способ переработки углеродосодержащего сырья для получения концентрата лечебной грязи, кормовой добавки и удобрения

Формула изобретения

1. Способ переработки углеродсодержащего сырья из группы: торф, бурый уголь, предусматривающий пропускание твердого сырья через вибросито с получением частиц размером до 1 см³ , осуществляется подготовка воды гидродинамическим нагревом до 28-30°C, смешивание измельченного твердого сырья с водой в массовом соотношении 1-1,15 в емкости с помощью механической мешалки с последующим измельчением и гомогенизацией смеси путем гидроударной обработки при числе оборотов ротора аппарата гидроударного действия 2800-3000 об/мин с достижением температуры смеси не менее 40°C и последующим отделением примесей путем пропускания получаемой пульпы через центрифугу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гомогенизацию и измельчение производят многократно циркуляцией смеси через аппарат гидроударного действия и емкость смешивания, осуществляемой до достижения контролируемой в емкости температуры смеси не менее 40°C, с получением частиц всех органических соединений диаметром не более 3 мкм.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что подготовка активированной воды производится путем подачи потока воды в каналы ротора аппарата гидроударного действия, перекрывание потока преградой в виде стенки статора этого аппарата для возникновения гидравлического удара и снятие преграды совмещением каналов ротора и статора.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед поступлением продукта в центрифугу число оборотов ротора аппарата гидроударного действия снижают до 500-600 об/мин.

5. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что смешивание измельченного твердого сырья с подогретой водой производят в емкости объемом не менее 1,5 м³.

6. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что оборудование для переработки углеродсодержащего сырья выбирают исходя из производительности до 200 м³ /ч готового продукта и обеспечивают ее за счет дозирования поступления твердого сырья в емкость смешивания.

7. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что используется вода из природных водоемов, в том числе подземных.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к механической переработке углеродосодержащего сырья из группы: торф и бурый уголь (углеобразователи) для получения высококачественного экологически чистого активированного концентрата без каких-либо искусственных добавок, пригодного для применения в качестве лечебной грязи, кормовой добавки для животных и птиц, гуминового удобрения. Получаемый многофункциональный продукт имеет промышленное обозначение «ГУМИ 314».

Известен способ переработки торфа и других углеобразователей в пастообразное состояние, включающий механическое воздействие на исходный материал предварительной подачей растворителя, осуществляя комплексно - путем совместного одновременного измельчения, истирания, раздавливания в поле центробежных сил для создания в нем напряжений сжатия и сдвига при исходной температуре материала до получения пастообразного состояния, при необходимости предусмотрено повышение температуры всей системы. При этом комплексное механическое воздействие на материал осуществляется в роторно-шаровых мельницах (SU № 2077548).

Недостатками данного способа являются: использование в качестве растворителя растворителей химико-органического происхождения, что абсолютно не допустимо при получении экологически чистого удобрения; измельчение, истирание, раздавливание в шаровых мельницах не производительно и энергоемко; не дает необходимого измельчения для экстрагирования торфа, так как шаровые мельницы могут измельчать материалы на выходе не менее 50-60 мкм по диаметру частиц, что значительно снижает эффект экстрагирования.

Известен способ переработки торфа для получения удобрения, включающий комплексное механическое воздействие па торф с предварительной подачей растворителя путем совместного одновременного измельчения, истирания и раздавливания, комплексное механическое воздействие на торф осуществляют в автономной резонансной гидроквантовой установке, торф и растворитель берут в соотношении 1:1 по массе, а в качестве растворителя используют природную воду из рек, озер или скважин без предварительной подготовки (RU № 2266882, прототип).

Недостатками данного способа являются: недостаточная степень измельчения (до 10 мкм) и недостаточная активность получаемого продукта, препятствующая эффективной реализации разнообразных функциональных возможностей, наличие примесей.

Технической задачей изобретения является создание эффективного способа переработки углеродсодержащего сырья из группы: торф, бурый угль для получения концентрата лечебной грязи, кормовой добавки, гуминового удобрения, а также расширение арсенала таких способов.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в увеличении биологической активности и доступности, расширении области эффективного применения получаемого продукта за счет повышения степени измельчения до 3 мкм только органических соединений и высвобождения связанных активных ингредиентов, с обеспечением экологической чистоты производства и продукции.

