Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения органо-минерального полимера на основе сапропеля

Изобретение относится к области переработки органо-минерального сырья, а именно сапропелей, и получению на его основе продукта, являющегося природным полимером, пригодным к использованию в качестве исходного сырья для приготовления буровых растворов, растворов для рекультивации земель, очистки почв и сточных вод от тяжелых металлов, основы для производства удобрений и органо-минеральных подкормок скота и птицы в сельском хозяйстве, а также исходного сырья для фармацевтической промышленности.

Полученный на основе сапропеля природной влажности органо-минеральный полимер, который при соединении с водой в различных пропорциях может быть использован в различных целях, а именно для приготовления реагентов для очистки сточных вод и почвы, основы для производства удобрений и для приготовления буровых растворов, при этом был удобен для транспортирования и хранения, был не горюч и не терял своих свойств при замораживании.

Основным действующим компонентом данного органо-минерального полимера являются гуминовые кислоты. Наиболее распространено использование гумусовых кислот в качестве сорбентов, для чего практикуется их выделение из различных природных материалов различной степени метаморфизации от торфа до окисленного каменного угля. Применение в качестве исходного сырья сапропеля позволяет получать более универсальные продукты, в том числе буровые растворы, удобрения, подкормки для скота и птицы, а также сырье для производства косметических средств.

Получаемый согласно предлагаемому способу органо-минеральный полимер представляет собой крошку нерегулярного гранулометрического состава, которая при соединении с водой образует коллоидный раствор устойчивой гомогенной структуры. Данное соединение не горючее, выдерживает отрицательные температуры (до -50°С), мало слеживается и имеет длительный срок хранения. При этом оно содержит высокомолекулярные гуминовые кислоты от 25 до 35%, минеральные вещества 5-40% (на сухой сапропель), липидный комплекс в естественно-концентрированной форме, питательные водно-растворимые соединения, высокомолекулярные жирные кислоты, фитостерины, хлорофилл, каротин, ферменты типа каталаза, пероксидаза, редуктаза, протеаза.

Известен способ выделения гумусовых кислот (гуминовых и фульвокислот) из гуматосодержащих веществ (торфа, сапропеля) их обработкой щелочью в водной среде при соотношении гуматосодержащего вещества и водной среды 1:0,5-2,0 и рН не более 10 с одновременной гомогенизацией полученной суспензии и с последующим отделением жидкой фракции (патент РФ №2049084, кл. C05F 11/05, опубликовано 20.06.2000 г., Бюл. №17).

Также известен способ выделения гумусовых кислот (гуминовых и фульвокислот) из измельченных гуматосодержащих веществ (торфа, сапропеля, бурого угля) их обработкой щелочными растворами КОН, и/или NaOH, и/или NH4OH, и/или поташом с последующим выделением жидкой, суспендированной или кашеобразной фракции (патент РФ №2007376, кл. С05Р 11/02, 1994 г, опубликовано 10.10.2000 г., Бюл. №28).

Данные способы ведут к перерасходу щелочи, полученные продукты трудно транспортировать и они плохо переносят отрицательные температуры.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения реагента для очистки промышленных вод на основе торфа (патент РФ 2509060, C02F 1/62, опубликовано 10.11.2013 г.) в котором предлагается использовать сырье природной влажности из местных месторождений гуммитов и каустобиолитов, объединение (совмещение) стадий механической активации и щелочной экстракции при производстве реагента, использования в качестве подкисляющего агента щавелевой кислоты, образующей с нежелательными металлами, содержащимися в используемом природном ископаемом материале, нерастворимые в воде соли и смещающей равновесие реакции нейтрализации гуматов в сторону образования гуминовых кислот, использования всего объема гуминосодержащего сырья без выделения активной составляющей.

Полученный по данному способу реагент также трудно транспортировать, он не универсален, а применение кислот разрушает биологически активные вещества. Кроме того, влажность добытого сапропеля может меняться в широком диапазоне (от 20 до 80%), что требует постоянных корректировок количества реагентов, применяемых в производстве. Известно также, что в результате обработки щелочью раздробленная масса плохо поддается разделению на жидкую и твердую фракции.

