Способ получения гумино-минерального концентрата и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к производству органо-минеральных препаратов, сорбентов, флокулянтов, коагулянтов, мелиорантов, кондиционеров почв, удобрений, а также органо-минеральных веществ с поверхностно-активными, ионообенными, хелатообразующими, комплексообразующими и биологически активными свойствами и может применяться в инженерной экологии. Способ осуществляется путем электролиза и электрофореза жидкофазной щелочной среды солей гуминовых кислот, полученной щелочной экстракцией гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащей соли гуминовых кислот и тонкодисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, с образованием на поверхности анода гумино-минерального концентрата и последующим выводом из электролита целевого продукта. В качестве жидкофазной щелочной среды используют водную пульпу солей гуминовых кислот с содержанием сухого вещества до 12%, полученную щелочной экстракцией гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащую соли гуминовых кислот, гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, содержание которых составляет до 35% от массы сухого вещества пульпы. Кроме того, дополнительно осуществляется электрофлотация гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов с образованием на поверхности анода целевого продукта. При этом организуют восходящий поток пульпы, направление движения которого совпадает с направлением вращения анода, а пену отводят вместе с отработанным электролитом и производят ее физико-химическое разрушение. Устройство для получения концентрата содержит соединенную с источником постоянного тока по меньшей мере одну пару ванн, каждая из которых представляет собой катод и расположенные в ваннах аноды, которые снабжены приспособлениями для съема целевого продукта, а ванны снабжены приспособлениями для подвода исходного и отвода отработанного электролита. Кроме того, устройство содержит по крайней мере одно инициирующее приспособление, установленное в приспособлении для отвода отработанного электролита, которое выполнено с возможностью отвода отработанной водной пульпы и установлено между каждой парой ванн, с которыми оно сообщено по всей их длине. Приспособление для подвода исходного электролита выполнено с возможностью подвода исходной водной пульпы, установлено в нижней части ванны и сообщено с ее полостью по всей длине ванны, при этом максимальный угол установки не превышает 45^o. Кроме того, устройство снабжено приспособлением для снятия с поверхности слоя целевого продукта пленки пульпы, образующим совместно с крышкой приспособления для отвода электролита единую полость, внешние и внутренние поверхности которой покрыты термостойким звукопоглощающим материалом. Изобретение позволяет более полно использовать физико-химические эффекты электролиза и электрофореза, предотвращает отрицательное влияние выделяющихся пузырьков на протекание процесса, исключает пожаро- и взрывоопасность, обеспечивает удобство в обслуживании установки и увеличивает производительность. Кроме того, снижается энергоемкость процесса, повышается качество гумино-минерального концентрата. 2 с. и 14 з. п. ф-лы., 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области производства органо-минеральных препаратов, сорбентов, флокулянтов, коагулянтов, мелиорантов, кондиционеров почв, удобрений, а также органо-минеральных веществ с поверхностно-активными, ионообменными, хелатообразующими, комплексообразующими и биологически активными свойствами.

Изобретение найдет применение в инженерной (промышленной) экологии для детоксикации и очистки почв и земель, загрязненных органическими и неорганическими экотоксикантами, для рекультивации нарушенных земель, промышленных отвалов и свалок, для детоксикации и утилизации твердых и жидких отходов, в коммунальном хозяйстве городов и населенных пунктов для очистки сточных вод и утилизации осадков, для восстановления свойств и функций почвенного покрова, для детоксикации и рекультивации полигонов захоронения твердых бытовых отходов, в сельском хозяйстве для восстановления свойств и увеличения плодородия почв.

Источником получения гумино-минерального концентрата являются широко распространенные в природе каустобиолиты угольного ряда (горючие сланцы, угли, торф) и гумиты (почва, речные, озерные и морские донные осадки), а также продукты переработки органических материалов (компосты).

Известен способ получения гуминового концентрата (RU 2125039 А), путем осуществления электролиза водного щелочного раствора солей гуминовых кислот с образованием целевого продукта и выводом его из электролита, при этом электролиз проводят в единой зоне между анодом и катодом при установлении на аноде электрического потенциала, достаточного для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкого, чем потенциал разряда гидроксильных ионов.

Известный способ характеризуется низкой эффективностью и малой производительностью, высокой энергоемкостью и сложностью проведения процесса, обусловленных необходимостью тонкой очистки раствора, обратимостью выделения и растворения гумино-минерального концентрата, большими потерями электроэнергии и проведением мероприятий по сбору, удалению и гашению пожаро- и взрывоопасной пены.

Известно устройство получения гуминового концентрата (см. там же), содержащее соединенные с источником электрического тока электролизную ванну, представляющую собой катод, и расположенный в ванне анод с приспособлением для съема целевого продукта.

