способ производства сорбента тяжелых металлов и других загрязнителей на основе глинистых пород

Формула изобретения

1. Способ производства сорбента тяжелых металлов и других загрязнителей на основе глинистых пород, заключающийся в обработке глинистых пород химическими реагентами с получением вязкопластичной массы, отличающийся тем, что глинистую породу обрабатывают кислым реагентом в течение 0,5 1 ч, после чего ее нейтрализуют щелочным реагентом до pH 12 14 с одновременным внесением пептизирующих добавок, при этом обработку кислыми и щелочными реагентами производят при нормальных или повышенных температурах до 150^oС и давлении до 5 ати.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислого реагента применяют кислый промсток в количестве 25 35% от массы глинистой породы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислого реагента используют раствор неорганической кислоты при pH раствора кислоты 0,1 2,0 в количестве 25 35% от массы глинистой породы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента для нейтрализации применяют карбидный шлам или известковое молоко в количестве 25 30% от массы глинистой породы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента для нейтрализации используют цемент в количестве 5 10% от массы глинистой породы.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента для нейтрализации используют жидкое стекло в количестве 2 5% от массы глинистой породы.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента для нейтрализации применяют промывную щелочную воду ТЭЦ, взятую в отдельности или с золой уноса в виде суспензии при pH 12 14 в количестве 25 35% от массы глинистой породы или используют щелочной сток при pH 12 11 и выше в количестве 25 35% от массы глинистой породы.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пептизирующей добавки используют калогенно-танидный реагент в количестве 0,05 0,15% от массы глинистой породы.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пептизирующей добавки используют пирофосфат натрия в количестве 0,08 0,1% от массы глинистой породы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства минеральных сорбентов повышенной активности, предназначенных для очистки промстоков и подобных им жидкостей от ионов тяжелых металлов и других экологически вредных веществ.

В сорбционных методах очистки промстоков возрастающее применение находят природные сорбенты. Однако сами по себе природные сорбенты в ряде случаев применять для очистки промстоков нерационально из-за повышенного их расхода. Поэтому при очистке промстоков с использованием природных сорбентов возникает необходимость повышения их сорбционной емкости или эффективности с помощью различных технологических приемов.

Известна технология кислотной активации глин, обеспечивающая значительное повышение их сорбционной емкости за счет вытеснения щелочных металлов, железа и алюминия. Глины обрабатывают серной, соляной и другими неорганическими кислотами. Однако кислотная активация не может рассматриваться как вполне эффективный и универсальный способ. Лучшие результаты достигаются при кислотной обработке мономинеральных бескарбонатных глин, например монтмориллонитового состава.

Известен способ получения сорбента путем обработки монтмориллонита серной или соляной кислотой при нагревании, добавления фосфорной кислоты до соотношения P₂O₅/(Fe, Al)₂O₃ в гидрогеле (0,7 - 1):1, обработку пульпы раствором аммиака, промывку и сушку. Однако этот способ рассчитан на получение сорбента контактного действия, использующего только сорбционно-активную твердую фазу. Вместе с тем, он отличается рядом технологических сложностей и большим расходом дорогостоящих химических реагентов (в частности, H₃PO₄). Кроме того, в способе используется мономинеральная глина, что существенно сужает возможность его практической реализации.

Известен способ получения сорбента из серицитовых глин, загрязненных маслом, включающий их обработку при нагревании серной кислотой, промывку водой и удаление масла растворителями, затем обработку раствором щелочи при повышенной температуре и отделение сорбента от раствора. Этот способ является наиболее близким аналогом по решению задачи к предлагаемому изобретению. Однако ему присущи те же недостатки, что и предыдущему способу, в части неполного использования сорбционно-активных фаз минерального сырья и его специфичности, сложности и многочисленности технологических операций, большого расхода реагентов и нерациональной их потери при промывке и т.д.

