Кинетика истирания высокопрочных гранулированных активных углей в водно-щелочной песчаной пульпе

О В S Л И В химии и химической технологии. Том XXIÜ, 2009. №10

держит не менее 90% основного вещества, что позволяет его считать препаратом технического назначения.

Полученная после осаждения стахиозы надосадочная жидкость была упарена под вакуум с отгонкой этилового спирта до исходного объема и высушена в вакуум-сушильном шкафу. В результате получили препарат раффинозы. который являлся хроматографически чистым индивидуальным веществом и содержал 90% основного вещества, что позволило его также считать препаратом технического назначения.

Выводы. Подобраны оптимальные условия ферментативного гидролиза олигосахаридов из биомассы сои после кислотной и щелочной экстракции белковых веществ. Установлено, что для извлечения углеводов целесообразно использовать комплексный ферментный препарат целловиридин ГЗх. Оптимальными условиями гидролиза являются: время - 1,5 ч при комнатной температуре и концентрации целловириднна - 10% от СВ субстрата. В этих условиях содержание углеводов в экстракте составило: сахарозы -2%, раффинозы - 2,4%, стахиозы - 5,7%. Для раздельного выделения углеводов предложено использовать метод осаждения из водно-спирртовото раствора с гидромодулем 14. Получены препараты раффинозы и стахиозы технического назначения с содержанием основного вещества ие менее 90%. Дальнейшие исследования будут направлены на разработку технологических стадий очистки полученных препаратов углеводов.

Библиографические ссылки

1. Корсаков Н. И., Мякушко Ю. П. Соя. JL: ВНИИ растениеводства, 1975, 160 с.

2. Соя: качество, использование, производство. / В. С. Петибская [и др.]; М.: Аграрная наука, 2001. 64 с.

3. [Электронный ресурс]; // URL: http://www.tiarisong.ru/all. (Дата обращения 01.03.2009).

УДК 631.4:632.954:661.183

А. Н. Хомутов, В. Н. Клушин, А. В. Нистратов

Российский химнко-технологический университет им. Д.И. Менделеева. Москва, Россия

КИНЕТИКА ИСТИРАНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ

ГРАНУЛИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ В ВОДНО-ЩЕЛОЧНОЙ ПЕСЧАНОЙ ПУЛЬПЕ

Comparison of kinetic features at abrasion of active carbons based on peat-polymer paste with additive furfural and FAS-Z in aqua-alkaline sand pulp was organized.

Проведено сравнение кинетических характеристик при истирании активных углей на основе торфополимерной пасгы с добавлением фурфурола и ФАС-3 в воднощелочной песчаной пульпе.

$ <1 0 X И 8 химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. N8 10

Механическая прочность углеродных адсорбентов - важный критерий, определяющий возможность их использования в процессах с интенсивным гидродинамическим режимом. Основным воздействием, вызывающим разрушения сорбента в эксплуатируемых аппаратах, является истирание, а основным видом разрушения при истирании является износ - уменьшение гранул сорбента за счет превращения поверхностных слоев в пылевидные фракции. Интенсивность износа определяется прежде всего прочностными свойствами материала и величинами касательных напряжений, равных отношению сил трения к фактической поверхности контакта. Прочностные свойства углеродных материалов существенно зависят от строения (структуры) их углеродного вещества [1].

В частности, прочность Ван-Дер-Ваальсовых связей между параллельными слоями графитоподобных сеток низка по сравнению с прочностью связей С-С, а упругие свойства углеродных материалов проявляются тем четче, чем больше размеры ароматических ядер-сеток и степень поперечных сшивок. Возрастание упругих свойств способствует уменьшению фактической поверхности контакта [2]. Последняя преимущественно определяется рельефом контурной поверхности, формируемым выходящими на поверхность материала порами. При многократном нагружении зон контакта (трущихся поверхностей) разрушения поверхностных слоев происходят не только вследствие мгновенного разрыва межмолекулярных связей, но в первую очередь благодаря явлениям усталости. Наиболее опасными очагами разрушения твердых тел являются трещины (в угле - поры). Рост трещин происходит в две стадии. На первой медленной стадии - по термофлуктуа-ционному механизму, на второй - по атермическому (мгновенно). Единственным параметром, контролирующим скорость роста трещин на первой стадии, является Г-интеграл, представляющий собой суммарный поток векторов напряженности всех силовых полей по двойному замкнутому контуру вокруг вершины трещины [3].

