первым пороговым значением N1. Если водопроницаемость Q превышает первое пороговое значение N1, то процесс возвращается на Этап 3 и продолжается, как было описано выше. Однако когда на Этапе 5 водопроницаемость Q становится меньше первого порогового значения N1, процесс переходит на Этап 6, на котором выполняется глубокая кислотная регенерация.

[41] Согласно предложенному способу глубокая кислотная регенерация осуществляется путем введения в поры рабочих стенок 6 предложенной глубокой кислотной композиции, представляющей собой водный раствор щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты, в котором соотношение массы щавелевой кислоты и массы ОЭДФ-кислоты при принятии общей массы указанных компонентов за 100% составляет от 40:60% до 60:40%, а соотношение общей массы щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты и массы воды при принятии массы водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты за 100% составляет от 1:99% до 20:80%.

[42] При контакте предложенной глубокой кислотной композиции с внутренними поверхностями пор рабочих стенок 6 входящая в ее состав щавелевая кислота воздействует на неудаленные быстрой кислотной регенерацией отложения оксида железа (III), отложения гидроксида железа (III) и органические отложения, а ОЭДФ-кислота воздействует на отложения оксида железа (III), оксида железа (II) и отложения солей жесткости, что позволяет растворить практически все виды наиболее активно формируемых отложений.

[43] Авторы изобретения полагают, что находящееся в указанном интервале соотношение массы щавелевой кислоты и массы ОЭДФ-кислоты показывает свою экспериментально доказанную эффективность в удалении отложений благодаря количественно сбалансированному химическому воздействию на все указанные компоненты отложений. В свою очередь, находящееся в указанном интервале соотношение общей массы щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты и массы воды позволяет обеспечить умеренно быстрое отслоение отложений, не допускающее образования крупных фрагментов, способных к застреванию в порах рабочих стенок.

[44] Для осуществления глубокой кислотной регенерации ванну 2 освобождают от пульпы 3 и заполняют водой с последующим добавлением такого количества щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты, которое требуется для получения предложенной глубокой кислотной композиции. Далее обеспечивают периодическое прохождение керамического фильтрующего элемента 5, находящегося в смонтированном состоянии на вращающемся относительно горизонтальной оси валу 4, через ванну 2.

[45] В полости 8 при этом создают пониженное давление, обеспечивающее просасывание предложенной глубокой кислотной композиции через рабочие стенки 6, когда керамический фильтрующий элемент 5 погружен в предложенную глубокую кислотную композицию. Тем временем, в частном случае предложенного способа, когда керамический фильтрующий элемент 5 находится над уровнем предложенной глубокой кислотной композиции, в полость 8 нагнетают предложенную глубокую кислотную композицию, аналогично тому, как это делали при проведении быстрой кислотной регенерации.

[46] Периодическое прохождение фильтрующего элемента 5 через ванну с предложенной глубокой кислотной композицией обеспечивается в течение 8-16 часов при вращении вала на скорости вращения 0,3–0,6 об/мин. Данные интервалы времени проведения глубокой кислотной регенерации и скорости вращения вала 4 обеспечивают оптимальное время контакта предложенной глубокой кислотной композиции с внутренними поверхностями пор рабочих стенок 6, исходя из целесообразности практически полного удаления указанных выше отложений, а также из нежелательности потери производительности дискового вакуумного фильтра из-за простоя на периоде избыточной обработки.

[47] Далее, как находящаяся в ванне 2, так и подаваемая через гидравлическую систему 14 предложенная глубокая кислотная композиция может быть нагрета до температуры 35°С и выше, что позволяет ускорить протекание химических реакций и снизить время проведения глубокой кислотной регенерации. Кроме того, керамический фильтрующий элемент 5 может быть подвергнут ультразвуковому облучению, которое способствует более активному отслоению отложений.

[48] Как показано на Фиг. 6, глубокая кислотная регенерация, завершенная в момент времени Т3, позволила увеличить водопроницаемость Q рабочих стенок 6 до значения Q3, которое лишь немногим меньше чем исходное значение Q0. Причина, по которой водопроницаемость Q3 не достигает исходного значения Q0 даже при полном удалении отложений оксида железа (III), гидроксида железа (III), оксида железа (II), солей жесткости и органических отложений, состоит в том, что в порах рабочих стенок 6 остаются сравнительно медленно накапливаемые отложения сульфата бария, не удаляемые быстрой кислотной композицией и предложенной глубокой кислотной композицией. Заметим, что сульфат бария присутствует в некоторых разновидностях железных руд, и проблема борьбы с его отложениями решена в предпочтительном случае предложенного способа, который соответствует процессу на Фиг. 5.

