способ осаждения глинистых шламов из солевых растворов, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы

Формула изобретения

1. Способ осаждения глинистых шламов из солевых растворов, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, включающий обработку указанных солевых растворов флокулянтами, отличающийся тем, что последовательно в обрабатываемый раствор вводят катионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп не менее 5% от общего количества амидных групп, а затем анионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп 5÷15% от общего количества амидных групп, при этом соотношение указанных флокулянтов составляет от 2:1 до 1:5,5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют катионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилакрилатом натрия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют анионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с акрилатом натрия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сополимеры, количество ионогенных групп которых составляет 10% от общего количества амидных групп.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что флокулянты вводят в виде раствора с концентрацией 0,05÷0,15 мас.%.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что флокулянты вводят в виде водного раствора с концентрацией 0,1 мас.%.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что флокулянты вводят в виде водно-солевого раствора с концентрацией 0,1 мас.%.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение катионного и анионного флокулянтов составляет 1:3.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области процессов разделения суспензий с выделением твердой фазы, предпочтительно, с использованием жидкой фазы как целевого продукта, и может быть использовано в рудо- и углеобогащении при улучшении фильтрационных характеристик осадков в процессах очистки питьевых и сточных вод от дисперсных примесей.

Известен (SU, авторское свидетельство 965457 В 01 D 21/01, 1982) способ сгущения шламов при производстве калийный удобрений путем введения солевого раствора калийной руды флокулянта, представляющего собой привитой сополимер акриламида и полисахаридов.

Недостатком известного способа следует признать его низкую эффективность.

Известен (SU, авторское свидетельство 1445796 В 01 D 1/02, 1988) способ флотации глинистокарбонатных шламов из калийсодержащих руд. Согласно известному способу проводят кондиционирование пульпы с полиакриламидом и собирателем оксанолом-18, а также лигносульфонатами при их соотношении с полиакриламидом и собирателем от 1:2:3 до 4:2:3.

Недостатком известного способа следует признать низкую скорость флокуляции глинистых частиц при одновременном значительном расходе флокулянтов.

Известен (RU, патент 2105727 С 02 F 1/52, 1998) способ осветления солевых растворов, образующихся при переработке сильвинитовой руды. Согласно известному способу в солевой раствор последовательно вводят растворимую соль или гидроксид натрия или калия, а затем полиакриламид с последующим отделением глинистых шламов.

Недостатком известного способа следует признать низкую скорость флокуляции глинистых частиц при одновременном значительном расходе флокулянтов.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого способа, состоит в разработке технологии концентрирования, сгущения и улучшения фильтруемости дисперсной фазы промышленных суспензий преимущественно из насыщенного солевого раствора.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого способа, состоит в увеличении скорости флокуляции глинистых частиц при одновременном повышении плотности шламов и уменьшении расхода флокулянтов.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ осаждения глинистых шламов из солевых растворов, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, включающий двухстадийную обработку суспензий флокулянтами, причем последовательно в обрабатываемый раствор вводят катионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп не менее 5% от общего количества амидных групп, а затем анионный флокулянт, содержащий амидный мономер, с количеством ионогенных групп 5-15% от общего количества амидных групп, при этом соотношение указанных флокулянтов составляет от 2:1 до 1:5,5. Предпочтительно используют катионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилакрилатом натрия, и анионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с акрилатом натрия. Однако могут быть использованы в качестве катионного флокулянта альгинат натрия, "Флокгель" (на основе крахмала), кремниевая кислота, карбоксиметилцеллюлоза и полиакриламид, а в качестве анионного флокулянта - сополимер акриламида с метакрилатом натрия, гидролизованный полиакриламид, "Седипур-КА", "Сепарин С-120" (оба на основе полиэтилендиамина). Предпочтительно при реализации способа используют сополимеры, количество ионогенных групп которых составляет 10% от общего количества амидных групп. Обычно флокулянты вводят в виде раствора с концентрацией 0,05-0,15 мас.%, но предпочтительно в виде 0,1 мас.с%, а наиболее предпочтительно в виде водно-солевого раствора с концентрацией 0,1 мас.%. Преимущественно соотношение катионного и анионного флокулянтов составляет 1:3.