Данное устройство имеет низкую эффективность, малую производительность, сложно в эксплуатации, обусловленные отсутствием необходимых конструктивных и технических элементов для правильной организации и ведения процесса и получения стабильного по своему составу и свойствам целевого продукта. При этом данное устройство опасно в обслуживании из-за образования и накопления большого количества пожаро- и взрывоопасной водородсодержащей пены.

Известен способ получения гумино-минерального концентрата (RU 2175651 А) путем осуществления электролиза жидкофазной щелочной среды в виде водной суспензии солей гуминовых кислот и электрофореза тонкодисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов, при этом поток водной суспензии равномерно распределяют по рабочей поверхности анода, его движение организуют в направлении, противоположном направлению вращения анода, и производят гашение пены.

При реализации данного способа - электролиз водной суспензии солей гуминовых кислот в единой зоне между анодом и катодом в условиях противоположно направленных движения суспензии и вращения анода не обеспечивает направленного отвода образующихся на катоде пузырьков водорода и образующегося на аноде кислорода и других электролитических газов, в результате чего объем суспензии в зоне между анодом и катодом насыщается пузырьками. Это приводит к значительному падению электропроводности (к увеличению электрического сопротивления) электролита, что вызывает необходимость увеличения напряжения и значительного дополнительного расхода электроэнергии. При этом всплывающие пузырьки электролитических газов создают пену по всей площади зеркала электролита, отвод которой в отстойные зоны для ее гашения чрезвычайно затруднен. В результате пена переливается через стенки электролизной ванны, создавая опасность взрыва или пожара; - электрофорез тонкодисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов исходной водной суспензии, содержание которых составляет 1,5-20 мас.% от массы солей гуминовых кислот, в единой зоне между анодом и катодом протекает сравнительно слабо, так как в условиях противоположного направления движения суспензии и вращения анода возникает значительный гидродинамический градиент относительной скорости, быстро выводящий вышеуказанные частицы и комплексы из зоны электрофореза. При этом в образующейся в единой зоне между анодом и катодом пузырьковой среде эти частицы и комплексы испытывают большое сопротивление при движении к аноду. Эти обстоятельства приводят к насыщению циркулирующей суспензии тонкодисперсными гумино-минеральными частицами и комплексами и значительному их выпадению в осадок на дно электролитической ванны, что вызывает необходимость периодической остановки и очистки ванны от осадка.

Все это делает известный способ сравнительно малоэффективным и малопроизводительным.

Известно также устройство для получения гумино-минерального концентрата (см. там же), содержащее соединенные с источником постоянного тока ванны, представляющие собой катоды, и расположенные в ваннах аноды, которые снабжены приспособлениями для съема целевого продукта, для снятия с поверхности целевого продукта пленки суспензии и для гашения пены, а ванны снабжены приспособлениями для подвода исходной и отвода отработанной водной суспензии.

В известном устройстве приспособления для съема с поверхности анода целевого продукта, каждое из которых выполнено в виде скребка, прижимаемого к поверхности анода по всей образующей цилиндра, не обеспечивают надежного съема продукта из-за нестрогой цилиндричности рабочей поверхности анода и различий в силе прижима скребка по ее длине. В результате отдельные части рабочей поверхности анодов покрываются продуктом в виде плотного сажеподобного материала. Из-за неэлектропроводности такого материала съема целевого продукта с этих частей не происходит.

Взаимное расположение приспособлений для подвода и отвода отработанной водной суспензии усложняет эксплуатацию установки и приводит к образованию осадка из тонкодисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов на дне ванны. В результате работу установки периодически прекращают для очистки дна от осадков.

Приспособление для гашения пены, выполненное в виде пеногасящих насадок, лишь частично разрушает пену, в результате чего при длительной работе установки на поверхности электролита накапливается пена, которая переливается через стенки ванны (боковые и торцевые), попадает на токоподвод, электропривод и на пол. При этом пена создает большие неудобства при эксплуатации установки и определенную опасность возникновения пожара или взрыва. При длительном отстое пены из нее выделяется водород, что предопределяет необходимость обустройства над установкой специальных зонтов и организацию вентиляции.

Все это в совокупности делает известное устройство сравнительно малопроизводительным и сложным в эксплуатации.