[49] Предложенный способ, предпочтительный случай которого соответствует процессу на Фиг. 5, включает в себя Этап 7, на котором после каждого Этапа 6 производится сравнение водопроницаемости Q, равной в этот момент обновленной исходной водопроницаемости Q_исх, со вторым пороговым значением N2, которое больше первого порогового значения N1. Если водопроницаемость Q превышает второе пороговое значение N2, то процесс возвращается на Этап 3 и продолжается, как было описано выше. Однако когда на Этапе 7 водопроницаемость Q становится меньше второго порогового значения N2, процесс переходит на Этап 8, на котором выполняется глубокая щелочная регенерация.

[50] Согласно предпочтительному случаю предложенного способа глубокая щелочная регенерация осуществляется путем введения в поры рабочих стенок 6 глубокой щелочной композиции, представляющей собой водный раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (2Na-ЭДТА-соль) и гидроксида натрия, в котором соотношение массы 2Na-ЭДТА-соли и массы гидроксида натрия при принятии общей массы указанных компонентов за 100% составляет от 55:45% до 80:20%, а соотношение общей массы 2Na-ЭДТА-соли и гидроксида натрия и массы воды при принятии массы водного раствора за 100% составляет от 0,2:99,8% до 5:95%.

[51] Данные соотношения компонентов глубокой щелочной композиции, а также порядок проведения и результаты глубокой щелочной регенерации известны специалисту в данной области техники, они раскрыты и экспериментально подтверждены в патентной публикации RU 2739755 C1, 28.12.2020. Здесь же отметим, что порядок проведения глубокой щелочной регенерации в целом аналогичен таковому для описанной выше глубокой кислотной регенерации.

[52] Как следует из Фиг. 6, Этап 7, выполненный после завершения предложенной глубокой кислотной регенерации в момент времени Т5, показал, что водопроницаемость Q оказалась меньше второго порогового значения N2, в результате чего была запущена глубокая щелочная регенерация, завершенная в момент времени Т6. Путем полного удаления отложений сульфата бария глубокая щелочная регенерация позволила восстановить водопроницаемость Q до исходного значения Q0, после чего эксплуатация керамического фильтрующего элемента 5 продолжается аналогично периоду Т0-Т6.

[53] Хотя на Фиг. 6 показано, что в результате последовательного проведения предложенной глубокой кислотной регенерации и глубокой щелочной регенерации водопроницаемость Q восстановилась до исходного значения Q0, данная ситуация отражает идеальный случай. В реальности в порах рабочих стенок 6 постепенно накапливаются твердые частицы породообразующих минералов (минералы из класса силикаты – кварц, полевые шпаты и др.), не удаляемые химическими методами, и водопроницаемость Q рабочих стенок 6 очень медленно, но все-таки снижается даже при полном удалении всех отложений, поэтому рано или поздно керамический фильтрующий элемент 5 все равно подлежит замене. Тем не менее при использовании предложенного способа срок службы керамического фильтрующего элемента 5 существенно увеличивается ввиду того, на снижение водопроницаемости Q рабочих стенок 6 не оказывают влияния отложения оксида железа (II), полностью удаляемые с помощью предложенной глубокой кислотной композиции.

[54] Следует отметить, что глубокая щелочная регенерация может проводиться после каждой глубокой кислотной регенерации, что, несомненно, будет поддерживать водопроницаемость Q рабочих стенок 6 на более высоком уровне. Ограничением здесь может служить снижение производительности дискового вакуумного фильтра, вызванное достаточно продолжительным простоем на время проведения глубокой щелочной регенерации.

[55] Обратим также внимание, что в других исполнениях предложенного способа глубокая кислотная регенерация керамического фильтрующего элемента 5 может быть осуществлена путем непрерывного погружения керамического фильтрующего элемента 5, демонтированного с дискового вакуумного фильтра, в предложенную глубокую кислотную композицию с одновременным просасыванием предложенной глубокой кислотной композиции в полость 8 или без такового. Данный подход может быть использован и для выполнения глубокой щелочной регенерации.

[56] Возможность осуществления изобретения и достижения технического результата, состоящего в повышении водопроницаемости рабочих стенок керамического фильтрующего элемента при использовании для его регенерации предложенной глубокой кислотной композиции по сравнению с использованием известной глубокой кислотной композиции, имеет экспериментальное подтверждение. Эксперименты были проведены на двух одинаковых дисковых вакуумных фильтрах, функционирующих на горно-обогатительном комбинате АО «Карельский Окатыш» и содержащих по 218 керамических фильтрующих элементов.