В соответствии с принятым прототипом по приведенному выше патенту США, задачей изобретения является получение максимального количества сорбционно-активных фаз из гидролизуемых алюмосиликатов глинистой породы и, прежде всего:

коллоидно-дисперсной фазы в виде глинозема Al(OH)₃, кремнегеля SiO₂nH₂O, геля гидроксида железа Fe₂O₃nH₂O и т.д. (типа Me_nO_mxH₂O);

твердой фазы алюмосиликатов глинистых пород в виде подвергшейся кислотно-щелочной деструкции, энергетическому разбалансированию кристаллических решеток поверхностных зон глинистых минералов и их пакетов;

коллоидно-гелевой фазы органических веществ, содержащихся в глинистых породах;

молекулярно- и ионнорастворимой фазы, образующейся в ходе кислотно-щелочного гидролиза алюмосиликатов глинистой породы и способствующей процессам комплесообразования и сорбции различных ингредиентов дисперсионной среды и т. д. При этом коллоидно-дисперсная, молекулярно- и ионнорастворимые фазы сорбента выполняют свою функцию сквозьрастворно (т.е. во всем объеме очищающей жидкости), а твердая фаза топохимически, т. е. контактным действием за счет наличия свободных энергетических связей, разбалансированных кристаллических решеток глинистых минералов в результате кислотно-щелочного гидролиза.

В отличие от прототипа при получении сорбента по предлагаемому способу никаких промывок и удалений щелочами кремнегеля, глинозема и т.д. не производится, что упрощает технологию, уменьшает трудозатраты и расход реагентов. Получаемый сорбент в виде пасты включает все компоненты минерального сырья и ингредиентов кислотно-щелочного гидролиза.

Техническим результатом изобретения является предельно полное использование всех вещественных составляющих минерального сырья химических реагентов, максимальное повышение сорбционной емкости природных сорбентов, сокращение длительности переработки и упрощение технологии и удешевление сорбента благодаря уменьшению расхода химических реагентов, а также частичной их замене промышленными отходами.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства сорбента тяжелых металлов и других загрязнений на основе глинистых пород, заключающемся в обработке глинистых пород химическими реагентами с получением вязко-пластичной массы, в соответствии с предлагаемым изобретением глинистую породу обрабатывают кислым реагентом в течение 0,5 1 ч, после чего ее нейтрализуют щелочным реагентом до pH=12 14 с одновременным внесением пептизирующих добавок, при этом обработку кислым и щелочным реагентами производят при нормальных или повышенных температурах до 150 град. C и давлении до 5 ати. Наряду с этим, в качестве кислого реагента применяют кислый промсток в количестве 25 35% от веса глинистой породы. Кроме того, в качестве кислого реагента используют раствор неорганической кислоты при pH раствора 0,1 0,2 от веса глинистой породы. Вместе с тем, нейтрализацию щелочным реагентом проводят карбидным шламом или известковым молоком в количестве 25 30% от веса глинистой породы. Помимо того, нейтрализацию щелочным реагентом выполняют цементом в количестве 5 10% от веса глинистой породы, или жидким стеклом в количестве 2 5% от веса породы, или промывной щелочной водой ТЭЦ, взятой в отдельности или с золой уноса в виде суспензии при pH=12 14 в количестве 25 35% от веса породы. Кроме того, нейтрализацию щелочным реагентом проводят щелочным промстоком при pH=11 12 в количестве 25 35% от веса породы. Наряду с этим в качестве пептизирующей добавки используют каллогенно-тэнидный реагент, синтезируемый согласно а.с. N 275925 от 15.12.67 в количестве 0,05 0,15% от веса породы.

Приготовленный сорбент в виде вязко-пластичной пасты рекомендуется хранить в условиях, исключающих испарение из нее влаги, благодаря чему он сохраняет свою исходную коллоидно-дисперсную структуру и консистенцию и может применяться для очистки загрязненных жидкостей по мере необходимости.

Предложенный способ поясняется следующими примерами его реализации.

Пример 1.

