способ обработки фильтрующего материала, используемого в фильтрах с насыпным слоем

Формула изобретения

Способ обработки антрацита, включающий дробление, выделение рабочих фракций дробленого антрацита рассевом, замачивание рабочих фракций в разбавленном растворе кислоты и последующую их отмывку водой до нейтральной реакции, отличающийся тем, что антрацит перед дроблением нагревают, причем нагрев ведут в две стадии сначала при температуре 150-300^oС до завершения отгонки внешней и конституционной влаги, затем при температуре 500-700^oС до завершения возгонки летучих веществ и серы, при этом нагревание ведут под вакуумом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обработки фильтрующего материала при очистке воды и может быть использовано в фильтрах с насыпным слоем.

Известен способ [Большой энциклопедический словарь. М.: Большая Российская энциклопедия, 2000] обработки антрацита нагреванием до температуры 1150-1400^oС с целью повышения термостойкости, электрической проводимости, прочности и снижения содержания в нем серы.

Недостатком способа является низкая величина пористости антрацита, большие потери материала при высокотемпературной термической обработке антрацита и высокие затраты на ее проведение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ [Водоподготовка. Процессы и аппараты. М.: Атомиздат, 1977. Прототип.] обработки антрацита, используемого в качестве фильтрующего материала, включающий дробление, выделение рабочих фракций рассевом, замачивание рабочих фракций в разбавленном растворе соляной кислоты в течение 2-12 часов при непрерывном перемешивании сжатым воздухом. По окончании химической обработки антрацит отмывается водой до нейтральной реакции.

Недостатком способа является низкая величина пористости антрацита.

Технический результат - повышение пористости антрацита.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе обработки антрацита, включающем дробление, выделение рабочих фракций дробленого антрацита рассевом, замачивание рабочих фракций в разбавленном растворе кислоты с последующей их отмывкой водой до нейтральной реакции, антрацит перед дроблением нагревают под вакуумом, причем нагрев ведут в две стадии. На первой стадии нагрев ведут при температуре 150-300^oС до завершения отгонки внешней и конституционной влаги. На второй стадии нагрев ведут при температуре 500-700^oС до завершения возгонки летучих веществ и серы.

На второй стадии нагрева наряду с химическими происходят физические изменения структуры антрацита в результате освобождения мезопор от расплава летучих веществ и серы, а также образования микропор при удалении газов из состава антрацита. В ходе замачивания рабочих фракций антрацита, прошедших стадии нагрева, дробления и рассева, в разбавленном растворе кислоты под ее воздействием из макро-, мезо- и микропор, образовавшихся в процессе нагрева, удаляются металлы и остатки карбонатов и сульфидов, не разрушившихся в ходе термической обработки. На второй стадии завершается отгонка конституционной влаги и происходит разложение включений серного колчедана с выделением диоксида серы, а также карбонатных включений с выделением углекислого газа. Другим отличием является то, что нагревание ведут под вакуумом. На первой стадии нагрева в антраците происходит образование макропор за счет отгонки конституционной влаги и формирование мезопор под воздействием изменения формы состояния включений, таких как сера и летучее органическое вещество, которые, расплавляясь, переходят в жидкое состояние. Вакуум способствует интенсификации процесса возгонки летучих веществ и серы, а также повышению степени разложения карбонатных включений антрацита и пористости за счет увеличения числа освобожденных мезопор.

Увеличение температуры нагрева выше 700^oС ведет к перерасходу топлива практически без изменения величины пористости вплоть до температуры 800^oС. При температуре выше 800^oС наступает процесс химических изменений природы антрацита, сопровождающийся началом образования усадки в массе антрацита и соответственно снижением его пористости под воздействием термической обработки.

Таким образом, используя новые операции в предлагаемом способе, а именно: последовательное применение первой и второй стадий нагревания антрацита при новом температурном режиме 150-300^oС и 500-700^oС, соответственно под вакуумом обеспечивается положительный эффект по сравнению с аналогами и прототипом, то есть увеличивается пористость антрацита и, как следствие, повышается эффективность очистки воды.

Пример 1. Пробу образца антрацита с размером кусков 20-120 мм в количестве 500 грамм помещают в муфельную печь, где подвергают нагреву до температуры 300^oС. Процесс нагрева ведут в течение 2 часов, что достаточно по предварительным данным для отгонки из пробы образца свободной и конституционной влаги. Затем температуру в печи повышают до 700^oС. Процесс нагрева при этой температуре ведут в течение 4 часов, что достаточно по предварительным данным для возгонки из пробы образца летучих веществ и серы. После завершения второй стадии нагрева образец охлаждают до комнатной температуры, подвергают дроблению на дисковой мельнице с электроприводом и рассеву на ситах с выделением рабочей фракции класса крупности 0.6-1.6 мм. Рабочую фракцию обрабатывают 5% раствором Н₂SO₄. Для этого в стеклянную емкость, объемом 2 литра, помещают 250 г рабочей фракции антрацита (практически все, что удалось получить из 500 г начальной пробы) и заливают 1 литром 5% раствора серной кислоты. Пробу антрацита в растворе кислоты интенсивно перемешивают на магнитной мешалке в течение 30 минут. После 30-минутного контакта пробу отфильтровывают, промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции рН и высушивают до воздушно-сухого состояния. В подготовленной таким образом пробе антрацита определяют минимальную (Emin) и максимальную (Emax) пористость. После обработки пробы антрацита способом, изложенным в примере 1, величины пористости составляют: Emax = 52%, Emin = 41%.