В основу заявляемого изобретения положена задача создать способ получения гумино-минерального концентрата с такой жидкофазной щелочной средой, условиями и режимами ведения процесса и устройство для его осуществления с таким конструктивным выполнением, которые позволили бы более полно использовать физико-химические эффекты электролиза и электрофореза исходной жидкофазной щелочной среды, предотвратить отрицательное влияние выделяющихся пузырьков на протекание процесса получения целевого продукта с превращением его в дополнительный положительно действующий фактор получения целевого продукта, исключить пожаро- и взрывоопасность и обеспечить удобство обслуживания установки, что позволит повысить эффективность и производительность, а также снизить энергоемкость процесса, повысить и стабилизировать качество гумино-минерального концентрата.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения гумино-минерального концентрата путем осуществления электролиза и электрофореза жидкофазной щелочной среды солей гуминовых кислот, полученной щелочной экстракцией гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащей соли гуминовых кислот и тонкодисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, с образованием на поверхности анода гумино-минерального концентрата и последующим выводом из электролита целевого продукта согласно изобретению в качестве жидкофазной щелочной среды используют водную пульпу солей гуминовых кислот с содержанием сухого вещества до 12 мас.%, полученную щелочной экстракцией гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащую соли гуминовых кислот, гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, содержание которых составляет до 35 мас.% от массы сухого вещества пульпы, и дополнительно осуществляется электрофлотация гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральные частиц и комплексов с образованием на поверхности анода целевого продукта, содержащего гуминовые кислоты, выделяющиеся при электролизе, тонкодисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, выделяющиеся при электрофорезе, и гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы и агрегаты, выделяющиеся при электрофлотации, при этом организуют восходящий поток пульпы, направление движения которого совпадает с направлением вращения анода, а пену отводят вместе с отработанным электролитом и производят ее физико-химическое разрушение.

Физико-химическое разрушение пены производят непрерывно или периодически как путем термического воздействия, так и путем электроискрового воздействия на нее в звукоизолированной полости с термостойким покрытием.

Поставленная задача решается также тем, что устройство для получения гумино-минерального концентрата, содержащее соединенную с источником постоянного тока по меньшей мере одну пару ванн, каждая из которых представляет собой катод, и расположенные в ваннах аноды, которые снабжены приспособлениями для съема целевого продукта, а ванны снабжены приспособлениями для подвода исходного и отвода отработанного электролита, согласно изобретению содержит по меньшей мере одно инициирующее приспособление, установленное в приспособлении для отвода отработанного электролита, которое выполнено с возможностью отвода отработанной водной пульпы и установлено между каждой парой ванн, с которыми оно сообщено по всей их длине, при этом приспособление для подвода исходного электролита выполнено с возможностью подвода исходной водной пульпы, установлено в нижней части ванны и сообщено с ее полостью по всей длине ванны, при этом максимальный угол установки указанного приспособления к вертикальной оси ванны не превышает 45^o, и, кроме того, устройство снабжено приспособлением для снятия с поверхности слоя целевого продукта пленки пульпы, образующим совместно с крышкой приспособления для отвода отработанного электролита единую полость, внешние и внутренние поверхности которой покрыты термостойким звукопоглощающим материалом, например резиной акустической. Крышка приспособления для отвода отработанного электролита может быть установлена с возможностью перемещения в вертикальном направлении.

Приспособление для съема целевого продукта может быть выполнено в виде скребка, разделенного на секции, каждая из которых установлена с возможностью регулирования угла касания и силы прижима к боковой поверхности анода с помощью прижимных приспособлений.

Приспособление для подвода исходного электролита может быть выполнено в виде желоба, который может быть сообщен с полостью ванны либо посредством отверстий, выполненных вдоль образующей ванны, либо посредством продольной щели, выполненной вдоль образующей ванны.

Приспособление для отвода исходного электролита может быть выполнено в виде желоба, который сообщен с полостью ванны посредством переливных порогов, а приспособление для снятия с поверхности слоя целевого продукта пленки пульпы - в виде рамы с плотным материалом.

Инициирующее приспособление может быть выполнено в виде либо пламенной горелки, либо электроискрового разрядника.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых фиг.1 изображает схематично устройство для получения гумино-минерального концентрата с одной парой ванн; фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1; фиг.3 - вид по стрелке В на фиг.1.

