×
10.02.2016
216.014.ce57

Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИОННЫЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ СОРБЕНТ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТОВ КАЛЬЦИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Группа изобретений относится к области получения сорбентов. Способ включает приготовление смеси, содержащей саморассыпающиеся шлаковые отходы на основе силиката кальция, магния, и гидроалюмосиликаты из ряда глин и гидрослюд, гранулирование смеси и ее термообработку при 850-900°C, обеспечивающую формирование единого алюмокремнекислородного каркаса, содержащего структурную фазу типа карбонатного спурита. Перед гранулированием в смесь вводят модификатор - водный раствор эфира целлюлозы и гликолевой кислоты. Техническим результатом является повышение эффективности сорбента в отношении сорбции тяжелых металлов и радионуклидов. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области сорбционно-осадительных технологий извлечения тяжелых металлов и радионуклидов из водных растворов и может найти применение на предприятиях цветной металлургии, производства металлоизделий, предприятиях химической промышленности, а также может быть использовано для иммобилизации радиоактивных отходов из растворов, для очистки почв и водоемов, подвергшихся загрязнению тяжелыми металлами и радионуклидами.

Известен гранулированный неорганический сорбент (Патент РФ №2032460, «Гранулированный неорганический сорбент и способ его получения», МПК B01J 20/06, от 10.04.1995), применяемый для переработки жидких и газовых технологических потоков, при очистке отходящих газов и сбросных вод предприятий от радиоактивных и токсичных веществ в атомной энергетике и химической промышленности. Сорбент представляет собой сферогранулированный (диаметр 0,001-3 мм) материал с кристаллической структурой двухфазного твердого раствора, состоящего из анатаза и рутила. Количество сорбционных центров определяется степенью нестехиометрии сложного оксида.

Недостатком данного изобретения является то, что сорбционная емкость ограничена количеством сорбционных центров, определяемых химической предысторией сорбента. Возможность генерирования дополнительных сорбционных центров в процессе сорбционного взаимодействия отсутствует. В результате сорбент характеризуется низким коэффициентом распределения по тяжелым металлам. Процесс сорбции является обратимым.

Известен «Сорбент на основе силикатов кальция» (Патент РФ №2230609, МПК B01J 20/10, 20/04, 20/08, от 21.04.2003). Известный сорбент на основе силикатов кальция с добавлением оксида алюминия и оксида магния производится методом плавления исходных компонентов. Технология производства сорбента рассчитана на получение саморассыпающегося материала с фракционным составом 0,1-0,4 мм. Основными фазовыми составляющими известного композиционного сорбента являются силикаты: 2CaO·SiO2; трехкальциевый силикат 3CaO·SiO2; мервинит 3CaO·MgO·SiO2, а также периклаз MgO и оксид алюминия Al2O3, присутствующий в виде шпинели MgO·Al2O3. Указанный сорбент необратимо фиксирует радионуклиды, о чем свидетельствует низкая степень выщелачивания последних из отработанного сорбента. Недостатком известного решения является низкий коэффициент распределения, поскольку при эксплуатации сорбента отсутствует возможность самоактивирования и саморегулирования сорбционного процесса. Присутствующая в составе сорбента шпинель не участвует в сорбционном процессе.

Высокая дисперсность исходного сорбента и еще более высокая дисперсность продуктов сорбционного взаимодействия исключает возможность их разделения и регенерации сорбента. Соотношение сорбционной и осадительной стадии не регулируется составом сорбента, поэтому при его эксплуатации возможно накопление мелкодисперсных плохо отстаивающихся осадков, снижающих фильтрующие и сорбционные свойства. Использование известного сорбента для отсыпки дна водоемов и поверхностных слоев почв, загрязненных тяжелыми металлами и радионуклидами, создает опасность ветрового загрязнения территорий мелкодисперсными токсичными продуктами сорбции, например при обмелении водоемов.

Из уровня техники известен композиционный сорбент (патент РФ №2481153, «Композиционный сорбент на основе силикатов кальция», МПК B01J 20/16, опубл. 10.05.20163), представляющий собой гранулированную смесь саморассыпающегося шлака на основе силикатов кальция, магния и гидроалюмосиликаты из ряда глин и гидрослюд, термически обработанную в интервале температур, обеспечивающем формирование единого алюмокремнекислородного каркаса, и содержащий следующие компоненты (в пересчете на оксиды), мас. %:

Диоксид кремния 28÷31
Оксид кальция 40÷53
Оксид алюминия 7÷9
Оксид магния 6÷8
Оксид калия 0,5÷1,0
Оксид натрия 0,5÷1,0
Оксид железа 1,0÷3,0

Соотношение компонентов выбрано с учетом процессов фазообразования при оптимальных температурах (850-900°C), обеспечивающих формирование единого алюмокремнекислородного каркаса при слабом спекании гранул сорбента, сохраняющем их диффузную проницаемость.

