Способ получения гидрофобного органофильного кремнезема из серпентинита в форме гранул

 

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья и может быть использовано для получения сорбента на основе кремнезема. Сущность изобретения заключается в том, что серпентинит выщелачивают минеральными кислотами с извлечением магния и других компонентов, отделяют осадок кремнезема от раствора солей магния, промывают его, сушат и подвергают магнитной сепарации, при этом выщелачиванию подвергают серпентинит с размерами частиц на 10-20% большими, чем требуемые размеры получаемого кремнезема. Выщелачивание осуществляют до остаточного содержания магния не более 3,0%. Полученный кремнезем содержит гидроксильные группы в количестве, обеспечивающем получение сорбентов, и не требуется дополнительная операция гидроксилирования, полученные физико-химические характеристики кремнезема позволяют получать гидрофобный органофильный сорбент в форме гранул заданного размера. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья и может быть использовано для получения сорбента на основе кремнезема.

Известен способ комплексной переработки серпентинита /Пат. РФ 2097322, МПК С 01 В 33/142. Опубл. БИМП, 1997. №33 (II). С.343/. Сущность способа заключается в разложении серпентинита серной кислотой, осадок SiO₂ и неразложившихся магнитных минералов подвергают электромагнитной сепарации для их разделения, фильтрат очищают от примесей Cr, Ni, Fe и др. нейтрализацией. Очищенный фильтрат карбонизируют, выделенный карбонат магния прокаливают с получением оксида магния, а оставшийся после отделения карбоната магния фильтрат выпаривают с получением сульфата натрия.

Недостатком данного способа является получение кремнезема с пониженным содержанием диоксида кремния в результате перехода соединений кальция в сульфат и выделение его совместно с кремнеземом.

Известен способ получения сферического диоксида кремня из рудного оливина /Пат. США 5780005, МПК С 01 В 33/12. Опубл. 14.07.1998/. Сущность способа заключается в измельчении оливина, выщелачиваний частиц минеральной кислотой, выделении диоксида кремния, его промывке, сушке и, если необходимо, измельчении.

Известен способ получения гидрофобной дисперсии /Пат. РФ №2066297, МПК С 01 В 33/18. Опубл. БИМП, 1996. №25. С.166/. Сущность способа заключается в химической модификации исходного материала парами воды и кремнийорганическими соединениями при повышенной температуре и механическом перемешивании. В качестве исходного материала используют аэросил, перлит, тальк, асбест, оксиды металлов и др.

Известен способ получения неорганических материалов в форме частиц /Пат. РФ №2177971, МПК С 09 С 1/00. Опубл. БИПМ, 2003. №1 (II) С.330/, согласно которому в качестве неорганического материала используют аморфный кремнезем с размером частиц не менее 45 мкм.

Известен способ получения гидрофобного дисперсного материала на основе SiO₂ /Пат. РФ №2089499, МПК С 01 В 33/18. Опубл. БИМП, 1997. №25 (II). С.244/, включающий активацию поверхности карбонатами щелочных металлов при механическом перемешивании и химическую модификацию элементоорганическим соединением.

Наиболее близким аналогом является способ получения гидрофобного, органофильного кремнезема /Пат. РФ №2152967, МПК С 09 С 3/12, С 01 В 33/159. Опубл. БИМП, 2000. №20. С.319/ - прототип. Сущность способа заключается в том, что кремнезем предварительно подвергают гидроксилированию парами воды при температуре 105-110°С, сушке при 125-150°С и модифицированию соединениями формулы R_4-n Si R'_n или R'₄ Si в присутствии летучих кислот.

Недостатками рассмотренных способов являются следующие:

- необходимость активации (гидроксилирования) поверхности носителя,

- в некоторых способах необходима операция гранулирования.

Технический результат заключается в получении сорбентов широкого назначения на основе кремнезема с размером частиц 45-1000 мкм.

Технический результат достигается следующим образом. Серпентинит заданной крупности выщелачивают минеральными кислотами. Раствор используют для получения магния и его соединений. Остаток подвергают промывке, сушке, магнитной сепарации с получением аморфного органофильного кремнезема и химической модификации его поверхности кремнийорганическими соединениями. Получаемый органофильный гидрофобный кремнезем в форме гранул может быть использован в качестве сорбентов.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующей совокупности существенных признаков: выщелачивание серпентинита ведут минеральными кислотами с извлечением магния и других ценных компонентов, кремнезем остается в нерастворимом остатке.

Кремнезем отмывают от водорастворимых солей, сушат, подвергают магнитной сепарации и химической модификации поверхности кремнийорганическими соединениями. Специальной операции гидроксилирования не требуется.