Достаточно широко исследованы процессы флокуляции в водных и слабых солевых растворах. Однако работы по изучению использования флокулянтов в насыщенных солевых растворах заявителю не известны.

В работе были использованы промышленные образцы полиакриламида и сополимеров полиакриламида (марка "Праестол") с высокой молекулярной массой (9-14)·10⁶, причем в качестве сополимеров использовали сополимеры акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилакрилата (катионный флокулянт) и сополимеры акриламида с акрилатом натрия (анионный флокулянт) с различным количеством ионогенных групп. Кроме того, были проведены эксперименты с промышленно выпускаемыми флокулянтами: катионными - "Флокгель", карбоксиметилцеллюлоза и анионными гидролизованный полиакриламид и "Седипур-КА". Глина, используемая в исследованиях, представляет собой промышленные образцы глинистого шлама СОФ 2 РУ. Насыщенный солевой раствор готовили из руды СОФ 3 РУ путем растворения ее водой, плотность насыщенного солевого раствора составила 1,235 г/см³.

Растворение флокулянтов проводили путем растворения сополимера до концентрации 1,0 мас.% в водопроводной воде, а затем разбавляли насыщенным солевым раствором до концентрации 0,1 мас.%. Для исследования процесса флокуляции готовили суспензию глины СОФ 2 РУ (концентрация 2,5 мас.%, крупность частиц 0,25 мм) в насыщенном солевом растворе. Дозировку флокулянта проводили путем:

- однократного дозирования - в суспензию вводили 0,1 мас.% раствор флокулянта в количестве 0,2 г/кг глины;

- комбинированного дозирования - при сохранении общего количества флокулянта (0,2 г/кг глины) последовательно вводили катионный, а затем анионный флокулянты.

Для оценки эффективности работы использовали следующие параметры: вязкость растворов, вязкость суспензий, флоккулирующая способность - скорость осаждения, флоккулирующая способность - осветление, флоккулирующая способность - уплотнение осадка, флоккулирующая способность - содержание твердого вещества в осветленном растворе.

Флоккулирующая способность - скорость осаждения измеряли в стеклянном цилиндре объемом 250 мм с размещенной в нем дисковой мешалкой с отверстиями. Перед добавлением раствора флокулянта суспензию глины в насыщенном солевом растворе перемешивали путем троекратного вертикального перемещения мешалки, после добавления раствора катионного флокулянта перемешивали 10 раз, после добавления анионного флокулянта - 5 раз. После перемешивания измеряли время перемещения границы раздела фаз между двумя метками на расстоянии 100 мм одна от другой и рассчитывали скорость осаждения (V мм/сек). Эффективность флокуляции рассчитывали по формуле

D_ф = V/V₀, где

V - скорость осаждения при введении в систему анионного, катионного флокулянта или их смеси;

V₀ - скорость осаждения при введении в систему неионогенного полиакриламида.

Флоккулирующая способность - осветление измеряли на фотоколориметре при длине волны 540 нм. Пробы отбирали из середины указанного цилиндра. Эффективность осветления рассчитывали по формуле

D _осв = / ₀,

где

- оптическая плотность надосадочного раствора после введения исследуемого анионного или катионного флокулянта, а также их смеси;

₀ - оптическая плотность надосадочного раствора после введения неионогенного полиакриламида.

Флоккулирующую способность - уплотнение осадка определяли как толщину осадка на дне цилиндра, причем измерения проводили с интервалами времени (1; 1,5; 2; 3; 5; 10; 15 минут).

С использованием вышеуказанных параметров было установлено, что последовательное введение в систему противоположно заряженных флокулянтов резко повышает эффективность процесса флокуляции, причем введение последовательности катионный флокулянт - анионный флокулянт относительно введения неионогенного флокулянта повышает эффективность процесса флокуляции примерно в 1,5 раз, а эффективность осветления в 10 раз.

Аналогично с использованием тех же параметров было установлено, что желательно использовать соотношение катионный флокулянт - анионный флокулянт от 2:1 до 1:5,5, а наиболее предпочтительно 1:3.

Также с использованием тех же параметров было установлено, что желательно иметь в сополимерах количество ионогенных групп 5-15% от общего количества амидных групп, а наиболее предпочтительно 10%.

