BG62242B1

BG62242B1 - Филтър

Info

Publication number: BG62242B1
Application number: BG100035A
Authority: BG
Inventors: Hans-Peter Kohlstadt; Lothar Thiele; Klaus Marten; Werner Fahle; Rainer Tost
Original assignee: Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien; Lausitzer Braunkohle Aktiengesellschaft
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1999-06-30
Also published as: CN1043309C; AU686607B2; DE59401349D1; HU9502849D0; ES2095161T3; OA10562A; WO1994022554A1; PL179031B1; AU6377794A; PL310949A1; ZA942328B; BG100035A; HUT72013A; RU2113269C1; EP0691878B1; RO115419B1; CN1120317A; EP0691878A1; US6372135B1; CZ234795A3

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до филтър, позволяващ извличането на промишлена и питейна вода от подпочвени води, най-вече на участъците за открита експлоатация на рудници, съответно и за инфилтриране на вода в почвата.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е филтър, използван в участъци за открита експлоатация от патент DD 109 319. Филтърното тяло е произведено от сухи зърнести съставни частиц подходящи за филтърен материал, и двукомпонентно лепило, като тегловното съотношение е най-малко 20:1. За зърнест материал във филтъра се предпочита едър пясък с размер на гранулите от 1,6 до 3,5 mm. Сместа от двете съставки се втвърдява за предпочитане в присъствието на един катализатор при температура, не по-висока от 120°С.

Известен е от ЕР 0 468 608 обезводнителен елемент, представляващ смес от материали, състояща се от 20 до 30 тегл.ч. сух филтърен дребен чакъл като добавка и 1 тегл.ч. реактивна смола на базата на полиуретан като свързващо вещество.

Техническа същност на изобретението

Съгласно изобретението във филтъра е използвана определена система от свързващи вещества на базата на полиуретаново лепило. Свързващото вещество съдържа калаеноорганично съединение с молна маса над 600 като катализатор и смес от високодиспергирана силициева киселина и/или бентонити с концентриран алуминосиликат като модифициращо средство.

Под “полиуретаново свързващо вещество” се разбира лепило, което се състои от полиизоцианати, полиоли, катализатори, модифициращи средства и пълнители. За предпочитане е двукомпонентно лепило, при което се смесват нискомолекулен полиизоцианат и нискомолекулен полиол.

За приготвянето на изоцианат-полиол реактивната смола са подходящи особено полихидроксиполиетери с молекулно тегло в обхвата на от 60 до 10 000, за предпочитане в обхвата на от 70 до 6 000 с 2 до 10 хидроксилни групи на молекула. Подобни полихидрокси-полиетери се получават по познат метод чрез алкоксилиране на подходящи изходни молекули, например на вода, пропиленгликол, етиленгликол, глицерин, триметилпропан. Подходящи алкоксилиращи средства са особено пропиленов окис и евентуално етиленов окис.

Като полиизоцианати са подходящи всички многовалентни ароматни и алифатни изоцианати. За предпочитане е те да съдържат в средата от 2до 4 NCO-групи. Предпочитат се ароматни изоцианати, особено дифенилметандиизоцианат.

Полиолите и полиизоцианатите се използват като двукомпонентна термореактивна смола, като за целта се смесват непосредствено преди употребата им нискомолекулен полиизоцианат и нискомолекулен полиол. Полизоцианатът се прибавя в излишък от изоцианат до 30% спрямо полиола, за предпочитане в излишък от 10 до 25%.

Под “калаеноорганично съединение” се разбира съединение с една или няколко Sn-C връзки, по-специално такива са следните съединения :дибутил- и диоктил-калаен лаурат, диоктил-калаен ди-2-етилхексоат, дибутил- и диоткил-калаен стеарат, дибутил-и диоктил-калаен додецилтиолат, бутил и октил-калаентрис/тио-гликолна киселина-2-етилхексоат/, дибутил- и диоктил-калаен бис/-тио-гликолна киселина-2-етилхексоат/, трибутил- и триоктил-калаен /тио-гликолна киселина-2-етилхексоат/, както и трибутил- и триоктил-калаен трие /тиоетиленгликол-2-етилхексоат/, трибутил- и триоктил-калаен бис /тиоетиленгликол-2-етилхексоат/, трибутил- и триоктил-калаен /тиоетилен-гликолгликол-2-етилхексоат/ с обща формула:

R Sn(S-CH,CH ОСОС.Н,,)4-п, в която R Π 11 817 ¹ е алкилна група с 4 до 8 С атома, бис/ βметоксика рбонил-етил / калаен бис /тиоетиленгликол-2-етилхексоат/, - калаен-бис/тио-гликолна киселина-2-етилхексоат/, калаендилаурат, калаен дидодецилтиолат и бис/ β-ацетилетил/калаен бис/тиоетиленгликол-2-етилхексоат/, калаен бис/тио-гликолна киселина -2етил-хексоат, - калаен дилаурат и - калаен дидодецилтиолат.

