СПОСОБ ФЛОТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ ОТ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ

СПОСОБ ФЛОТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ ОТ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ


RU (11) 2048446 (13) C1

(51) 6 C02F1/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4939109/26 
(22) Дата подачи заявки: 1991.05.22 
(45) Опубликовано: 1995.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 458337, кл. B 03D 1/02, 1964. Авторское свидетельство СССР N 1297914, кл. C 02F 1/28, 1985. 
(71) Заявитель(и): Кировоградский институт сельскохозяйственного машиностроения (UA) 
(72) Автор(ы): Лопатенко Сергей Васильевич[UA]; Лопатенко Лилия Михайловна[UA] 
(73) Патентообладатель(и): Лопатенко Сергей Васильевич (UA) 

(54) СПОСОБ ФЛОТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ ОТ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ 

Воздух смешивают с частицами поверхностно-активного вещества, растворимого в очищаемом растворе и затем ионизируют полученную смесь в поле коронного разряда. Знак заряда ионизированной смеси частиц ПАВ и молекул воздуха выбирается противоположным знаку заряда извлекаемых дисперсных частиц. Полученную смесь после ионизации вводят во флотационную камеру с очищаемым раствором с последующим удалением продуктов разделения. В качестве поверхностно-активного вещества используют анионные, катионные и амфолитные ПАВ. Изобретение позволяет повысить степень очистки на 5 20% и ускорить процесс. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к способам очистки растворов от дисперсных частиц и металлсодержащих ионов и может быть использовано на предприятиях химической промышленности, цветной и черной металлургии.

Известен способ флотационного извлечения частиц полезных ископаемых, включающий аэрацию пульпы ионизированным воздухом [1]

Основными недостатками способа являются введение в раствор поверхностно-активного вещества (ПАВ), которое остается в нем после удаления частиц; не достаточно высокая эффективность извлечения частиц за счет электростатического поля пузырьков вследствие высокой электропроводности водных растворов.

Наиболее близким является способ флотационного разделения, включающий предварительную ионизацию воздуха с получением ионов с одноименными зарядами, введение ионизированного воздуха во флотационную камеру с дисперсной жидкостью, подачу на корпус флотационной камеры напряжения того же знака, что и знак получаемых ионов, удаление продуктов разделения [2]

Недостатками способа является невысокая степень очистки, и невысокая скорость процесса очистки раствора. При подаче на корпус флотационной машины напряжения того же знака, что и знак получаемых ионов, дисперсная жидкость (частицы и пузырьки) принимает одинаковый потенциал. При этом электростатическая сила между пузырьком с ионами воздуха и извлекаемой частицей уменьшается, одновременно уменьшается и сила отталкивания между одноименно заряженными пузырьками, что способствует их сближению, а значит слиянию, т.е. укрупнению. Кроме того, эффективность процесса извлечения частиц из жидкости определяется как результат их соударения (этому способствует электрическое поле) и закрепления частиц на поверхности пузырька (для этого во флотируемый раствор вводят ПАВ, которое снижает величину поверхностного натяжения на границе раствор воздух и гидрофобизирует поверхность частиц). Поэтому к недостаткам способа следует отнести избыточное содержание в растворе после флотации ПАВ, которое вводится с целью увеличения степени извлечения частиц.

Цель изобретения повышение степени очистки и ускорение процесса извлечения частиц.

Это достигается тем, что при способе флотационной очистки растворов от дисперсных частиц, включающем ионизацию воздуха с получением ионов с одноименными зарядами, последующее введение ионизированного воздуха во флотационную камеру с дисперсным раствором, удаление продуктов разделения, перед ионизацией воздух предварительно смешивают с частицами ПАВ и затем полученную смесь подвергают ионизации.

В качестве ПАВ используют ионогенные (анионные, катионные и амфолитные), растворимые в очищаемом растворе поверхностно-активные вещества.

Воздух до процесса ионизации смешивают с высокодисперсными частицами ПАВ. Затем полученную смесь подвергают ионизации в поле коронного разряда. Пузырек при его формировании наполняют ионами воздуха и заряженными частицами. В результате изменяется величина естественного заряда пузырька, который возникает вследствие отклонения от электронейтральности двойного электрического слоя на границе раздела поверхность пузырька раствор. На величину и знак естественного заряда оказывает существенное влияние типа ПАВ и его концентрация на границе пузырек раствор. В зависимости от знака заряда извлекаемой частицы пузырек наполняют униполярно ионизированной смесью воздуха и частиц ПАВ, которая изменяет естественный заряд пузырька. Величину заряда пузырька определяют по уравнению

q qест R3 где qест. естественный заряд пузырька;

R радиус пузырька;

- объемная плотность заряда ионизированной смеси.