В соответствии с заявляемым изобретением гумино-минеральный концентрат целесообразно получать из жидкофазной щелочной среды солей гуминовых кислот с содержанием сухого вещества до 10-12 мас.%, полученных щелочной экстракцией гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащей соли гуминовых кислот, гидратированные тонкодисперсные (илистые и глинистые фракции с размером частиц менее 10-50 мкм) и гидратированные среднедисперсные (пылеватые и песчаные фракции с размером частиц менее 100-150 мкм) гумино-минеральные частицы, комплексы и агрегаты, содержание которых составляет до 30-35 мас.% от массы сухого вещества исходной жидкофазной щелочной среды, которая в этом случае становится пульпой. Заявляемое изобретение обеспечивает организацию одновременно протекающих процессов электролиза солей гуминовых кислот с образованием на поверхности анода гуминовых кислот, электрофореза тонкодисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов с образованием на поверхности анода гумино-минеральных веществ и электрофлотации гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц с образованием на поверхности того же анода гумино-минеральных частиц и агрегатов, составляющих совместно целевой продукт - гумино-минеральный концентрат. Указанные процессы проводят в зоне между цилиндрическим анодом и катодом в условиях стабильных и регулируемых электрических и гидродинамических режимов протекания процессов, при этом организуют преимущественно восходящий поток пульпы, направление движения которого совпадает с направлением вращения анода при минимальной разнице в относительных скоростях их движения. Благодаря этому сохраняется постоянство условий контактирования взаимодействующих агентов и предотвращается смыв и растворение выделившегося на поверхности анода гумино-минерального концентрата, а также обеспечивается направленное движение газовых пузырьков с закрепившимися на них гидратированными тонко- и среднедисперсными гумино-минеральными частицами, комплексами и агрегатами и предотвращается их выпадение в осадок на дно ванн. Флотируемые газовыми пузырьками частицы и агрегаты оседают на поверхности анода под действием не только электрических сил, но и силы выталкивания пузырьков из раствора. Проконтактировавшие с поверхностью анода газовые пузырьки далее создают пену, которая непрерывно отводится совместно с отработанным электролитом и подвергается непрерывному или периодическому (по мере накопления) управляемому разрушению огневым или электроискровым воздействием в звукоизолированном объеме, что полностью решает задачу борьбы с пеной и снимает проблему пожаро- и взрывоопасности процесса без использования сложных и дорогостоящих систем вентиляции, сбора и удаления водорода.

После образования, отстаивания и разделения пульпы на жидкую и твердую фазы проводился анализ содержания в жидкой фазе пульпы гуматов, гумино-минеральных веществ и комплексов методом высушивания при температуре 105^oС до постоянного веса.

Установлено, что в зависимости от исходного отношения твердая фаза : жидкая фаза, количества щелочи, длительности обработки образуется пульпа с содержанием растворенных и диспергированных в ней гуминовых кислот, гуматов, гумино-минеральных частиц и комплексов в пределах от 1,5 до 12 мас.% и при рН от 8,5 до 9,8. При содержании таких компонентов свыше 12 мас.% пульпа перестает быть текучей и превращается в гель. Из такого геля практически невозможно удалить непрореагировавшие частицы исходного сырья. Нетекучий гель невозможно в дальнейшем подвергнуть электролизной обработке, так как при вращении барабана-анода гель налипает на последний и удаляется скребком. То есть ни способ, ни устройство не обеспечивает получение целевого продукта - гумино-минерального концентрата. Так, например, при содержании вышеназванных компонентов 20 мас.% среда становится упругопластичной. То есть при содержании последних свыше 12 мас.% пульпа перестает быть пульпой и становится вязкопластичным гелем.

Установлено также, что в случае очень тонкого измельчения исходного сырья, высоких доз щелочи (до 20 мас.%) и большой длительности обработки образуется пульпа, содержание сухого вещества в которой может составлять 17-18 мас.%. Такая пульпа характеризуется высоким значением рН (от 11 и выше). Такая пульпа содержит больше щелочи и тонкодисперсных частиц исходного сырья, чем растворенных солей гуминовых кислот и гумино-минеральных частиц и комплексов. Электролиз такой пульпы становится технически неосуществимым, так как заявляемый способ может быть реализован в диапазоне значений рН до 9,5-9,8.

При содержании в пульпе комплексов, например, 1,5; 3; 8; 10; 12 мас.% при значениях рН 8,5-9,8 электролизное получение гумино-минерального концентрата происходит хорошо, при этом съем целевого продукта тем выше, чем больше содержание этих компонентов в исходной пульпе. Например, количество получаемого гумино-минерального концентрата из 12 мас.% пульпы выше в 3,8 раза, чем из 3 мас.% пульпы и в 9 раз выше, чем из 1,5 мас.% пульпы.

При содержании в пульпе до 12 мас.% солей гуминовых кислот, гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов содержание собственно гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов не должно превышать 30-35 мас.%, то есть на долю гуминовых веществ (гуматов), находящихся в состоянии истинного раствора, приходится 65-70%, а на долю гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов, находящихся во взвешенном состоянии или в состоянии коллоидного раствора, приходится 30-35%.

Превышение предела в 30-35 мас. %, например до 40 мас.%, означает уменьшение содержания растворенных гуминовых кислот (гуматов), что приводит к уменьшению эффективности получения гумино-минерального концентрата и к резкому увеличению зольности целевого продукта. К тому же такая пульпа устойчива только при высоких значениях рН (более 11) и, как указывалось выше, практически не поддается электролизу.

Уменьшение этого предела, например, до 20 мас.% приводит к неоправданным потерям тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и уменьшению количества получаемого целевого продукта. То есть при экспериментально установленном оптимальном значении 30-35 мас.% обеспечивается получение пульпы требуемого состава и свойств и эффективное получение гумино-минерального концентрата с приемлемой производительностью и зольностью целевого продукта при разумном использовании исходного сырья.