Калаеноорганичните съединения могат да се използват поотделно или в смес, а именно в количество от 0,001 до 0,5, за предпочитане от 0,01 до 0,25% тегл. спрямо полиола.

Под “вискодисперсна силициева киселина” се разбира силициева киселина със съдържание над 99,8% SiO₂, която се произвежда от силициев тетрахлорид в пламък на гърмящ газ. На пазара тя се предлага под търговската марка “Аерозил” (Aerosil).

Под “бентонити” се разбират онечистени глини, резултат от изветряването на вулканични туфи. Използват се най-вече продукти с търговската марка “Бентоне” (Bentone).

Предпочитана “концентрация на алуминосиликатите” е абсорбер пастата, особено на базата на рициново масло. Чрез нея се премахва вредното въздействие на влагата в полиуретановите компоненти. Алумо-силикатната концентрация се определя в зависимост от очакваната влага и обикновено се движи между 1 и 12, за предпочитане между 2 и 8 % тегл. спрямо полиола.

Полиолът също може да съдържа пълнител в количество от 0 до 60% тегл., наймалко от 10 до 30 тегловни процента. Той е предназначен не само да увеличи теглото и обема, но и да подобри техническата приложимост. Подходящи за тази цел са по-специално: каолин, фелдшпат, слюда, кварцово брашно, бариев сулфат, алуминиеви окиси, алуминиеви хидроокиси и калциев карбонат, както под формата на калцит /калциев шпат/, така и под формата на варовик, който може да бъде и допълнително обработен. Зърнометричният състав на пълнителя достига до 0,05 mm.

В зависимост от конкретните приложения може да се наложи полиуретанът да бъде стабилизиран против разграждане. Като антиоксиданти са особено подходящи до 1,5% тегл. от Irganox 1010, 1076, 3114 и 1425 на фирмата Ciba Geigy, Topanol 0 на фирмата Imperial Chemical Industries и Goodrite 3114 на фирмата Гудрич (Goodrich).

Като ултравиолетови абсорбери са особени подходящи до 1,5% тегл. от Tinuvin Р, 328 и 144, Ciba Geigy, Sanduvor VSU и 3036 Sandoz, Chimassorb /81 на фирмата Chimosa.

Други стабилизатори в размер на до 1,5% тегл. са: Tinuvin 765 и 770 на фирмата

Ciba Geigy, Sanduvor 3050, 3051 и 3052 на фирмата Sandor и “Химасорб” 119 на фирмата “Химоза”, както и Mark LA, 62,63, 67 и 68 на фирмата Argus Chemical Corporation.

Свързващото вещество се определя по състав и количество, в зависимост от вида на гранулите на кварцовия пясък и особено от неговата прахова част и от предназначението му, по-специално от якостите и от пропускателния дебит. Затова при намаление на зърнометричния състав се увеличава специалното модифициране на свързващото средство.

Тегловното съотношение кварцов пясък към полиуретаново свързващо вещество е за предпочитане от 20:1, по-специално то трябва да бъде равно на или по-малко от 16:1. При един зърнометричен състав между 1,6 и 4,0 mm са необходими еднакви тегловни части пясък и свързващо вещество за филтри с воден дебит 0m³/min.m². При пясък с гранулация до 4 mm, но с 20% тегл. частички под 1,6 mm спрямо общото количество пясък, частта на свързващото средство се намалява на около 10% тегл. спрямо пясъка изобщо.

Споеният със свързващото вещество филтърен материал е кварцов пясък. Той се състои в повече от 85% тегл. от кварц и има размер на гранулите до 6 mm, особено до 4 mm. Кварцовият пясък съдържа до 2, по-специално до 1 % тегл. прахови частички, съдържащи кварц с диаметър, по-малък от 0,2 mm, особено с диаметър от 0,06 до 0,1 mm. Праховата част зависи от процеса на промиване и сушене на кварцовия пясък. Един дебит на пропускане на водата от 0 m³/min.m² до 3m³/min.m² се постига посредством различното класиране на зърнометричния състав на кварцовия пясък, като се държи сметка за праховата част.

