СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ НА НОСИТЕЛЕ ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН
METHOD OF OBTAINING CALCIUM SULPHATE-BASED SORBENT ON CARRIER FROM CELLULOSE FIBRES

Способ относится к технологиям химического осаждения из водных растворов труднорастворимых неорганических соединений на различные носители и может быть использован в процессах селективного извлечения фтора и/или фосфатов из технологических или природных вод, содержащих различные загрязнители.
Известен способ получения тонкослойных неорганических сорбентов на носителе из целлюлозных волокон (Н.Д. Бетенков. Применение тонкослойных неорганических сорбентов в гидрометаллургии и радиохимии. Межвузовский сборник научных трудов, Пермский политехнический институт, 1980 г., стр.115-120). В этом способе из волокон древесной целлюлозы готовят носитель в виде гранул размером 0,2-0,5 мм. При получении сорбентов, например, на основе гидроксида железа гранулы диспергируют в водном растворе соли железа. Дисперсию обрабатывают щелочным реагентом-осадителем, например NaOH. В результате реакций образуются и выделяются в виде твердой фазы частицы труднорастворимого гидроксида железа, которые иммобилизуются на носителе с образованием частиц сорбента, состоящего из целлюлозных волокон в виде гранул, и активного компонента в виде частиц гидроксида железа. По мнению авторов, осажденные частицы образуют на гранулах тонкий слой с хорошей его адгезией к подложке.
Частицы сорбента отделяют от жидкой фазы отстаиванием или фильтрацией.
Недостаток способа заключается в том, что полученные по нему сорбенты имеют низкое содержание активного компонента (АК) (5-30 мг на 1 г сорбента). Вследствие этого основное назначение таких сорбентов - это извлечение из растворов веществ в разбавленном и ультраразбавленном состоянии, когда полное использование ионообменной емкости недостижимо.
Новыми техническими результатами от использования предлагаемого изобретения являются повышение содержания активного компонента в сорбенте и, соответственно, его емкости, а также обеспечение возможности селективного извлечения фтора и/или фосфатов из природных и сточных вод.
Указанные результаты достигаются тем, что способ получения сорбентов на основе сульфата кальция на носителе из фибриллированных целлюлозных волокон, содержащих не менее 95 мас.% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55 мас.% волокон с длиной не более 0,60 мм, включает приготовление исходной водной дисперсии, содержащей указанные волокна и растворенный хлористый кальций, обработку дисперсии сульфатом натрия с образованием в качестве продуктов обработки частиц сульфата кальция и их иммобилизацией на волокнах с получением частиц сорбента, состоящего из волокон и частиц сульфата кальция, отделение частиц сорбента от жидкой фазы, при этом количество иммобилизованных частиц сульфата кальция составляет 100-1200 мас.ч. в расчете на 100 мас.ч. волокон.
Фибриллированные целлюлозные волокна (ФЦВ) с указанными выше характеристиками обладают в водной дисперсии очень высокой сорбционной способностью по отношению к образующимся в дисперсии при ее реагентной обработке нерастворимым частицам различных соединений металлов в момент их образования. В наших экспериментах было обнаружено, что сорбционная емкость волокон превышает 1500 мас.ч. соединений металлов на 100 мас.ч. волокон.
Эти волокна в водной среде обладают также высокой активностью к взаимодействию друг с другом и способностью быстро (в 10-20 сек) образовывать даже при низкой концентрации (20-30 мг/л) флокулы и хлопья, хорошо удерживающие пузырьки воздуха и поэтому легко флотируемые к поверхности воды.
Такими же свойствами обладают частицы сорбентов даже при высоком содержании в них частиц соединений металлов - активных компонентов и/или продуктов очистки стоков. Поэтому для выведения частиц из жидкой фазы следует использовать технологию напорной флотации, причем без применения вспомогательных веществ, таких как коагулянты, флокулянты, флотоагенты.
Сорбенты получают с соотношением в них, в мас.ч, активного компонента (АК) - сульфата кальция, и ФЦВ, равным 100-1200:100 в зависимости от условий использования сорбента.
Способ осуществляют следующим образом. Готовят суспензию ФЦВ, содержащую, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% волокон с длиной не более 0,60 мм, с заданной концентрацией. Готовят также растворы хлористого кальция и сульфата натрия с заданными концентрациями.
Для получения сорбента используют установку непрерывного действия, содержащую смеситель, реактор, сатуратор и флотатор.
В смеситель подают при равных объемных скоростях суспензию ФЦВ с их содержанием 300-600 мг/л и раствор хлористого кальция с содержанием соли 235-2822 мг/л. Полученную исходную дисперсию направляют в реактор, в который подают также с такой же объемной скоростью раствор реагента-осадителя - сульфата натрия - с его содержанием 313-3760 мг/л, то есть в количествах, стехиометрически равных расходу хлористого кальция. В реакторе в результате реакций образуются 100-1200 мг/л частиц активного компонента в виде частиц сульфата кальция. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием сорбента в количестве 200-1950 мг/л. Далее дисперсию сорбента направляют в сатуратор, насыщают ее воздухом при его давлении 2-3 атм и из сатуратора направляют в камеру флотатора, в которой сорбент выводят из жидкой фазы в виде флотошлама.
Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.
2
2
4
4
Пример 1. В смеситель подают с равными объемными скоростями суспензию ФЦВ, содержащую, в мас.%, не менее 95% волокон с длиной не более 1,20 мм и не менее 55% с длиной волокон не более 0,60 мм, с их содержанием 300 мг/л и раствор CaCl с содержанием этой соли 235,02 мг/л и получают исходную дисперсию. Ее направляют в реактор, в который с такой же скоростью подают в качестве осадителя раствор NaSO с содержанием соли 104,41 мг/л. В результате реакций в реакторе в качестве АК образуются 100 мг/л частиц CaSO. Указанные частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 200 мг/л сорбента, в котором соотношение АК: ФЦВ равно 100:100. Сорбент выводят из жидкой фазы методом флотации.
2
2
4
4
Пример 2. В отличие от примера 1 используют суспензию ФЦВ с их содержанием 600 мг/л, раствор CaCl с содержанием соли 3057,21 мг/л, и раствор NaSO с его содержанием 4071,9 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются частицы CaSO в количестве 1300 мг/л. Частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 1500 мг/л сорбента, в котором соотношение АК: ФЦВ равно 650:100.
2
2
4
4
Пример 3. В отличие от примера 1 используют суспензию ФЦВ с их содержанием 450 мг/л, раствор CaCl с содержанием соли 6888,63 мг/л и раствор NaSO с его содержанием 5638,14 мг/л. В результате реакций в дисперсии в качестве АК образуются 1800 мг/л частиц CaSO. Эти частицы иммобилизуются на ФЦВ с образованием 1950 мг/л сорбента, в котором соотношение АК: ФЦВ равно 1200:100.
Жидкая фаза в примерах 1-3 после выведения из нее сорбента содержит в качестве продукта реакций NaCl с содержанием 85,91, 1116,83 и 1546,38 мг/л соответственно.
2
5
Емкость сорбентов по примерам 1-3 в расчете на 1 г сорбента по фтору равна 139,5, 213,5 и 247,97 мг, по фосфатам (в пересчете на PО) - 173,75, 300,93 и 320,74 мг/л соответственно.