способ получения сорбента для сорбции тяжелых металлов

Формула изобретения

Способ получения сорбента для сорбции тяжелых металлов, в котором в водную дисперсию гуминсодержащего материала добавляют водный раствор силиката натрия, из полученной дисперсии формуют гранулы, которые обезвоживают, обрабатывают раствором кислоты, отмывают до нейтральной реакции и повторно обезвоживают, отличающийся тем, что операции обезвоживания гранул сорбента после их формования и отмывки осуществляют с помощью центрифуги под воздействием микроволнового излучения, причем обезвоживание после отмывки проводят до момента появления на поверхности гранул пористой стекловидной корки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения технологических форм гуминовых сорбентов, применяемых для очистки бытовых и промышленных сточных вод, а также в гидрометаллургии.

Известны способы получения гуминовых сорбентов путем извлечения гуматов из торфа, модифицирования их кремнекислотой, поливиниловым спиртом и их смесью (см. патент РФ № 2108859, РФ № 2131236).

Недостатком известных способов является высокая стоимость получаемых сорбентов, из-за чего полученные такими способами сорбенты применяются лишь в небольших объемах.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ получения сорбента, в котором в водную дисперсию гуминсодержащего материала добавляют водный раствор силиката натрия, из полученной дисперсии формуют гранулы, которые высушивают, обрабатывают раствором минеральной кислоты, отмывают до нейтральной реакции и повторно высушивают (см. патент РФ № 2198728).

Недостатками данного способа являются большая длительность и низкая производительность технологического процесса получения сорбента, которые предопределяют высокую себестоимость конечного продукта.

Задача изобретения заключается в снижении себестоимости получения сорбента.

Техническим результатом является ускорение процесса высушивания, а также повышение механической прочности гранул сорбента.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе получения сорбента, в котором в водную дисперсию гуминсодержащего материала добавляют водный раствор силиката натрия, из полученной дисперсии формуют гранулы, которые высушивают, обрабатывают раствором минеральной кислоты, отмывают до нейтральной реакции и повторно высушивают, согласно изменению операции высушивания гранул сорбента, после их формования и после отмывки, осуществляют с помощью центрифуги при воздействии микроволнового излучения.

Способ получения сорбента для сорбции тяжелых металлов осуществляется следующим образом.

В водную дисперсию гуминосодержащего материала (например, торфа) добавляют водный раствор силиката натрия (жидкого стекла) в количестве 5-20% (по SiO₂ ), из полученной дисперсной массы формуют гранулы, которые высушивают во вращающемся с частотой 1400 об/мин цилиндрическом фторопластовом контейнере с мелкими перфорациями на образующей, объемом примерно 1 литр (размер перфораций - в два раза меньше среднего размера гранул сорбента). Одновременно на вращающийся контейнер воздействуют микроволновым излучением частотой 1,450 гГц, мощностью 600 Вт. Обезвоживание гранул сорбента под воздействием микроволнового излучения происходит в течение ~3 мин, после чего гранулы сорбента остывают до комнатной температуры и их обрабатывают 20% раствором минеральной кислоты (например - 20% раствором фосфорной кислоты. Можно обработать и 20% раствором другой кислоты, например - щавелевой, при этом образуются гранулы с другим составом матрицы, что, однако, незначительно влияет на сорбционные свойства и качества действующего начала сорбента). Отмывают проточной водой до нейтральной реакции и повторно обезвоживают в центрифуге под воздействием микроволнового излучения той же мощности, но уже в течение ~5 мин.

Более длительное воздействие микроволнового излучения приводит не только к увеличению скорости химической реакции и скорости обезвоживания. В первой операции обезвоживания в результате взаимодействия силикатной составляющей с минеральной (зольной) частью торфа, в котором также содержится 55-70% SiO₂, образуется прочный минеральный каркас, а щелочная составляющая приводит к образованию растворимых гуматов натрия, которые после кислотной обработки переходят в нерастворимые гуминовые кислоты. Введение в гуминосодержащий материал порообразующих веществ, например карбонатов, приводит к образованию в гранулах сорбента пористой структуры, благодаря которой улучшается кинетика процесса сорбции.

Во второй операции обезвоживания кроме ускорения процесса обезвоживания воздействие микроволнового излучения приводит к образованию на поверхности гранул сорбента пористой стекловидной корки, которая придает гранулам высокую механическую прочность в сухом состоянии, удовлетворительную кислотостойкость и водостойкость. Гранулы оказываются значительно более прочными, чем, например, гранулы активированного угля.

Наличие прочной стекловидной корки на поверхности гранул позволяет использовать их в динамических условиях многоциклового режима «сорбция - десорбция» (более 20 циклов). При этом не замечено снижения сорбционной емкости сорбента, составляющей 1,2-5 ммоль/г, в зависимости от содержания связующего.

При регенерации гранул, спеченных в результате воздействия микроволнового излучения, образуется заметно меньше пыли. Этот факт является косвенным доказательством более высокой прочности гранул, спеченных микроволновым излучением. Ведь при обжиге гранул обычным способом стекловидная корка появляется лишь в точке контакта гранулы с нагревающей поверхностью. Вся остальная поверхность гранулы при этом остается пористой и рыхлой. Дальнейший нагрев ведется с перемешиванием гранул, что приводит к появлению новых точек со стекловидной коркой на поверхности гранулы. Но в результате перемешивания не все поверхности гранул окажутся полностью покрытыми стекловидной коркой (из-за неравномерности нагрева с разных направлений). На поверхности гранул, спеченных обычным способом, всегда остаются участки без стекловидной корки или с недопеченной коркой. Такие участки, с одной стороны, являются участками, сорбирующими более активно, а, с другой стороны, в процессе регенерации, которая проводится с перемешиванием гранул, именно участки с непропеченной поверхностью разрушаются в первую очередь при столкновении с другими гранулами. В результате образуется пыль, а от многих гранул остаются лишь осколки, которые разрушаются еще быстрее.

Гранулы же, спеченные с помощью микроволнового излучения, могут и не обладать более высокой прочностью, но стекловидная корка покрывает их поверхность равномерно, недопеченных участков на них практически нет, поэтому разрушаются они гораздо меньше.