Способ получения коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод и способ использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод (варианты)

Способ получения коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод и способ использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод (варианты)

Реферат

Изобретение относится к области экологии, в частности к технологии очистки и обеззараживания природных вод в процессе водоподготовки и физико-химической очистки сточных вод от токсичных соединений природного и техногенного происхождения с применением разного вида коагулянтов, и может быть использовано для улучшения состояния и сохранения здоровья человека и охраны окружающей среды, а также может быть отнесено к приоритетному стратегическому направлению развития «Здоровье нации».

Известны коагулянты, наибольшее распространение среди которых для очистки природных и сточных вод получили коагулянты, содержащие алюминий, в частности, сульфат алюминия, оксихлорид алюминия и алюминат натрия, из которых сульфат алюминия используется наиболее часто (1). Однако этими коагулянтами не достигается высокая степень очистки и обеззараживания природных и сточных вод, основной их недостаток состоит в значительном количестве остаточного алюминия в очищенной воде.

Известен коагулянт на основе алюминия (2), который представляет собой гидрокарбоалюминат кальция в виде однородного порошка серо-белого цвета. Гидрокарбоалюминат кальция получают как попутный продукт производства глинозема способом гидрохимического синтеза из щелочно-карбоалюминатных растворов и извести при комплексной переработке нефелинов. Однако высокая стоимость нефелина, более редко встречающегося в природе, чем, например, бокситы, сказывается на высокой стоимости самого коагулянта. Кроме того, промежуточный продукт (белый шлам), из которого получают гидрокарбоалюминат кальция, используется в основном производстве глинозема для обескремнивания алюминатных растворов. В связи с этим глиноземные заводы не заинтересованы в производстве этого коагулянта.

Известна композиция гранулированного материала (3), содержащая катализатор на основе Mn (II) и адсорбент на основе оксидов железа, магния, марганца и кремния. Однако известная композиция имеет недостаточно высокую способность обеззараживания и обесцвечивания очищаемой воды.

Известен коагулянт для очистки промышленных сточных вод с применением коагулянтов (4), содержащих природный алюмосиликат, имеющий в своем составе соотношение оксида кремния к оксиду алюминия 3,9-4,16 и соотношение природного алюмосиликата к минеральной кислоте в соотношении 0,07-0,25. Однако известный коагулянт имеет недостаточно высокую степень очистки.

Известен состав для очистки сточных вод от токсичных соединений, содержащий соединения четырехвалентного титана и его смесей (5). В известном изобретении, в отличие от заявляемого, иной состав, иной способ его получения, но главный недостаток состоит в том, что в конечном продукте, полученном по такой технологии, содержатся токсичные вещества, что существенно сужает область его применения до очистки только сточных вод, поскольку по действующим нормативным оценкам качества питьевой воды такой способ неприменим для очистки природной воды до высокого питьевого качества.

Известен коагулянт для очистки природных и сточных вод (6), который содержит соединения алюминия, оксида кальция, оксида кремния, оксида железа, оксида магния и диоксида серы.

Недостатками известного коагулянта является получение недостаточно высокой степени очистки и не стабильность обеззараживающих ее свойств. Из уровня техники известны способы получения коагулянта для очистки природных и сточных вод. Известен способ получения коагулянта сульфата алюминия из гидроксида алюминия, который основан на разложении гидроксида алюминия серной кислотой и кристаллизации образовавшегося продукта (7, с.48-53). Однако этот способ требует дорогостоящего и дефицитного исходного материала гидроксида алюминия, являющегося полупродуктом при получении глинозема.

Известны способы получения коагулянтов из бокситов, каолинов, глин и других минералов, содержащих алюминий, суть которых заключается в разложении этих минералов серной кислотой с последующей кристаллизацией готового продукта (7, с.53-79). Однако эти способы сложные и трудоемкие.

Известен двухстадийный способ получения коагулянта на основе гидроксилхлорида алюминия (8) с достаточно высокими очистительными свойствами. Однако он трудоемкий и дорогостоящий, а также не всегда надежный в получении такого коагулянта, который имел бы постоянно высокие и стабильные очистительные и обеззараживающие свойства.

