Способ получения гранулированного фильтрующего материала
Владельцы патента RU 2375101:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к области очистки природных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения и очистки сточных вод в фильтровальных сооружениях. Гранулированный фильтрующий материал получают из суспензии, включающей кембрийскую глину, доломит, гранитные отсевы, бой керамических изделий и стеклобой, суспензию подвергают сушке в кипящем слое и обжигу. Изобретение позволяет получить материал с высокой сорбционной активностью. 2 табл.
Изобретение относится к способу получения гранулированного фильтрующего материала и может быть использовано в технологии очистки природных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения и очистки сточных вод в фильтровальных сооружениях.
Известен способ получения гранулированного фильтрующего материала (SU №1243807, B01J 20/02, опубл. 07.09.1988), включающий введение в суспензию из каолина порошкообразного доломита в количестве 20-25% от массы каолина, гранулирование смеси и обжиг гранул при температуре 900…950°С. Известен также способ получения гранулированного фильтрующего материала (SU №1152650, B01J 20/02, опубл. 30.04.1985), включающий введение в суспензию из каолина неорганической добавки карбоната магния в количестве 15-30% от массы суспензии с последующей грануляцией и обжигом при температуре 850…900°С. Однако эти фильтрующие материалы не обеспечивают эффективной требуемой очистки природной воды при высокой цветности, обусловленной гумусовыми веществами, а также при очистке промышленных сточных вод при высокой концентрации тяжелых металлов.
Известен также способ получения гранулированного фильтрующего материала (RU №2077380, В01J 20/02, 20/04, опубл. 20.04.1997), включающий введение в глинистую суспензию порошкообразного доломита в количестве 15-18% от массы глины с последующей грануляцией и обжигом при температуре 800…880°С. Однако и этот фильтрующий материал не обеспечивает эффективной очистки природных вод с высокой концентрацией гумусовых веществ, а также промышленных сточных вод, имеющих в своем составе ионы тяжелых металлов, таких как цинк, медь, кадмий и т.д.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ получения фильтрующего материала, включающий введение в глинистую суспензию порошкообразного доломита в количестве 10…20% от массы глины с последующим механическим обезвоживанием смеси, подсушиванием ее при температуре 200…400°С, грануляцией и обжигом при температуре 800…900°С (RU №2216385, B01D 39/06, B01J 20/02, опубл. 20.11.2003). Этот фильтрующий материал имеет невысокую сорбционную емкость по тяжелым металлам из-за недостаточного количества активных центров на поверхности гранул и высокую температуру обжига.
Задача изобретения - создание фильтрующего материала с высокой сорбционной емкостью при более низких температурах его получения.
Технический результат достигается тем, что в способе получения гранулированного фильтрующего материала, включающем помол смеси исходных компонентов, содержащей кембрийскую глину и доломит, приготовлении суспензии, сушку и обжиг, смесь исходных компонентов дополнительно содержит, гранитные отсевы, бой керамических изделий и стеклобой при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| кембрийская глина | 60,0-69,0 |
| доломит | 12,0-15,0 |
| гранитные отсевы | 12,0-14,0 |
| бой керамических изделий | 4,0-6,0 |
| стеклобой | 3,0-5,0 |
сушка суспензии осуществляют в кипящем слое, а обжиг при температуре 650-700°С.
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый способ получения фильтрующего материала неизвестен и данное техническое решение обладает новизной.
Кембрийская глина - легкоплавкая, полукислая, низкодисперсная, с низким содержанием крупнозернистых включений, насыпная плотность 1450 кг/м3, интервал спекания 50-100°С. Данные химического анализа глины представлены в таблице 1.
| Таблица 1 Химический состав кембрийской глины, мас.% |
|||||||
| SiO2 | TiO2+Аl2О3 | Fе2О3 | CaO | MgO | K2O | SO3 | П.п.п. |
| 62,83 | 17,29 | 6,64 | 1,24 | 2,73 | 4,5 | 0,54 | 4,26 |
Доломит - CaMg(CO3)2 - минерал группы карбонатов, по химическому составу двойной карбонат кальция и магния: СаСО3·МgСО3, содержит примеси глины, известняка. При температуре 600-700°С происходит диссоциация MgCO3, при 830-900°С происходит диссоциация СаСО3.
