2233293 - Гумино-минеральный реагент и способ его получения, способ санации загрязненных почв, способ детоксикации отходов добычи и переработки полезных ископаемых и рекультивации отвалов горных пород и хвостхранилищ, способ очистки сточных вод и способ утилизации осадков

Гумино-минеральный реагент и способ его получения, способ санации загрязненных почв, способ детоксикации отходов добычи и переработки полезных ископаемых и рекультивации отвалов горных пород и хвостхранилищ, способ очистки сточных вод и способ утилизации осадков

Реферат

Изобретение относится к области производства углегуминовых и торфогуминовых препаратов, сорбентов, флокулянтов, коагулянтов, мелиорантов, кондиционеров почв, удобрений, а также гумино-минеральных веществ с поверхностно-активными, ионообменными, хелатирующими, комплексообразующими и биологически активными свойствами и может быть использован в инженерной экологии. Гумино-минеральный реагент из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда содержит гуминовые кислоты и соли гуминовых кислот, природно-гидратированные гуминовые кислоты, гидролизованные гуминовые кислоты, гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с природно-гидратированными гуминовыми кислотами. Способ получения гумино-минерального реагента включает дробление и измельчение гумитов и каустобиолитов угольного ряда и смешивание со щелочью. Дробление и измельчение гумитов и каустобиолитов угольного ряда ведут при их близкой к природной влажности, при которой гуминовые кислоты находятся в природно-гидратированном состоянии, смешивают горячую воду с гумитами и каустобиолитами и гидратируют при интенсивном физико-механическом воздействии до образования гомогенной смеси. После этого добавляют щелочь и гидролизуют эту смесь до получения целевого продукта от вязко-текучей до пластичной консистенции и достижения им значения рН от 6,5 до 8. Данный реагент используется для санации загрязненных почв, детоксикации отходов добычи и переработки полезных ископаемых и рекультивации отвалов горных пород и хвостхранилищ, очистки сточных вод и утилизации осадков. Реагент обладает повышенной сорбционной, ионообменной, комплексообразующей, хелатообразующей, флокулирующей, коагулирующей и биологической способностью. Способ получения позволяет снизить энергетические и временные затраты на получения реагента. 6 н. и 9 з.п.ф-лы, 7 табл.

Изобретение найдет применение в инженерной (промышленной) экологии для детоксикации и очистки почв и земель, загрязненных органическими и неорганическими экотоксикантами, для рекультивации нарушенных земель, промышленных отвалов и свалок, в коммунальном хозяйстве городов и населенных пунктов для очистки сточных вод и утилизации осадков, в сельском хозяйстве для очистки животноводческих стоков, а также для восстановления свойств и увеличения плодородия почв.

Известен композиционный гумино-кремниевый сорбент, состоящий из минеральной матрицы и химически связанных с этой матрицей гуминовых кислот (патент РФ №2108859, МКИ B 01 J 20/20, 20/24, 1995).

Недостатки известного сорбента заключаются в его низкой эффективности и ограниченной возможности его использования - только для связывания ионов тяжелых металлов. Вследствие многостадийности процессов получения сорбента, включающих операции экстракции, нейтрализации, фильтрования, промывки, сушки и прокаливания, сорбент имеет высокую стоимость и его применение для решения практически значимых задач невозможно.

Известен также гуминовый концентрат, содержащий искусственно (технически) гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты, химически связанные с гуминовыми кислотами (патент РФ №2125039, МКИ С 07 С 63/33, опубл. 20.01.99, БИ №2).

Недостатки известного гуминового концентрата заключаются в низкой концентрации активного вещества (не более 15%), что обусловлено электролизным способом его получения, мало- или практически не управляемым его составом, что предопределяется сложностью и неоднородностью состава электролита и сложностью регулирования процесса электролиза. Гуминовый концентрат в форме геля (влажность не менее 85%) имеет высокую липкость и крайне неудобен при работе с ним. Кроме этого, известный концентрат имеет сравнительно высокую стоимость из-за сложности и энергоемкости процессов его получения, включающих дробление и измельчение исходного сырья - гумитов и каустобиолитов угольного ряда, экстракцию, разделение твердой и жидкой фаз и электролиз щелочного раствора, что предопределяет ограниченность практического применения.