Известен способ получения коагулянта для очистки и обеззараживания природных и сточных вод, наиболее близкий к предлагаемому способу по достигаемому техническому результату, и выбранный в качестве прототипа (6). Этот способ позволяет достигнуть технический результат, состоящий в экологически чистом способе очистки и обеззараживания питьевой воды.

Недостатками известного способа получения коагулянта для очистки природных и сточных вод являются высокая его стоимость и дефицитность, поскольку для его получения в качестве минерала используют нефелин, более редко встречающийся в природе, чем, например, бокситы, что и сказывается на высокой стоимости получаемого конечного продукта, а также то, что известный способ (в целом) является трудоемким и дорогостоящим.

Из уровня техники известны также способы использования коагулянта.

Известен способ использования коагулянта для очистки природных и сточных вод, наиболее близкий к предлагаемому способу и принятый в качестве прототипа (6), основанный на изготовлении водной суспензии полученного коагулянта и перемешивании с очищаемой водой в фиксированное время, за которое происходит очистка и обеззараживание.

Недостатком известного способа является недостаточно высокая эффективность очистки воды при пониженных температурах, вероятность коррозионной активности воды, а также солевого фона очищаемой воды. Все эти факторы в целом приводят к риску заболеваний из-за качества используемой воды, а также сокращению срока службы сетей и водоводов и снижению их пропускной способности.

Технический результат, достигаемый изобретением, является общим для всей группы заявленных изобретений [способа получения коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод и способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод (в двух вариантах)] и состоит в повышении качества очистки и эффективности обеззараживания природных и сточных вод не ниже соответствующих установленным нормам и правилам (9, 10), при которых не происходит снижение щелочности и водородного показателя воды, не увеличивается содержание сульфатов в воде, а также обеспечивается обеззараживающее действие и длительность его сохранения у очищенной этим коагулянтом воды и, в целом, в снижении стоимости всего технологического цикла, начиная с получения нового коагулянта титанового, а также уменьшении трудоемкости при очистке и обеззараживании природных и сточных вод.

Указанный технический результат достигается новым способом получения коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод, включающим получение флотационного концентрата из титаносодержащей руды (лейкоксен), его прокаливание до получения обожженного флотационного концентрата с содержанием в нем диоксида титана не менее 50% (превышающим содержание других ингредиентов в коагулянте) и диоксида кремния не более 25%, приготовление смеси на основе полученного флотационного концентрата, кокса и лигносульфонатов в соотношении 4:1,3:1, которую затем брикетируют, подвергают хлорированию при температуре не менее 600°С и последующей очистке, включающей отстаивание и фильтрацию шлаков примесей из жидких хлоридов смеси титана и кремния, после чего полученную смесь подвергают синтезу, включающему на первой стадии синтеза гидролиз хлоридов титана и кремния в воде, и на второй стадии синтеза введение гидроксида алюминия до получения пастообразной массы коагулянта, после чего отделяют жидкую фазу, твердую фазу прогревают до 102°С и высушивают при температуре не выше 135°С, высушенную твердую фазу измельчают до получения коагулянта в форме порошка, из которого затем изготавливают коагулянт в таблетированной и/или гранулированной форме.

Применительно к реальным условиям (повседневным, экстремальным, полевым и др.) коагулянт титановый может быть получен в порошкообразной и/или таблетированной и/или гранулированной форме и применен для экспрессной очистки и обеззараживания природных вод до питьевого качества простым его добавлением в очищаемую воду в наиболее удобной и подходящей для реального времени соответствующей (по выбору) форме.

Указанный технический результат достигается также заявленным по первому варианту новым способом использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод, полученного способом по п.1 формулы, включающим последовательное добавление в очищаемую воду 10-50% водной суспензии коагулянта титанового в количестве не менее 5 мг/л в пересчете на порошкообразный коагулянт титановый, а также интенсивное перемешивание, которое проводят не менее 1 минуты.

Кроме того, указанный технический результат достигается по первому варианту заявленного способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в очищаемую воду дополнительно добавляют порошкообразный сульфат алюминия и/или оксихлорид алюминия и/или гидроксихлорид алюминия, который предварительно смешивают с коагулянтом титановым в соотношении 50:50%.