Пример осуществления предлагаемого способа.

Получение гумино-минерального концентрата проводилось на образцах окисленных бурых углей Бородинского, Березовского и Назаровского разрезов (Канско-Ачинское месторождение, Красноярский край), а также на образцах бурых углей Майкубенского и Каратаутского месторождений.

Каждый измельченный до крупности 3 мм образец угля подвергался экстракции водным раствором щелочи при интенсивном механическом и виброакустическом воздействии и повышенной до 90-95^oС температуре до образования однородной углещелочной пульпы. Количество щелочи по сухому веществу составило от 2 до 20 мас. % от сухой массы угля. Отношение твердой и жидкой фаз изменялось от 1: 2 до 1:6. Полученная пульпа отстаивалась в течение 60 минут, после чего текучая часть пульпы отделялась от осадка. Текучая часть пульпы содержит соли гуминовых кислот, например гумат натрия, сильно гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы. То есть приведенные выше условия получения пульпы обеспечивают ранее не достигаемую сильную гидратацию гуминосодержащих частиц и комплексов. Осадок представлен непрореагировавшими и мало гидратированными частицами угля и минеральными компонентами.

Установлено, что при максимально возможной для данного случая эффективности экстракции угля пульпа сохраняет свою текучесть и начинает переходить из текучего и вязкотекучего состояния в вязкое или пластичное состояние при суммарном содержании солей гуминовых кислот, гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов до 10-12 мас.% по сухому веществу. Ниже этого предела пульпа сохраняет свою текучесть или находится в вязкотекучем состоянии, а свыше - переходит в вязкое или пластичное состояние.

Текучая или вязкотекучая пульпа подлежит дальнейшему электролизу, а вязкая или пластичная пульпа электролизной обработке не подлежит из-за практической невозможности ее прокачки и осуществления в ней процессов электролиза, электрофореза и электрофлотации.

При вышеуказанном содержании твердой фазы в пульпе содержание гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов, находящихся в сильно гидратированном состоянии, не превышает 30-35% от сухой массы всей твердой фазы пульпы.

Исходная водная пульпа, содержащая соли гуминовых кислот, гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, общая масса которых в пересчете на сухое вещество не превышает 10-12 мас.%, а содержание гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов не превышает 30-35 мас.% от массы всей твердой фазы пульпы, подавалась в зону между анодом и катодом. Скорость вращения анода-барабана изменялась в пределах от 1 до 10 об/мин. Напряжение составляло 6-12 В, а плотность тока от 200 до 450 А/м².

При непрерывном подводе и отводе пульпы в условиях однонаправленного преимущественно восходящего потока пульпы, совпадающего с направлением вращения анода, происходит наиболее эффективное протекание процессов электролиза, электрофореза и электрофлотации, приводящих к выделению на поверхности анода гумино-минерального концентрата. При значениях рН исходной пульпы от 8,5 до 9,8 значения рН отработанной пульпы составляют 10,5-11. Содержание твердой фазы (включающей соли гуминовых кислот, тонко- и среднедисперсные частицы) снижается на 1,5-2,5%. Например, при содержании сухого вещества в исходной пульпе 8,4 мас.% его содержание в отработанной пульпе составляет 5,9 мас.%.

Значение рН снимаемого с поверхности анода целевого продукта (гумино-минерального концентрата), содержание в нем сухого вещества и зольность зависят от скорости вращения анода-барабана, плотности тока, скорости движения электролита и эффективности удаления пленки пульпы. В зависимости от исходных требований к целевому продукту значения рН могут изменяться от 2 до 8; содержание сухого вещества - от 13 до 26-30 мас.%; зольность - от 6 до 16-18%.

Осуществление описанного способа возможно с помощью устройства для получения гумино-минерального концентрата.

Устройство для получения гумино-минерального концентрата согласно изобретению содержит по меньшей мере одну пару ванн 1 (фиг.1), каждая из которых выполнена в виде цилиндрического желоба с торцевыми стенками 2 и 3. В каждой ванне 1 на валу 4 коаксиально с зазором 5 относительно днища ванны 1 установлен цилиндрический барабан 6 с торцевыми стенками 7 и 8. Боковая поверхность барабана 6 покрыта специальным электродным материалом, например магнетитом, а торцевые стенки 7 и 8 по возможности покрыты диэлектрическим материалом, например резиной (на чертежах не показаны).

Каждый вал 4 закреплен в подшипниках 9, выполненных, например, из диэлектрического материала, которые обеспечивают вращение вала 4 и соответственно барабана 6. На каждом валу 4 установлены токоподводящие приспособления 10, выполненные, например, в виде графитовых щеток, медных прижимных фигурных деталей, соединенные с положительным полюсом источника 11 постоянного тока. На каждом валу 4 установлено также приводное приспособление 12, выполненное, например, в виде мотора-редуктора с регулируемым числом оборотов. Каждый мотор-редуктор 12 соединен с валом 4 посредством диэлектрической муфты 13. Отрицательный полюс источника 11 постоянного тока соединен с ванной 1, делая ее катодом.

