способ получения диатомитовых фильтрующих материалов

Формула изобретения

1. Способ получения диатомитовых фильтрующих материалов, включающий измельчение диатомовой породы, получение суспензии в водном растворе при перемешивании, фракционирование в водной среде, обжиг и обезвоживание, отличающийся тем, что в водный раствор вводят диспергирующий агент пирофосфат натрия, а обжиг проводят после обезвоживания.

2. Способ получения диатомитовых фильтрующих материалов по п.1, отличающийся тем, что перед обезвоживанием проводят выщелачивание.

3. Способ получения диатомитовых фильтрующих материалов по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед обжигом в суспензию или к выделенным фракциям добавляют при перемешивании флюс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения диатомитовых фракционированных материалов на основе природной диатомовой породы и может быть использовано при выпуске фракционированных диатомовых порошков для фильтрации алкоголя, антибиотиков, пива, сидра, декстрина, питьевой воды, технической воды, сточной воды, сложного эфира целлюлозы, спиртового экстракта, желатина, жиров, масел животного и минерального происхождения, растительных масел, фруктовых соков, мелассы, пектина, химических и фармацевтических продуктов, смол, клеев, сиропов, сахара, вин, уксуса, глюкозы, декстрозы; а также для производства лакокрасочных материалов, мелованной бумаги, твердых носителей газожидкостной хроматографии, теплоизоляционных и огнезащитных материалов, диэлектриков, добавок в сухие строительные смеси и пенобетоны, наполнителей резиновых, пластиковых и целлюлозных изделий.

Известен способ получения адсорбента на основе диатомита, включающий смешивание диатомита, предварительно обработанного кислотой, с хлоридом натрия в щелочном растворе, обработку отфильтрованного твердого остатка раствором, содержащим хлористый аммоний, окислы кальция и магния, сушку и прокалку (авт. свид. СССР №931714, МПК С01В 33/26, 1982). Недостатком известного способа является отсутствие стадии фракционирования диатомового порошка, что затрудняет его применение в процессах фильтрации различных сред, отличающихся по вязкости и предъявляющих строгие требования к гранулометрическому составу адсорбента и стабильности такого его показателя как фильтрационная проницаемость.

Известен способ получения диатомитового фильтрующего порошка, включающий обработку диатомита водой, очистку полученной пульпы от примесей и крупных включений, сушку, смешение с хлористым натрием, обжиг и классификацию продукта (авт. свид. СССР №316461, В01D 39/02, 1971 г.). Данный способ не позволяет получить продукт высокого качества с высоким выходом товарных фракций, поскольку в данном способе используется кусковой диатомит и разделение на фракции по удалению примесей проводят в одну стадию. Кроме того, в данном способе смешивают диатомит с водой в соотношении 1:2, что явно недостаточно для более полного разделения фракций.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фильтрующих материалов из диатомитов, включающий предварительную подготовку диатомита с последующим выделением рабочей фракции с размером частиц 0,1-0,001 мм путем получения суспензий при соотношении Т:Ж=1:9 и последовательного выделения из них примесей по времени оседания песчано-алевритовых и тонкодисперсных глинистых частиц, обработку диатомита водой, удаление примесей, смешение с флюсом, обжиг, сушку и помол, причем классификацию готовой рабочей фракции проводят получением суспензий и выделением узких фракций по времени оседания частиц (патент РФ №2237510, МПК B01D 39/06, 2004 г).

Однако известный способ не позволяет получить фильтрующий диатомитовый порошок с высокой степенью очистки от соединений железа и алюминия, снижающих качество фильтруемых жидкостей, а также качество самого фильтрующего диатомитового порошка, применяемого в газожидкостной хроматографии и других областях. Кроме того, фильтрующий диатомитовый материал, получаемый известным способом, содержит недостаточное количество оксида кремния, химически инертного по отношению к фильтрующимся жидкостям, что влияет на качество фильтрующего диатомитового материала.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки способа получения диатомитового фильтрующего материала с высокой степенью очистки от соединений железа и алюминия и с повышенным содержанием оксида кремния для улучшения качества получаемого продукта.

Поставленная задача решается так, что в способе получения диатомитового фильтрующего материала, включающем измельчение диатомовой породы, выделение фракций частиц путем диспергирования в водном растворе диспергирующего агента при перемешивании до получения суспензий, фракционирование в водной среде, обжиг и обезвоживание, в качестве диспергирующего агента используют водный раствор пирофосфата натрия, а обжиг проводят после обезвоживания.

