RU2805741C1 - Granule for sorption of lithium from aqueous solution - Google Patents
Granule for sorption of lithium from aqueous solution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805741C1 RU2805741C1 RU2023117761A RU2023117761A RU2805741C1 RU 2805741 C1 RU2805741 C1 RU 2805741C1 RU 2023117761 A RU2023117761 A RU 2023117761A RU 2023117761 A RU2023117761 A RU 2023117761A RU 2805741 C1 RU2805741 C1 RU 2805741C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sorbent
- lithium
- granule
- sorption
- binder
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Предложенное решение относится к области извлечения лития из литийсодержащих хлоридных рассолов, из природных рассолов, технологических растворов и сточных вод нефтегазодобывающих, химических, химико-металлургических и биохимических производств.The proposed solution relates to the field of lithium extraction from lithium-containing chloride brines, from natural brines, process solutions and wastewater from oil and gas production, chemical, chemical-metallurgical and biochemical industries.
Наиболее близким к предлагаемому решению является гранула сорбента для извлечения лития из литийсодержащих рассолов в условиях производства товарной литиевой продукции (патент РФ № 2657495, МПК B02J 20/30, 2018 г.), которая сформирована из частиц хлорсодержащей разновидности двойного гидроксида алюминия и лития (ДГАЛ-Cl). Недостатком известного решения является низкая эффективность процесса сорбции лития из масло-, жиро-, нефтезагрязненного водного раствора и десорбции лития из гранул, так как:The closest to the proposed solution is a sorbent granule for extracting lithium from lithium-containing brines in the production of commercial lithium products (RF patent No. 2657495, IPC B02J 20/30, 2018), which is formed from particles of a chlorine-containing variety of double hydroxide of aluminum and lithium (DHAL -Cl). The disadvantage of the known solution is the low efficiency of the process of sorption of lithium from oil-, fat-, oil-contaminated aqueous solution and desorption of lithium from granules, since:
• Центральная часть гранулы (ядро) сорбента работает неэффективно в случае динамической (ограниченной по времени) сорбции.• The central part of the granule (core) of the sorbent works ineffectively in the case of dynamic (time-limited) sorption.
• Гранулы формируются целиком из сорбента, что резко повышает стоимость гранул из дорогостоящего сорбента (ДГАЛ-Cl) и внутреннее диффузионное сопротивление процессу сорбции, увеличивая время сорбции и уменьшая производительность.• Granules are formed entirely from sorbent, which sharply increases the cost of granules from an expensive sorbent (DGAL-Cl) and the internal diffusion resistance to the sorption process, increasing the sorption time and reducing productivity.
• Гранулы, сформированные целиком из сорбента с пористой структурой во всем объеме, обладают высокой удерживающей способностью для паразитных солей из исходного целевого раствора, которые требуют длительного процесса вымывания при десорбции.• Granules formed entirely from a sorbent with a porous structure throughout the entire volume have a high retention capacity for parasitic salts from the initial target solution, which require a long process of leaching during desorption.
• При использовании восходящего сорбционного/десорбционного потока устанавливается низкая скорость рассола и промывочной жидкости через слой гранулированного сорбента для предотвращения уноса гранул сорбента, что особенно негативно сказываются на эффективности процесса из-за высокой стоимости сорбента.• When using an upward sorption/desorption flow, a low rate of brine and washing liquid is set through the granular sorbent bed to prevent the entrainment of sorbent granules, which especially negatively affects the efficiency of the process due to the high cost of the sorbent.
• Гранулы сорбента загрязняются содержащимися в рассоле масло-, жиро-, нефтепродуктами, что снижает емкость сорбента.• The sorbent granules become contaminated with oil, fat, and petroleum products contained in the brine, which reduces the capacity of the sorbent.
Технический результат предложенного решения заключается в повышении эффективности процесса сорбции лития из масло-, жиро-, нефтезагрязненного водного раствора и десорбции лития из гранул за счет:The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of the process of lithium sorption from oil, fat, and oil-contaminated aqueous solutions and lithium desorption from granules due to:
• Поверхностный слой гранулы сорбента работает с большей эффективностью, так как его емкость используется полностью за ограниченное время сорбции / десорбции.• The surface layer of the sorbent granule works with greater efficiency, since its capacity is used completely within a limited sorption / desorption time.
• Замены сорбента внутренней части гранулы ядром, что снижает стоимость гранул и внутреннее диффузионное сопротивление процессу сорбции, сокращая время сорбции и повышая производительность.• Replacement of the sorbent of the internal part of the granule with a core, which reduces the cost of granules and internal diffusion resistance to the sorption process, reducing sorption time and increasing productivity.