Каждая ванна 1 снабжена приспособлением для подвода исходной пульпы, выполненным, например, в виде желоба 14, снабженного подводящим патрубком 15 и установленного в нижней части ванны 1, при этом максимальный угол α установки желоба 14 к вертикальной оси ванны не превышает 45^o (фиг.2). Полости 16 каждого желоба 14 сообщены с полостями 5 ванны 1 посредством отверстий 17, выполненных вдоль образующих цилиндрических поверхностей ванн 1. Отверстия могут быть заменены продольной щелью.

Каждая пара ванн 1 снабжена общим приспособлением для отвода отработанной пульпы, выполненным в виде желоба 18, снабженного отводящим патрубком 19, крышкой 20 и инициирующим приспособлением 21. Боковые стенки желоба 18 по всей длине ванны 1 образуют переливные пороги 22. Внутренняя и внешняя поверхности желоба 18, крышки 20 и боковых стенок 23 желоба покрыты термостойким и звукопоглощающим материалом, например акустической резиной, а крышка 20 установлена с возможностью перемещения в вертикальном направлении. Инициирующее приспособление 21 установлено на боковой стенке 23 желоба 18, при этом допускается расположение и второго инициирующего приспособления на другой боковой стенке (на чертежах не показано). Каждое из инициирующих приспособлений 21 вместе или каждое из них по отдельности выполнено в виде электроискрового разрядника или пламенной горелки. В первом случае электроискровой элемент соединен с источником 24 высокого напряжения, а во втором случае пламенная горелка соединена с источником горючего вещества, например источником газа, бензина, керосина (на чертежах не показано), при этом обеспечивается возможность работы инициирующего приспособления 21 как в непрерывном, так и в дискретном режиме.

Каждый барабан 6 снабжен приспособлением для съема целевого продукта, выполненным в виде скребка 25, разделенного на секции 26, каждая из которых установлена с возможностью регулирования угла касания с боковой поверхностью барабана 6 и силы прижима, что обеспечивается с помощью регулирующих приспособлений 27. Каждый скребок 25 выполнен из износоустойчивого диэлектрического материала. В случае его выполнения из электропроводного материала он снабжается приспособлением 28, выполненным из диэлектрического материала и обеспечивающим изоляцию барабана 6 со скребком от ванны 1. В целом подшипники 9, муфта 13, приспособления 28 обеспечивают надежную изоляцию барабана 6, являющегося анодом, от ванны 1, служащей катодом. Каждый скребок 25 снабжен приспособлением, выполненным, например, в виде лотка 29 для сбора и отведения гумино-минерального концентрата.

Устройство содержит также приспособление для снятия с поверхности слоя целевого продукта пленки пульпы, которое выполнено в виде рамы 30 с полотном 31 материала, которое натянуто на раме 30 с возможностью прижатия его к поверхности барабана 6. Рама 30 снабжена боковыми стенками 32, образующими совместно с полотном 31, крышкой 20, желобом 18 и его стенками 23 полость 33, максимально изолированную от окружающего пространства.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Исходную водную пульпу, полученную путем обработки предварительно измельченных до крупности 3 мм гумитов и каустобиолитов угольного ряда раствором щелочи, например натриевой, калиевой или аммиачной водой, количество которой по сухому веществу составляет от 2 до 20% от массы сухого вещества гумитов и каустобиолитов, и содержащую соли гуминовых кислот, сильно гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, при интенсивном механическом воздействии и повышенной температуре подают через каждый патрубок 15 в желоб 14. После заполнения желоба 14 пульпа через отверстия 17 (или продольную щель) поступает в зазор 5, образованный каждой ванной 1 (катодом) и барабаном 6 (анодом), и заполняет его до уровня переливного порога 22. Посредством приводного приспособления 12, муфты 13 и вала 4 каждый барабан 6 приводится во вращательное движение в противоположных направлениях, как показано на фиг.2.

От источника 11 постоянного тока с помощью токоподводящего приспособления 10 на каждый вал 4 и барабан 6 подают положительный потенциал, а на каждую ванну 1 - отрицательный потенциал. Таким образом, каждый барабан 6 становится анодом, а каждая ванна 1 - катодом.

Подаваемая через отверстия 17 в зазор 5 пульпа равномерно распределяется по всей длине и движется в сторону переливного порога 22. Направления движения пульпы и вращения барабана 6 совпадают.