В вариантах способа:

- при получении диатомитовых фильтрующих материалов по п.1, перед обезвоживанием проводят выщелачивание;

- при получении диатомитовых фильтрующих материалов по п.1 или п.2 перед обжигом в суспензию или к выделенным фракциям добавляют при перемешивании флюс;

- при получении диатомитовых фильтрующих материалов по п.1, или п.2, или п.3 диспергирование ведут в водной среде с созданием эффекта кавитации.

В качестве диспергирующего агента в предлагаемом способе используют пирофосфат натрия Na ₄P₂O₇ (Краткий справочник по химии, Киев, Наукова Думка, 1974, с.186).

В качестве минеральной кислоты могут быть использованы, например, соляная кислота - 0,5 н. HCl или серная кислота - 0,5 н. H ₂SO₄.

В качестве флюсующих добавок могут быть использованы, например, хлорид натрия или хлорид кальция, или их смесь.

В качестве диатомита используют диатомит морского осадочного генетического типа (Справочник «Основы палеонтологии», т.14, «Водоросли мохообразные, плауновидные, псилофитовые, глинистостебельные, папоротники», под. ред В.А.Вахромеева, Г.П.Радченко и А.Л.Тахгаджан. Издательство АН СССР, Москва, 1963 г., раздел 1, с.115-240.

Для создания кавитационного режима используют кавитатор типа «Пульсар».

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Природный диатомит морского осадочного генетического типа указанного состава измельчают до размера частиц диатомового порошка не менее 10 мм. Пробу диатомового порошка диспергируют в водном растворе диспергирующего агента - пирофосфата натрия Na₄P ₂O₇ в количестве до 6% из расчета на безводную диатомовую породу. Затем осуществляют фракционирование диатомового порошка в водной среде методом гравитационного осаждения, обезвоживание и обжиг при температуре 600-1200°С.

В вариантах способа перед обезвоживанием проводят выщелачивание - обработку минеральной кислотой, и/или перед обжигом фильтрующего диатомового порошка к нему добавляют флюсующую добавку - хлорид натрия (Na) или кальция (Са), или их смесь и дополнительно в варианте способа диспергирование ведут с созданием кавитационного режима.

Выполнение предложенного способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (предлагаемый)

10 г диатомита морского осадочного генетического типа вышеуказанного химического состава измельчают до размера частиц не менее 10 мм, диспергируют в водном растворе добавлением в качестве диспергирующего агента Na₄P₂O ₇ в количестве 0,1 г (1%) из расчета на безводную диатомовую породу. Далее пробу диатомовой породы разделяют в водной среде методом гравитационного осаждения, органических илов, песка и песчано-алевритового материала, выделяя ряд фракционированных диатомовых порошков, различающихся по гранулометрическому и минеральному составу.

Полученные порошки имеют следующий гранулометрический и минеральный состав:

1. Глинистая часть и органические илы: <5 микрон (мкм) - 0,5 гр.

2. Фракционированные диатомитовые порошки (собственно диатомит): <5-20 мкм - 0,5 гр.

20-40 мкм - 1 гр.

40-60 мкм - 3 гр.

60-80 мкм - 2 гр.

80-100 мкм - 0,8 гр.

100-120 мкм - 0,4 гр.

120-140 мкм - 0,3 гр.

3. Песчаная и песчано-алевритовая часть >140 мкм - 1,6 гр.

Фракционированные диатомовые порошки обезвоживают и обжигают в печах при температуре 600°С с целью удаления остаточной органики.

Пример 2 выполняют аналогично примеру 1, диспергирующий агент Na ₄P₂O₇ берут в количестве 0,4 г (4%).

Пример 3 выполняют аналогично примеру 1, диспергирующий агент Na₄P ₂O₇ берут в количестве 0,6 г (6%).

Пример 4 выполняют аналогично примеру 2, перед обезвоживанием ведут выщелачивание - выделенный ряд фракционированных диатомовых порошков обрабатывают раствором 0,5 н. HCl в весовом соотношении 1:1.

Пример 5 выполняют аналогично примеру 2, к выделенному ряду фракционированных диатомовых порошков при перемешивании добавляют флюсующую добавку - хлорид натрия 0,5 г и обжигают в печах при температуре 1200°С.

Пример 6 выполняют аналогично примеру 4 с последующим обезвоживанием фракционированного диатомового порошка при температуре 1200°С с целью удаления остаточной органики и обжигом в печах с применением флюсующей добавки - хлорида кальция.

Пример 7 выполняют аналогично примеру 2 с созданием кавитационного эффекта с применением гидродинамического кавитатора типа «Пульсар».