Помимо этого, указанный технический результат по первому варианту заявленного способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод достигается тем, что в очищаемую воду дополнительно добавляют порошкообразный сульфат алюминия и/или оксихлорид алюминия, и/или гидроксихлорид алюминия, который предварительно смешивают с коагулянтом титановым в соотношении 50:50%, после чего дополнительно в очищаемую воду добавляют водный раствор флокулянтов в количестве не более 0,5% по отношению к смеси, приготовленной из коагулянта титанового с порошкообразным сульфатом алюминия, и/или оксихлоридом алюминия, и/или гидроксихлоридом алюминия.

Помимо этого, технический результат достигается по первому варианту заявленного способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в очищаемую воду дополнительно добавляют водный раствор флокулянтов в количестве не более 0,5% по отношению к коагулянту титановому.

Кроме того, технический результат достигается по первому варианту заявленного способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в очищаемую воду дополнительно добавляют водный раствор флокулянтов в количестве не более 0,5% по отношению к смеси коагулянта титанового с порошкообразным сульфатом алюминия и/или оксихлоридом алюминия, и/или гидроксихлоридом алюминия.

Кроме этого, технический результат достигается по первому варианту заявленного способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в качестве флокулянтов применяют полиакриламиды.

Указанный технический результат достигается также заявленным по второму варианту способом использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод, полученного способом по п.1 формулы, включающим добавление в очищаемую воду 10-50% водной суспензии коагулянта титанового в количестве не менее 5 мг/л в пересчете на порошкообразный необесхлоренный диоксид титана, который предварительно смешивают в количестве не более 10% с коагулянтом титановым, а интенсивное перемешивание производят не менее 1 минуты (под «необесхлоренным диоксидом титана» заявитель понимает необработанный диоксид титана, содержащий на своей поверхности 0,013-0,02% хлора).

Кроме этого, технический результат достигается по второму варианту заявленного способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в очищаемую воду дополнительно добавляют порошкообразный сульфат алюминия, и/или оксихлорид алюминия, и/или гидроксихлорид алюминия, который предварительно смешивают со смесью коагулянта титанового и необесхлоренного диоксида титана в соотношении 45:55%.

Указанный технический результат достигается также по второму варианту заявленным способом использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в очищаемую воду дополнительно добавляют порошкообразный необесхлоренный диоксид титана, который предварительно смешивают в количестве не более 10% с коагулянтом титановым.

Помимо этого, технический результат достигается по второму варианту способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в очищаемую воду дополнительно добавляют порошкообразный сульфат алюминия и/или оксихлорид алюминия, и/или гидроксихлорид алюминия, которые предварительно смешивают со смесью, приготовленной из коагулянта титанового и необесхлоренного диоксида титана, в соотношении 45:55%, после чего дополнительно в очищаемую воду добавляют водный раствор флокулянта в количестве не более 0,5% по отношению к смеси, приготовленной из коагулянта титанового, необесхлоренного порошкообразного диоксида титана, порошкообразного сульфата алюминия и/или оксихлорида алюминия, и/или гидроксихлорида алюминия.

Помимо того, технический результат достигается по второму варианту заявленного способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в очищаемую воду дополнительно добавляют водный раствор флокулянтов в количестве не более 0,5% по отношению к смеси из коагулянта титанового и необесхлоренного диоксида титана.

Указанный технический результат достигается по второму варианту заявленного способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что в качестве флокулянтов применяют полиакриламиды.

Указанный технический результат достигается по первому и второму вариантам заявленного способа получения и способа использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод тем, что коагулянт титановый применяют в сочетании с известными коагулянтами, флокулянтами и диоксидом титана.

Заявленный способ получения коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод был опробован на производственной базе титансодержащего Ярегского месторождения. Носителем титана применительно к конкретным условиям этого месторождения является минеральное образование, за которым закрепилось наименование «лейкоксен». Ярегский лейкоксен представляет собой агрегаты игольчатого рутила, в которых часть пустот между иглами заполнена кварцем. Также в лейкоксене титан представлен анатазом Агрегаты лейкоксена пористые с колебаниями пористости в широких пределах, в основном 20-25% по объему. Пористость анатазового лейкоксена меньше; встречаются частично монолитные зоны. Ярегское титансодержащее месторождение по агрегатным составляющим пород, колебаниям пористости, содержанию титансодержащих минералов и кварца относится к разряду типовых титаносодержащих месторождений.