Знак заряда пузырька выбирают противоположным знаку заряда частицы.

Полость пузырька заполняет введенная униполярно ионизированная смесь и за счет электростатических сил притяжения и конвективного движения частично оседает на внутреннюю поверхность пузырька. Если раствор обладает большим электрическим сопротивлением, то заряды накапливаются на границе раздела пузырек раствор и радиус действия электростатического поля с течением времени практически не изменяется. В случае электропроводных растворов заряды на поверхности не накапливаются, осевшие частицы ПАВ разряжаются и растворяются, нейтральные молекулы ПАВ остаются на поверхности и влияют на его естественный заряд в зависимости от их типа и концентрации. Образовавшийся слой (ионогенных и дипольных) молекул ПАВ на границе пузырек раствор и оставшийся объемный заряд в пузырьках способствуют повышению эффективности соударения частицы с пузырьком за счет искусственно созданного электростатического поля и повышают эффективность захвата поверхностью пузырька частиц за счет снижения поверхностного натяжения пузырька.

Таким образом, искусственное увеличение заряда пузырька и оседание частиц ПАВ на поверхность пузырька с последующим образованием слоя из молекул ПАВ на границе пузырек раствор способствует увеличению электростатического поля вне пузырька. Это приводит к росту эффективного радиуса пузырька, что уменьшает продолжительность флотации и увеличивает степень флотационной очистки растворов от частиц.

В качестве ПАВ используют ионогенные (катионные и анионные), а также амфолитные вещества, хорошо растворимые в очищаемом растворе. Это связано с тем, что частицы ПАВ, оседая на поверхность пузырек раствор, должны раствориться, диссоциировать на ионизированные молекулы ПАВ. Наличие последнего процесса способствует повышению степени очистки и ускорению флотации частиц.

Смешивание воздуха с частицами ПАВ осуществляют из оптимального условия заполнения поверхностного слоя пузырек раствор молекулами ПАВ, т.е. из условия образования мономолекулярного слоя. Такое соотношение воздуха и частиц ПАВ зависит от типа ПАВ, эффективности осаждения частиц на внутреннюю поверхность пузырька, размера частиц и степени их растворимости в очищаемом растворе.

Наполнять пузырьки можно любым газом, но наиболее доступным для практического применения является воздух.

Время пребывания пузырька во флотаторе определяется высотой столба жидкости и размером пузырьков, которым можно управлять, изменяя пористость пластинки и давление в системе.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

Устройство для осуществления способа состоит из кюветы 1 для дисперсного раствора, в дно которой вмонтирована пористая пластинка 2 (система капилляров) для продувания смеси и формирования пузырьков газа. Для формирования пузырьков и смеси частиц и воздуха используют компрессор 3, емкость 4 с высокодисперсным порошком (пудрой) ПАВ и емкость 5 для униполярной ионизации частиц ПАВ и молекул воздуха с системой тонких электродов 6, на которые подается высокий потенциал от источника постоянного напряжения 7. Объемный заряд смеси, поступающий в пузырьки, контролируют аспирационным конденсатором 8.

П р и м е р 1. Проверку эффективности очистки растворов от дисперсных частиц ртутьсодержащих сублатов (сублаты труднорастворимые соединения, полученные предварительно при взаимодействии неорганической соли ртути и ПАВ) проводили с помощью одноименно заряженных пузырьков. В емкость 4 помещали высокодисперсный порошок катионного ПАВ гексадецилпиридиний хлорида с эффективным диаметром (2-3)х10-6 м. Размер извлекаемых частиц ртутьсодержащих сублатов составлял (2,5-7,0)х10-7 м. Растворы в процессе флотации периодически анализировали на содержание в них ртути по стандартной методике.

Эффективность разделения определяли по степени извлечения частиц из раствора. Степень извлечения ртути из растворов рассчитывали по формуле

100 где Со и С концентрация ртути в растворе соответственно до и после флотации.

Опыты проводили на лабораторной установке с объемом цилиндрической кюветы 1 0,25 л. Дном кюветы служила пористая пластинка с размером пар (3-4)х10-5 м. С целью устранения забивания пор крупными частицами ПАВ их размер превышал эффективный диаметр частиц ПАВ. Электрокинетический потенциал частиц измеряли микроэлектрофоретически, а заряд пузырьков по степени их отклонения в однородном электростатическом поле, налагаемом на кювету 1. Кроме того, заряд частиц оценивали по объемной плотности заряда смеси ПАВ и воздуха нагнетаемой в пузырьки. Пенку с поверхности раствора удаляли механически.