[57] Оба дисковых вакуумных фильтра были задействованы для фильтрования пульпы с одним и тем же составом и до глубокой кислотной регенерации функционировали 35 дней, в течение которых было выполнено множество быстрых кислотных регенераций. Тем временем на одном дисковом вакуумном фильтре для проведения глубокой кислотной регенерации была использована предложенная глубокая кислотная композиция (далее – Пример), а на другом – известная глубокая кислотная композиция (далее – Сравнительный пример). В качестве контрольного параметра, характеризующего производительность дискового вакуумного фильтра, была принята совокупная водопроницаемость рабочих стенок всех керамических фильтрующих элементов, равная расходу Q воды, прокачиваемой через гидравлическую систему при обратной промывке.

[58] Пример

Исходная водопроницаемость Q0 первого дискового вакуумного фильтра составила 49,0 м³/час. Через указанный срок была зафиксирована водопроницаемость Q1, равная 22,4 м³/час, что ниже первого порогового значения N1, заданного на уровне 22,5 м³/час.

Для получения предложенной глубокой кислотной композиции в ванне смешали 50 кг щавелевой кислоты, 50 кг ОЭДФ-кислоты и 4900 л воды, что соответствует соотношению массы щавелевой кислоты и массы ОЭДФ-кислоты при принятии общей массы указанных компонентов за 100% на уровне 50:50%, и соотношению общей массы щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты и массы воды при принятии массы водного раствора за 100% на уровне 2:98%. Далее осуществили глубокую кислотную регенерацию керамических фильтрующих элементов, для чего запустили вращение вала дискового вакуумного фильтра так, чтобы каждый керамический фильтрующий элемент периодически погружался в ванну с предложенной глубокой кислотной композицией. Одновременно с этим в пневмогидравлической системе дискового вакуумного фильтра создавали пониженное давление, равное давлению при рабочем процессе. Скорость вращения вала установили на уровне 0,5 об/мин и поддерживали ее в течение 12 часов, после чего осуществили обратную промывку керамических фильтрующих элементов водой. По завершении данного процесса глубокой кислотной регенерации измерили водопроницаемость Q3, которая показала значение 48,8 м³/час.

[59] Сравнительный пример

Исходная водопроницаемость Q0 второго дискового вакуумного фильтра составила 49,2 м³/час. Через указанный срок была зафиксирована водопроницаемость Q1, равная 22,3 м³/час, что ниже первого порогового значения N1, заданного на уровне 22,5 м³/час.

Для получения известной глубокой кислотной композиции в ванне смешали 50 кг щавелевой кислоты, 50 кг тиоционата аммония и 4900 л воды, что соответствует соотношению массы щавелевой кислоты и массы тиоционата аммония на уровне 50:50%, и соотношению общей массы щавелевой кислоты и тиоционата аммония и массы воды на уровне 2:98%. Далее произвели глубокую кислотную регенерацию керамических фильтрующих элементов аналогично тому, как глубокая кислотная регенерация была выполнена в Примере. По завершении процесса глубокой кислотной регенерации измерили водопроницаемость Q3, которая показала значение 46,9 м³/час.

[60] Результаты эксперимента сведены в Таблицу:

Q0, м³/час Q1, м³/час Q3, м³/час Пример 49,0 22,4 48,8 Сравнительный пример 49,2 22,3 46,9

Как следует из Таблицы, глубокая кислотная регенерация, выполненная с использованием предложенной глубокой кислотной композиции, оказалась на 4,1% (48,8/46,9) более эффективной в восстановлении водопроницаемости рабочих стенок керамических фильтрующих элементов, чем таковая с использованием известной глубокой кислотной композиции. Соответственно, технический результат предложенного способа получает экспериментальное подтверждение.

[61] Одновременно с этим был зафиксирован и еще один эффект. В следующий раз дисковый вакуумный фильтр, на котором глубокая кислотная регенерация производилась согласно Примеру, показал водопроницаемость Q1, которая ниже первого порогового значения N1, через 32 дня. Тем временем другой дисковый вакуумный фильтр, на котором глубокая кислотная регенерация производилась согласно Сравнительному примеру, достиг водопроницаемости Q1 через 29 дней. Соответственно именно использование предложенной глубокой кислотной композиции позволило продлить период работы дискового вакуумного фильтра между длительными остановками, требуемыми на проведение глубокой кислотной регенерации, что положительно сказывается на производительности дискового вакуумного фильтра. По мнению авторов изобретения данный эффект обусловлен способностью предложенной глубокой кислотной композиции к удалению отложений оксида железа (II), которые остаются после использования известной глубокой кислотной композиции и создают точки роста по меньшей мере для отложений оксида железа (III) и оксида железа (II).