В примерах конкретной реализации полученного заявленным способом коагулянта титанового была использована руда Ярегского титансодержащего месторождения.

Способ получения коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод включает получение флотационного концентрата из титаносодержащей руды (лейкоксен), его прокаливание до получения обожженного флотационного концентрата с содержанием в нем диоксида титана не менее 50% и диоксида кремния не более 25%. При этом прокаливание брикетов происходит в печах коксования. Сырые брикеты непрерывно поступают в печь и, перемещаясь вниз, коксуются при 850-900°С. Коксованные брикеты после охлаждения в разгрузочном бункере печи коксования до температуры 60-70°С поступают на грохочение для отделения «мелочи» (с размером фракции менее 5 мм), которая затем с виброгрохотов ссыпается в кюбели и возвращается на повторную переработку на брикетирование. После стадии прокаливания в заявленном способе приготавливают смесь на основе полученного флотационного концентрата, кокса и лигносульфонатов в соотношении 4:1,3:1. Приготовленную смесь (шихту) брикетируют и подвергают хлорированию при температуре не менее 600°С.

Хлорирование коксованных брикетов, содержащих концентрат и восстановитель (кокс), происходит с помощью хлорвоздушной смеси, которая поступает из хлорной компрессорной и объединяется с хлором, поступающим из испарительной склада хлора. Процесс хлорирования компонентов брикетированной шихты протекает по следующим химическим уравнениям:

TiO₂+2С+2Cl₂→TiCl₄+2СО↑

TiO₂+С+2Cl₂→TiCl₄+CO₂↑

SiO₂+2С+2Cl₂→SiCl₄+2СО↑

SiO₂+C+2Cl₂→SiCl₄+CO₂↑

Fe₂O₃+3C+3Cl₂→2FeCl₃+3CO↑

2Fe₂O₃+6C+6Cl₂→4FeCl₃+3CO₂↑

Al₂O₃+3C+3Cl₂→2AlCl₃+3CO↑

2Al₂O₃+6(3)С+6Cl₂→4AlCl₃+3CO₂↑

После хлорирования смесь подвергают последующей очистке от соединений ванадия - оксохлорида ванадия медным порошком по реакции:

VOCl₃+Cu=VOCl₂↓+CuCl↑

Очистку проводят при температуре 60-75°С. Время проведения реакции 2-3 часа. Содержание ванадия в очищенном тетрахлориде титана составляет 0,001%. Образующийся осадок отстаивается и поступает на сушку с целью отгонки тетрахлорида титана. Сухой медно-ванадиевый кек направляется на переработку.

После очистки полученную смесь жидких хлоридов титана и кремния подвергают синтезу, который в заявленном способе протекает в две стадии: гидролизе хлоридов титана и кремния в воде на первой стадии и введении гидроксида алюминия до получения пастообразной массы коагулянта на второй стадии.

Первая стадия синтеза состоит в растворении хлоридов титана и кремния в воде, в результате чего происходит гидролиз хлоридов титана и кремния; вторая стадия состоит в постепенном нагреве полученной смеси от комнатной температуры до 102°С, введении наполнителя при перемешивании и последующем нагревании до 100-120°С, в результате чего происходит образование оксидов, гидроксидов и сложных оксогидроксокомплексов Ti, Si, Al переменного состава в виде пасты.

Затем пасту сушат при температуре не выше 135°С, полученную после сушки твердую фазу измельчают и получают порошкообразный коагулянт титановый, из которого в дальнейшем производят либо таблетки, либо гранулы. Для получения таблеток порошкообразный коагулянт титановый направляется на таблеточный пресс; для получения гранул - на гранулятор; а для получения одновременно и таблеток и гранул, порошкообразный титановый коагулянт предварительно разделяют на две производственные линии «нитки» и тогда могут быть произведены одновременно две формы: и таблетки, и гранулы.

В ходе целенаправленных и многократных опытно-промышленных исследований полученного заявленным способом коагулянта титанового ставилась задача поиска оптимальных режимов технологии получения наиболее эффективного по степени очистки и высокому уровню обеззараживания природных (до питьевых качества) и сточных вод нового с большим сроком обеззараживающего действия состава коагулянта титанового, а также наиболее быстрого, эффективного и дешевого способа его использования с сохранением стабильных очистительных свойств и обеззараживающего действия, оказываемого полученным коагулянтом титановым; и, в конечном счете, ставилась задача получения более высококачественной и полезной для здоровья человека очищенной природной воды.