• Повышения эффективности промывки сорбента за счет уменьшения количества и более легкого и быстрого вымывания паразитных солей.• Increasing the efficiency of washing the sorbent by reducing the amount and easier and faster washing out of parasitic salts.
• Повышения (расширения диапазона) скорости фильтрации раствора и промывочной жидкости через слой гранулированного сорбента, так как, изменяя материал ядра, его плотность и другие параметры можно существенно сократить унос потоком раствора и промывочной жидкости гранул сорбента.• Increasing (expanding the range) the rate of filtration of solution and washing liquid through a layer of granular sorbent, since by changing the core material, its density and other parameters, the entrainment of sorbent granules by the flow of solution and washing liquid can be significantly reduced.
• Предотвращения загрязнения гранул сорбента масло-, жиро-, нефтезагрязнениями за счёт применения гидрофильного связующего, обеспечивающего создание и удержание вокруг гранулы защитной водяной оболочки, препятствующей взаимодействию, содержащихся в фильтруемом растворе, масло-, жиро-, нефтезагрязнений с гранулой.• Preventing contamination of sorbent granules with oil, grease, and oil contaminants through the use of a hydrophilic binder, which ensures the creation and retention of a protective water shell around the granule, preventing the interaction of oil, grease, and oil contaminants contained in the filtered solution with the granule.
Указанный технический результат достигается тем, что в грануле для сорбции лития из водного раствора, содержащей частицы сорбента из хлорсодержащей разновидности двойного гидроксида алюминия и лития, гранула содержит водонепроницаемое сферическое ядро, покрытое проницаемым для раствора композитом из частиц сорбента и гидрофильного связующего. Гидрофильное связующее имеет открытопористую структуру. Гидрофильное связующее является ограниченно растворимым в воде на этапе грануляции. Максимальное содержание связующего в пересчете на сухой остаток составляет не более 40% от массы частиц сорбента. Средний размер гранул составляет не менее 0,3 мм и не более 3,0 мм, предпочтительно не менее 0,5 мм и не более 1,0 мм. Средний размер частиц сорбента не превышает 50 мкм, предпочтительно - 10 мкм. Средняя толщина сорбционного покрытия ядра не превышает 150 мкм, предпочтительно - 100 мкм. Гранула может быть покрыта защитным слоем трепела со средним размером частиц не более 10 мкм. Ядро может быть выполнено из стекла или связующего. Ядро гранулы может быть выполнено полым. Величина адгезии между ядром и связующим должна быть не меньше величины когезии связующего.This technical result is achieved by the fact that in a granule for sorption of lithium from an aqueous solution containing sorbent particles from a chlorine-containing variety of double hydroxide of aluminum and lithium, the granule contains a waterproof spherical core coated with a solution-permeable composite of sorbent particles and a hydrophilic binder. The hydrophilic binder has an open-pore structure. The hydrophilic binder is limitedly soluble in water at the granulation stage. The maximum binder content in terms of dry residue is no more than 40% by weight of sorbent particles. The average granule size is not less than 0.3 mm and not more than 3.0 mm, preferably not less than 0.5 mm and not more than 1.0 mm. The average particle size of the sorbent does not exceed 50 microns, preferably 10 microns. The average thickness of the sorption coating of the core does not exceed 150 microns, preferably 100 microns. The granule can be coated with a protective layer of tripoli with an average particle size of no more than 10 microns. The core can be made of glass or a binder. The granule core can be made hollow. The amount of adhesion between the core and the binder must be no less than the amount of cohesion of the binder.
Выполнение гранулы с водонепроницаемым сферическим ядром повышает эффективности процесса сорбции лития из масло-, жиро-, нефтезагрязненного водного раствора и десорбции лития из гранул за счет:Making granules with a waterproof spherical core increases the efficiency of the process of lithium sorption from oil, fat, and oil-contaminated aqueous solutions and desorption of lithium from granules due to:
• сокращения количества дорогостоящего сорбента (ДГАЛ-Cl), приходящегося на гранулу, и, соответственно, снижения стоимости гранулы;• reducing the amount of expensive sorbent (DGAL-Cl) per granule, and, accordingly, reducing the cost of the granule;
• сокращения времени сорбции-десорбции лития, так как уменьшение толщины слоя сорбента снижает внутреннее диффузионное сопротивление процессу сорбции-десорбции;• reducing the time of lithium sorption-desorption, since reducing the thickness of the sorbent layer reduces the internal diffusion resistance to the sorption-desorption process;
• расширяет диапазон скорости фильтрации раствора и промывочной жидкости через слой гранул, так как позволяет изменять материал ядра, его плотность и другие параметры.• expands the range of filtration speed of solution and washing liquid through a layer of granules, as it allows you to change the core material, its density and other parameters.