В зазоре 5 между анодом и катодом одновременно протекают процессы электролиза солей гуминовых кислот, электрофореза и электрофлотации сильно гидратированных гумино-минеральные частиц и комплексов.

Анионы гуминовых кислот разряжаются на аноде и образуют на нем слой материала. За счет подкисления в прианодной зоне часть анионов гуминовых кислот переходит в свободные гуминовые кислоты, которые также оседают на аноде. Под действием сил электрического поля отрицательно заряженные сильно гидратированные тонкодисперсные частицы и комплексы, а также часть поляризованных сильно гидратированных среднедисперсных частиц движутся к аноду, где разряжаются и оседают в виде слоя.

Помимо электролиза солей гуминовых кислот в зазоре 5 частично происходит и электролиз воды с образованием на катоде преимущественно пузырьков водорода. Часть пузырьков вовлекается в движение пульпы вдоль боковой поверхности анода, а часть пузырьков успевает всплыть и, сорбируясь на поверхности анода, выносится им в сторону желоба 18. Расположение желобов 14 по отношению к анодам такое, что обеспечивает преимущественно восходящий вдоль боковой поверхности анода (барабана 6) поток пульпы и движение пузырьков.

Движущиеся с пульпой и всплывающие вверх микро- и макропузырьки флотируют, то есть захватывают и выносят гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы, комплексы и агрегаты. Большая часть таких частиц, комплексов и агрегатов транспортируется пузырьками до поверхности анода, где они оседают, а меньшая часть движется в сторону желоба 18.

Так как направление движения пульпы и барабана 6 совпадают, то их относительная скорость мала, а градиент относительной скорости близок к нулю. Вследствие этого процессы электролиза солей гуминовых кислот, электрофореза тонкодисперсных частиц и электрофлотации тонко- и среднедисперсных частиц, комплексов и агрегатов протекают в постоянных ламинарных гидродинамических условиях, приводящих к максимальному выделению на аноде гумино-минерального концентрата. При этом организуется направленное движение газовых пузырьков, флотирующих к аноду тонко- и среднедисперсных частиц, комплексов, в том числе и виде агрегатов, которые также оседают на аноде.

Непрерывно выделяющийся на аноде гумино-минеральный концентрат непрерывно выводится из объема обрабатываемой пульпы. Полотном 31, закрепленным на раме 30, с поверхности гумино-минерального концентрата удаляется находящаяся на нем пленка пульпы и самотеком возвращается назад. Далее гумино-минеральный концентрат скребком 25 снимается с боковой (рабочей) поверхности барабана 6, поступает на лоток 29 и отводится как целевой продукт, при этом каждая из секций 26 скребка 25 обеспечивает равномерный съем гумино-минерального концентрата за счет раздельной регулировки силы прижима и угла касания, достигаемых с помощью регулирующих приспособлений 27.

За счет направленного движения пузырьков и их постоянного выноса из зазора 5 между анодом и катодом (барабаном 6 и ванной 1) уменьшается электрическое сопротивление электролита, снижается необходимое для поддержания процессов электролиза, электрофореза и электрофлотации напряжение, снижается потребляемая мощность и повышается производительность.

Отработанная пульпа, то есть электролит, прошедший через зазор 5 при движении от приспособления 16 для подвода исходной пульпы, переливается через порог 22 и поступает в желоб 18. При этом часть пены вместе с электролитом переливом через порог 22 поступает в желоб 18, а часть пены заполняет полость 33, образованную желобом 18, частью боковых поверхностей барабанов 6, крышкой 20, рамой 30 и ее стенками 32.

В зависимости от интенсивности выделения пены производят непрерывное или периодическое ее гашение с использованием инициирующего приспособления 21, которое может быть расположено на одной или обеих стенках желоба 18 либо на крышке 20.

Для непрерывного гашения пены приспособление 21 выполняют в виде пламенной горелки или электроискрового разрядника, напряжение на который подают от источника 24 высокого напряжения. Заполненные преимущественно водородом (95% водорода и 5% кислорода при небольшом количестве хлора и других электролитических газов) пузырьки пены и выделившийся из пузырьков водород сгорают с характерными звуковыми хлопками.

Для периодического гашения пены используют приспособление 21 в виде электроискрового разрядника, на котором периодически вызывают электрическую искру.

При возникновении электрической искры в приспособлении 21 происходит взрывообразное сгорание пены, заполненной преимущественно водородом, и вся пена практически мгновенно исчезает. Звук от каждого взрывообразного сгорания гасится звукопоглощающим покрытием, а его термостойкость обеспечивает непрерывность работы устройства. Установленная с возможностью перемещения в вертикальном направлении крышка 20 компенсирует вместе с отводящим патрубком 19 незначительные изменения давления вследствие небольшого количества сгораемых газов в полости 33.