Полученный заявленным способом коагулянт титановый, используемый для очистки и обеззараживания природных и сточных вод до питьевого качества, содержит ингредиенты - сульфаты, оксигидросульфаты, хлориды и оксигидрохлориды титана, кремния и алюминия, количественное содержание которых рассчитывают из необходимого состава содержания оксидов титана, кремния и алюминия. Так, например, пересчет сульфата алюминия на оксид алюминия протекает по реакции: Al₂(SO₄)₃+3H₂O=Al₂O₃+3H₂SO₄, а пересчет хлорида кремния на оксид кремния протекает по следующей реакции: SiCl₄+2H₂O=SiO₂+4HCl, согласно которой ионы хлора (хлорид кремния) при взаимодействии с двумя молекулами воды образуют оксид кремния и дополнительно четыре молекулы хлороводорода.

Суммарное содержание сульфатов и оксигидросульфатов титана составляет не более 0,03 мас.%, кремния - не более 0,005 мас.%, алюминия - не более 0,026 мас.%. Таким образом, в сумме сульфаты и оксигидросульфаты титана, кремния и алюминия составляют не более 0,061 мас.%. Содержание в общей массе титанового коагулянта сульфатов и оксигидросульфатов является минимальным и их влияние на коагулирующие свойства в процессе водоподготовки незначительно.

Содержание в составе титанового коагулянта хлоридов и оксигидрохлоридов титана, кремния и алюминия, положительно влияет на его коагулирующие свойства и процесс очистки и обеззараживания природных и сточных вод до питьевого качества.

Суммарное содержание хлоридов и оксигидрохлоридов титана составляет не менее 2,3 мас.%, кремния - не менее 0,75 мас.%, алюминия - не менее 5,2 мас.%. Общее количество хлоридов и оксихлоридов титана, кремния и алюминия в составе титанового коагулянта составляет не менее 8,25 мас.% (достаточно значимо по отношению к общей массе). Однако эти количества, пересчитанные на оксиды, составляют менее трети (2,3 мас.%) и уже входят в общее содержание оксида титана, которое в заявленном коагулянте составляет не менее 10,6 мас.%.

С учетом изложенного, «пересчет на оксиды» предполагает, что в общем количестве (пересчитанных в мас.%) оксидах уже присутствуют и сульфаты, и оксигидросульфаты, и хлориды и оксигидрохлориды титана, кремния и алюминия, и поэтому в полученном (по заявленному в п.1 формулы способу) коагулянте титановом указаны ингредиенты, пересчитанные на оксиды, и взятые в следующем соотношении, в мас.%:

оксид титана - не менее 10,6;

оксид алюминия - не более 76,5;

оксид кремния - не менее 5,0;

примесные соединения серы, железа, кальция, хлора - не более 0,5;

содержание воды - не более 7,4.

В примерах коагулянт титановый, полученный заявленным способом по п.1 формулы, имеет разные количественные составы ингредиентов (в таблице 1 представлены шесть испытуемых партий, в которых составы указаны без конкретного содержания сульфатов, оксигидросульфатов, хлоридов и оксигидрохлоридов, с учетом приведенных выше пояснений о незначительном их содержании).

Таблица 1
Перечень ингредиентов	Номер испытуемой партии коагулянта титанового с разным количественным составом ингредиентов
Партия №1	Партия №2	Партия №3	Партия №4	Партия №5	Партия №6
Количественный состав, в мас.%
1	2	3	4	5	6	7
TiO2	65,0	47,8	47,8	65,6	57,2	48,9
Al2O3	13,6	35,5	35,6	13,6	22,6	29,8
SiO2	15,3	11,2	10,1	13,8	13,4	14,1
Остальное: вода и примеси	6,1	5,5	6,5	7,0	6,8	7,2
Номера примеров	Примеры №№4, 7, 12, 20-24	Примеры №№5, 8, 13, 14	Примеры №№1, 10, 16	Примеры №№2, 9, 15, 17, 19	Пример №№3, 11	Пример №6, 18

Ниже приведены примеры способа получения коагулянта титанового с разными количественными составами из партий №№3, 4 и 5, указанных в таблице 1. В полученных с разными составами коагулянтах титановых, как видно из таблицы 1, количественное содержание (в мас.%) TiO₂ значительно превосходит содержание в нем Al₂O₃ и SiO₂.

