Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИДА ЖЕЛЕЗА

Изобретение относится к технологиям получения композиционных сорбентов, предназначенных для использования в процессах очистки сточных и природных вод от специфических загрязнителей, например мышьяка, сероводорода, органических сульфидов и может использоваться на предприятиях цветной металлургии, химической и целлюлозно-бумажной промышленностей, в производстве полупроводниковых материалов.

Известен способ получения органоминерального сорбента на основе гидроксида железа, который включает использование в качестве его носителя целлюлозосодержащего древесного материала, приготовление водного раствора соли железа, пропитку материала этим раствором, осаждение гидроксида железа в порах материала путем его обработки щелочным реагентом /1/.

Этот способ дает возможность получать сорбент лишь с небольшим количеством активного вещества (гидроксида железа) в общей массе сорбента и, соответственно, с низкой сорбционной способностью.

Известен также способ получения композиционного сорбента на основе диоксида титана /2/ и его модифицированный вариант для получения сорбента на основе гидроксида железа, предназначенного для очистки сточных вод от соединений мышьяка /3/. Модифицированный способ включает приготовление суспензии частиц химически осажденного гидроксида железа, ее обезвоживание, высушивание, измельчение гидроксида железа в порошок, приготовление органоминеральной дисперсии, состоящей из порошка гидроксида железа (твердая фаза) и диметилформамида (жидкая фаза) с растворенным в нем перхлорвинилом, ее введение в воду распылением с получением дисперсии частиц сорбента, состоящего из образовавшихся хлориновых волокон с механически иммобилизованными ими в процессе их формирования частицами гидроксида железа. Полученную дисперсию обезвоживают, промывают, высушивают, из сухого остатка формуют гранулы и получают готовый к использованию сорбент. Содержание в нем гидроксида железа 75-83%, остальное - перхлорвинил. Эту технологию можно считать наиболее близким аналогом предлагаемого способа.

Некоторые приведенные в описании этого способа операции в тексте заявки не указаны, однако обязательность их выполнения очевидна.

Недостатком способа по аналогу является большая сложность приготовления сорбента, а также его низкая эффективность. Так, по данным примера 2, емкость сорбента по мышьяку составляет 1,96% в расчете на массу гидроксида железа.

Новыми результатами от использования предлагаемого изобретения являются упрощение технологии получения сорбента, обеспечение возможности повышения степени использования гидроксида железа в процессе очистки воды от специфических загрязнений и упрощение этого процесса.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе приготовления органоминерального сорбента на основе гидроксида железа, включающем использование органических волокон в качестве носителей частиц гидроксида железа, получение этих частиц в виде, пригодном для их диспергирования в жидкой фазе, их иммобилизацию волокнами в водной среде с образованием суспензии частиц сорбента, состоящего из органических волокон с иммобилизованными ими частицами гидроксида железа, согласно изобретению в качестве органических волокон используют фибриллированные целлюлозные волокна, содержащие, в расчете на массу, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, в качестве жидкой фазы выбирают воду, при этом частицы гидроксида железа получают их химическим осаждением в водной дисперсии целлюлозных волокон с одновременной иммобилизацией ими образующихся частиц гидроксида железа по сорбционному механизму. Содержание гидроксида железа в сорбенте составляет 120-640 мас.ч. на 100 мас.ч. целлюлозных волокон. Сорбент можно использовать для очистки сточных или природных вод от мышьяка, сероводорода, ионов сульфида и гидросульфида, органических сульфидов. Сорбент в этих процессах используют в виде водной суспензии, сгущенной методом напорной флотации.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят водную дисперсию фибриллированных целлюлозных волокон (ФЦВ), содержащих, в расчете на их массу, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с заданной концентрацией волокон в суспензии, например, в диапазоне 150-200 мг/дм³. Готовят также раствор соли железа, например хлористого, хлорного, или сульфата, или его квасцов, и раствор щелочи, например NaOH, с заданными концентрациями реагентов. В качестве раствора соли железа можно использовать производственную сточную воду, содержащую такую соль. В проточный смеситель подают заданные количества дисперсии ФЦВ и раствора соли железа и получают суспензию ФЦВ в растворе соли железа. Далее суспензию направляют в проточный реактор, в который подают также раствор NaOH в количестве, стехиометрически равном содержанию в суспензии железа. В реакторе происходит реакция между ионами железа и гидроксида, в результате которой образуются нерастворимые в воде частицы Fe(OH)₂ или Fе(ОН)₃. Эти частицы в дисперсии под действием сил стяжения сорбируются на целлюлозных волокнах, которые обладают высокой активностью к взаимодействию как с новообразованными частицами, так и друг с другом.

Суспензию далее подают в сатуратор, где ее под давлением, например в 2 атм, насыщают воздухом и направляют в водораспределитель в камере флотатора. При выходе потока из распределителя давление снижается до нормального.