Под “конкретни условия на приложение” се разбират пропускателните линии на геологическия материал на източник на подпочвена вода. Чрез подходящо степенуване на гранулационното класиране, както бе описано погоре, чрез насип от дребен чакъл между източника на подпочвена вода и филтъра и ламинарен поток от подпочвена вода в кладенеца. В случая стената на описания филтър действа като втори пясъчен насип и подсилва ефекта на ламинарния поток.

Геометричната форма на филтъра е поначало произволна и се определя в зависимост от конкретните условия на приложение. Поспециално филтрите могат да представляват плочи или тръби. За предпочитане са кръглите цилиндрични тръби с удобна за работа дължина. Диаметърът и дебелината се определят според големината и дължината на изградения от тях кладенец.

За предпочитане е филтърът да бъде освободен от допълнителни елементи, за да се повиши механичната якост. Той се състои от кварцовия пясък с неговата праховидна част и от системата полиуретаново свързващо вещество.

Обикновено филтърният материал се състои от 80 до 95% тегл. едър пясък и ситен чакъл и от 5 до 20% тегл. полиуретаново лепило. Полиуретановото лепило има следния състав в %: 50 до 99 изоцианат/полиол-реактивна смола спрямо 0,0005 до 0,25 калаеноогранични съединения, 0,03 до 2,5 силициева киселина и/или бентонити, 0,5 до 6 тегл. алумино-силикати и от 0 до 50 пълнители.

Филтрите се произвеждат, като към кварцовия пясък с определено количество праховидни частички от процеса на промиване и сушене се прибавя системата от полиуретаново свързващо вещество. За предпочитане е двата полиуретанови компонента, които се съдържат, катализатори и модифициращи средства, да се смесят най-напред и след това да се прибавят към кварцовия пясък. Тогава сместа се разбърква добре и се сипва във форма. После се нагрява до температура над 120°С , по-специално температура между 125-150°С в продължение на максимум 10 min. Без да се охлажда, тя се изважда от формата. Така произведените филтри могат след охлаждане до стайна температура да бъдат използвани по предназначението си, тоест те могат без по-нататъшна обработка да бъдат използвани за получаване на питейна вода.

Методът за втвърдяване е много икономичен и стопански изгоден, понеже обичайните полиуретанови лепила изискват много дълги времена на втвърдяване при температури над 100°С, когато полученият филтрат трябва да има качествата на питейна вода.

Филтрите според настоящото изобретение са подходящи за получаване на промишлена и питейна вода от подпочвени води, съответно за инфилтриране на вода в почвата.

Благодарение на свободно регулируемите водни дебити могат да се построят кладенци, като се изградят водопроводи за подпочвената вода, която не е желана, от воднонепропускаеми тръби, така наречените “плътни тръби” с водопропускаемост Om³/min.т². Земни пластове с желаната вода се съоръжават с водопропускаеми филтри.

Възможно е също да се напояват с филтрите и почвени участъци, като например се изградят инфилтрационни кладенци.

Използването на филтри според настоящото изобретение чрез употреба на кварцов пясък с праховидна част с диаметър, по-малък от 1,6 mm спестява скъпото почистване на първоначалния пясък, което е наложително според познатия метод на патента DD 109 319. Именно тези праховидни части от зърнометричния състав позволяват производството на филтри с различни дебити и водопропускаемост при сравнително ниски разходи благодарение на малкия дял от вложените полиуретанови свързващи вещества.

Примерно изпълнение на изобретението

Пример 1. Производство на филтърна тръба

Компонентите на смолата в тегл.ч. са следните: 53 части от бифункционален полипропиленгликол с ОН - число около 280; 8 части от трифункционален полипропиленгликол с ОН-число около 380; 29,17 части от каолин, 8,00 части от натрий-алуминиев силикат в рициново масло /смес 1:1/; 0,03 части дибутилкалаен дилаурат и 1,8 части Бентоне 34.

Втвърдителят се състои от дифенилметан-4,4'-диизоцианат. 100 тегл.ч. от смолата се смесват с 65 тегл.ч. от втвърдителя при около 20°С в динамичен миксер и допълнително в един шнеков миксер с четиринадесеткратното количество едър пясък с гранулация между 1,0 и 4,0 mm при праховидна част от 0,5% тегл.

Сместа се прехвърля във форма за тръби с дължина 1 m и се оставя да се втвърди в продължение на 9 min при температура 135°С. След което филтърната тръба може да се извади от формата без охлаждане и на практика без проблеми, без тя да полепне за формата.