Сущность изобретения заключается в том, что способ переработки углеродсодержащего сырья из группы: торф, бурый угль, предусматривает пропускание твердого сырья через вибросито с получением частиц размером до 1 см³ , осуществляется подготовка воды гидродинамическим нагревом до 28-30°C, смешивание измельченного твердого сырья с водой в массовом соотношении 1-1,15 в емкости с помощью механической мешалки с последующим измельчением и гомогенизацией смеси путем гидроударной обработки при числе оборотов ротора аппарата гидроударного действия 2800-3000 об/мин, с достижением температуры смеси не менее 40°C и последующим отделением примесей путем пропускания получаемой пульпы через центрифугу.

Предпочтительно гомогенизацию и измельчение производят многократно циркуляцией смеси через аппарат гидроударного действия и емкость смешивания, осуществляемой до достижения контролируемой в емкости температуры смеси не менее 40°C, с получением частиц всех органических соединений диаметром не более 3 мкм.

При этом подготовка активированной воды производится путем подачи потока воды в каналы ротора аппарата гидроударного действия, перекрывание потока преградой в виде стенки статора этого аппарата для возникновения гидравлического удара и снятие преграды совмещением каналов ротора и статора.

Как правило, перед поступлением продукта в центрифугу число оборотов ротора аппарата гидроударного действия снижают до 500-600 об./мин, смешивание измельченного твердого сырья с подогретой водой производят в емкости объемом не менее 1,5 м³

Предпочтительно, оборудование для переработки углеродсодержащего сырья выбирают исходя из производительности до 200 м³/час готового продукта и обеспечивают ее за счет дозирования поступления твердого сырья в емкость смешивания, используется вода из природных водоемов, в том числе подземных.

На чертеже изображена схема установки для реализации заявляемого способа переработки углеродсодержащего сырья - торфа или бурого угля.

Установка содержит: вибросито 1 с ячейками с проходным сечением 1 см², бункер-накопитель 2, специальный дозатор 3 плохосыпучих продуктов (твердого сырья), транспортер 4 с лентой для подачи торфа или бурого угля в емкость, АРГ - аппарат 5 роторный гидроударный (роторный аппарат гидроударного действия, например, описанный в патенте RU № 2067022), электродвигатель 6 с плавным пуском, емкость 7, имеющую более 1,5 м³ объема, мешалку 8 с мотор-редуктором, центрифугу 9, два электроклапана 10, 11, жидкостной счетчик (датчик) 12 расхода воды, блок 13 управления.

Способ реализуется следующим образом.

Осуществляется пропускание твердого углеродсодержащего сырья из группы: торф, бурый уголь через вибросито 1 с получением частиц размером до 1 см³ . Параллельно осуществляется подготовка активированной воды гидродинамическим нагревом до 28-30°C с помощью роторного аппарата в соответствии с известным способом по патенту RU № 2065127. При протекании потока воды (гидродинамического потока) через сопло ротора поток разгоняется. Максимальная скорость потока достигается в устье сопла. Затем перекрывается устье сопла ротора боковой стенкой статора. В результате этого происходит резкое повышение давления, т.е. образуется мощный прямой гидравлический удар, отраженный от преграды (стенки статора) и направленный навстречу движущемуся с высокой скоростью новому гидродинамическому потоку. При этом взаимодействии потоков происходит диссипация воды (потока), т.е. за счет преодоления сил гидродинамического сопротивления выделяется теплота и происходит нагревание потоков. После снятия преграды (в момент совмещения каналов ротора и статора) гидродинамический поток устремляется в расширяющийся канал статора, где происходит резкое повышение давления с падением скорости потока, возникает гидродинамическая кавитация (вторичный гидроудар). В результате чего потоки тщательно перемешиваются, образуя равномерно прогретую воду. Квантование (периодичность подачи) потока осуществляют с частотой 15-16 кГц. Текущие параметры задаются и контролируются блоком 13 управления.

Активированная и нагретая таким образом вода является наиболее подходящей для обработки указанного углесодержащего сырья и остается в емкости 7.

Вода используется из природных водоемов, в том числе подземных (из рек, озер, скважин) без предварительной очистки.