Основными фазовыми составляющими этого композиционного сорбента являются силикаты: двухкальциевый силикат 2CaO·SiO2; трехкальциевый силикат 3СаО·SiO2; мервинит 3CaO·MgO·SiO2; геленит 2CaO·SiO2·Al2O3. Оксиды калия, натрия, железа не образуют индивидуальных фаз, а входят в состав силикатов кальция, образуя нестехиометрические соединения в результате реакций дефектообразования. Благодаря участию в обменном сорбционном процессе иновалентных катионов, в процессе сорбции генерируются вторичные активные сорбционные центры. Композиционный сорбент обладает способностью необратимо удерживать тяжелые металлы как селективно, так и комплексно. Использование композиционного сорбента в гранулированном состоянии и присутствие в его составе активирующих добавок обеспечивает реализацию следующих преимуществ:

- регулирования сорбционной и осадительной стадии сорбционного процесса;

- разделения сорбента и мелкодисперсных продуктов сорбционного взаимодействия;

- регенерации сорбента.

Недостатком данного решения является уменьшение механической прочности гранул сорбента в процессе длительной эксплуатации, что приводит к увеличению количества мелкодисперсных осадков. Блокирование поверхности гранул мелкодисперсными продуктами приводит к снижению сорбционной емкости, что требует регенерации сорбента. К блокированию поверхности сорбента и снижению сорбционной емкости приводит также сорбция анионов, таких как Cl-, SO4-2, NO3- и др., присутствующих в составе кислых растворов тяжелых металлов и радионуклидов.

Также, в способе приготовления известного сорбента, заключающемся в приготовлении смеси, содержащей саморассыпающиеся шлаковые отходы на основе силикатов кальция и магния, и гидроалюмосиликаты из ряда глин и гидрослюд, гранулировании и ее термообработке при 850-900°C, обеспечивающей формирование единого алюмокремнекислородного каркаса, имеются следующие недостатки: низкая технологичность формовочной смеси ввиду отсутствия временной связки для обеспечения эффективности процесса гранулирования. Недостаточная эффективность процесса гранулирования и тем самым агрегатирования исходных компонентов создает кинетические ограничения при последующем их твердофазном взаимодействии и спекании с формированием единого алюмокремнекислородного каркаса.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение сорбционной емкости и повышение прочности гранул композиционного сорбента в процессе эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в способе получения композиционного сорбента, включающем приготовление смеси, содержащей саморассыпающиеся шлаковые отходы на основе силикатов кальция, магния, и гидроалюмосиликаты из ряда глин и гидрослюд, гранулирование и ее термообработку при 850-900°C, обеспечивающую формирование единого алюмокремнекислородного каркаса, согласно изобретению, перед гранулированием в смесь вводят модификатор - водный раствор эфира целлюлозы и гликолевой кислоты, и термообработку проводят с формированием в алюмокремнекислородном каркасе структурной фазы типа карбонатного спурита.

Структурообразующий модификатор до термообработки играет роль временного связующего при агрегатировании формовочной смеси. В процессе термообработки гранул и деструкции эфира карбометилцеллюлозы активируется твердофазное взаимодействие компонентов с образованием единого алюмокремнекислородного каркаса, в котором участвуют продукты деструкции модификатора - углекислый газ и пары воды. Пары воды участвуют в реакциях протонного переноса, а углекислый газ встраивается в силикатный мотив.

Также, указанный технический результат достигается за счет того, что композиционный сорбент на основе силикатов кальция и магния и гидроалюмосиликатов из ряда глин и гидрослюд, полученный заявляемым способом, содержит следующие компоненты (в пересчете на оксиды), мас.%:

Диоксид кремния 28÷31
Оксид кальция 40÷53
Оксид алюминия 7÷9
Оксид магния 6÷8
Оксид калия 0,5÷1,0
Оксид натрия 0,5÷1,0
Оксид железа 1,0÷3,0
Диоксид углерода 1,0÷4,0

Термическая обработка, наряду с известными процессами фазообразования, формирующими алюмокремнекислородный каркас, приводит в результате взаимодействия 2CaO·SiO2 с модификатором к частичному замещению кремния на углерод в силикатном мотиве и формированию дополнительных структурных фрагментов типа карбонатного спурита 2(2CaO·SiO2)·CaCO3.

