Способ получения гранулированного гуминового детоксиканта
METHOD FOR PRODUCING A GRANULAR HUMIC DETOXICANT

Изобретение относится к области экологической безопасности и может быть использовано при ликвидации последствий деятельности объектов накопленного вреда окружающей среде, предприятий оборонного и химического профиля, ранее производивших высокотоксичные вещества, для рекультивации техногенных территорий и сельскохозяйственных угодий, консервации и ликвидации неорганизованных полигонов захоронения коммунальных и промышленных отходов, детоксикации буровых шламов, иловых осадков сточных вод и т.п.
Известно (Орлов Д.С., Иванушкина К.Б. Гуминовые вещества в биосфере, народно-хозяйственное значение и экологическая роль // Почвоведение. - 1991. - №2. - С. 152-157), что гуматы (соли гуминовых кислот) представляют собой органические вещества сложного строения с кислород- и азотсодержащими функциональными группами различного состава, обладающие анионо- и катионообменными, комплексообразующими свойствами. В водных растворах соли гуминовых кислот связывают в нерастворимые комплексы ионы тяжелых металлов, соединения ртути, мышьяка и др. Соли гуминовых кислот получают щелочным гидролизом из каустобиолитов угольного ряда.
Известен способ получения гумата натрия смешением сухих мелко измельченных исходных веществ - торфа и натриевой щелочи (10 мас. % - 12 мас. % от торфа) (Патент РФ №2191798, кл. C10F 7/00, 2002 г.). Полученную смесь перед использованием необходимо развести в горячей воде (до 65°С) на 5 часов при концентрации суспензии 4 мас. % - 5 мас. %. Простой и дешевый способ.
Недостатками его являются низкий выход солей гуминовых кислот из торфа и неконтролируемая щелочность суспензии.
Известен способ получения гуматов из бурого угля (Патент РФ 2174529, кл. C05F 11/00, C10G 1/00, 2001 г.). Бурый уголь с влажностью не менее 20%, измельченный до крупности не более 2 мм, смешивают с твердой щелочью в соотношении на 1 кг сухой беззольной массы угля и 14,2-15,3 моля NaOH или 15,9-16,1 моля КОН, смесь выдерживают при комнатной температуре 0,9-1 ч до полного растворения щелочи во влаге угля, а затем высушивают и подвергают термообработке при температуре 130°С-150°С в течение 4-7 часа. Перед использованием полученной сухой смеси осуществляют экстракцию гуминовых веществ водой при температуре 95°С-100°С.Технический результат: повышение выхода гуматов до 83,0% - 86,9% от сухой беззольной массы угля. Высокий выход гуматов реализуется при жестком температурном воздействии на исходное сырье, что приводит к деструкции периферийной (линейной) части макромолекул.
Недостатком способа являются высокие энергетические затраты и избыточное количество гидроксидов в исходной смеси, которое дает повышенную щелочность целевого продукта, а как следствие и его высокую стоимость.
Известен способ получения органоминеральных удобрений и технологической линии для его осуществления путем получения солей гуминовых кислот из каустобиолитов угольного ряда путем механического кавитационного диспергирования сырья при повышенной температуре 80°С-90°С (Патент РФ 2296731, кл. C05F 11/02, C05F 11/06, 2006 г.).