Технический результат достигается за счет того, что сапропель природной влажности загружают в приемную емкость, где определяют его влажность и показатель рН, после чего его перемалывают и направляют в центрифугу, где отделяют большую часть несвязанной влаги и выгружают в дезинтегратор, где осуществляют его механохимическую активацию щелочным раствором и доводят до гомогенного состояния, после чего полученную смесь посредством шнекового питателя направляют в промежуточную емкость, где продувают ее сжатым воздухом, после чего полученная смесь поступает в накопительную емкость. При этом дно промежуточной емкости наклонено в сторону накопительной емкости, а количество сжатого воздуха определяется в зависимости от вязкости полученной смеси.

Предлагаемый способ получения органо-минерального полимера может быть осуществлен следующим образом (см. чертеж). Природное ископаемое соединение сапропель естественной влажности (1) загружают в приемную емкость (2), где механически перемешивают для получения однородной массы, производят определение влажности и показателя рН смеси. Конструкция измельчителя (3) значения не имеет.

Предварительно возможно отделение крупных твердых включений путем установки гравитационного грохота (4). После чего смесь перегружается в центрифугу (5), где производится ее обезвоживание путем удаления несвязанной влаги (6). Загрузка производится порционно, а центрифугирование осуществляется до того момента, пока из загруженной массы не выйдет расчетное количество влаги (6). Для этого приемная емкость (2) оборудуется в нижней части механическим затвором (7) и питателем (8), снабженным весами (не показаны). При этом сапропель не подвергается термической обработке.

По достижению заданной влажности частично обезвоженная масса сапропеля (9) перегружается в дезинтегратор (10), где соединяется с раствором щелочи (11) до получения необходимого показателя рН и где происходит ее механохимическая активация и доведение до гомогенного состояния.

Полученная смесь непрерывно выгружается в промежуточную емкость (12) при помощи шнекового питателя (13). Дно промежуточной емкости наклонено в сторону выгрузки смеси и имеет отверстия, через которые подается сжатый воздух, поступающий по трубопроводу (14) от компрессора (не показан). Количество сжатого воздуха подбирается исходя из свойств смеси, которая под действием силы тяжести перемещается в накопительную емкость (15). Пылеватые частицы и излишки влаги удаляются из промежуточной емкости вместе с воздухом и улавливаются фильтрами типа циклон (16).

Готовая смесь в виде крошки нерегулярного гранулометрического состава скапливается в накопительной емкости (15), которая так же, как и приемная емкость, снабжена в нижней части механическим затвором (7). Готовый продукт может быть сразу отгружен потребителям или затарен и отправлен на склад.

Для получения готового продукта полученный согласно предлагаемому способу органо-минеральный полимер разводится в необходимом количестве воды непосредственно перед использованием. Возможно также добавление в раствор различных добавок.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Получение бурового раствора на основе органо-минерального полимера на основе сапропеля.

Известное количество органо-минерального полимера, полученного согласно способу, было разведено водой до 6% концентрации и испытано в качестве бурового раствора. Полученный раствор был испытан с применением стандартных методов, результаты которых позволяют оценить его свойства в качестве комплексной буровой системы. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Пример 2. Использование органо-минерального полимера для снижения содержания ионов тяжелых металлов в водных растворах.

Расчетное количество органо-минерального полимера в виде крошки добавили к известному объему модельных растворов ионов кадмия Cd²⁺ и стронция Sr²⁺, выдержали в течение суток, а затем в растворах определяли содержание ионов.

В таблице представлены полученные результаты.

Исходя из приведенных примеров видно, что использование предлагаемого органо-минерального полимера просто, безопасно и экологично. Он дешев и прост в производстве, мало слеживается при хранении и транспортировке, не боится перепадов температур и не теряет своих свойств при замораживании. Таким образом, заявляемый технический результат достигнут, а все признаки, характеризующие способ, необходимы и достаточны для его осуществления.