Известен способ получения гуминовых препаратов, включающий одновременное дробление и смешивание угля с щелочным раствором и отделение вытяжки после нагрева (патент РФ №2130004, МКИ C 05 F 11/02, опубл. 10.05.99, БИ №13).

Недостатки известного способа заключаются в большом количестве отходов, так как целевым продуктом является водная вытяжка, а обработанный уголь является отходом производства; в ограниченности применения получаемой водной вытяжки только в качестве биологически активного препарата в сельском хозяйстве; в высоком расходе щелочи или золы от сжигания угля или древесины. Причем в последнем случае состав золы практически не контролируется, а это отрицательно влияет на состав и свойства получаемого целевого продукта.

Известен также способ получения гуминовых удобрений, включающий сверхтонкое измельчение углей, содержащих гуминовые кислоты в смеси с гидроксидами щелочных металлов, при этом исходную смесь предварительно высушивают до влажности 6-12 мас.% (патент РФ №2104988, МКИ C 05 F 11/02, опубл. 20.02.98, БИ №5).

Недостатками известного способа являются высокая энергоемкость и низкая эффективность, обусловленные необходимостью предварительной сушки смеси угля и гидроксидов щелочных металлов до конечной влажности 6-12%; а также необходимостью сверхтонкого измельчения исходной смеси. При этом в процессе сушки угля происходит дегидратация содержащихся в нем гуминовых кислот и их производных с коагуляцией и переходом последних в неактивное состояние.

Для последующего щелочного гидролиза таких веществ при механохимической активации требуются большие расходы щелочных реагентов, в частности гидроксидов щелочных металлов, составляющих 20-35% от массы угля. Получаемый целевой продукт содержит много щелочи и имеет высокий рН, что приводит к ограничению его использования только как носителя или источника гуматов аммония и/или гуматов щелочных металлов, объемы применения и спрос на которые крайне малы и ограничены областью регуляторов (биостимуляторов) роста и развития растений.

Весьма важным является то, что из-за отсутствия требований к исходному углю, в котором в зависимости от генезиса, условий залегания в пласте, предшествующей геологической истории и т.д., содержание органических токсикантов, например бензапирена, и неорганических токсикантов, например ионов тяжелых металлов - бериллия, мышьяка, ртути, свинца и т.д. - может достигать опасных концентраций. Целевой продукт содержит практически те же концентрации указанных выше токсикантов и становится опасным для практического использования.

Уровни загрязнения почв неорганическими (тяжелые металлы) и органическими (углеводороды нефти и нефтепродуктов, полихлорированные и полициклические соединения) экотоксикантами достигают в ряде случаев опасных величин, в связи с чем становится весьма актуальными задачи санации (детоксикации) загрязненных почв и территорий.

Известен способ вермирекультивации почв и очистки почв от нефти и нефтепродуктов (патент РФ №2119735, МКИ А 01 В 79/02, опубл. 10.10.98, БИ №28), включающий внесение в загрязненные почвы вермикомпоста.

Известный способ отличается высокими затратами на приготовление вермикомпоста и мало эффективен для детоксикации и очистки почв, загрязненных как нефтепродуктами, так и тяжелыми металлами.

Известен также способ рекультивации почв сельскохозяйственного назначения и детоксикации земель, включающий внесение в почвы гуминового вещества в виде водорастворимых гуминовых кислот ((патент РФ №2031095, МКИ C 05 F 11/02, опубл. 20.03.95, БИ №8).

Недостатки данного способа заключаются в низкой эффективности детоксикации загрязненных почв, вызванной быстрым вымыванием из почвы водорастворимых гуминовых кислот, их разложением под воздействием физико-химических (низкие и высокие значения рН загрязненных почв и др.) и микробиологических факторов. Из-за высокой стоимости водорастворимых гуминовых кислот и сложности их получения данный способ не нашел практического применения.

В практике работы промышленных предприятий образуются большие объемы отходов, которые при размещении и складировании в отвалах, свалках, шламохранилищах, хвостохранилищах и т.д., представляют собой опасный источник загрязнения окружающей природной среды входящими в их состав и образующимися в процессе хранения токсичными элементами и соединениями.