Смешивание измельченного твердого сырья с активированной и подогретой водой в массовом соотношении 1-1,15 (т.е. в равных количествах или количествах, отличающихся до 15% в зависимости от влажности исходного сырья) производится в бункере 7 с помощью механической мешалки 8, приводимой во вращение мотор-редуктором. В качестве сырья используется бурый уголь или торф, которые представляют первые члены того ряда ископаемых углеобразователей гумусового типа, который образуется последовательным изменением клетчатки растений.

Твердое сырье подается в емкость 7 транспортером 4. Затем производится измельчение и гомогенизация полученной в емкости 7 смеси путем гидроударной обработки при числе оборотов 2800-3000 об/мин электродвигателя 6 и ротора аппарата 5 гидроударного действия (АРГ).

Подготовленная смесь подается в широкую часть полых резонаторов аппарата 5. Здесь за счет выпуклости одной стенки резонатора и плавности другой стенки резонатора поток смеси турбулизируется и на выходе из ротора имеет дозвуковую или звуковую скорость. Во время перекрывания выходных отверстий резонаторов перемычками статора гидродинамическому потоку создается преграда, вследствие чего образуется прямой гидравлический удар. Периодически повторяемые гидравлические удары создают высокоградиентные импульсы давления, амплитуда которых значительно усиливается в полых резонаторах. Кроме того, за счет выпуклости длинной стенки резонатора усиливается турбулентность потока. Полученное давление через несжимаемую среду воду передается на частицы углеродосодержащего сырья, дробя его на еще меньшие - мельчайшие частицы, которые за счет увеличения турбулентности потока перемешиваются с водой до гомогенного состава. При совмещении отверстий каналов резонаторов ротора и каналов статора происходит снятие преграды и поток поступает в каналы статора, где образуется зона гидродинамической кавитации, т.е. происходит дополнительное смешивание (эмульгирование) мельчайших частиц углеродосодержащего сырья с водой. При этом происходит дальнейшее разрушение и диспергирование частиц углесодержащего сырья в воде и образование суспензии - пульпы, причем разрываются ионные связи всех веществ, которые древние растения (из которых образовался торф или бурый уголь) аккумулировали в процессе своего развития. Гомогенизацию и измельчение производят, как правило, многократно циркуляцией смеси через аппарат 5 гидроударного действия, клапан 10 и емкость 7 смешивания, осуществляемой до достижения контролируемой в емкости 7 температуры смеси не менее 40°C, с получением частиц всех органических соединений диаметром не более 3 мкм. При этом продукция циркулирует через клапан 10 в емкость 7 и снова в аппарат 5. Этот процесс циркуляции через емкость 7 и аппарат 5 продолжается до достижения температуры смеси в емкости 7 не менее 40°C.

Таким образом, на этом этапе происходит разрушение частиц и разрыв ионных связей всех органических соединений, эти происходящие процессы позволяют идеально эмульгировать/экстрагировать торф и бурый уголь с величиной частиц не более 3 мкм по диаметру всех органических соединений.

После достижения указанной температуры продукция перекачивается в центрифугу 9 для отделения примесей (кварцевого песка и других твердых частиц, в том числе неорганических) из пульпы.

Перед поступлением продукта в центрифугу 9 клапан 10 закрывается, а клапан 11 открывается, число оборотов ротора аппарата 5 гидроударного действия снижают до 500-600 об./мин - скорости, необходимой для перекачивания продукта из аппарата 5 в центрифугу 9 через клапан 11.

Оборудование для переработки углеродсодержащего сырья выбирают исходя из оптимальной производительности не более 200 м³/час готового продукта и обеспечивают ее за счет дозирования дозатором 3 поступления твердого сырья в бункер 7 смешивания и подачи воды под контролем счетчика 12.

Соответствующая циркуляция продукта (пульпы) обеспечивается переключением электроклапанов 10, 11. Блок 13 управления осуществляет контроль и задание режимов работы всего оборудования 1-13 при реализации заявляемого способа, а также хранение сведений о параметрах проведенных производственных циклов и количестве готовой продукции.

Получаемый экологически чистый целевой продукт имеет обозначение «ГУМИ 314».