[62] Далее, изобретение по любому из его объектов может применяться не только к дисковым вакуумным фильтрам, но также и к вакуумным фильтрам другой конструкции, в которых используются керамические фильтрующие элементы, например, к барабанным вакуумным фильтрам. Кроме того, изобретение может быть также использовано для регенерации керамических фильтрующих элементов, которые эксплуатируются в фильтрах, работающих под избыточным давлением, например, в тангенциальных или патронных фильтрах.

[63] Следует также отметить, что, хотя по естественным причинам изобретение показывает максимальную эффективность при фильтровании железорудных концентратов, оксид железа (III), гидроксид железа (III), оксид железа (II), пусть и в меньшем количестве, присутствуют в любой горной породе, а кроме того, могут попадать в нее при добыче, измельчении и других операциях, выполняемых стальным инструментом. В свою очередь, сульфат бария в небольшом количестве содержится в большинстве горных пород, при этом он также может попадать в пульпу из жидких смазочных материалов при проведении операций, предшествующих фильтрованию. Таким образом, изобретение будет обеспечивать ту или иную степень эффективности при его использовании в процессах фильтрования концентратов цветных металлов и иных горных пород, при условии, что данные процессы осуществляются посредством фильтра с керамическими фильтрующими элементами.

Группа изобретений относится к области фильтров, предназначенных для разделения жидкой и твердой фаз суспензии с помощью керамических фильтрующих элементов, и может быть использована в процессах по обогащению руд. В процессе способа регенерации керамического фильтрующего элемента в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента вводят водный раствор щавелевой кислоты и оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ-кислота). Соотношение массы щавелевой кислоты и массы ОЭДФ-кислоты при принятии общей массы указанных компонентов за 100% составляет от 40:60% до 60:40%, а соотношение общей массы щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты и массы воды при принятии массы водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты за 100% составляет от 1:99% до 20:80%. Также заявлена композиция для осуществления способа регенерации керамического фильтрующего элемента. Группа изобретений обеспечивает повышение водопроницаемости рабочих стенок керамического фильтрующего элемента при его регенерации и увеличивает срок службы керамического фильтрующего элемента. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Способ регенерации керамического фильтрующего элемента, согласно которому в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента вводят водный раствор щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты, в котором

соотношение массы щавелевой кислоты и массы ОЭДФ-кислоты при принятии общей массы указанных компонентов за 100% составляет от 40:60% до 60:40%, а

соотношение общей массы щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты и массы воды при принятии массы водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты за 100% составляет от 1:99% до 20:80%.

2. Способ по п. 1, в котором обеспечивают периодическое прохождение керамического фильтрующего элемента, находящегося в смонтированном состоянии на вращающемся относительно горизонтальной оси валу дискового вакуумного фильтра, через ванну с водным раствором щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты, при этом в полости керамического фильтрующего элемента создают пониженное давление.

3. Способ по п. 2, в котором периодическое прохождение керамического фильтрующего элемента через ванну с водным раствором щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты обеспечивают в течение 8-16 часов при вращении вала на скорости вращения 0,3-0,6 об/мин.

4. Способ по п. 1, в котором до введения в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента периодически вводят водный раствор щавелевой кислоты, причем

введение в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты выполняют тогда, когда после введения в поры стенок фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты контрольный параметр, характеризующий производительность керамического фильтрующего элемента, становится ниже первого порогового значения.

5. Способ по п. 4, в котором после введения в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента вводят водный раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты и гидроксида натрия, причем

введение в поры рабочих стенок керамического фильтрующего элемента водного раствора динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты и гидроксида натрия выполняют тогда, когда после введения в поры стенок фильтрующего элемента водного раствора щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты контрольный параметр, характеризующий производительность керамического фильтрующего элемента, становится ниже второго порогового значения, которое выше первого порогового значения.

6. Композиция для регенерации керамического фильтрующего элемента, содержащая водный раствор щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты, при этом

соотношение массы щавелевой кислоты и массы ОЭДФ-кислоты при принятии общей массы указанных компонентов за 100% составляет от 40:60% до 60:40%, а

соотношение общей массы щавелевой кислоты и ОЭДФ-кислоты и массы воды при принятии массы водного раствора за 100% составляет от 1:99% до 20:80%.