Известен способ рекультивации земель, включающий укладку в отвалы потенциально плодородных пород лесса, глины и песка с последующим нанесением гумусированного слоя (а.с. СССР №1605958, МКИ A 01 F B 79/02, 1988 г.).

Известный способ характеризуется высокой трудоемкостью и материалоемкостью и не обеспечивает эффективной детоксикации отвалов.

Известен также способ детоксикации отходов добычи и переработки полезных ископаемых и рекультивации отвалов горных пород и хвостохранилищ, включающий внесение и смешивание с отходами нейтрализующего вещества, например извести, и нанесение слоя почвогрунта (Бересневич П.В., Кузьменко П.К., Неженцева Н.Г. “Охрана окружающей среды при эксплуатации хвостохранилищ”, М.: Недра, 1993, с.102-107).

Недостатки известного способа заключаются в большом расходе нейтрализующих веществ, в высокой трудоемкости и низкой эффективности.

Одним из опасных источников загрязнения окружающей природной среды являются сточные воды промышленных, сельскохозяйственных и других производств.

Известен способ очистки сточных вод от неорганических, органических и микробиологических примесей, включающий введение в воду бактерицидных и иных реагентов, отстаивание и удаление осадка (Молчанов И.П., Родзиллер И.Д., Жук Е.Г. “Очистка и обеззараживание сточных вод малых населенных мест”, Л.: Стройиздат, 1993, с.113, 121, 124).

В качестве реагентов используют минеральные коагулянты (сернокислый алюминий, хлорное железо и т.д.), органические флокулянты (полиакриламид и производные на его основе), а также различные комбинации коагулянтов и флокулянтов.

К недостаткам этого способа относятся сравнительно высокая стоимость и токсичность применяемых реагентов, образование большого количества осадков, трудно поддающихся обезвоживанию, зависимость эффективности процесса очистки воды от состава и концентрации загрязняющих примесей, температуры и т.д.

Известен также способ очистки сточных вод, включающий введение в воду реагента в виде гуминового концентрата, отстаивание воды и удаление осадка (патент РФ №2125039, МКИ С 07 С 63/33, опубл. 20.01.99, БИ №2).

Недостатки способа заключаются в сложности получения и высокой стоимости гуминового концентрата, вследствие чего данный способ не нашел практического применения.

Окружающая природная среда значительно загрязняется также осадками сточных вод, в том числе осадками городских сточных вод (ОСВ). ОСВ содержат большое количество органики, биогенных элементов (азот, фосфор) и являются хорошими удобрениями. В то же время ОСВ содержат в большом количестве ионы тяжелых металлов, углеводороды нефти и нефтепродуктов, полициклические и полихлорированные органические соединения и т.д.

Задача детоксикации и экологически безопасной утилизации ОСВ является весьма актуальной в течение многих десятков лет.

Известен способ утилизации осадков сточных вод, включающий их смешивание с торфом и минеральными компонентами и внесение в почву в качестве органоминерального удобрения (а.с. СССР №836005, 1981 г.).

Недостатки известного способа заключаются в том, что содержащиеся в ОСВ ионы тяжелых металлов не связываются, а мигрируют в окружающую среду, загрязняя подземные воды и отравляя продукцию растениеводства. При этом использование ОСВ возможно в ограниченном количестве и периодически - один раз в несколько лет - при условии осуществления непрерывного экологического мониторинга и санитарно-эпидемиологического контроля.

Известен также способ утилизации осадков сточных вод, включающий введение в них гуминового препарата (патент РФ №2125039, МКИ С 07 С 63/33, опубл. 20.01.99, БИ №2).

Основной недостаток известного способа заключается в том, что в силу сложности получения и высокой стоимости гуминового концентрата он не находит практического применения.