Испытания углей на прочность при истирании производят, используя ряд методик [4,5]. МИС 60-8 - наиболее употребительная в России методика, которая заключается в истирании активных углей в стальных, вращающихся с частотой 75 оборотов в минуту барабанах диаметром и длиной 80 мм с гладкой внутренней поверхностью под действием стальных истирающих стержней весом 1200 г. Суть оценочной части методики сводится к однократному измерению остатка крупной фракции угля по истечении трехминутной обработки [4]. Такие испытания по целому ряду причин позволяют лишь оценку истираемости, но не отражают всей полноты информации о процессе истирания сорбента. Во-первых, однократные испытания не содержат кинетических данных разрушения сорбента, во-вторых, методика не затрагивает изучения возможных иных, кроме механической нагрузки, воздействий, в-третьих, она не учитывает адсорбционного понижения прочности углей.

Смена технологической среды, в которой происходит эксплуатация сорбента, существенным образом отражается на его прочностных свойствах благодаря появлению или исчезновению новых силовых полей. При перехо-

С Я 5 X И В химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. № 10

де от газовых сред к жидким при смачивании поверхности возникают эффекты адсорбционного понижения прочности благодаря расклинивающему давлению [б]. Величины потоков силовых полей вокруг вершин трещин (пор углей) в данном случае, очевидно, зависят от строения двойных электрических слоев, определяемых в свою очередь ионообменными и электрохимическими свойствами углеродного вещества и пористой структурой активных углей, а также свойствами самой среды. Таким образом, характер разрушений активного угля при эксплуатации определяется не только его структурой, но и свойствами среды. В силу вышесказанного крайне важно сравнивать не просто отдельно взятые показатели прочности сорбентов при истирании, определенные по какой-либо методике, но и кинетические кривые их истирания в различных средах, где используют сорбент.

При выборе, в частности, активного угля для извлечения драгметаллов из циашдных растворов его прочность является ключевым параметром. Наиболее интенсивный гидродинамический режим использования активного угля при извлечении золота имеет место в процессах «золото в пульпе». В названном режиме водно-щелочная золотосодержащая песчаная пульпа, приводимая в движение аэролифтом и характеризуемая величиной рН=10-11 и соотношением Ж:Т = (1-5-2): 1, циркулирует в системе аппаратов типа «па-чук» со скоростью 1,5-2,5 м/с [7]. Скорость движения пульпы в системе определяется высотой водовоздушного столба, которая составляет более 5 м. Очевидно, что в лабораторных условиях соблюдение величины последнего параметра весьма затруднительно, а для достижения указанной скорости необходимо либо сильно увеличить объемную долю пузырьков воздуха, либо использовать иной режим циркуляции. В этой связи роль сопоставления прочностных свойств разработанных активных углей и промышленных аналогов в лабораторной установке возрастает. Руководствуясь приведенными соображениями, авторы настоящей работы выбрали для сравнительных испытаний наиболее прочный из активных углей промышленного производства - активный уголь ФАС-3, разработанный для золотовзвлекательной промышленности [8], и условия испытаний, максимально приближенные к реальному режиму эксплуатации сорбента.

Экспериментальная часть. Образец карбонизата готовили в виде г ранул цилиндрической формы диаметром 2 мм на основе пасты с добавкой фурфурола, обеспечивающей максимальную прочность карбонизата [9]. Активирование гранул проводили при 840 "С в вертикальном реакторе из нержавеющей стали, помещенном в трубчатую печь СУОЛ-4, при расходе водяного пара 3 г на 1 г угля до достижения 30 % степени обгара. Активные угли подвергали механическому воздействию (истиранию) в водно-щелочной песчаной пульпе из кварцевого песка с частицами менее 100 мкм при рН = 11 (рН устанавливали, используя раствор гидроксида натрия) и соотношении Т:Ж = 1:2 в лабораторной установке, представляющей собой две стеклянные трубки диаметром 5 и длиной 50 см, вертикально закрепленные на штативе и соединенные сверху и снизу резиновыми шлангами с вмонтированными стеклянными тройниками для подвода и отвода воздуха. Пульпу

6 ¡1 & Л И в хиши и химичвемЛ технологии. Том XXIII. 2009. N»10

приводили в движение регулируемой подачей воздуха из воздуходувки в нижний тройник. Скорость движения пульпы констатировали, разделив расстояние, пройденное зерном угля по системе за 10 оборотов, на время. Она составляла 1,5 м-с"'. По истечении определенного времени пульпу с углем сливали из установки, отстаивали, декантировали, твердую фазу сушили, после чего отсеивали от песка гранулы угля и определяли их массу.