Тепло, выделяемое при работе пламенной горелки приспособления 21, сгорании водорода и взрывообразном сгорании пены, преимущественно расходуется на нагревание переливающегося через пороги 22 и находящегося в желобе 18 электролита и частично на нагревание пленки пульпы и целевого продукта, находящихся ниже приспособления 30, что имеет положительное значение, так как при этом уменьшается влажность целевого продукта.

Поступивший в желоб 18 и подогретый там отработанный электролит отводится через патрубок 19 и направляется на повторное использование в качестве щелочного экстрагента для обработки исходных гумитов и каустобиолитов или на утилизацию каким-либо другим способом.

Формула изобретения

1. Способ получения гумино-минерального концентрата путем осуществления электролиза и электрофореза жидкофазной щелочной среды солей гуминовых кислот, полученной щелочной экстракцией гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащей соли гуминовых кислот и тонкодисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, с образованием на поверхности анода гумино-минерального концентрата и последующим выводом из электролита целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве жидкофазной щелочной среды используют водную пульпу солей гуминовых кислот с содержанием сухого вещества до 12%, полученную щелочной экстракцией гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащую соли гуминовых кислот, гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, содержание которых составляет до 35% от массы сухого вещества пульпы, и дополнительно осуществляется электрофлотация гидратированных тонко- и среднедисперсных гумино-минеральных частиц и комплексов, с образованием на поверхности анода целевого продукта, содержащего гуминовые кислоты, выделяющиеся при электролизе, тонкодисперсные гумино-минеральные частицы и комплексы, выделяющиеся при электрофорезе, и гидратированные тонко- и среднедисперсные гумино-минеральные частицы и агрегаты, выделяющиеся при электрофлотации, при этом организуют восходящий поток пульпы, направление движения которого совпадает с направлением вращения анода, а пену отводят вместе с отработанным электролитом и производят ее физико-химическое разрушение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что физико-химическое разрушение пены производят непрерывно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что физико-химическое разрушение пены производят периодически.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что физико-химическое разрушение пены производят путем термического воздействия на нее в звукоизолированной полости с термостойким покрытием.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что физико-химическое разрушение пены производят путем электроискрового воздействия на нее в звукоизолированной полости с термостойким покрытием.

6. Устройство для получения гумино-минерального концентрата, содержащее соединенную с источником постоянного тока по меньшей мере, одну пару ванн, каждая из которых представляет собой катод и расположенные в ваннах аноды, которые снабжены приспособлениями для съема целевого продукта, а ванны снабжены приспособлениями для подвода исходного и отвода отработанного электролита, отличающееся тем, что содержит, по крайней мере, одно инициирующее приспособление, установленное в приспособлении для отвода отработанного электролита, которое выполнено с возможностью отвода отработанной водной пульпы и установлено между каждой парой ванн, с которыми оно сообщено по всей их длине, при этом приспособление для подвода исходного электролита выполнено с возможностью подвода исходной водной пульпы, установлено в нижней части ванны и сообщено с ее полостью по всей длине ванны, при этом максимальный угол установки указанного приспособления к вертикальной оси ванны не превышает 45°, кроме того, устройство снабжено приспособлением для снятия с поверхности слоя целевого продукта пленки пульпы, образующим совместно с крышкой приспособления для отвода отработанного электролита единую полость, внешние и внутренние поверхности которой покрыты термостойким звукопоглощающим материалом.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что приспособление для съема целевого продукта выполнено в виде скребка, разделенного на секции, каждая из которых установлена с возможностью регулирования угла касания и силы прижима к боковой поверхности анода с помощью прижимных приспособлений.

8. Устройство по любому из пп.6-7, отличающееся тем, что приспособление для подвода исходного электролита выполнено в виде желоба.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что желоб сообщен с полостью ванны посредством отверстий, выполненных вдоль образующей ванны.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что желоб сообщен с полостью ванны посредством продольной щели, выполненной вдоль образующей ванны.

11. Устройство по любому из пп.6-10, отличающееся тем, что приспособление для отвода исходного электролита выполнено в виде желоба, который сообщен с полостью ванны посредством переливных порогов.

12. Устройство по любому из пп.6-11, отличающееся тем, что приспособление для снятия с поверхности слоя целевого продукта пленки пульпы выполнено в виде рамы с плотным материалом.

13. Устройство по любому из пп.6-12, отличающееся тем, что инициирующее приспособление выполнено в виде пламенной горелки.

14. Устройство по любому из пп.6-12, отличающееся тем, что инициирующее приспособление выполнено в виде электроискрового разрядника.

15. Устройство по любому из пп.6-14, отличающееся тем, что крышка приспособления для отвода отработанного электролита установлена с возможностью перемещения в вертикальном положении.

16. Устройство по любому из пп.6-15, отличающееся тем, что термостойким звукопоглощающим материалом служит резина, например акустическая.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3