В основу заявляемого изобретения положена задача создать новый целевой продукт такого состава и такой структуры и способ его получения из такого сырья в таких условиях и режимах, которые позволили бы производить в промышленных масштабах без значительных энергетических и временных затрат при малом расходе щелочи гумино-минеральный реагент, обладающий сорбционными, ионообменными, комплексообразующими, хелатообразующими и биологически активными свойствами при максимальном использовании физико-химического потенциала исходного сырья - гумитов и каустобиолитов угольного ряда, а именно торфа, бурогр, окисленного бурого и окисленного каменного углей - в синергетическом единстве природно-гидратированных и гидролизованных гуминовых кислот, гидратированных и гидролизованных гумино-минеральных комплексов и минеральных компонентов при создании условий для последующего раскрытия и усиления положительных свойств одновременно с предотвращением присутствия в целевом продукте в опасных концентрациях токсичных органических и неорганических токсикантов с целью эффективного применения для санации загрязненных почв, детоксикации отходов добычи и переработки полезных ископаемых и рекультивации отвалов горных пород и хвостохранилищ, очистки сточных вод и утилизации осадков.

Поставленная задача решается тем, что создан новый гумино-минеральный реагент из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, содержащий гуминовые кислоты и соли гуминовых кислот, природно-гидратированные гуминовые кислоты, гидролизованные гуминовые кислоты, гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с природно-гидратированными гуминовыми кислотами.

Благодаря этому новый гумино-минеральный реагент обладает высокой сорбционной, ионообменной, комплексообразующей, хелатообразующей, флокулирующей, коагулирующей и биологической активностью.

Согласно заявляемому изобретению гумино-минеральный реагент представляет собой продукт, полученный из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, в состав которых входят:

природно-гидратированные гуминовые кислоты, мас.% более 25,0;

минеральные компоненты, мас.% менее 30,0;

летучие вещества, мас.% менее 40,0;

валовые и водорастворимые формы тяжелых металлов, а также бенз(а)пирен, содержание которых ниже норм предельно допустимых концентраций, установленных для почв.

Содержание основных названных компонентов определяется исходным составом используемого торфа, бурого, бурого окисленного или каменного окисленного угля, содержание природно-гидратированных гуминовых кислот в котором должно быть не менее 25%, зольность не должна превышать 30%, а выход летучих веществ - не более 40%. При этом содержание контролируемых в настоящее время валовых и подвижных форм тяжелых металлов и бенз(а)пирена не должно превышать установленных для почв значений предельно допустимых концентраций (ПДК), так как основное назначение гумино-минерального реагента включает детоксикацию и очистку почв, а также рекультивацию нарушенных земель, промышленных отвалов и свалок.

В соответствии с заявляемым изобретением гумино-минеральный реагент может быть получен путем гидратации гумитов и каустобиолитов угольного ряда при смешивании их с водой и щелочного гидролиза названных гумитов и каустобиолитов, содержание которых составляет от около 40 до около 50% по сухому веществу, содержание щелочи от около 1 до около 7,5% по сухому веществу и вода - остальное, при этом гидратацию и гидролиз ведут до достижения целевым продуктом состояния от вязкотекучей до пластичной консистенции и достижения значения рН от 6,5 до 8.

Высокая эффективность гумино-минерального реагента как сорбционного, ионообменного, комплексообразующего, хелатообразующего, флокулирующего, коагулирующего и биологически активного материала связана с тем, что в нем молекулы гуминовых кислот находятся в природно-гидратированном состоянии, когда часть их кислотных групп диссоциирована, и в гидролизованном состоянии, когда они становятся водорастворимыми соединениями. При этом гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы, обладающие высокой удельной поверхностной энергией и поверхностно-активными свойствами, синергетически усиливают эффекты действия вышеназванных гуминовых кислот, что в совокупности создает высокий физико-химический и химический потенциал активности гумино-минерального реагента, определяющий, в свою очередь, хозяйственно-полезные свойства. В его характеристике это отражено в виде совокупности природно-гидратированных гуминовых кислот, гидратированных и гидролизованных гумино-минеральных и минеральных компонентов при значениях рН в безопасных для биологических объектов пределах при установленном соотношении твердой и жидкой фаз.

Гидратированные гуминовые кислоты гуминового концентрата представлены низкомолекулярными фрагментами гуминовых кислот исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, так как в процессе экстрагирования щелочным реагентом, гуминовые кислоты переходят в водорастворимые соли и затем путем электролиза происходит выделение гуминовых кислот из раствора их солей.