Процессы фазообразования при оптимальных температурах обеспечивают слабое спекание гранул при повышении их пористости и тем самым диффузионной проницаемости. При этом повышение пористости не приводит к снижению механической прочности гранул.

Термообработка с формированием в алюмокремнекислородном каркасе структурной фазы типа карбонатного спурита, обладающего сорбционной емкостью, способствует:

- повышению механической и химической устойчивости сорбента в процессе эксплуатации;

- регулированию процесса образования вторичных активных сорбционных центров;

- поверхностному перераспределению анионов Cl-, SO4-2, NO3- и подавлению их блокирующих функций в процессе сорбции;

- после завершения сорбционного процесса созданию зародышевых центров для эпитаксиального роста СаСО3 на поверхности гранул, выполняющего упрочняющее и блокирующее действие.

Введение структурообразующего модификатора непосредственно перед гранулированием смеси переводит сорбционный процесс в режим саморегуляции, повышая сорбционную емкость при высоких коэффициентах распределения. При дезактивации водных бассейнов и влажных почв без дополнительного поступления загрязняющих веществ процесс сорбционной очистки может реализоваться до полного исчерпывания загрязняющих веществ. Блокирование и упрочнение гранул сорбента в процессе эксплуатации поверхностным карбонатом кальция в открытых природных системах служит надежным способом захоронения тяжелых металлов и радионуклидов. В свою очередь, в процессе использования в съемных блоках и кассетах при эксплуатации сорбента образуется меньше мелкодисперсных продуктов, повышается эффективность сорбционного процесса и отпадает необходимость в регенерации сорбента до достижения полной сорбционной емкости.

При содержании структурообразующего модификатора менее указанных пределов карбонатный спурит не образуется и сорбционная емкость уменьшается. Увеличение содержания структурообразующего модификатора более указанных пределов приводит к увеличению пористости гранул и уменьшению механической прочности до величин, исключающих их практическое использование.

Примером конкретного выполнения композиционного сорбента на основе шлаковых отходов и гидроалюмосиликатов кальция могут служить смеси саморассыпающихся шлаковых отходов производства цветных металлов с минеральными гидроалюмосиликатами в соотношениях 85 мас. % к 15 мас. % соответственно с добавкой водного раствора структурообразующего модификатора. Соотношения компонентов выбраны таким образом, чтобы в пересчете на оксиды соответствовали заявляемым. В качестве гидроалюмосиликатов могут быть использованы монтмориллониты, каолиновые минералы, гидрослюды и др. (Г.Н. Пшинко, Т.Г. Тимошенко и др. Сорбционная очистка воды от 90Sr и его иммобилизация в керамических матрицах. // Химия и технология воды. - 2007. - 29, №3. - с. 262-274). В качестве структурообразующего модификатора применен водный раствор эфира целлюлозы и гликолевой кислоты (З.А. Роговицин. Химия целлюлозы. М. - 1972. - с. 402-404; Целлюлоза и ее производные. Пер. с англ. T.1, М. - 1974. - с. 430-435, 468-471. Т.2, М. - 1974. - с. 99-102).

Смеси саморассыпающегося шлака с минеральными гидроалюмосиликатами, модифицированные водным раствором эфира целлюлозы и гликолевой кислоты, гранулировали на тарельчатом грануляторе, термически обрабатывали в интервале температур 850-900°C, обеспечивающем слабое спекание гранул композиционного сорбента при формировании единого модифицированного углеродом алюмокремнекислородного каркаса, содержащего в себе структурные фрагменты типа карбонатного спурита.

Варианты составов композиционного сорбента приведены в таблице 1.

