СИСТЕМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГУМИНОВЫХ И ФУЛЬВОКИСЛОТ

Предполагаемая полезная модель относится к области нетопливного использования бурых углей и может применяться при синтезе различных органических продуктов на основе гуминовых и фульвокислот.
Изучение свойств гуминовых и фульвокислот проводится с давних пор, имеет важное значение, способствует прогнозированию выходов и свойств целевых продуктов при переработке твердых горючих ископаемых (бурых углей, торфов, сапромикситов), богатых гуминовыми и фульвокислотами [1].
Известны различные системы, используемые в технологических процессах [2, 3].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является получение гуминовых кислот для аккумуляторной промышленности [4].
Недостатки прототипа: низкий выход целевых продуктов, потеря фульвокислот, которые вместе с фильтратом уходят в отходы производства, а также значительное содержание остаточного бурого угля, малопригодного для дальнейшего использования из-за высокой зольности.
Целью предлагаемой полезной модели является существенное повышение выхода целевых продуктов при малоотходной технологии.
Поставленная цель достигается тем, что бурый уголь подвергается действию высоких энергий в проточной мельнице-активаторе [5].
Предлагаемая система поясняется технологической схемой и описанием процесса. Перед загрузкой в проточную мельницу-активатор бурый уголь измельчают в механической мельнице со стальными шарами до размера частиц крупностью 0-500 мкм. Для перевода бурого угля в водорастворимые соединения используют виброцентробежную мельницу ЦЭМ-7 (разработка Института химии твердого тела и механохимии СО
РАН). Мельница [5] выполнена с горизонтальным расположением 2-х трубных помольных барабанов и предназначена для приготовления высокодисперсных суспензий.
Технологический процесс осуществляют следующим образом. Бурый уголь зернением 0-500 мкм загружают в шнековый дозатор сырья (1). В мерник сырья (2) предварительно закачивают 5% раствор гидроксида натрия, который затем сливают в промежуточный сборник (3). Включают мельницу-активатор (4) и насосом (5) прокачивают раствор гидроксида натрия по трубопроводному контуру. При работающей мельнице включают шнековый дозатор сырья (1) и в раствор гидроксида натрия вводят мелкоизмельченный уголь. В мельнице (4) происходит их смешение и одновременное измельчение угля. После того, как весь уголь из дозатора поступит в мельницу, суспензию еще определенное время прокачивают через мельницу-активатор (4) до тех пор, пока не произойдет максимальное образование водорастворимых натриевых солей гуминовых кислот. По мере окончания процесса мельницу (4) останавливают и готовый раствор водорастворимых натриевых солей гуминовых кислот из сборника (3) насосом (6) прокачивают через контрольный фильтр (8) в приемный сборник (11). Не прошедшую через контрольный фильтр суспензию сливают в сборник (7) и по мере накопления направляют на осадительно-фильтрующую центрифугу (9), где гуматы натрия отделяют от остаточного бурого угля, который по мере накопления в сборнике (10) направляют на повторное измельчение в промежуточный сборник (3). Из сборника (11) гуматы натрия насосом (12) перекачивают в емкость приготовления гуминовых кислот (14). В емкость приготовления гуминовых кислот (14) приливают 10%-й раствор соляной кислоты из мерника (13) до полного выделения хлопьев гуминовых кислот при рН 2. После прибавления соляной кислоты и перемешивания раствора производят отстаивание в сборнике (15). В результате отстаивания в сборнике (15) происходит разделение раствора на две фазы. Бурые хлопья гуминовых кислот оседают на дно, а сверху находится слабоокрашенный
раствор фульвокислот. Обе составляющие разделяются на осадительно-фильтрующей центрифуге (16). Гидрогели гуминовых кислот направляют в сборник (17), где хранят во влажном состоянии для дальнейшего использования в органических синтезах, а раствор фульвокислот направляют в сборник (18), откуда передают в куб (19) для отгонки соляной кислоты. Перегонный куб (19) снабжен обогревателем и водяным холодильником (21). По мере отгонки определенного объема соляной кислоты в приемник (22), влажную техническую субстанцию фульвокислот выгружают в сборник (20), где хранят во влажном состоянии для дальнейшего использования в органических синтезах. Соляную кислоту из приемника (22) снова используют для осаждения гуминовых кислот. Предлагаемая система является высокоэффективной и практически безотходной за счет применения виброцентробежной мельницы ЦЭМ-7.
В результате механо-активационной обработки выход водорастворимых натриевых солей гуминовых кислот увеличивается до 90%. Такой эффект объясняется ударно-сдвиговым воздействием, сопровождающимся разрушением и разупорядочением структуры бурого угля. Образующиеся при этом новые структурные поверхностные группы - активны и вступают во взаимодействие с окружающими молекулами, что в конечном итоге повышает выход и облегчает выделение конечных продуктов. Поскольку в процессе механо-активационной обработки размер угольных частиц уменьшается от 500 мкм до 5 мкм, то при этом происходит также вскрытие ранее не доступных для контакта микропор, из которых извлекаются дополнительно нативные гуминовые вещества, способные реагировать с гидроксидом натрия, тем самым увеличивая выход водорастворимых натриевых солей гуминовых кислот.
Пример переработки бурого угля.
Для переработки использовали товарную пробу угля марки 2Б разреза «Кайчакский» (Барандатское месторождение, Кузбасс).
Характеристика исходного бурого угля:
Содержание влаги, % по массе...........
5,0
Зольность, % по массе..................
9,8
Высшая теплота сгорания, ккал/кг.......
4700
Выход летучих веществ, % по массе......
45,8
Содержание элементов, % по массе:
углерода............................
72,9
водорода............................
5,3
1000 г сухого бурого угля зернением 0-500 мкм обрабатывают в виброцентробежной мельнице с 5%-м раствором гидроксида натрия, взятым в количестве 3 литров. Далее проводят все операции, указанные в описании технологического процесса. В итоге получают 100,0 г твердого остаточного угля и 3 литра водорастворимых натриевых солей гуминовых кислот. Степень превращения угля составляет 90%. Остаточный уголь накапливается, а затем снова измельчается в виброцентробежной мельнице. Практически за несколько циклов весь остаточный уголь также переходит в водорастворимые натриевые соли гуминовых кислот, из которых затем выделяют гуминовые и фульвокислоты. При отгонке из раствора фульвокислот паров соляной кислоты в технической пасте кубовой субстанции остаются водорастворимые фульвокислоты и балластные хлориды металлов, которые при необходимости отделяются от фульвокислот специальными методами очистки.
Источники информации:
1. А.В.Кравцов, Д.А.Баженов, Л.И.Тарновская, С.Г.Маслов Оценка термодинамической вероятности протекания реакций термолиза гуминовых и фульвокислот. // Химия твердого топлива. - 1998. - №1. - С.38-47.
2. Авторское свидетельство СССР №1041807 А. Опубл. 15.09.83. Бюл. №34.
3. Авторское свидетельство СССР №1295150 А2. Опубл. 07.03.87. Бюл. №9.
4. Т.А.Кухаренко, С.А.Шапиро Гуминовые кислоты для аккумуляторной промышленности. // Химия твердого топлива. - 1967. - №1. - C.112-118.
5. Мельницы и механические активаторы. // Рекламный проспект Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, (г.Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18).