Пример 8 выполняют аналогично примеру 4 с созданием кавитационного эффекта с применением гидродинамического кавитатора типа «Пульсар».

Пример 9 (прототип).

Гранулометрический состав порошков, полученных в примерах 2-8 аналогичен составу по примеру 1.

Анализ химического состава производят атомно-эмиссионным, титриметрическим методом с применением прибора типа спектрометр Optima 2000DV, в соответствии с инструкцией НСАМ №138-Х, 163-Х. М., ВИМС.

Химический состав по основным компонентам ряда готовых фракционированных диатомовых порошков, полученных в соответствии с условиями заявляемого способа приведен в таблице - данные по качеству получаемых диатомитовых фильтрующих материалов. Кроме того, в таблице приведены данные по составам прототипа и известных импортных аналогов.

Как показывают данные таблицы, по примерам 1-3 содержание оксида железа составляет менее 0,8%, оксида алюминия - менее 2,2% по отношению к сухому веществу, что значительно меньше как по отношению к прототипу, так и по отношению к диатомовым порошкам наиболее известных мировых производителей «World Minerals», «Eagle-Picher Minerals Inc», «CECA», а также и отечественного - Инзенского завода фильтровальных порошков (пробы 10-17 таблицы), при одновременном увеличении содержания инертного оксида кремния более 95%. По примеру 4 содержание оксида железа составляет менее 0,2%, оксида алюминия - менее 1,5%, оксида кремния - более 98%.

Заявляемый способ получения диатомитовых фильтрующих материалов позволяет следующее.

1. Уменьшить содержание в готовом фракционированном диатомовом порошке окислов металлов, в том числе соединений железа и алюминия, являющихся основными причинами снижения качества (вследствие присущих этим соединениям каталитических свойств) пива, соков, вин, сахарных сиропов, пищевых и технических масел и жиров, клеев и др. растворов при их очистке путем фильтрации через диатомовые фильтры, снижающих избирательность газожидкостной хроматографии при применении фракционированных диатомовых порошков как твердых носителей; уменьшения теплоизолирующих и диэлектрических свойств; снижения показателя белизны флюсованных обожженных фракционированных диатомовых порошков и использовать их в различных областях народного хозяйства.

2. Увеличить содержание (по сравнению с известными) в готовом фракционированном диатомовом порошке оксида кремния, химически инертного по отношению к фильтрующимся через фракционированный диатомовый порошок упомянутым выше растворам, что во многом определяет саму возможность применения фракционированных диатомовых порошков (например - как твердых носителей в газожидкостной хроматографии, при фильтрации фармацевтических препаратов и др.) (табл.).

3. Создать отечественный рынок фильтрующих материалов, превосходящих по качеству лучшие фильтрующие материалы ведущих фирм США и других стран.

4. Расширить ассортимент минерального сырья для комплексного использования в различных отраслях промышленности.

Таблица
№ примера	Наименование пробы диатомитового порошка	Содержание, в % к сухому веществу
		Fe2 О3	Al 2O3	SiO 2
1	Предлагаемый	0,72	2,19	95,93
2	Предлагаемый	0,63	2,01	96,70
3	Предлагаемый	0,5	1,8	97,4
4	Предлагаемый	0,15	1,44	98,76
5	Предлагаемый	0,5	1,8	97,4
6	Предлагаемый	0,5	1,8	97,4
7	Предлагаемый	0,5	1,8	97,4
8	Предлагаемый	0,5	1,8	97,4
9	Фильтрующий диатомовый порошок (прототип)	1,49	3,52	89,36
10	Фильтрующий диатомовый порошок Филтерсел Е «World Minerals Inc»	1,24	3,68	91,43
11	Фильтрующий диатомовый порошок Стандарт Суперсел «World Minerals Inc»	1,64	3,59	90,77
12	Фильтрующий диатомовый порошок Хайфло Суперсел «World Minerals Inc»	1,50	3,20	91,03
13	Фильтрующий диатомовый порошок Celatom FP1SL «Eagle-Picher Minerals Inc»	1,6	4,2	92,8
14	Фильтрующий диатомовый порошок Celatom FP3 «Eagle-Picher Minerals Inc»	1,6	4,2	92,8
15	Фильтрующий диатомовый порошок Celatom FW14 «Eagle-Picher Minerals Inc»	1,5	4,1	89,5
16	Фильтрующий диатомовый порошок CBR/3 «Зейтц Шенк Фильтрсистемс / СЕСА»	4,42	4,28	87,13
17	Фильтрующий диатомовый порошок марок А/В «Инзенский завод фильтрующих порошков»	>2,0	>5,0	<85,0