В качестве модельного раствора выбран водный раствор тяжелых металлов с содержанием катионов никеля - 70 мг/л, меди - 70 мг/л, железа -70 мг/л, цинка - 50 мг/л, марганца - 50 мг/л, кадмия - 50 мг/л, церия - 100 мг/л, pH - 2,8. Катионы церия использованы в качестве имитатора радионуклидов.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В 6 емкостей помещали модельный раствор, затем в каждую емкость добавляли композиционный сорбент с размером частиц 0,5-5 мм, в соотношении твердое: жидкое = 1:30. В каждую емкость помещали сорбент определенного состава, согласно таблице 1. Растворы, содержащие композиционный сорбент, выдерживали при температуре 22°C и перемешивали, измеряя значения pH каждые 0,5 часа до установления постоянного pH (9-9,5). Процесс сорбции завершали, отделяли сорбент от раствора отстаиванием. Растворы фильтровали и определяли концентрацию ионов никеля, меди, железа, цинка, марганца, кадмия и церия на атомно-эмиссионном спектрометре Optima 2100 DV. Коэффициент распределения Kd (мл/г) рассчитывали по известной формуле

, где

V - объем модельного раствора, мл,

m - масса сорбента, г,

Co - исходная концентрация катионов в модельном растворе, мг/л,

С - концентрация катионов в отфильтрованном модельном растворе, мг/л.

Результаты представлены в таблице 2.

Пример 2. Полную сорбционную емкость определяли на модельном растворе, содержащем 100 мг/л церия. В одну емкость заливали модельный раствор, содержащий катионы церия, и помещали композиционный сорбент в соотношении твердое:жидкое = 1:30. Процесс сорбции проводили, как в примере 1 (до установления постоянного значения pH), затем композиционный сорбент промывали водой и снова заливали модельным раствором. Процесс осуществляли многократно до прекращения сорбционного взаимодействия композиционного сорбента с модельным раствором. Результаты определения сорбционной емкости представлены в таблице 3.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 121-130 of 141 items.
20.04.2016
№216.015.3575

Энергоблок с регулируемыми значениями реактивной мощности, величины и фазы напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения и реактивной мощности блоков генерации электростанций. Техническим результатом является повышение надежности энергоблока, величины активной мощности, выдаваемой в сеть синхронным генератором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581650
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3647

Раздаточная коробка транспортного средства с механизмом переключения передач

Изобретение относится к приводам транспортных машин, устанавливаемых на транспортных средствах повышенной проходимости. Раздаточная коробка содержит картер, в котором размещены несимметричный цилиндрический дифференциал, блок подвижных шестерен с промежуточными шестернями, входящими в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581798
Дата охранного документа: 20.04.2016
20.04.2016
№216.015.3684

Способ производства обогащенного печенья с добавлением овсяной муки

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерской, и может быть использовано при производстве мучных кондитерских изделий, а именно песочного печенья, обогащенного биологически активными компонентами. В процессе производства обогащенного печенья с добавлением овсяной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581220
Дата охранного документа: 20.04.2016
27.04.2016
№216.015.3936

Способ получения труб с внутренним винтообразным оребрением и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области изготовления труб сложного профиля на вертикальном прессе. На боковой поверхности контейнера выполняют отверстие, в котором устанавливают матрицу под прямым углом к оси пуансона в матрице-держателе, в контейнер подают заготовку. Изготовление труб большой длины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582842
Дата охранного документа: 27.04.2016
27.04.2016
№216.015.39f8

Торт "графские развалины"

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерскому производству и общественному питанию. Предложен торт «Графские развалины», включающий один плоский слой из выпеченного полуфабриката, содержащего муку пшеничную высшего сорта, сахар-песок, меланж, маргарин,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582815
Дата охранного документа: 27.04.2016
27.04.2016
№216.015.39fd

Способ увеличения срока годности мучных кондитерских изделий (варианты)

Изобретение относится к пищевой, а именно к кондитерской промышленности. Способ увеличения срока годности мучных кондитерских изделий предусматривает внесение обогащающей добавки на стадии замеса теста, при производстве печенья с добавлением овсяной муки используют предварительно растворенный в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582987
Дата охранного документа: 27.04.2016
10.05.2016
№216.015.3cbc

Призматическая осадительная камера графитовой пыли (варианты)

Изобретение относится к промышленной добыче, обогащению и переработке полезных ископаемых и может быть использовано в технологиях сушки, фракционирования и расфасовки пылевидного графитового концентрата. По одному из вариантов призматическая осадительная камера графитовой пыли содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583468
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.05.2016
№216.015.3e22