Пример 1

Способ получения коагулянта титанового (из партии № 3 таблицы 1).

Титаносодержащая руда Ярегского месторождения (лейкоксен) измельчалась до 0,3-0,4 мм, добавлялась вода, флотационный реагент, представляющий собой смесь из кальцинированной соды в количестве 2,25 кг на 1 тонну исходной титансодержащей руды и керосин в количестве 1,25 кг на 1 тонну руды, и пенообразователь, в качестве которого использовали таловое масло в количестве 1,25 на 1 тонну исходной титансодержащей руды и проводилась пенная флотация путем пропускания мелких пузырьков воздуха через водную суспензию. Флотационный концентрат собирался и высушивался путем его обжигания при температуре в диапазоне 750°С для получения сухой смеси следующего состава:

TiO₂ - 50 мас.%

SiO₂ - 17 мас.%

Примеси и вода - остальное.

Полученная сухая смесь с указанным составом в количестве 360 кг повторно измельчалась до 0,1 мм, затем к ней добавлялся измельченный до 0,12 мм кокс в количестве 120 кг и лигносульфанат в количестве 90 литров, после чего эта смесь брикетировалась, подвергалась коксованию при температуре 850°С и подвергалась хлорированию при температуре 800°С. После этого, проводилась конденсация в обычных производственных условиях, близких к комнатной температуре, с получением смеси жидких хлоридов титана и кремния, а примеси в виде шлаков были удалены путем отстаивания и фильтрации. Очищенная смесь жидких хлоридов подвергалась синтезу в две стадии, первая из которых состояла в растворении хлоридов титана и кремния в воде, в результате чего происходил процесс гидролиза хлоридов титана и кремния. Вторая стадия синтеза состояла в том, что в полученную смесь добавлялся гидроксид алюминия в количестве 254 кг на 1 тонну конечного продукта, указанная смесь прогревалась постепенно от комнатной температуры до 102°С, в результате чего происходило образование оксидов, гидроксидов и сложных оксогидроксокомплексов Ti, Si, Al переменного состава в виде пасты. Полученная паста высушивалась при температуре 120°С, с получением порошкообразного состояния с размером частиц дисперсной фазы не более 40 мкм.

Полученный состав коагулянта титанового соответствует партии № 3 таблицы 1:

TiO₂ - 47,8 мас.%

Al₂O₃ - 35,6 мас.%

SiO₂ - 10,1 мас.%

Остальное: вода и примеси - 6,5%

Пример 2

Способ получения коагулянта титанового (из партии №4 таблицы 1).

Титаносодержащая руда Ярегского месторождения (лейкоксен) измельчалась до 0,3-0,4 мм, добавлялась вода, флотационный реагент, представляющий собой смесь из кальцинированной соды в количестве 2,25 кг на 1 тонну исходной руды и керосин в количестве 1,5 кг на 1 тонну руды, и пенообразователь, в качестве которого использовали таловое масло в количестве 1,5 на 1 тонну исходной руды и проводилась пенная флотация путем пропускания мелких пузырьков воздуха через водную суспензию. Флотационный концентрат собирался и высушивался путем его обжигания при температуре в диапазоне 820°С для получения сухой смеси следующего состава:

TiO₂ - 65 мас.%

SiO₂ - 30 мас.%

Примеси и вода - остальное.