Гранитные отсевы представлены в основном на 40-60% полевыми шпатами (ортоклазом), а также слюдой и роговой обманкой на 5-20% и кварцем 20-40%. Санидин и адуляр - общее название ортоклаз - моноклинные кристаллические модификации калиевого полевого шпата (К2O·Аl2O3·6SiO2). В качестве слюд может быть мусковит, флагопит, биотит.
Бой обожженных керамических изделий состоит в основном из силикатов кальция и магния и кварца.
Стеклобой представляет собой сплав смеси различных силикатов (Na2O·CaO·6SiO2).
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.
Для изготовления фильтрующего материала по предлагаемому способу дозируют и подвергают помолу в шаровой мельнице до остатка на сите 0,08 не более 1% кембрийскую глину, доломит, гранитные отсевы, бой керамических изделий, стеклобой. Полученный шликер с влажностью 40-50% сушат в башенной распылительной сушилке (например, конструкции ПКБ НИИстройкерамика или СМК-148). Суспензия подается в рабочее пространство сушильной камеры. Для распыления суспензии применяют механические форсунки. Сушка материала газами в кипящем слое заключается в псевдоожижении сыпучего материала горячим потоком газа и сушке его в «кипящем слое», что позволяет исключить процесс помола и грануляции массы, кроме того, сократить потери массы и добиться получения стабильного зернового состава и шарообразной формы зерен. Полученный гранулированный материал с влажностью 6-8% обжигается при температуре 650-700°С.
Исходные компоненты при распылительной сушке и дальнейшем обжиге претерпевают определенные физико-химические превращения, формирующие пористую структуру фильтрующего материала. Кроме того, совместное присутствие кембрийской глины, доломита, гранитных отсевов, боя керамических изделий, стеклобоя приводит к появлению новых донорных активных центров, что увеличивает сорбционную емкость заявляемого материала. Испытания проводились по таким тяжелым металлам, как ионы железа и кадмия. Высота загрузки и скорость фильтрации одинаковая. Следовательно, высоту загрузки предлагаемого фильтрующего материала можно уменьшить. Фильтрующий материал был получен при температуре 650-700°С, что гораздо ниже, чем температура получения прототипа (800-900°С).
| Таблица 2 Состав и свойства фильтрующего материала |
||||||
| № п/п | Фильтрующий материал, состав, мас.% | Сорбционная емкость по железу, мг/г | ||||
| Кембрийская глина | Доломит | Гранитные отсевы | Бой керамических изделий | Стеклобой | ||
| Прототип | 80,0-90,0 | 10,0-20,0 | - | - | - | 1,8 |
| 1 | 60,0 | 15,0 | 14,0 | 6,0 | 5,0 | 2,0 |
| 2 | 64,5 | 13,5 | 13,0 | 5,0 | 4,0 | 2,1 |
| 3 | 69,0 | 12,0 | 12,0 | 4,0 | 3,0 | 2,0 |
Сорбционная емкость определялась на основании данных технологического моделирования процесса очистки воды фильтрованием, выполняемого в соответствии с методикой, разработанной Д.М.Минцем (Технология очистки природных вод фильтрованием / Е.Г.Петров, П.П.Бегунов. - СПб, 2006. 54 с.). Анализ таблицы показывает, что сорбционная емкость по железу предлагаемого фильтрующего материала увеличивается на 17% при более низких температурах его получения.
Способ получения гранулированного фильтрующего материала, включающий помол смеси исходных компонентов, содержащей кембрийскую глину и доломит, приготовление суспензии, сушку и обжиг, отличающийся тем, что смесь исходных компонентов дополнительно содержит гранитные отсевы, бой керамических изделий и стеклобой при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| кембрийская глина | 60,0-69,0 |
| доломит | 12,0-15,0 |
| гранитные отсевы | 12,0-14,0 |
| бой керамических изделий | 4,0-6,0 |
| стеклобой | 3,0-5,0 |
сушку суспензии осуществляют в кипящем слое, а обжиг при 650-700°С.