Было отмечено, что если для неионогенного флокулянта скорость осаждения составляет 6,4 мм/сек при высоте осадка через 1 минуту 57 мм и содержании в осветленном маточнике 14 мг/л нерастворимого остатка, то для оптимального варианта комбинации катионный флокулянт - анионный флокулянт эти значения соответственно составляют 8,0 мм/сек; 50 мм и 3,8 мг/л.

Также было установлено, что при соотношении катионный флокулянт - анионный флокулянт от 2:1 до 1:5,5 технический результат достигается, а при выходе за указанный диапазон технический результата не достижим.

В ходе опытно-промышленных испытаний было установлено, что при выдерживании оптимальных условий введения композиции флокулянтов (растворы 0,1 мас.%, соотношение катионный флокулянт - анионный флокулянт =1:3 при количестве ионогенных групп 10%) скорость осаждения глинистых частиц составляет 7,3 мм/сек при высоте остатка в течение 1 минуты 50 мм. При использовании допустимого диапазона соотношений катионный флокулянт - анионный флокулянт указанные величины составляют 6,9 мм/сек и 52 мм, а при выходе за указанный диапазон 5,2 мм/сек и 59 мм соответственно. При использовании вводимого дважды неионогенного флокулянта 5,8 мм/сек и 57 мм соответственно. Суммарный расход флокулянтов в случае использования комбинации катионный флокулянт - анионный флокулянт составил 70 - 75% от количества использованного катионного флокулянта.

Промышленные испытания предлагаемого способа были проведены на флотационной фабрике СОФ 3 РУ РУП "ПО "Беларуськалий". На первой стадии использовали 0,1 мас.% раствор катионного флокулянта (сополимер акриламида с метилхлоридом диметиламинопропилатом натрия с количеством ионогенных групп 10% от общего количества амидных групп) в насыщенном соляном растворе, на второй стадии - 0,1 мас.% раствор анионного флокулянта (сополимер акриламида с акрилатом натрия с количеством ионогенных групп 10% от общего количества амидных групп) в насыщенном соляном растворе, при этом соотношение указанных флокулянтов составляет 1: 3. В качестве контрольного образца использовали введение 0,1 мас.% раствор неионогенного флокулянта (полиакриламид) в насыщенном соляном растворе. Результаты приведены в таблице.

Таблица
Тип флокулянта	Скорость осаждения мм/сек	Высота осадка через промежуток времени
		1 мин	1,5 мин	2 мин	3 мин
контроль	7,1	50	44	41	37
опыт	9,8	44	40	37	35

Преимущество использования комбинации флокулянтов по основным параметрам очевидно. При этом необходимо отметить, что масса введенных в суспензию катионного и анионного флокулянтов составляет 0,7-0,75% от массы отдельно вводимого катионного флокулянта.

В ходе проведения эксперимента приготовление раствора катионного флокулянта осуществляли в установке приготовления полиэлектролита POLYDOS 412 фирмы ALLDOS. Рабочий раствор представлял собой 0,1% раствор в насыщенном соляном растворе руды СОФ 3 РУ, который перекачивали непосредственно в точки ввода катионного флокулянта, расположенные в промежуточных емкостях коллектора грязного маточника. Расход катионного флокулянта по точкам ввода был распределен пропорционально расходу грязного маточника. Контактирование катионного флокулянта с пульпой проводили в условиях интенсивного перемешивания в насосах, а также во время движения пульпы по трубопроводам в течение от 80 до 120 секунд. Это способствовало равномерному распределению катионного флокулянта по всему объему пульпы.

Приготовление раствора анионного флокулянта проводили в установке интенсивного растворения флокулянтов с использованием разбавления маточником. Анионный флокулянт подавали в желоб питания сгустителя в пульпу, уже обработанную катионным флокулянтом. Аналогичные результаты были получены при использовании пар флокулянтов: "Флокгель" - "Седипур - КА" и альгинат натрия - гидролизованный полиакриламид.

Дополнительным преимуществом использования комбинации флокулянтов относительно использования одного катионного флокулянта следует признать осветление маточника на 4,3% при снижении расхода флокулянтов примерно на 24-25%.