Полученная сухая смесь с указанным составом в количестве 360 кг повторно измельчалась до 0,1 мм, затем к ней добавлялся измельченный до 0,12 мм кокс в количестве 120 кг и лигносульфанат в количестве 90 литров, после чего эта смесь брикетировалась, подвергалась коксованию при температуре 850°С и подвергалась хлорированию при температуре 1200°С. Затем проводилась конденсация в обычных производственных условиях, близких к комнатной температуре, с получением смеси жидких хлоридов титана и кремния, а примеси в виде шлаков были удалены путем отстаивания и фильтрации. Очищенная смесь жидких хлоридов подвергалась синтезу в две стадии, первая из которых состояла в растворении хлоридов титана и кремния в воде, в результате чего происходил гидролиз хлоридов титана и кремния. Вторая стадия синтеза состояла в том, что в полученную смесь добавлялся гидроксид алюминия в количестве 254 кг на 1 тонну конечного продукта, указанная смесь прогревалась постепенно от комнатной температуры до 102°С, в результате чего происходило образование оксидов, гидроксидов и сложных оксогидроксокомплексов Ti, Si, Al переменного состава в виде пасты. Полученная паста высушивалась при температуре 132°С с получением порошкообразного состояния с размером частиц дисперсной фазы не более 20 мкм.

Полученный состав соответствует коагулянту титановому из партии №4 таблицы 1.

TiO₂ - 65,6 мас.%

Al₂O₃ - 13,6 мас.%

SiO₂ - 13,8 мас.%

Остальное: вода и примеси - 7,0 мас.%

Полученный заявленным способом коагулянт титановый был апробирован на разных объектах разного состава природной воды на базе многих российских опытно-промышленно-исследовательских центров, а также многих специальных лабораторий водоподготовки на уровень соответствия санитарным, гигиеническим, эпидемиологическим и другим нормам, предусмотренными ГОСТами, а также на качество очищаемой природной воды (до питьевого уровня).

Пример 3

Способ получения коагулянта титанового (из партии №5 таблицы 1).

Титаносодержащая руда Ярегского месторождения (лейкоксен) измельчалась до 0,3-0,4 мм, добавлялась вода, флотационный реагент, представляющий собой смесь из кальцинированной соды в количестве 2,25 кг на 1 тонну исходной руды и керосин в количестве 1,35 кг на 1 тонну руды, и пенообразователь, в качестве которого использовали таловое масло в количестве 1,35 на 1 тонну исходной руды и проводилась пенная флотация путем пропускания мелких пузырьков воздуха через водную суспензию. Флотационный концентрат собирался и высушивался путем его обжигания при температуре в диапазоне 790°С для получения сухой смеси следующего состава:

TiO₂ - 59 мас.%

SiO₂ - 24 мас.%

Примеси и вода - остальное.

Полученная сухая смесь с указанным составом в количестве 360 кг повторно измельчалась до 0,1 мм, затем к ней добавлялся измельченный до 0,12 мм кокс в количестве 120 кг и лигносульфанат в количестве 90 литров, после чего эта смесь брикетировалась, подвергалась коксованию при температуре 850°С и подвергалась хлорированию при температуре 1050°С. Затем проводилась конденсация в обычных производственных условиях, близких к комнатной температуре, с получением смеси жидких хлоридов титана и кремния, а примеси в виде шлаков были удалены путем очистки, включающей отстаивание и фильтрацию. Очищенная смесь жидких хлоридов подвергалась синтезу в две стадии, первая из которых состояла в растворении хлоридов титана и кремния в воде, в результате чего происходил гидролиз хлоридов титана и кремния. Вторая стадия синтеза состояла в том, что в полученную смесь добавлялся гидроксид алюминия в количестве 254 кг на 1 тонну конечного продукта, указанная смесь прогревалась постепенно от комнатной температуры до 102°С, в результате чего происходило образование оксидов, гидроксидов и сложных оксогидроксокомплексов Ti, Si, Al переменного состава в виде пасты. Полученная паста высушивалась при температуре 127°С, с получением порошкообразного состояния с размером частиц дисперсной фазы не более 30 мкм. Полученный состав коагулянта титанового соответствует партии №5 таблицы 1:

TiO₂ - 57,2 мас.%

Al₂O₃ - 22,6 мас.%

SiO₂ - 13,4 мас.%

Остальное: вода и примеси - 6,8 мас.%

Ниже приведены количественные составы ингредиентов коагулянта титанового (КТ) для очистки и обеззараживания природных и сточных вод из других трех партий (№№ 1, 2 и 6), представленных в таблице 1.