В молекулярно-массовом распределении таких гуминовых кислот принимают участие молекулы с молекулярной массой 27000 дальтон (67% от общего содержания молекул).

Природно-гидратированные гуминовые кислоты гумино-минерального реагента представлены природными высокомолекулярными соединениями с молекулярной массой от 150000 дальтон до нескольких миллионов дальтон. Часть их функциональных групп находится в диссоциированном состоянии и степень диссоциации, в отличие от гуминовых кислот гуминового концентрата, может значительно увеличиваться. То есть реакционная способность этих кислот возрастает со временем, что важно при их практическом использовании.

В отличие от гидратированных кислот гуминового концентрата природно-гидратированные кислоты обладают меньшей подвижностью и меньшей растворимостью (что имеет положительное значение для достижения цели изобретения при санации загрязненных почв и детоксикации отходов, так как резко снижается вымывание гуминовых кислот атмосферными осадками, грунтовыми водами и т.д.)

Природно-гидратированные гуминовые кислоты имеют большее сродство к почвенной микрофлоре, чем гидратированные гуминовые кислоты, и оказывают положительное действие на рост, активность и устойчивость почвенной микрофлоры.

Природно-гидратированные гуминовые кислоты меньше подвержены различным изменениям под действием физико-химических факторов, например солнечного (ультрафиолетового) облучения, попеременного увлажнения и высыхания, а также воздействия щелочных и кислотных агентов, микробиологической деструкции.

Гидролизованные гуминовые кислоты гумино-минерального реагента представлены фрагментами природно-гидратированных гуминовых кислот с молекулярной массой от 1500 до 150000 дальтон. При щелочном гидролизе в условиях недостатка щелочи происходит преимущественно разрушение макромолекул природно-гидратированных гуминовых кислот и частично - образование гуматов, то есть солей гуминовых кислот.

Гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы гумино-минерального реагента представлены сложными гетерогенными активированными системами, включающими молекулярные, надмолекулярные, кластерные, ассоциативные, коллоидные, агрегатные, макроагрегатные структуры с синергетическим эффектом проявления свойств гуминовой и минеральной частей гумино-минерального реагента.

В отличие от минеральных компонентов гуминового концентрата гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы гумино-минерального реагента обладают высокой адсорбционной и абсорбционной активностью, способностью к комплексообразованию, ионному обмену и хелатообразованию, что усиливает положительные эффекты действия гумино-минерального реагента при его использвании.

Содержащиеся в гуминовом концентрате гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты имеют слабую физико-химическую связь друг с другом. Содержащиеся в гумино-минеральном реагенте природно-гидратированные гуминовые кислоты, гидролизованные гуминовые кислоты и соли гуминовых кислот, гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы имеют прочные физико-химические, химические и механические связи друг с другом, что предопределяет качественно иные свойства и функции гумино-минерального реагента, положительно влияющие на решение поставленной задачи заявляемого изобретения.

Поставленная задача решается также тем, что в способе получения гумино-минерального реагента, включающем дробление и измельчение гумитов и каустобиолитов угольного ряда и смешивание со щелочью, согласно изобретению дробление и измельчение гумитов и каустобиолитов угольного ряда ведут при их близкой к природной влажности, при которой гуминовые кислоты находятся в природно-гидратированном состоянии, смешивают горячую воду с гумитами и каустобиолитами и гидратируют при интенсивном физико-химическом воздействии до образования гомогенной смеси, после чего добавляют щелочь и гидролизуют эту смесь до получения целевого продукта от вязкотекучей до пластичной консистенции и достижения им значения рН от 6,5 до 8.

Именно торф, бурый, бурый окисленный и каменный окисленный угли содержат в своем составе большое количество гуминовых кислот и характеризуются низкой теплотворной способностью и высокой влажностью (20-45%). Высокая влажность обусловлена наличием физически и химически связанной воды, а также воды, находящейся в сорбированном состоянии, а также заполняющей капилляры, поры, микро- и макротрещины торфов и углей.