Благодаря высокой активности целлюлозные волокна с сорбированными на них частицами гидроксида железа способны при отсутствии перемешивания в 15-20 секунд образовывать флоккулы и хлопья. Структура и физические свойства волокон и этих образований способствуют удержанию в них пузырьков воздуха. Поэтому выделяющиеся из сатурированной воды при сбросе давления пузырьки воздуха хорошо флотируют флоккулы и быстро формирующиеся хлопья к поверхности воды во флотаторе.

Накапливающийся слой флотошлама, состоящего из частиц целевого композиционного органоминерального сорбента на основе гидроксида железа, выводят из флотатора и направляют в бак хранения для последующего использования в процессах очистки природных или сточных вод.

По этой технологии можно получать сорбент с содержанием гидроксида железа в нем в количестве, например, от 100 до 650 мас.ч. на 100 мас.ч. волокна. Величину этого соотношения при получении сорбента выбирают в соответствии с конкретными условиями его использования при очистке воды.

Следующие примеры иллюстрируют предлагаемый способ.

Пример 1. Готовят водную дисперсию фибриллированных древесных целлюлозных волокон (ФЦВ), содержащих, в расчете на массу, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% волокон с длиной не более 0,63 мм, с концентрацией 200 мг/дм³, раствор FeCl₂ с содержанием ионов железа 800 мг/дм³, раствор щелочи с концентрацией NaOH 1146 мг/дм³. Сначала смешивают дисперсию ФЦВ и раствор FeCl₂ и затем в смесь подают раствор NaOH при одинаковых объемных расходах дисперсии и растворов. В результате химических реакций образования частиц годроксида железа и их сорбции на ФЦВ получают, например, 3 дм³ суспензии сорбента с его содержанием 1487 мг и концентрацией 495,7 мг/дм³ и массным соотношением гидроксид железа (II):ФЦВ, равным 643:100. Суспензию сатурируют при давлении воздуха 2 атм, подают во флотатор, флотошлам с концентрацией сухих веществ, например 1 г/дм³, отбирают и отводят в бак.

Пример 2. В отличие от условий по пр. 1, готовят дисперсию ФЦВ с концентрацией 150 мг/дм³, раствор Fe₂(SO₄)₃ с концентрацией железа 56 мг/дм³, раствор NaOH с концентрацией 120 мг/дм³. Получают 3 дм³ суспензии сорбента с его содержанием 191,3 мг и концентрацией 63,76 мг/дм³ и массным соотношением гидроксид железа (III):ФЦВ, равным 127:100.

Пример 3. В отличие от условий по примеру 1 в качестве раствора, содержащего ионы железа (II), используют сточную воду от травления стальных заготовок, содержащую FeSO₄ и разбавленную до концентрации ионов железа в ней 500 мг/дм³. Раствор щелочи берут с концентрацией 716 мг/дм³. Получают 1004,5 мг сорбента с его концентрацией в суспензии 334,8 мг/дм³ и массным соотношением в нем гидроксид железа:ФЦВ, равным 402,25:100. Такой сорбент можно использовать при очистке воды с разным содержанием загрязнителей.

Пример 4. В отличие от условий по пр. 3, используют сточную воду, содержащую, кроме железа, другие тяжелые металлы. Содержание железа в ней 800 мг/дм³. При концентрации щелочи в ее растворе 716 мг/дм³ при смешении равных объемов дисперсии волокон, сточной воды и раствора щелочи рН смеси не превышает 4,8. В этих условиях вся щелочь расходуется на образование гидроксида железа и, соответственно, сорбента в количестве 1004,5 мг с его концентрацией в суспензии 334,8 мг/дм³ и массным соотношением гидроксид железа:ФЦВ, равным 402,25:100. Воду из флотатора после отделения шлама, содержащую остаточное количество железа (300 мг/дм³) и все другие металлы, направляют на очистку от всех тяжелых металлов, включая железо.

Очевидно, что заданные результаты будут достигнуты при использовании в процессе получения композиционного сорбента растворов квасцов железа, FеСl₃ или сточной воды, содержащей эти соли.

В процессе очистки сточной воды от мышьяка сорбент подают в нее в виде флотошлама, который диспергируют с образованием водной суспензии с высокой степенью дисперсности его частиц. При этом используют важные достоинства предлагаемого сорбента. При диспергировании флотошлама в воде перемешиванием хлопья и флоккулы легко и полностью разрушаются. Однако при прекращении перемешивания флоккулы и хлопья с большой скоростью вновь формируются и легко флотируются. Это обеспечивает возможность использования сорбента в процессах очистки, включающих извлечение из воды ее продуктов флотацией.

Источники информации

/1/ Древесно-неорганический сорбент ДНС-1 (железа (III) гидроксид на гранулированной древесине). Каталог-справочник «Неорганические сорбенты», Пермь, 1988, с.49-50.

/2/ Онорин С.А., Вольхин П.В., Сесюнина Е.А., Алпатова Е.В. Органоминеральные сорбенты на основе диоксида титана для селективного извлечения лития из растворов. Тез. докл. Апатиты, 1988, с.101-102.

/3/ Способ очистки сточных вод от мышьяка. RU, заявка №94028249, C02F 1/28, 1/62, опубл. 20.05.1996.