Недостатком является высокие энергетические затраты при работе указанной линии получения гуминовых кислот и гуматов, значительное время обработки сырья и низкий выход целевого продукта.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения торфогуминового удобрения (Патент РФ 2058279, кл. C05F 11/02, 1996 г.). Торф под воздействием ультразвуковых колебаний с частотой 17-18 кГц при температуре 60-65°С сначала обрабатывают 1,5-3,8%-ным раствором азотной кислоты для обогащения удобрения фосфором и другими необходимыми макро- и микроэлементами за счет перевода их из минеральной составляющей торфа в водорастворимые формы, а затем для образования гуматов калия 2,2-4,3%-ным раствором едкого калия. Торф по транспортеру через дозатор загружают в реактор и смешивают с 1,5-3,8%-ным водным раствором азотной кислоты в соотношении 1:2. Конкретное значение концентрации водного раствора кислоты определяется количеством фосфора в исходном торфе. Полученную смесь нагревают до 60-65°С и подвергают ультразвуковому воздействию пьезокерамическим или магнитострикционным излучателем с частотой 17-18 кГц через мембрану, расположенную в днище или боковой стенке реактора. В результате этой операции через 9-11 мин в раствор из минеральной части торфа переводится в водорастворимые формы фосфор и практически весь набор макро- и микроэлементов, необходимых для роста и развития растений, что исключает дополнительное введение минеральных удобрений. Далее в смесь равномерно небольшими порциями в течение 4-5 мин подается едкий калий из расчета на концентрацию 2,2-4,3% (в зависимости от количества гуминовых кислот в исходном торфе). Через 10-12 мин (при достижении рН смеси в реакторе 7,0-7,1) установку выключают. Полученную торфо-гуминовую смесь выгружают в сушильный агрегат, высушивают при температуре, не превышающей 80°С, до влажности 10% и расфасовывают.
Недостатком способа является низкая мощность ультразвукового излучения, за счет чего реализуется низкая производительность оборудования (определяется емкостью реактора и мощностью излучателя) и отсюда, невысокий выход солей гуминовых кислот из сырья за счет низкой щелочности раствора на стадии гидролиза. Помимо этого, торфогуминовые удобрения используются в сельском хозяйстве для повышения плодородия земель и не применимы при ликвидации последствий деятельности объектов по хранению и уничтожению химического оружия и предприятий оборонного профиля.
Технической проблемой изобретения является необходимость создания высокопроизводительного способа получения солей гуминовых кислот с минимальными энергетическими затратами и гранулированием продукта с целью удобства его хранения, транспортировки и применения.
Технический результат - высокопроизводительный способ получения гранулированного комплексного гуминового органоминерального детоксиканта.
2
Проблема решается тем, что при реализации предлагаемого способа получения комплексного гранулированного гуминового органоминерального детоксиканта, исходный бурый уголь сушится при температуре не выше 60°С, измельчается до размера частиц не более 100 мкм, смешивается с бентонитом, засыпается в раствор щелочи, перемешивается и обрабатывается ультразвуком с частотой в диапазоне от 18 до 26 кГц в реакторе проточного типа, при этом мощность ультразвуковой обработки суспензии более 10 Вт/см, а температура суспензии не выше 50°С-60°С. Полученную после ультразвуковой обработки композицию гранулируют известными способами с сушкой гранулята до влажности не более 10 %. Концентрация исходного водного щелочного раствора составляет от 5 мас. % до 10 мас. %. Для приготовления щелочного раствора используются гидроксиды калия, натрия, аммония отдельно либо в смеси. В процессе гидролиза поддерживается рН от 10 до 12. В исходный щелочной раствор вводится от 10 мас. % до 40 мас. % измельченного органического сырья, а бентонита - от 5 мас. % до 20 мас. %.
2
Способ получения комплексного гранулированного гуминового органоминерального детоксиканта заключается в том, что исходный бурый уголь сушится при температуре не выше 60°С, измельчается до размера частиц не более 100 мкм, смешивается с бентонитом, засыпается в раствор щелочи с исходной концентрацией от 5 мас. % до 10 мас. %, и обрабатывается ультразвуком с частотой в диапазоне от 18 до 26 кГц в реакторе проточного типа, при этом мощность ультразвуковой обработки суспензии более 10 Вт/см, а температура суспензии не выше 50°С-60°С. Полученную после ультразвуковой обработки композицию гранулируют известными способами с сушкой гранулята до влажности не более 10%. Для приготовления щелочного раствора используются гидроксиды калия, натрия, аммония отдельно либо в смеси. В процессе гидролиза поддерживается рН от 10 до 12. В исходный щелочной раствор вводится от 10 мас. % до 40 мас. % измельченного органического сырья, а бентонита - от 5 мас. % до 20 мас. %.
Способ осуществляют следующим образом.