Реализация способа позволяет идеально эмульгировать/экстрагировать торф и бурый уголь до величины частиц не более 3 мкм по диаметру всех органических соединений, кроме кварцевого песка и других твердых частиц, отделяемых в центрифуге 9. Это позволяет полученной продукции удерживать воду гуматами за счет образования водородных связей между молекулами воды и заряженными группами гуматов, а также адсорбированными на них ионами металлов. Природные органические соединения - гумусовые кислоты - образуются в процессе гумификации продуктов животного, растительного и микробного происхождения. Основная их часть устойчива к природному биохимическому расщеплению, поэтому они накапливаются в почве, торфе, бурых углях. Гуматы применяются в растениеводстве и животноводстве как стимуляторы роста и развития растений и животных. В соответствии с заявляемым способом получается продукт, содержащий расщепленные и тем самым активизированные гуматы, в виде, пригодном для активного усвоения.

Получаемый согласно заявляемому способу продукт «ГУМИ 314» пригоден для применения в качестве:

- лечебной грязи физиотерапевтического воздействия при заболеваниях костно-мышечной системы и соединительной ткани, заключается в курсовом применении пелоидов (одноразовые аппликации с лечебной грязью) в комбинации с термокомпрессами в восстановительном лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата. Причиной неиссякаемого интереса к лечебной грязи служит их высокая эффективность при многих заболеваниях и постоянно открываемые новые возможности и технологии их применения;

- кормовой добавки для животных и птиц. При выращивании поросят, телят молочного периода ГУМИ 314 (1 мл на 1 голову на 1 день) увеличивает среднесуточный прирост живой массы телят на 20-25%;

- гуминового удобрения, которое вносится в почву разбавленное с водой в соотношении 1:30, обеспечивает экологическую чистоту биохимического состава продукции растениеводства, почва становится более устойчивой к техногенному загрязнению. Кроме того, гуматы структурируют почву, делая ее способной противостоять эрозии. Урожайность зерновых, овощных и садовых культур повышается в среднем от 20%, улучшается качество продукции (повышается содержание витаминов, сахара, крахмала, клейковины), повышается сопротивляемость к болезням, неблагоприятным внешним условиям (заморозки, засуха), сокращаются сроки созревания на 10 дней, уменьшается содержание нитратов до 10 раз. Одновременно снижается испарение воды из почвы в среднем на 30%, что приводит к повышению усвоения влаги растениями на аридных и песчаных почвах, экологического чистого активированного гуминового удобрения, из исходного материала - желательно местного торфа или бурого угля с сохранением гуминовых комплексов (гуматы). Немаловажен тот факт, что гуминовые комплексы способствуют процессу усвоения азота, что не приводит к образованию нитритов. В почве при взаимодействии с тяжелыми металлами (ртуть, свинец, хром, кадмий и др.), гуматы образуют нерастворимые соединения и создают тем самым преграду для их попадания в клетки растений, нейтрализуют негативное влияние остаточных пестицидов и других ядохимикатов, обеспечивая экологическую чистоту продукции. За счет воздействия гуматов происходит рост энергетики растительной клетки и связанная с ним интенсификации ее обменных процессов. В результате чего ускоряется развитие корневой системы, вырабатываются специальные ферменты, повышающие устойчивость растений к таким неблагоприятным факторам внешней среды, как засуха и заморозки. Кроме того, гуматы структурируют почву, делая ее способной противостоять эрозии. Удержание воды гуматами происходит за счет образования водородных связей между молекулами воды и заряженными группами гуматов, а также адсорбированными на них ионами металлов. В результате испарение воды снижается в среднем на 30%, что приводит к повышению усвоения растениями на аридных и песчаных почвах. Гуминовые комплексы (гуматы) увеличивают буферную емкость почв, то есть способность почвы поддерживать естественный уровень pH даже при избыточном поступлении кислых или щелочных агентов. Обладая большим количеством различных функциональных групп, гуминовые комплексы способны адсорбировать и удерживать на себе поступающие в почву питательные вещества, макро и микроэлементы. Удерживаемые гуминовыми кислотами питательные вещества не связываются почвенными минералами и не вымываются водой, находясь в доступном для растений состоянии.

Таким образом, создан эффективный способ переработки углеродсодержащего сырья из группы: торф, бурый угль для получения концентрата лечебной грязи, кормовой добавки, гуминового удобрения, а также расширен арсенал таких способов.

В результате достигается увеличение биологической активности и доступности, расширение области эффективного применения получаемого продукта за счет повышения степени измельчения до 3 мкм только органических соединений и высвобождения связанных активных ингредиентов, с обеспечением экологической чистоты производства и продукции.