способ получения гранулированного фильтрующего материала

Формула изобретения

Способ получения гранулированного фильтрующего материала, включающий помол смеси исходных компонентов, содержащей кембрийскую глину и доломит, приготовление суспензии, сушку и обжиг, отличающийся тем, что смесь исходных компонентов дополнительно содержит гранитные отсевы, бой керамических изделий и стеклобой при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кембрийская глина	60,0-69,0
доломит	12,0-15,0
гранитные отсевы	12,0-14,0
бой керамических изделий	4,0-6,0
стеклобой	3,0-5,0

сушку суспензии осуществляют в кипящем слое, а обжиг при 650-700°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения гранулированного фильтрующего материала и может быть использовано в технологии очистки природных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения и очистки сточных вод в фильтровальных сооружениях.

Известен способ получения гранулированного фильтрующего материала (SU № 1243807, B01J 20/02, опубл. 07.09.1988), включающий введение в суспензию из каолина порошкообразного доломита в количестве 20-25% от массы каолина, гранулирование смеси и обжиг гранул при температуре 900 950°С. Известен также способ получения гранулированного фильтрующего материала (SU № 1152650, B01J 20/02, опубл. 30.04.1985), включающий введение в суспензию из каолина неорганической добавки карбоната магния в количестве 15-30% от массы суспензии с последующей грануляцией и обжигом при температуре 850 900°С. Однако эти фильтрующие материалы не обеспечивают эффективной требуемой очистки природной воды при высокой цветности, обусловленной гумусовыми веществами, а также при очистке промышленных сточных вод при высокой концентрации тяжелых металлов.

Известен также способ получения гранулированного фильтрующего материала (RU № 2077380, В01J 20/02, 20/04, опубл. 20.04.1997), включающий введение в глинистую суспензию порошкообразного доломита в количестве 15-18% от массы глины с последующей грануляцией и обжигом при температуре 800 880°С. Однако и этот фильтрующий материал не обеспечивает эффективной очистки природных вод с высокой концентрацией гумусовых веществ, а также промышленных сточных вод, имеющих в своем составе ионы тяжелых металлов, таких как цинк, медь, кадмий и т.д.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ получения фильтрующего материала, включающий введение в глинистую суспензию порошкообразного доломита в количестве 10 20% от массы глины с последующим механическим обезвоживанием смеси, подсушиванием ее при температуре 200 400°С, грануляцией и обжигом при температуре 800 900°С (RU № 2216385, B01D 39/06, B01J 20/02, опубл. 20.11.2003). Этот фильтрующий материал имеет невысокую сорбционную емкость по тяжелым металлам из-за недостаточного количества активных центров на поверхности гранул и высокую температуру обжига.

Задача изобретения - создание фильтрующего материала с высокой сорбционной емкостью при более низких температурах его получения.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гранулированного фильтрующего материала, включающем помол смеси исходных компонентов, содержащей кембрийскую глину и доломит, приготовлении суспензии, сушку и обжиг, смесь исходных компонентов дополнительно содержит, гранитные отсевы, бой керамических изделий и стеклобой при следующем соотношении компонентов (мас.%):

кембрийская глина	60,0-69,0
доломит	12,0-15,0
гранитные отсевы	12,0-14,0
бой керамических изделий	4,0-6,0
стеклобой	3,0-5,0

сушка суспензии осуществляют в кипящем слое, а обжиг при температуре 650-700°С.

На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый способ получения фильтрующего материала неизвестен и данное техническое решение обладает новизной.

Кембрийская глина - легкоплавкая, полукислая, низкодисперсная, с низким содержанием крупнозернистых включений, насыпная плотность 1450 кг/м³, интервал спекания 50-100°С. Данные химического анализа глины представлены в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав кембрийской глины, мас.%
SiO2	TiO2 +Аl2О3	Fе2О3	CaO	MgO	K2O	SO 3	П.п.п.
62,83	17,29	6,64	1,24	2,73	4,5	0,54	4,26

Доломит - CaMg(CO₃)₂ - минерал группы карбонатов, по химическому составу двойной карбонат кальция и магния: СаСО ₃·МgСО₃, содержит примеси глины, известняка. При температуре 600-700°С происходит диссоциация MgCO ₃, при 830-900°С происходит диссоциация СаСО₃ .

Гранитные отсевы представлены в основном на 40-60% полевыми шпатами (ортоклазом), а также слюдой и роговой обманкой на 5-20% и кварцем 20-40%. Санидин и адуляр - общее название ортоклаз - моноклинные кристаллические модификации калиевого полевого шпата (К₂O·Аl₂O₃ ·6SiO₂). В качестве слюд может быть мусковит, флагопит, биотит.

Бой обожженных керамических изделий состоит в основном из силикатов кальция и магния и кварца.

Стеклобой представляет собой сплав смеси различных силикатов (Na₂O·CaO·6SiO₂).

Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.

Для изготовления фильтрующего материала по предлагаемому способу дозируют и подвергают помолу в шаровой мельнице до остатка на сите 0,08 не более 1% кембрийскую глину, доломит, гранитные отсевы, бой керамических изделий, стеклобой. Полученный шликер с влажностью 40-50% сушат в башенной распылительной сушилке (например, конструкции ПКБ НИИстройкерамика или СМК-148). Суспензия подается в рабочее пространство сушильной камеры. Для распыления суспензии применяют механические форсунки. Сушка материала газами в кипящем слое заключается в псевдоожижении сыпучего материала горячим потоком газа и сушке его в «кипящем слое», что позволяет исключить процесс помола и грануляции массы, кроме того, сократить потери массы и добиться получения стабильного зернового состава и шарообразной формы зерен. Полученный гранулированный материал с влажностью 6-8% обжигается при температуре 650-700°С.

Исходные компоненты при распылительной сушке и дальнейшем обжиге претерпевают определенные физико-химические превращения, формирующие пористую структуру фильтрующего материала. Кроме того, совместное присутствие кембрийской глины, доломита, гранитных отсевов, боя керамических изделий, стеклобоя приводит к появлению новых донорных активных центров, что увеличивает сорбционную емкость заявляемого материала. Испытания проводились по таким тяжелым металлам, как ионы железа и кадмия. Высота загрузки и скорость фильтрации одинаковая. Следовательно, высоту загрузки предлагаемого фильтрующего материала можно уменьшить. Фильтрующий материал был получен при температуре 650-700°С, что гораздо ниже, чем температура получения прототипа (800-900°С).

Таблица 2 Состав и свойства фильтрующего материала
№ п/п	Фильтрующий материал, состав, мас.%	Сорбционная емкость по железу, мг/г
Кембрийская глина	Доломит	Гранитные отсевы	Бой керамических изделий	Стеклобой
Прототип	80,0-90,0	10,0-20,0	-	-	-	1,8
1	60,0	15,0	14,0	6,0	5,0	2,0
2	64,5	13,5	13,0	5,0	4,0	2,1
3	69,0	12,0	12,0	4,0	3,0	2,0

Сорбционная емкость определялась на основании данных технологического моделирования процесса очистки воды фильтрованием, выполняемого в соответствии с методикой, разработанной Д.М.Минцем (Технология очистки природных вод фильтрованием / Е.Г.Петров, П.П.Бегунов. - СПб, 2006. 54 с.). Анализ таблицы показывает, что сорбционная емкость по железу предлагаемого фильтрующего материала увеличивается на 17% при более низких температурах его получения.