2
На первом этапе осуществляют приготовление щелочного раствора, для которого используют гидроксиды калия, натрия, аммония отдельно либо в смеси. Исходная концентрация щелочного раствора составляет от 5 мас. % до 10 мас. %. На втором этапе исходный бурый уголь просушивают при температуре не выше 60°С, измельчают до размера частиц не более 100 мкм, смешивают с бентонитом и засыпают в приготовленный раствор щелочи. При этом в исходный щелочной раствор вводят от 10 мас. % до 40 мас. % измельченного органического сырья, а бентонита - от 5 мас. % до 20 мас. %. В процессе гидролиза поддерживают рН от 10 до 12. Третьим этапом проводят обработку полученной суспензии ультразвуком с частотой в диапазоне от 18 до 26 кГц в реакторе проточного типа, при этом мощность ультразвуковой обработки суспензии более 10 Вт/см, а температура суспензии не выше 50°С-60°С. Четвертым этапом полученную после ультразвуковой обработки композицию гранулируют известными способами с сушкой гранулята до влажности не более 10%.
Предложенный способ поясняется следующими примерами.
2
Пример 1. Установка состояла из ультразвукового (УЗ) модуля проточного типа мощностью 3,8 кВт, емкости (80 л) с мешалкой и насоса. В емкость загружали 50 литров суспензии, содержащей 20% измельченного (средний размер частиц 60 мкм) окисленного бурого угля Экибастузского месторождения (Республика Казахстан), щелочность системы поддерживали на уровне рН 11-12 гидроксидом калия в количестве 7%. С помощью насоса пульпа циркулировала через УЗ-модуль 40 минут. В УЗ-модуле мощность излучения составляла 12 Вт/см. Температура суспензии не повышалась выше 50°С. По результатам анализа выход гуминовых и фульвовых кислот составил 92% от органической части исходного сырья (в пересчете на сухой остаток). Полученный густой гель после охлаждения гранулировали на лабораторном грануляторе. Гранулят высушивали до влажности 8-10% при температуре 50°С. В процессе сушки гранулы рассыпались, что приводило к получению мелкодисперсного порошка, который легко слеживался при хранении в мешках. Для использования такого материала после хранения в таре необходим дополнительный помол, что недопустимо для потребителя.
2
Пример 2. В емкость с мешалкой установки, описанной в примере 1, загружали 50 литров суспензии, содержащей 20% измельченного (средний размер частиц 60 мкм) окисленного бурого угля Экибастузского месторождения и 6% порошка (средний размер частиц 100 мкм) бентонита Даш-Салахлинского месторождения (Республика Азербайджан), щелочность системы поддерживали на уровне рН 11-12 гидроксидом калия в количестве 7%. С помощью насоса пульпа циркулировала через УЗ-модуль 40 минут. В УЗ-модуле мощность излучения составляла 12 Вт/см. Температура суспензии не превышала 50°С. По результатам анализа выход гуминовых и фульвовых кислот составил 90% от органической части исходного сырья. Полученный гель после охлаждения гранулировали на лабораторном грануляторе. Гранулят высушивали до влажности 8-10% при температуре 50°С. В процессе сушки более 90% гранул не рассыпалось, что исключило слеживаемость полученной продукции при хранении в таре.
2
Пример 3. В емкость с мешалкой установки, описанной в примере 1, загружали 50 литров суспензии, содержащей 25% измельченного (средний размер частиц 60 мкм) окисленного бурого угля Экибастузского месторождения и 4% порошка (средний размер частиц 100 мкм) бентонита Даш-Салахлинского месторождения, щелочность системы поддерживали на уровне рН 11-12 гидроксидом калия в количестве 8%. С помощью насоса пульпа циркулировала через УЗ-модуль 45 минут. В УЗ-модуле мощность излучения составляла 12 Вт/см. Температура суспензии не превышала 55°С. По результатам анализа выход гуминовых и фульвовых кислот составил 90% от органической части исходного сырья. Полученный гель после охлаждения гранулировали на лабораторном грануляторе. Гранулят высушивали до влажности 8-10% при температуре 50°С. В процессе сушки более 95% гранул не рассыпалось, что исключило слеживаемость полученной продукции при хранении в таре.