Пример 4

КТ (из партии № 1 таблицы 1)

Коагулянт титановый содержит в пересчете на оксиды ингредиенты в следующем соотношении, в мас.%:

оксид титана - 65,0

оксид алюминия - 13,6

оксид кремния - 15,3

Остальное: вода и примеси - 6,1

Пример 5

КТ (из партии № 2 таблицы 1)

Коагулянт титановый содержит в пересчете на оксиды ингредиенты в следующем соотношении, в мас.%:

оксид титана - 47,8

оксид алюминия - 35,5

оксид кремния - 11,2

Остальное: вода и примеси - 5,5

Пример 6

КТ (из партии № 6 таблицы 1)

Коагулянт титановый содержит в пересчете на оксиды ингредиенты в следующем соотношении, в мас.%:

оксид титана - 48,9

оксид алюминия - 29,8

оксид кремния - 14,1

Остальное: вода и примеси - 7,2

Заявленный в двух вариантах способ использования полученного коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод ниже иллюстрируется конкретными примерами лабораторных и производственных испытаний, проведенных на базе опытно-промышленно-исследовательских комплексов в разных производственных условиях водоканалов России с использованием коагулянта титанового разных составов (из партий №№ 1-6 таблицы 1).

Пример 7

Заявленный способ использования коагулянта титанового был апробирован и испытан на предмет качества очистки питьевой воды на объекте «Москва-река». Испытания были проведены в марте 2007 г. на базе Московского государственного унитарного предприятия «МОСВОДОКАНАЛ» (МГУП «МОСВОДОКАНАЛ») Центром совершенствования технологии водоподготовки на промышленной установке «Мосводоподготовка» с использованием полученного коагулянта титанового с составом из партии 1 таблицы 1.

Испытания проводились с использованием коагулянта титанового состава из партии № 1 таблицы 1, в мас.%: TiO₂ - 65,0; Al₂O₃ - 13,6; SiO₂ - 15,3; остальное: вода и примеси - 6,1.

Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2
Качество исходной воды (р.Москва)		Условия проведения эксперимента
Температура	Град	6	1	Титановый коагулянт порошкообразный (партия №1)
Мутность	мг/л	6,8	2	Ввод коагулянта
Цветность	Град	47	3	Быстрое перемешиваниеСкорость - 180 об/минВремя - 3 мин
РН		7,79
Перманганатная окисляемость	мгО/л	6,6
Щелочность	мг-экв/л	2,9	4	Медленное перемешиваниеСкорость - 40 об/минВремя - 20 мин
Запах	Балл	2 гнил
Аммиак	мг/л	0,12	5	Отстаивание - 30 мин
	6	Отбор проб
7	Фильтрование через бумажный фильтр (белая лента)

Результаты опробования

Партия №1	1
Раствор	10% раствор порошкообразного коагулянта титанового
Доза коагулянта по товарному продукту, мг/л	60
Объем вводимой суспензии, мл/л	0,6
Доза коагулянта по Al2O3, мг/л	8,13
Качество фильтрованной воды:
Цветность, град	18
рН	7,62
Мутность, мг/л	0,10
Ост. Al, мг/л	0,11
П.О., мгО/л	4,24

Результаты испытаний заявленного способа использования коагулянта титанового, проведенные на объекте «Москва-река» на базе Центра совершенствования технологии водоподготовки на промышленной установке «Мосводоподготовка», подтвердили работоспособность и высокий технический результат эффективности испытуемого коагулянта титанового указанного состава для очистки природных вод.

Пример 8

Заявленный способ использования коагулянта титанового был апробирован и испытан на предмет качества очистки питьевой воды на объекте «река Томь». Испытания были проведены в мае 2007 г. базовой лабораторией филиала Муниципального унитарного предприятия «Томский энергокомплекс» «ТОМСКВОДОКАНАЛ» на образцах воды после первичного хлорирования с использованием полученного заявленным способом коагулянта титанового.

Испытания проводились с использованием коагулянта титанового составом из партии № 2 таблицы 1, в мас.%: TiO₂ - 47,8; Al₂O₃ - 35,5; SiO₂ - 11,2; остальное: вода и примеси - 5,5.

Результаты проведенных испытаний с использованием указанного состава коагулянта титанового представлены в таблице 3.

Таблица 3
Качество исходной воды (река Томь)
Температура	Град	10,5
Мутность	мг/л	16,1
Цветность	Град	10,2
Алюминий	мг/л	0,04

Результ