При высокой природной влажности торф и угли становятся липкими и при их дроблении и измельчении традиционными способами происходит залипание бункеров, течек, забивание дробильных и измельчающих устройств. По этой причине, например, уголь высушивают до влажности 11-13%, после чего его дробят и измельчают. Однако при высушивании угля происходит удаление не только свободно связанной и сорбированной воды и воды, заполняющей капилляры, поры и трещины, но и дегидратация гуминовых кислот и гумино-минеральных комплексов. В результате происходит коагуляция гуминовых кислот с образованием нерастворимых веществ и их частичная термодеструкция совместно с гумино-минеральными комплексами. Такие вещества полностью теряют свою активность и другие положительные свойства и их последующая активация возможна только при гидролизе большими количествами щелочи в течение длительного времени при интенсивном механическом воздействии, при повышенной или высокой температуре (свыше 200°С) и повышенном давлении.

Подсушивание угля, снижение содержания свободно связанной воды и снижение его липкости, применение нетрадиционных способов дробления и измельчения, основанных на использованиии вибрационных мельниц, роторных измельчителей, дисковых истирателей обеспечивает эффективное дробление и измельчение исходного сырья, имеющего, как правило, малую прочность и представленного, в основном, дисперсной массой. При таком дроблении и измельчении свободно связанная вода под влиянием капиллярных сил, сил поверхностного натяжения и физико-химической адсорбции активно взаимодействует с гуминовыми кислотами и гумино-минеральными компонентами, увеличивая степень их природной гидратации, при которой возрастает число диссоциированных кислотных (функциональных) групп гуминовых кислот, что характерно для многих биоорганических молекул.

Торф, природная влажность которого может превышать 45-50%, предварительно подсушивают до влажности примерно 35% и дробят.

Измельченные гумиты и каустобиолиты угольного ряда целесообразно вносить при интенсивном перемешивании в воду, нагретую до 95°С. Массу воды для гидратации гумитов и каустобиолитов определяют по формуле:

где m_y - масса исходного гумита или каустобиолита с природной влажностью;

W₀ - природная влажность гумита или каустобиолита (W=0,2-0,45);

(0,5-0,6) - эмпирический коэффициент.

Целесообразно также в гидратированную смесь добавлять натриевую или калиевую щелочь в количестве от около 1 до около 7,5% по сухому веществу от массы сухого вещества гумита или каустбиолита или раствор аммиака.

Кроме того, в гумино-минеральный реагент от вязкотекучей до пластичной консистенции целесообразно добавлять при перемешивании азотсодержащее вещество, выбранное из ряда, состоящего из аммиачной селитры, карбамида, сульфата аммония, нитрофоски, при этом количество азотсодержащего вещества составляет до 5% от массы гумита или каустобиолита по сухому веществу.

Измельченный гумит или каустобиолит смешивают с горячей водой, причем целесообразно вводить его вводить в воду, а не наоборот. Постепенное введение угля в воду при интенсивном физико-механическом воздействии (перемешивании, виброакустической обработке и т.д.) приводит к равномерному распределению воды по объему угля. Введение же воды в уголь приводит к связыванию части угля водой и образованию комьев различного размера, что резко усложняет обработку угля и гомогенизацию смеси.

При интенсивной физико-химической обработке угля с горячей водой происходит дополнительная гидратация содержащихся в нем природно-гидратированных гуминовых кислот. В процессе обработки происходит максимальное раскрытие его основных компонентов под влиянием расклинивающего действия воды, возникающего при гидратации гуминовых кислот и набухании минеральных (глинистых) компонентов, в результате чего образуется гомогенная угольно-водяная смесь.

При интенсивной физико-химической обработке торфа происходит его дополнительное диспергирование.

Затем согласно изобретению в образовавшуюся гомогенную смесь добавляют щелочь при продолжающемся интенсивном физико-механическом воздействии. Щелочь вступает в интенсивную химическую реакцию со всеми компонентами угля, но прежде всего - с гуминовыми и гумино-минеральными компонентами.

Часть природно-гидратированных гуминовых кислот взаимодействует со щелочью с образованием гуматов, т.е. солей гуминовых кислот. При использовании натриевой щелочи образуется гумат натрия, при использовании калиевой щелочи - гумат калия, а при использовании гидроокиси аммония - гумат аммония. Все эти гуматы хорошо растворимы в воде и обладают значительной биологической активностью.