По предлагаемому способу воздух от компрессора 3 под избыточным давлением 0,4 атм подавали в емкость 4, в которую предварительно засыпали 0,1 кг ПАВ в виде пудры. Высокая дисперсность пудры ПАВ позволяет создавать устойчивую аэрозольную систему. После смешивания частиц ПАВ с воздухом в соотношении по массе 1:40 полученную аэрозольную смесь подают в емкость 5 для униполярной ионизации частиц ПАВ и молекул воздуха. Для создания условий, необходимых для зарядки частиц ПАВ и молекул воздуха, на систему острых электродов 6 подают высокое постоянное напряжение 6000 В от источника 7. Производительность источника ионов регулировали, изменяя величину напряжения, приложенного к коронирующим электродам 6.

Предлагаемый способ очистки растворов от частиц сравнивают с известным способом очистки с помощью одноименно заряженных пузырьков воздуха. Во всех опытах степень очистки повышалась на 18-20% по сравнению с очисткой с использованием ионизированного воздуха, но без частиц ПАВ. Время обработки дисперсных жидкостей пузырьками во всех опытах составляла пять минут.

П р и м е р 2. Опыт проводили по методике, описанной в примере 1. В качестве частиц катионных ПАВ использовали децилпиридиний хлорид и тетрадецилпиридиний хлорид с эффективным диаметром частиц порядка 10-6 м. Степень очистки повышалась на 12-13% для децилпиридиний хлорида и на 15-16% для тетрадецилпиридиний хлорида.

П р и м е р 3. Опыт проводили по методике, описанной в примере 1. В качестве частиц ПАВ использовали гексадецилпиридиний хлорид, как и в примере 1. Однако в емкости 4 воздух смешивают с жидкими частицами ПАВ в соотношении 1: 25, которые получают путем пневматического распыления в камеру 4 раствора ПАВ концентрацией 10-2 моль/л. В камере получают устойчивый туман после осаждения более крупных капель на дно камеры 4. Степень очистки повысилась на 5-6% по сравнению с известным способом, но понизилась по сравнению с результатами опытов в примере 1. Это связано с оседанием капель на стенки трубопровода и особенно в капиллярах пористой пластинки 2. Замена пористой пластинки 2 сеткой с размером ячеек (50х50) мкм способствовала повышению степени флотационной очистки растворов.

П р и м е р 4. Опыты проводили по методике, описанной в примере 1. В качестве частиц анионных ПАВ использовали соли жирных кислот (лауриновой, миристиновой, пальмитиновой и стеариновой). Во всех опытах наблюдалось повышение степени очистки в диапазоне 5-19% по сравнению с очисткой без ПАВ в пузырьках.

П р и м е р 5. Опыты проводили по методике, описанной в примере 1. В качестве извлекаемых частиц использовали сублаты свинца, частицы ПАВ представлены амфолитным ПАВ алкиламиномонопропионатом натрия. Во всех опытах наблюдалось повышение степени очистки на 10%

П р и м е р 6. Опыты проводили по методике, описанной в примере 1. Извлекаемыми частицами были частицы серы размером (05,-1,0) х 10-6 м. Воздух смешивали с частицами катионного ПАВ цетилтриметиламмония бромида в соотношении 1:30. Степень очистки повысилась приблизительно на 15%

Использование предлагаемого способа позволит повысить степень флотационной очистки и уменьшить время обработки растворов, искусственно изменяя знак и величину заряда пузырька в зависимости от знака и величины заряда извлекаемых частиц; не вносить в дисперсную жидкость избыточную концентрацию ПАВ, которые остаются в растворе после флотации, т.е. улучшить качество очищаемых сточных вод; извлекать частицы размером менее 10-5 м независимо от их природы. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. СПОСОБ ФЛОТАЦИОННОЙ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ ОТ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ, включающий ионизацию воздуха с получением ионов с одноименными зарядами с последующим введением ионизированного воздуха во флотационную камеру с очищаемым раствором и удалением продуктов разделения, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки и ускорения процесса, ионизации подвергают воздух, предварительно смешанный с мелкодисперсными частицами поверхностно-активного вещества, растворимого в очищаемом растворе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют анионные, катионные и амфолитные поверхностно-активные вещества.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru