порошкообразный магнитный сорбент для сбора нефти, масел и других углеводородов

Формула изобретения

Порошкообразный магнитный сорбент для сбора нефти, масел и других углеводородов, представляющий собой продукт переработки железорудных горно-обогатительных комбинатов, содержащий ферромагнетики железной руды в виде Fе₃O₄ и/или Fe ₂O₃ и диоксид кремния (SiO₂) из той же руды, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Fе3O4 и/или Fе2О3	5-59
SiO2	41-95

при этом поверхность сорбента гидрофобизирована реагентом, выбранным из углеводородного раствора изобутиламина, или гексиламина, или аминового реагента, использованного при флотационном обогащении железной руды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сорбентам, предназначенным для очистки воды и сбора нефти и нефтепродуктов за счет адсорбции и использования магнитного поля. Сорбент может применяться для очистки моря от загрязнений нефтью путем распыления порошка с вертолетов, а затем сбора «магнитной» нефти специальными судами с магнитными приспособлениями, удаления нефти со дна водоемов, регенерации смазочно-охлаждающих жидкостей.

Известен способ очистки воды от органических примесей путем введения ферромагнитного материала с последующей обработкой в магнитном поле, отличающийся тем, что в качестве ферромагнитного материала используют сухой магнетитовый концентрат обогатительных фабрик железорудных ГОКов с размерами частиц 50-70 мкм в количестве 65-70 мас.% (SU 1792919).

К недостатку способа относится то, что для очистки, например, морской воды необходимо нефть, морскую воду смешать с 65-70% концентрата и такую суспензию обработать магнитным полем. Это экономически нецелесообразно при больших масштабах загрязнений нефтепродуктами поверхности воды. Кроме того, магнетитовый концентрат не обладает гидрофобными свойствами и плохо смачивается нефтепродуктами. Он не имеет магнитных характеристик, что важно при расчетах взаимодействия электромагнитного поля с суспензией сорбента и нефтепродуктов. Ферромагнитный материал ограничен по составу основных компонентов - оксидов железа и диоксида кремния, т.к. используется один состав.

Технической задачей изобретения является улучшение технологических характеристик магнитного сорбента (состава и гидрофобности) с целью расширения технологий его применения.

Для решения технической задачи предлагается порошкообразный магнитный сорбент для сбора нефти, масел и других нефтепродуктов, представляющий собой продукт железорудных горно-обогатительных комбинатов, содержащий ферромагнетики железной руды в виде Fе ₃O₄ и/или Fe₂О₃ и диоксид кремния SiO₂ из той же руды, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении (мас.%)

Fе₃O₄ и/или Fe₂О₃ - 5-59

SiO₂ 41-95,

при этом поверхность сорбента гидрофобизирована реагентом, выбранным из углеводородного раствора изобутиламина или гексиламина, или аминового реагента, использованного при флотационном обогащении железной руды.

На фиг.1 - ИК-спектр амина (жидкая пленка), извлеченного из отходов Михайловского ГОКа после флотации; фиг.2 - ИК-спектр гексиламина (жидкая пленка); фиг.3 - распределение частиц порошка магнитного концентрата по размерам.

В одной из технологий сорбент смешивают с нефтью, нефтепродуктами. Композиция становится магнитной. Ее собирают магнитными приспособлениями, создающими магнитное поле. Затем нефть отделяют от магнитных частиц на магнитных сепараторах, порошок обжигают и вновь используют для очистки воды.

Сорбент получают из сухого железорудного концентрата, который, например, содержит 63.7% Fе₃ O₄, 3.9% Fe₂О₃ и 32.4% SiO ₂; порошка железной руды 13.5% Fе₂О₃ , 86.4% SiO₂; хвостов после обратной флотации, содержащих меньшее количество магнитных продуктов, чем порошок руды; магнетита, выделенного из сухого магнитного концентрата. Компоненты сорбента смешивают друг с другом в различных пропорциях в зависимости от необходимых технологий. Испытывают совмещение с нефтепродуктами. Для улучшения совмещения поверхность порошка покрывают аминами.

Технология получения сухого железорудного концентрата включает последовательно процессы дробления железной руды, магнитной сепарации, обратной флотации катионными амфифилами, фильтрации и сушки. В процессе обратной флотации от руды отделяют не оксиды железа, а примесь кварц. Флотацию кварца проводят в щелочной среде с применением ацетатных солей эфиров первичных моно- и диаминов при депрессии минералов железа щелочным крахмалом. Оставшаяся пульпа обогащается минералами железа. Пульпу фильтруют, полученную пасту сушат для получения сухого концентрата. Сухой железорудный концентрат и хвосты после обратной флотации содержат амины. Этот вывод можно сделать по ИК-спектру пленки экстракта этиловым спиртом концентрата и хвостов после флотации. Он имеет полосы поглощения, типичные для аминов (фиг.1). Например, эти полосы поглощения совпадают с полосами поглощения ИК- спектра (фиг.2) гексиламина (К. Наканиси Инфракрасные спектры и строение органических соединений. // Под ред. А.А.Мальцева. М., Мир, 1965, с.155). Поэтому концентрат, хвосты после флотации для технологии извлечения нефти, нефтепродуктов с помощью магнитного поля можно использовать без обработки аминами, т.к. амины уже присутствуют на поверхности частиц сорбента. Они придают сорбенту гидрофобность.

Цех по обогащению железной руды методом обратной флотации введен в эксплуатацию на Михайловском ГОКе совсем недавно. Поэтому по признаку гидрофобизация сухой концентрат и хвосты отличаются от известного концентрата. Порошок руды перед его использованием в сорбенте необходимо обработать изобутил или гексиламином из углеводородного раствора. Применение аминов в количестве большем, чем это необходимо для покрытия сорбента мономолекулярным слоем, экономически нецелесообразно. Количество амина определяют из расчета суммарной адсорбции мономолекулярным слоем. Известными методами определяют удельную площадь сорбента, а затем рассчитывают суммарное количество адсорбированных ионов ПАВ с известной площадью гидрофильной группы.

Количество применяемых аминов контролируется и простой пробой на совмещение нефти и сорбента. Если порошок плохо смачивается нефтью или нефтепродуктом, то тогда в дисперсию добавляют дополнительно амин, например, использованный при обратной флотации.

Существенным отличием предлагаемых ферромагнетиков железной руды, как доказано авторами, является тот факт, что порошок чистого магнетита имеет удельную намагниченность насыщения 92 А·м ²/кг, а в концентрате, содержащем 63.7% Fе₃O ₄, 3.9% Fe₂О₃ и 32.4% SiO₂ , 150 А·м²/кг. В концентрате магнитные свойства магнетита увеличены. Удельная магнитная насыщаемость сорбента рассчитывается по аддитивной формуле, как сумма произведений доли компонента сорбента на его удельную магнитную насыщаемость.

Соотношения оксидов железа и оксида кремния ограничено магнитными, адсорбционными свойствами ферромагнетиков и адсорбционными свойствами оксида кремния. Двуокись кремния в интервале рН от 3 до 10 заряжена отрицательно и может использоваться в процессе очистки нефтепродуктов от отрицательно заряженных компонентов.

Частицы порошка имеют широкое распределение по размерам от 0.005 до 50 мкм, как показано на фиг.3. Они меньше по размерам, чем в известном магнитном концентрате. Следовательно, предлагаемый сорбент обладает лучшими сорбционными свойствами.

Ниже приводятся примеры приготовления и использования сорбента.

Пример 1. Порошок руды из отхода после флотации Михайловского ГОК в количестве 5 г с содержанием 5% Fе₃O₄ , 95% SiO₂ и следами амина, который имеет ИК- спектр, показанный на фиг.1, смешивают с 95 г вазелина. Смесь в количестве 2 г помещают на поверхность водопроводной воды, налитой в алюминиевую кювету. В кювету опускают бытовой магнит, покрытый полиэтиленовой пленкой. Сгусток вазелина притягивается к магниту на расстоянии 5 см и прилипает к полиэтиленовой пленке. Пленку вынимают из воды, очищая воду от углеводородов.

Пример 2. Порошок руды Михайловского ГОК (фиг.1) содержит 13.5% Fе ₂О₃, 86.4% sio₂ и 0.01% изобутиламина. Этот сорбент в количестве 1 г рассыпают равномерно сверху над 10 г смеси вазелина с парафином (в отношении 1:1 по массе), находящейся на поверхности морской воды в стеклянной кювете. Через 1 час к борту кюветы подносят бытовой магнит. Сгусток смеси вазелина с парафином и сорбентом реагирует на магнит с расстояния 8 см, движется за ним по всей поверхности воды и притягивается к борту кюветы, где находится магнит с полоской полиэтилена. Углеводороды прилипают к полиэтилену. Полоску с углеводородами вынимают из кюветы, очищая воду от углеводородов.

Пример 3. Порошок из смеси обогащенной и природной руды Михайловского ГОК состоит из 50% Fе₃O₄, 9% Fе₂ О₃, 41% SiO₂ и мономолекулярного слоя гексиламина. Этот сорбент в количестве 1 г рассыпают над 10 г смеси вазелина с парафином (в отношении 1:1 по массе), находящейся на поверхности морской воды в алюминиевой кювете. Через 1 час к борту кюветы подносят бытовой магнит. Сгусток смеси вазелина с парафином и сорбентом реагирует на магнит на расстоянии 10 см, движется за ним по всей поверхности воды и притягивается к борту кюветы, где находится магнит с полоской полиэтилена. Полоску полиэтилена вместе с углеводородами вынимают из кюветы, очищая воду от углеводородов.

Таким образом, предлагаемый порошкообразный сорбент, получаемый из железорудного сырья, хорошо совмещается с нефтью. Может использоваться для удаления компонентов нефти и нефтепродуктов и магнитоуправляемого удаления всей нефти с поверхности воды. Он позволяет очищать воду от нефтепродуктов по другой технологии, чем в известном способе. При использовании предлагаемого сорбента для очистки поверхности воды от нефти необходимо меньше сорбента и энергии. Собранные углеводороды с помощью более мощного электромагнита могут отделяться от сорбента на магнитных сепараторах, а сорбент после отжига может повторно использоваться для очистки воды от углеводородов.