Щелочь также активно взаимодействует с гумино-минеральными и минеральными (глинистыми) компонентами угля. При взаимодействии с гумино-минеральными комплексами происходит их частичная деструкция с образованием гуминовых и минеральных фракций. Гуминовые фракции интенсивно гидратируются и гидролизуются с образованием гуматов. Минеральные фракции так же, как и глинистые компоненты, под воздействием щелочи гидролизуются и интенсивно набухают, при этом меняются их поверхностные физико-химические свойства, благодаря чему усиливается их сорбционное, ионообменное и коагулирующее действие.

Наличие исходных природно-гидратированных гуминовых кислот, а также дополнительно гидратированных гуминовых кислот, гумино-минеральных комплексов и минеральных (глинистых) частиц приводит к тому, что расход щелочи на гидролиз гуминовых кислот, гумино-минеральных комплексов и минеральных (глинистых) компонентов становится небольшим. Для практически полезных случаев необходимая глубина реакции обеспечивается при таком расходе щелочи, при котором рН получаемого продукта составляет 6,5-8.

При таком взаимодействии образующийся гумино-минералный реагент приобретает характерную от вязкопластичной до пластичной консистенцию, легко затаривается, транспортируется и используется.

Поставленная задача решается также благодаря способу санации загрязненных почв, включающему внесение в почвы гуминового вещества, в котором согласно изобретению в качестве гуминового вещества используют гумино-минеральный реагент, содержащий гуминовые кислоты и соли гуминовых кислот, природно-гидратированные гуминовые кислоты, гидролизованные гуминовые кислоты, гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с природно-гидратированными гуминовыми кислотами, и полученный путем гидратации гумитов и каустобиолитов угольного ряда при смешивании их с водой и гидролизе щелочью. При этом гумино-минеральный реагент вносят в почву в количестве от около 0,1 до около 5% от массы почвы и перемешивают с почвой на глубину корнеобитаемого слоя вспахиванием, или дискованием, или рыхлением.

Поставленная задача решается также тем, что в способе детоксикации отходов добычи и переработки полезных ископаемых и рекультивации отвалов горных пород и хвостохранилищ, включающем внесение и смешивание с отходами нейтрализующего вещества, согласно изобретению в качестве нейтрализующего вещества используют гумино-минеральный реагент, содержащий гуминовые кислоты и соли гуминовых кислот, природно-гидратированные гуминовые кислоты, гидролизованные гуминовые кислоты, гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с природно-гидратированными гуминовыми кислотами, и полученный путем гидратации гумитов и каустобиолитов угольного ряда при смешивании их с водой и гидролизе щелочью. При этом гумино-минеральный реагент вносят в отходы в количестве от около 0,1 до около 10% от массы отходов.

Поставленная задача решается также тем, что в способе очистки сточных вод, включающем введение в воду гуминового вещества, согласно изобретению в качестве гуминового вещества используют гумино-минеральный реагент, содержащий гуминовые кислоты и соли гуминовых кислот, природно-гидратированные гуминовые кислоты, гидролизованные гуминовые кислоты, гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с природно-гидратированными гуминовыми кислотами, и полученный путем гидратации гумитов и каустобиолитов угольного ряда при смешивании их с водой и гидролизе щелочью. При этом гумино-минеральный реагент вводят в сточные воды в количестве от около 1 до около 7% от массы воды. После введения в воду гумино-минерального реагента в нее целесообразно вводить известь в количестве от около 0,3% до 1,5% от массы воды.

Поставленная задача решается также тем, что в способе утилизации осадков сточных вод, включающем введение и смешивание с ними гуминового препарата, согласно изобретению в качестве гуминового препарата используют гумино-минеральный реагент, содержащий гуминовые кислоты и соли гуминовых кислот, природно-гидратированные гуминовые кислоты, гидролизованные гуминовые кислоты, гидратированные и гидролизованные гумино-минеральные и минеральные комплексы исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с природно-гидратированными гуминовыми кислотами, и полученный путем гидратации гумитов и каустобиолитов угольного ряда при смешивании их с водой и гидролизе щелочью, при этом осадки сточных вод используют в качестве рекультивирующих или изолирующих грунтов. Гумино-минеральный реагент вносят в осадки сточных вод в количестве от около 0,1 до около 10% от массы осадков.