Отличительными признаками также является то, что выщелачиванию подвергают серпентинит фракции с размерами частиц на 10-20% большими, чем требуемые размеры частиц получаемого кремнезема, выщелачивание осуществляют до остаточного содержания магния не более 3,0%.

На основании проведенных исследований установлено, что при выщелачивании исходного серпентинита минеральными кислотами происходит уменьшение размера частиц за счет извлечения магния и других компонентов из сетчатой структуры серпентинита и механического разрушения кремнеземного “скелета” с поверхности. Поэтому для выщелачивания необходимо использовать серпентинит с размерами частиц на 10-20% большими, чем требуемый размер частиц кремнезема, используемого в качестве носителя для получения сорбента.

В зависимости от степени выщелачивания изменяется объем пор и удельная поверхность кремнеземного остатка. Чем меньше остаточное содержание магния, тем выше объем пор.

Выщелачивание серпентинита до остаточного содержания магния менее 0,3% существенно не влияет на общую пористость получаемого носителя и снижает производительность процесса.

Для полученных носителей основной объем пор приходится на макропоры. Объем микро- и мезопор мало зависит от исходного размера частиц, поскольку механическая обработка, очевидно, не может влиять на размер и количество микро- и мезопор. С другой стороны, объем микропор в значительной степени зависит от подготовки носителя. Такие процессы как выщелачивание, измельчение, магнитная сепарация заметно увеличивают этот объем и, следовательно, поглотительную емкость. Магнитная сепарация снижает удельный вес носителя за счет удаления более тяжелых магнитных частиц.

Полученный кремнезем после выщелачивания серпентинита содержит гидроксильные группы в количестве, обеспечивающем получение сорбентов, в связи с чем не требуется дополнительная операция гидроксилирования.

Пример осуществления способа.

1 кг серпентинита состава, мас.%: 22,0 Mg; 1,0 Са; 5,0 Fe; 0,08 Mn; 0,26 Ni; 0,04 Со; 0,24 Al; 0,15 Cr; 0,17 Ti; 12,5 ППП; 39,1 SiO₂ выщелачивали соляной кислотой при температуре 80-90°С, в противоточном режиме. В результате выщелачивания получен хлормагниевый раствор, используемый для производства магния или его соединений, и кремнезем. Полученный осадок кремнезема отмывали от раствора репульпацией в воде, декантацией и фильтрованием с последующей сушкой при температуре 100±5°С. В результате получен кремнезем состава, мас.%: 2,5 Mg; 0,5 Са; 0,46 Fe; 0,06 Mn; 0,023 Ni; 0,03 Со; 0,05 Cu; 0,02 Al; 0,27 Cr; 5,2 H₂O; 6,4 ППП; ост. SiO₂, который подвергали магнитной сепарации. Выход магнитной фракции составил 15-17%.

В результате магнитной сепарации удаляются шпинели, хромиты, алюмосиликаты, обладающие магнитными свойствами, и тем самым снижается расход реагентов при химическом модифицировании.

При этом получен аморфный кремнезем следующего состава, мас.%: 0,28 Mg; 0,32 Са; 0,05 Fe; <0,05 Mn; 0,01 Ni; 0,02 Со; 0,01 Cu; 0,006 Al; <0,04 Cr; остальное SiO₂ и Н₂О, насыпной вес 0,5-0,6 г/см³.

В таблицах 1 и 2 представлены результаты физико-химических параметров немодифицированных и модифицированных триметилхлорсиланом и гексадецилдиметилхлорсиланом образцов кремнезема.

Полученные физико-химические характеристики образцов серпентинитного кремнезема позволяют получать на их основе гидрофобный органофильный сорбент в форме гранул заданного размера, используемый, например, для очистки морских, речных и озерных акваторий от нефтепродуктов.

Таким образом, разработанный способ позволяет получать гидрофобный органофильный кремнезем, который используется для получения модифицированного сорбента, обладающего высокой сорбционной емкостью, способностью к длительному хранению без изменения рабочих свойств и отсутствием собственной токсичности.

Формула изобретения

1. Способ получения гидрофобного органофильного кремнезема из серпентинита в форме гранул, включающий модификацию поверхности кремнезема кремнийорганическими соединениями, отличающийся тем, что модификации подвергают кремнезем, полученный выщелачиванием серпентинита минеральной кислотой с последующим отделением осадка кремнезема от раствора солей магния, его промывки, сушки, магнитной сепарации, при этом выщелачиванию подвергают серпентинит фракции с размером частиц на 10-20% большими, чем размеры частиц получаемого кремнезема.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зависимости от назначения сорбента выщелачивание осуществляют до остаточного содержания магния не более 3,0%.