След охлаждане на филтърната тръба до стайна температура тя може да се използва веднага при определен пропускателен дебит според избраната гранулационна класация. Описаният пример отговаря на водопропускателен дебит от около 3 m3/min.m².

Пример 2. Производство на плътна тръба. Компонентите на смолата в тегл.ч. са следните: 30 бифункционален полипропиленгликол с ОН-число около 280 mg КОН mg/g; 12 трифункционален полипропиленгликол с ОН-число около 380; 49,08 варно брашно с гранулация <0,05 mm; 8 натрий-алуминиев силикат в рициново масло /смес 1:1/; 0,02 дибутил-калаен дилаурат и 0,90 “Аерозил 200”.

Втвърдителят се състои пак само от дифенилметан-4-4'-диизоцианат /суров продукт/.

Смолата и втвърдителят се смесват в тегловно съотношение от 3:1 в динамичен миксер и допълнително в шнеков миксер при стайна температура с осмократното количество едър пясък със зърнометричен състав между 0,5 и

1,6 mm при праховидна част от0,8% тегл. интензивно.

Тази смес се прехвърля във форма за тръби и се втвърдява в продължение на 9 min при температура 130°С. След това филтърната тръба може да се освободи от формата на практика без охлаждане и без да залепне за стените на формата.

След охлаждане на филтърната тръба до стайна температура е възможно тя да бвде използвана незабавно при определен дебит на водопропускане, в зависимост от избраната гранулационна класация. Капацитетът на водопропускането според избрания пример е под 0,1 m3/min.m².

Пример 3. Сравнителен пример. Компонентите на смолата в тегл.ч. са следните: 56 от бифункционален полипропилен гликол с ОН-число 280 mg/KOH/g, 10 от трифункционален полипропиленгликол с ОН-число 380 mg /KOH/g, 33,97 каолин и 0,03 дибутил-калаен дилаурат.

За втвърдител отново служи дифенилметан-4-4'-диизоицанат. Смесват се 100 тегл.ч. от смолата с 67 тегл.ч.ч от втвърдителя и след това с кварцов пясък, както в пример 1, и се прехвърлят във формата за тръби. Отново се втвърдяват в продължение на 9 min при температура 135°С.

В този случай филтърната тръба се освобждава много трудно от формата, като част от нея остава полепнала по формата. За раз лика от примерите 1 и 2 концентрацията на лепилото се увеличава ясно отгоре-надолу. След охлаждане частички едър пясък се отчупват с ръка при умерено усилие от горния ръб на тръбата. Също за разлика от тръбите според изобретението тази тръба омеква много силно още след еднодневен престой във вода. Следи 4 дни престой във вода могат да се отчупят с ръка части от тръбата.

Claims

Патентни претенции

1. Филтър от свързан с полиуретаново лепило пласт от твърд материал, състоящ се от кврцов пясък, за извличане на подпочвена вода и получаване на промишлена и питейна вода, съответно за инфилтриране на вода в почвата, характеризиращ се с това, че полиуретановото свързващо средство съдържа освен полиол и полиизоцианат и калаено-органично съединение с молна маса над 600 като катализатор и смес от високодисперсна силициева киселина и/или бентонит, съдържащ алуминосиликати като модифициращо средство.
2. Филтър съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че съдържа високодисперсна силициева киселина и бентонит и абсорбер-паста като алумино-силикат.
3. Филтър съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че количественото съотношение на кварцовия пясък към полиуретановото свързващо средство е по-малко от 20:1, по-специално е равно на или е по-малко от 16:1.
4. Филтър съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че кварцовият пясък е със зърнометричен състава до 6 mm, по-специално до 4 mm като съдържа една праховидна част с диаметър под 0,2, по-специално между 0,06 и 1,0 mm.
5. Цилиндричен филтър съгласно претенциите от 1 до 4, характеризиращ се с това, че е с кръгло напречно сечение и е без допълнителни елементи за повишаване на механичната якост.
6. Метод за производство на филтри съгласно претенциите от 1 до 5, характеризиращ се с това, че се смесват кварцов пясък с определена праховидна част полиуретаонва свързваща система с последващо пълнене на форми със сместа, и втвърдяване при температура над 120°С, за предпочитане при температури меж ду 125 и 150°С и изваждане на готовите филтри без охлаждане.
7. Приложение на филтри съгласно претенциите от 1 до 5 за изграждане на кладенци за обезводняване в участъци на открита експ- 5 лоатация на полезни изкопаеми, за изграждане на кладенци за извличане на питейна вода, за обезводняване на строителни изкопи и за инфилтриране на вода за напояване.