Способ обезвоживания суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, на ленточном фильтр-прессе

 

Изобретение относится к области процессов разделения суспензий с выделением осадка и может быть использовано в угольной, горнорудной, химической и других отраслях промышленности, а также при очистке сточных вод. Способ обезвоживания суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, на ленточном фильтр-прессе, включает обработку суспензий флокулянтами и последующее обезвоживание на ленточном фильтр-прессе, при этом перед подачей флокулянтов в исходную суспензию вводят водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Al₂О₃ при их соотношении от 1:3 до 3:1, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет от 25 до 35% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов от 1·10^-8 до 4·10^-8 м и удельной поверхности от 80 до 150 м²/г, причем рН добавки составляет 3,5-4,5. При осуществлении способа повышается эффективность обезвоживания суспензии путем снижения отрицательного влияния структурообразования и снижается себестоимость процесса. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области процессов разделения суспензий с выделением осадка и может быть использовано в угольной, горнорудной, химической и других отраслях промышленности, а также при очистке сточных вод.

Одним из перспективных способов обезвоживания суспензий тонкодисперсных продуктов является применение ленточных фильтр-прессов. Для этого способа требуется предварительное кондиционирование суспензии с применением по крайней мере двух флокулянтов: анионактивного и катионактивного; это необходимо для получения механически устойчивого осадка, легко отдающего влагу в зоне дренирования ленточного фильтр-пресса. Следовательно, предварительное флокуляционное кондиционирование оказывает существенное влияние на структурно-механические свойства осадка, его фильтрационные и другие характеристики, определяющие рентабельность выделения целевого продукта.

Особую сложность представляет флокуляция и обезвоживание суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, в частности при флотации отходов добычи и переработки углей. Это обусловлено высокой гидрофильностью указанных частиц, что, в свою очередь, определяет значительную агрегативную и седиментационную устойчивость водных суспензий таких частиц. При флокуляции, особенно в случае применения двух флокулянтов различной природы, в суспензиях глинистых частиц образуются гелеобразные структуры, в результате удаление воды существенно затрудняется. Это особенно нежелательно при обезвоживании на ленточных фильтр-прессах.

Для снижения агрегативной устойчивости суспензий, в том числе содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, применяют коагулянты, главным образом растворы электролитов, содержащие ионы Са²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и др. Однако практика показала низкую эффективность коагулянтов-электролитов при флокуляции двумя флокулянтами суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, перед обезвоживанием на ленточных фильтр-прессах.

Известна (Кульский Л.А., Накорческая В.Ф. Активированная кремнекислота и проблема качества воды. Киев: Наукова думка, 1969, стр.16) обработка суспензий флокулянтами (как катионными, так и анионными) с последующим обезвоживание суспензий на ленточном фильтр-прессе.

Недостатком известной обработки следует признать его низкую эффективность, приводящую к увеличению себестоимости процесса обезвоживания суспензий.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в повышении эффективности обезвоживания на ленточных фильтр-прессах суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, путем снижения отрицательного влияния структурообразования.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в уменьшении себестоимости обезвоживания суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы на ленточных фильтр-прессах.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ обезвоживания суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, размер которых не превышает 75 мкм, на ленточном фильтр-прессе, включающий обработку суспензий флокулянтами и последующее обезвоживание на ленточном фильтр-прессе, причем перед подачей флокулянтов в исходную суспензию вводят водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Аl₂O₃ при их соотношении от 1:3 до 3:1, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет от 25 до 35% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов от 1·10^-8 до 4·10^-8 м и удельной поверхности от 80 до 150 м²/г, причем рН добавки составляет 3,5-4,5. В наиболее предпочтительном варианте реализации способа используют соотношение SiO₂:Аl₂O₃=1:1 при концентрации добавки 30 мас.%. При этом средний размер частиц составляет 2,5·10^-8 м при их средней удельной поверхности 100-130 м²/г. Обычно используют добавку с рН 3,5-4,5.

Указанный технический результат достигается за счет введения добавки указанного состава перед подачей флокулянтов в исходную суспензию.

Благодаря добавке к исходной суспензии указанной добавки с данными свойствами агрегативная устойчивость суспензии снижается, и при последующей подаче флокулянтов частицы твердой фазы суспензии образуют преимущественно флокулы, а не структурированную систему.

При проверке эффективности предложенного способа к суспензии отходов флотации углей с плотностью ρ=185 кг/м³ последовательно добавляли указанную добавку с различными свойствами и в различных количествах, анионактивный и катионактивный флокулянты. Затем суспензию заливали в воронку, снабженную фильтрующей перегородкой, и определяли скорость дренирования, т.е. объем фильтрата, выделившегося за определенные промежутки времени.