Пример 2. Пробу образца антрацита с размером кусков 20-120 мм в количестве 500 грамм помещают в муфельную печь, где подвергают нагреву до температуры 150^oС. Процесс нагрева ведут в течение 2 часов. Затем температуру в печи повышают до 500^oС. Процесс нагрева при этой температуре ведут в течение 4 часов. После завершения второй стадии нагрева образец охлаждают до комнатной температуры, подвергают дроблению на дисковой мельнице с электроприводом и рассеву на ситах с выделением рабочей фракции класса крупности 0.6-1.6 мм. Рабочую фракцию обрабатывают 5% раствором H₂SO₄. Для этого в стеклянную емкость, объемом 2 литра, помещают 250 г рабочей фракции антрацита и заливают 1 литром 5% раствора серной кислоты. Пробу антрацита в растворе кислоты интенсивно перемешивают на магнитной мешалке в течение 30 минут. После 30-минутного контакта пробу отфильтровывают, промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции рН и высушивают до воздушно-сухого состояния. В подготовленной таким образом пробе антрацита определяют минимальную и максимальную пористость. После обработки пробы антрацита способом, изложенным в примере 2, величины пористости составляют: Emax = 48%, Emin = 35%.

Пример 3. Пробу образца антрацита с размером кусков 20-120 мм в количестве 500 грамм помещают в вакуумную печь, где подвергают нагреву до температуры 150^oС. Процесс нагрева ведут при давлении 10 мм ртутного столба в течение 2 часов. Затем при указанном выше давлении температуру в вакуумной печи повышают до 500^oС. Процесс нагрева при этой температуре ведут в течение 3 часов. После завершения второй стадии нагрева образец охлаждают до комнатной температуры, подвергают дроблению на дисковой мельнице с электроприводом и рассеву на ситах с выделением рабочей фракции класса крупности 0.6-1.6 мм. Рабочую фракцию обрабатывают 5% раствором H₂SO₄. Для этого в стеклянную емкость, объемом 2 литра, помещают 250 г рабочей фракции антрацита и заливают 1 литром 5% раствора серной кислоты. Пробу антрацита в растворе кислоты интенсивно перемешивают на магнитной мешалке в течение 30 минут. После 30-минутного контакта пробу отфильтровывают, промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции рН и высушивают до воздушно-сухого состояния. В подготовленной таким образом пробе антрацита определяют минимальную и максимальную пористость. После обработки пробы антрацита способом, изложенным в примере 3, величины пористости составляют: Emax = 52%, Emin = 42%.

Пример 4. Пробу образца антрацита с размером кусков 20-120 мм в количестве 500 грамм помещают в вакуумную печь, где подвергают нагреву до температуры 300^oС. Процесс нагрева ведут при давлении 10 мм ртутного столба в течение 2 часов. Затем при указанном выше давлении температуру в вакуумной печи повышают до 700^oС. Процесс нагрева при этой температуре ведут в течение 3 часов.

После завершения второй стадии нагрева образец охлаждают до комнатной температуры, подвергают дроблению на дисковой мельнице с электроприводом и рассеву на ситах с выделением рабочей фракции класса крупности 0.6-1.6 мм. Рабочую фракцию обрабатывают 5% раствором H₂SO₄. Для этого в стеклянную емкость, объемом 2 литра, помещают 250 г рабочей фракции антрацита и заливают 1 литром 5% раствора серной кислоты. Пробу антрацита в растворе кислоты интенсивно перемешивают на магнитной мешалке в течение 30 минут. После 30-минутного контакта пробу отфильтровывают, промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции рН и высушивают до воздушно-сухого состояния. В подготовленной таким образом пробе антрацита определяют минимальную и максимальную пористость. После обработки пробы антрацита способом, изложенным в примере 4, величины пористости составляют: Emax = 54%, Emin = 44%.

Для сравнения пористости антрацита, обработанного предложенным и известными способами, были проведены лабораторные испытания, результаты которых представлены в таблице.

Применение предлагаемого способа обработки антрацита при совокупном использовании новых отличительных признаков обеспечивает повышение пористости антрацита и, как следствие, увеличивается эффективность очистки воды.