Табл. Кинетические характеристики истирания сорбентов в пульпе

Марка у гля Кинетическое уравнение 1еш Константа истирания

1 -ая стадия 2-ая стадия 1 -ая стадия

ФАС-3 0,16т — 0,65 0,003т + 0,32 0.16 0,003

Активный уголь на основе пасты с фурфуролом 0,27т - 0,54 0,0025т + 0,31 0,27 0,0025

Обсуждение результатов. Истирание сорбентов в водно-щелочной песчаной пульпе в охарактеризованном экспериментальном устройстве, как и во вращающемся барабане [9], происходит в две стадии, причем величины потерь массы сорбентов, имеющие место на первой стадии за счет износа в барабане и в пульпе, совпадают с точностью до 1 %: для образца активного угля на основе торфополимерной пасты с добавкой фурфурола они составляют 5 % в барабане и 4,5 % в пульпе, а для активного угля ФАС-3 - 10 % в барабане и 9 % в пульпе. Однако, длительность первой стадии истирания в пульпе активного угля на основе торфополимерной пасты с добавкой фурфурола почти в два раза меньше, чем таковая первой стадии истирания в пульпе активного угля ФАС-3, в то время как в барабане длительности первой стадии практически совпадают [9]. Кинетические уравнения истирания сорбентов, полученные в результате обработки зависимостей логарифма массы износа от логарифма времени реализации процесса, представлены в таблице.

Как следует из данных таблицы, величина константы первой стадии истирания активного угля ФАС-3 меньше, чем аналогичный показатель экспериментального образца активного угля. На второй же стадии истирания имеет место обратная картина. Во вращающемся барабане [91 величины констант и первой и второй стадий истирания активного угля на основе торфополимерной пасты с добавлением фурфурола меньше величии этих же показателей истирания для гранул активного угля ФАС-3.

Полученные данные дают основание констатировать, что поверхностные слои гранул активного угля, полученного иа основе торфополимерной пасты с добавлением фурфурола, в щелочной среде характеризуются новы-

С I? 0 I U в химии и химической технологом. Тон XXIII. 2003. № 10

шенной скоростью износа по сравнению с воздушной средой. Это обстоятельство, по всей видимости, связано с неоднородностью химического состава поверхностного слоя и объема гранул этого адсорбента, так как сырьевая торфополимерная композиция с добавлением фурфурола представляет собой многокомпонентную систему, содержащую летучие и поверхностно активные вещества, способные к концентрированию на границе разделе пас-та-воздух.

Библиографи ческие ссылки

1. Касаточкин В.И., Ларина Н.К. Строение и свойства природных углей. -М.: Недра, 1975. 159 с.

2. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 360 с.

3. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640 с.

4. Колышкин А.Г., Михайлова К.К. Активные угли: Свойства и методы испытаний. Справочник. Л.: Химия. 1972. 56 с.

5. Аналитическая химия и технический анализ угля: Учебник для техникумов. / И.В.Авгушевич [и др.]; М.: Недра, 1987. 336 с.

6. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М.. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 398 с.

7. Стрижко Л.С. Металлургия золота и серебра. / МИСИС, VI.: Изд-во МИСИС, 2001.336 с.

8. Патент№ 2019503 [РФ]. / В.В. Гурьянов [и др.]; [опубл. 15.09.94]. М, Бюллетень, 1004.

9. Хомутов А.Н., Клушин В.Н. Влияние добавок фурфурола и лигнина на кинетику истирания высокопрочных активных углей из отходов полиэфира и торфа. // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; IРХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006. Том XX. № 6. С. 45-47.

УДК 631.4:632.954:661.183

А. Н. Хомутов. В. Н. Клушин, В. М. Мухин, А. В. Нистратов Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОЦЕНКА РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОРФЯНЫХ ПАСГ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

Estimation of Maxwell-Kelvin-Shvedov Theological model constants of peat pastes lor producing high-strength granulated activated carbons was made in this paper.

Проведена оценка констант реологической модели Максвелла-Кельвина-Шведова торфяных паст для получения высокопрочных гранулированных активных углей.