В дальнейшем сущность изобретения рассматривается на конкретных примерах его осуществления.

Пример 1

Исходное сырье для получения гумино-минерального реагента выбирают из группы бурых, бурых окисленных и каменных окисленных углей разрезов “Бородинский”, “Березовский”, “Назаровский” Канско-Ачинского угольного бассейна (Красноярский край), разреза “Майкубенсский (Оренбургская обл.), Каратаутского месторождения (Башкирия), месторождения “Марица-Восток” (Болгария), Кузнецкого угольного бассейна, а также торф Шатурского месторождения (Московская обл.). Критерии выбора сырья включали следующие экспериментально установленные характеристики:

1) валовое содержание тяжелых металлов и содержание подвижных форм тяжелых металлов, на которые установлены ПДК (предельно допустимые концентрации) на содержание их в почве, так как если в исходном сырье содержание этих металлов не превышает соответствующих значений ПДК, то этим гарантируется более низкое их содержание в получаемом из этого сырья гумино-минеральном реагенте и тем самым исключается возможное загрязнение почв и земель при применении целевого продукта для детоксикации, очистки и рекультивации загрязненных, нарушенных и деграрированных почв и земель;

2) выход летучих веществ, имея в виду, что чем меньше их выход, тем меньшую энергетическую ценность имеют угли и тем выше их ценность как сырья для получения гумино-минерального реагента. Кроме того, чем меньше содержание летучих веществ, тем меньше содержание в угле битумов и смол и тем выше эффективность использования гумино-минерального реагента для санации загрязненных почв, детоксикации отходов и др.

3) максимальное содержание природно-гидратированных гуминовых кислот, определяемое по выходу “свободных” гуминовых кислот по ГОСТ 9517-76 (экстракция 1% раствором гидроксида натрия), при характерной для бурых и особенно для бурых окисленных и каменных окисленных углей высокой естественной влажности, что в условиях естественного залегания углей предопределяет хорошую гидратированность гуминовых кислот и высокий их потенциал взаимодействия со щелочным реагентом;

4) низкую зольность, которая в значительной степени предопределяет прочность связи между минеральной и органической компонентами угля: чем зольность выше, тем прочнее эти связи, и чем ниже зольность, тем меньше прочность связи. Чем ниже зольность и чем менее прочные связи, тем эффективнее происходит гидратация и гидролиз гуминовых кислот и гумино-минеральных комплексов, т.е. тем лучше по своим свойствам и функциям получаемый гумино-минеральный реагент.

Характерный состав образцов бурого окисленного угля разреза “Бородинский” представлен ниже:

Содержание природно-гидратированных

гуминовых кислот 75,9%

Зольность 21,4%

Влажность 21,8%

Содержание летучих веществ 28,6%

Валовое содержание тяжелых металлов:

Свинец 0,006 мг/кг

Мышьяк 0,0003 мг/кг

Содержание подвижных форм тяжелых металлов:

Марганец 0,01 мг/кг

Содержание бенз(а)пирена Следы

Исходный уголь при природной влажности, основная масса которого представлена рыхлой землеподобной массой и небольшая часть - отдельными кусками, пропускают через молотковую дробилку. В результате дробления размеры отдельностей угля не превышали 3-5 мм. После дробления уголь подвергают измельчению в роторном измельчителе марки ИД-300 до крупности менее 0,1 мм. Значение рН водной вытяжки угля составляет 5,7.

Из массы измельченного угля отбирают пробы и производят их гидратацию нагретой до 95°С водой при интенсивном виброакустическом воздействии и гидролиз при добавлении натриевой щелочи.

Установлено, что при достижении углем влажности 50-60% образуется практически гомогенная вязкотекучая водно-угольная смесь. При введении щелочи при интенсивном перемешивании гомогенная вязкотекучая смесь превращае

Патент 2233293