Пример 1. В указанную суспензию вводили предложенную водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiО₂ и Аl₂О₃ при их соотношении от 1: 4, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 25% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 2·10^-8 м и удельной поверхности 80 м²/г, причем рН добавки составляет 3,5. Затем вводят анионный и катионный флокулянты в количестве по 0,35 кг/т (оптимальное количество, установленное ранее). Скорость дренирования начинается уменьшаться в течение первых 5 секунд, осадок гелеобразный.

Пример 2. В указанную суспензию вводили предложенную водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiО₂ и Аl₂O₃ при их соотношении от 1: 3, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 25% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 2·10^-8 м и удельной поверхности 80 м²/г, причем рН добавки составляет 3,5. Затем вводят анионный и катионный флокулянты в количестве по 0,35 кг/т (оптимальное количество, установленное ранее). Скорость дренирования за 30 секунд практически не изменилась, осадок состоит преимущественно из флокул, легко отдает влагу.

Пример 3. В указанную суспензию вводили предложенную водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Аl₂О₃ при их соотношении от 1:1, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 30% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 3·10^-8 м и удельной поверхности 120 м²/г, причем рН добавки составляет 4,5. Затем вводят анионный и катионный флокулянты в количестве по 0,35 кг/т (оптимальное количество, установленное ранее). Скорость дренирования за 30 секунд практически не изменилась, осадок состоит практически только из флокул, легко отдает влагу.

Пример 4. В указанную суспензию вводили предложенную водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Аl₂O₃ при их соотношении от 4:1, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 35% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 4·10^-8 м и удельной поверхности 140 м²/г, причем рН добавки составляет 3,8. Затем вводят анионный и катионный флокулянты в количестве по 0,35 кг/т (оптимальное количество, установленное ранее). Скорость дренирования начала уменьшаться за первые 7 секунд, осадок состоит преимущественно из геля, хорошо удерживает влагу.

Пример 5. Условия соответствуют примеру 3, но концентрация полиионов составляет 40 мас.% Скорость дренирования начала уменьшаться за первые 9 секунд, осадок состоит преимущественно из геля, хорошо удерживает влагу.

Пример 6. Условия соответствуют примеру 3, но концентрация полиионов составляет 35 мас.% Скорость дренирования начала уменьшаться после 36 секунд, осадок состоит преимущественно из флокул, хорошо отдает влагу.

Пример 7. Условия соответствуют примеру 3, но средний размер полиионов составляет 5·10^-8 м. Скорость дренирования начала уменьшаться за первые 11 секунд, осадок состоит преимущественно из геля, хорошо удерживает влагу.

Пример 8. Условия соответствуют примеру 3, но удельная поверхность полиионов составляет 160 м²/г. Скорость дренирования начала уменьшаться за первые 10 секунд, осадок состоит преимущественно из геля, хорошо удерживает влагу.

Пример 9. Условия соответствуют примеру 3, но рН добавки составляет 4,6. Скорость дренирования начала уменьшаться за первые 16 секунд, осадок состоит из геля и флокул примерно в соотношении 1:1, удерживает влагу.

Пример 10. Условия соответствуют примеру 3, но рН добавки составляет 3,4. Скорость дренирования начала уменьшаться за первые 14 секунд, осадок состоит из геля и флокул примерно в соотношении 1:1, удерживает влагу.

Как видно из приведенных данных, применение предложенной добавки позволило повысить скорость дренирования и уменьшить структурирование суспензии. Максимальная скорость дренирования при постоянном расходе флокулянтов достигнута при расходе добавки 10 кг/т. Дальнейшее увеличение количества добавки приводит к ухудшению качества осадка и, следовательно, увеличению себестоимости.

Отклонение от указанных интервалов (соотношение гидратированных полиионов SiO₂ и Аl₂O₃ от 1:3 до 3:1, при суммарной концентрации указанных полиионов от 25 до 35% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов от 1·10^-8 до 4·10^-8 м и удельной поверхности от 80 до 150 м²/г, рН добавки 3,5-4,5) приводит к уменьшению снижения себестоимости до величины 12-16%.

Подсчитано, что использование изобретения позволяет уменьшить себестоимость обезвоживания суспензий на ленточных фильтрах на 48 - 53% за счет получения кондиционного осадка.

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, на ленточном фильтр-прессе, включающий обработку суспензий флокулянтами и последующее обезвоживание на ленточном фильтр-прессе, отличающийся тем, что перед подачей флокулянтов в исходную суспензию вводят водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Аl₂О₃, при их соотношении от 1:3 до 3:1, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет от 25 до 35% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов от 1·10^-8 до 4·10^-8 м и удельной поверхности от 80 до 150 м²/г, причем рН добавки составляет 3,5÷4,5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют соотношение SiO₂:Аl₂О₃=1:1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют суммарное содержание полиионов 30 мас.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют добавку со средним размером частиц 2,5·10^-8 м.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют частицы со средней удельной поверхностью 100÷130 м²/г.