Для производства сорбента была использована глина кембрийская (Ленинградское месторождение), по минералогическому составу гидрослюдистая с числом пластичности 22,9, содержащая физической глины 53,2% глинистых частиц (<0,001 мм) 33,5% В состав глины входят (мас.): SiO₂ 64,3; Al₂O₃ 17,02; Fe₂O₃ -4,37; CaO 1,85; MgO - 2,21; SO₃ 0,09; Na₂O 0,71; K₂O 3,6; п.п.п. 4,5. Содержание карбонатов меньше 2%

Сорбент в виде пасты готовится из указанной глины обработкой 0,1 N соляной кислоты или кислым промстоком с pH<3. Затем после кислотной активации паста подвергалась нейтрализации и щелочному гидролизу с помощью добавок извести или цемента или карбидного шлама, с внесением пептизаторов и доведением pH среды до 12 14. Часть паст готовилась при нормальной температуре и давлении, другая с подогревом до 100^oC, а также с подогревом и при повышенном давлении (путем автоклавирования при t=150^oC и давлении 5 ати приготовленные пасты совмещались с очищаемым промстоком, перемешивались в течение 1 мин, затем производилось отделение осветленной жидкости от осадка). Осветленная жидкость подвергалась химическим анализам для определения содержания в ней тяжелых металлов и вычисления процента удаления металлов из очищаемой жидкости.

Химический состав кислого промстока, использованного для приготовления пасты и последующей его очистки, характеризовался компонентами (% массы): Al

1; Mg 3, Fe 5, Mn -4010^-2; Ni 10010^-3, Co - 310^-3, V -0,310^-3; Cr 50010^-3; Cu 7010^-3; Pb -40010^-4; Zn 1,0; Cd 1,0; pH=2,66.

Сорбенты-пасты вносились в кислый промсток в соотношении твердой фазы к жидкой 1:100. Степень очистки жидкости от тяжелых металлов с помощью сорбентов паст составила 94,0 99,24% при этом такие элементы, как Al, Fe, Mg, Ni, Cu, показали степень очистки от 90 дл 99 а элементы: Cr, Pb, Zn, Cd характеризовались 99,5 100% -ной очисткой. Лучшие результаты получены для сорбентов паст, приготовление которых производилось с подогревом и автоклавированием гидролизуемой массы.

Пример 2.

Сорбенты пасты были также использованы для очистки промстока с повышенным содержанием металлов. Химический состав такого промстока характеризовался (мг/л): Al 20,74, Fe -65,34, Zn 5,7, Cr 1,0, Cd 2,5, Ni -6,32, Mn - 3,3, Cu 0,89, pH=4,15. Степень очистки указанного промстока сорбентами-пастами составила 99,6 -99,81%

Применение сорбентов-паст для очистки промстоков при пониженных расходах Т: Ж 1:400, 1:1000 показало эффективность степени очистки промстоков от тяжелых металлов от 93 до 99% и более. Лучшие результаты очистки получены для сорбентов-паст, подвергшихся кислотно-щелочному гидролизу при повышенных температуре и давлении с использованием пептизации глинистой породы.

Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения заключается в использовании для производства сорбента практически повсеместно распространенного дешевого природного сырья в виде различных видов глинистых пород (глин, суглинков, сапропелей и т.д.), для обработки которых используются в небольших количествах химические реагенты. При этом большая часть реагентов может заменяться промышленными отходами, содержащими кислоты и щелочи. Технология производства сорбентов по сравнению с известным способом упрощена за счет уменьшения числа технологических операций и длительности их выполнения. Кроме того, важным технико-экономическим преимуществом предложенного способа в сравнении с известным является то, что он обеспечивает максимальное использование потенциальной сорбционной активности природного сырья: реализуется в процессах сорбции не только твердая фаза минерального сырья, но и коллоидно-дисперсная, молекулярно- и ионнорастворимая и другие фазы. Важным в технико-экономическом отношении является и то, что получаемый после осветления жидкости осадок является в экологическом отношении менее опасным, поскольку в осадке тяжелые металлы находятся не в виде гидроокисей, а в форме комплексных соединений, и поэтому осадок безопасен для окружающей среды и может быть утилизирован для производства различных строительных материалов.