Творог с антиоксидантными свойствами

Изобретение относится к творогу с антиоксидантными свойствами. Творог включает в качестве исходных компонентов молоко, молоко сухое цельное, молоко сухое обезжиренное, сливки сухие, масло сливочное несоленое, сливки пластические, сычужный фермент, кальций хлористый, пепсин, бактериальную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584585
Дата охранного документа: 20.05.2016
20.05.2016
№216.015.4000

Способ определения параметров движения самолета при его посадке

Изобретение относится к способам посадки самолета. Для определения параметров движения самолета при его посадке размещают одну телевизионную камеру около курсового радиомаяка на оси взлетно-посадочной полосы, а вторую около глиссадного радиомаяка, осуществляют слежение телевизионными камерами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584067
Дата охранного документа: 20.05.2016
10.06.2016
№216.015.4466

Способ выплавки рельсовой стали в кислородном конвертере

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу выплавки рельсовой стали из фосфористого чугуна в кислородном конвертере. Способ включает нанесение гарнисажа и оставление в конвертере остатков шлака предыдущей плавки, заливку фосфористого чугуна, продувку расплава кислородом при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586948
Дата охранного документа: 10.06.2016
Showing 121-130 of 165 items.
20.10.2015
№216.013.8466

Стабилизатор переменного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах электропитания, в частности в стабилизаторах переменного напряжения. Техническим результатом является снижение динамических потерь электроэнергии. Стабилизатор переменного напряжения содержит коммутирующий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565497
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.84cb

Система управления группой электроприводов с параллельными каналами регулирования

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при автоматизации технологических процессов для управления группой параллельно работающих асинхронных электродвигателей. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы системы управления группой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565598
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.857e

Система зажигания для двс с увеличенной энергией разряда

Изобретение относится к области транспорта и может использоваться для воспламенения обедненных топливных смесей. Техническим результатом является повышение надежности искрообразования при повышенных утечках заряда по поверхности изолятора (юбочки) свечи из-за образовавшегося нагара, а также в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565777
Дата охранного документа: 20.10.2015
27.10.2015
№216.013.8a98

Способ прессования электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода

Изобретение относится к прессованию электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода. Проводят предварительное горячее прессование порошковой композиции при скорости пуансона 10÷12 мм/с с удельным давлением 20÷30 МПа и с последующей выдержкой при этом давлении в течение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567083
Дата охранного документа: 27.10.2015
10.11.2015
№216.013.8b05

Способ производства экструдированных кукурузных хлопьев

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству кукурузных хлопьев. Способ производства кукурузных хлопьев с пшеничными отрубями и черникой предусматривает экструдирование исходного продукта с последующим охлаждением полученного вспученного продукта. При этом кроме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567196
Дата охранного документа: 10.11.2015
20.11.2015
№216.013.9049

Способ определения жесткости технологической системы круглошлифовального станка с чпу

Изобретение относится к обработке металлов резанием со снятием стружки, а именно к исследованию точности обработки цилиндрических деталей на круглошлифовальных станках с числовым программным управлением (ЧПУ), и может быть использовано непосредственно в спроектированном цикле круглого врезного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568553
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.11.2015
№216.013.938d

Универсальный коронный электросепаратор

Изобретение относится к электросепарации диэлектрических частиц и может быть использовано для электросепарации семян одной культуры, одинаковых по диэлектрическим свойствам и размерам, но различных по степени травмированности. Устройство включает электродвигатель, оптическоий облучатель,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569392
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.12.2015
№216.013.95c3

Способ аэрации водоема в период ледостава

Изобретение относится к озерному рыбоводству и может быть использовано для создания и поддержания незамерзающей зоны акватории (майны) в заморных рыбных водоемах, обогащения кислородом воздуха естественных и искусственных водоемов. Технической задачей изобретения является создание и поддержание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569959
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.12.2015
№216.013.9845

Легкообрабатываемая конструкционная хромоникелевая сталь

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению сталей, применяемых в серийном и массовом производстве ответственных деталей машин. Сталь имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,09-0,15, кремний 0,17-0,37, марганец 0,30-0,60, хром 0,40-0,70, никель 0,50-0,80, висмут...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570601
Дата охранного документа: 10.12.2015
20.12.2015
№216.013.9bf4

Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах управления технологическими процессами. Техническим результатом является повышение динамической точности интегрирующего аналого-цифрового преобразования. Способ интегрирующего аналого-цифрового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571549
Дата охранного документа: 20.12.2015
+ добавить свой РИД