Выполнение ядра водонепроницаемым сокращает время десорбции, так как предотвращает попадание раствора во внутреннюю часть гранулы.Making the core waterproof reduces desorption time by preventing solution from entering the interior of the granule.
Выполнение ядра сферическим позволяет получать гранулы более правильной сферической формы и точнее выдерживать их размеры, что улучшает процесс фильтрации через слой гранул, так как обеспечивает более равномерную порозность слоя, сокращает вероятность появления уплотнений слоя, образования застойных зон и пробивки каналов.Making the core spherical allows you to obtain granules of a more regular spherical shape and more accurately maintain their sizes, which improves the filtration process through a layer of granules, as it ensures a more uniform porosity of the layer, reduces the likelihood of compaction of the layer, the formation of stagnant zones and punching of channels.
Частицы сорбента вместе с гидрофильным связующим создают вокруг гранулы сорбирующую композитную оболочку (сорбционное покрытие), которая является проницаемой для раствора и обеспечивает защиту гранулы от масло-, жиро-, нефтезагрязнений, содержащихся в фильтруемом растворе. Гидрофильность и пористость сорбирующей оболочки позволяет создать вокруг гранулы защитную водяную оболочку.Sorbent particles together with a hydrophilic binder create a sorbent composite shell (sorption coating) around the granule, which is permeable to the solution and protects the granule from oil, grease, and petroleum contaminants contained in the filtered solution. The hydrophilicity and porosity of the sorbing shell makes it possible to create a protective water shell around the granule.
Открытопористая структура гидрофильного связующего значительно повышает смачиваемость поверхности связующего водной средой и целостность защитной водяной оболочки вокруг гранулы за счет капиллярного эффекта.The open-pore structure of the hydrophilic binder significantly increases the wettability of the binder surface with an aqueous medium and the integrity of the protective water shell around the granule due to the capillary effect.
Использование гидрофильного связующего, ограниченно растворимого в воде на этапе грануляции, позволяет увеличить пористость связующего и, соответственно, сорбционного покрытия. Если максимальное содержание связующего гранулы в пересчете на сухой остаток составляет не более 40% от массы частиц сорбента гранулы, то это обеспечивает создание не заполненных связующим открытых пор между частицами сорбента.The use of a hydrophilic binder, which is limitedly soluble in water at the granulation stage, makes it possible to increase the porosity of the binder and, accordingly, the sorption coating. If the maximum content of the granule binder in terms of dry residue is no more than 40% of the mass of the granule sorbent particles, then this ensures the creation of open pores between the sorbent particles that are not filled with binder.
Для предотвращения уноса гранул средний размер гранул должен быть не менее 0,3 мм (предпочтительно не менее 0,5 мм). Для максимизации поверхности сорбции средний размер гранул должен быть не более 3,0 мм (предпочтительно не более 1,0 мм), а средний размер частиц сорбента не должен превышать 50 мкм (предпочтительно 10 мкм). Для снижения внутреннего диффузионного сопротивления процессу сорбции средняя толщина сорбционного покрытия ядра не должна превышать 150 мкм, предпочтительно - 100 мкм.To prevent granules from being carried away, the average granule size should be at least 0.3 mm (preferably at least 0.5 mm). To maximize the sorption surface, the average granule size should be no more than 3.0 mm (preferably no more than 1.0 mm), and the average sorbent particle size should not exceed 50 μm (preferably 10 μm). To reduce the internal diffusion resistance to the sorption process, the average thickness of the sorption coating of the core should not exceed 150 microns, preferably 100 microns.
Для повышения эффективности защиты гранул от масло-, жиро-, нефтезагрязнений, содержащихся в фильтруемом растворе, гранула может быть дополнительно (сверху сорбционного покрытия) покрыта защитным слоем трепела со средним размером частиц не более 10 мкм. Открытопористая структура трепела и поры, образованные между его частицами обеспечивают эффективное создание и удержание вокруг гранулы защитной водяной оболочки. При использовании фракции трепела более 10 мкм защитное олеофобное покрытие теряет сплошность и прочность связывания со слоем сорбента. Поскольку трепел является мягкой породой, то его крупные частицы являются наименее прочной частью покрытия и в результате при контакте с водной средой покрытие из трепела легко разрушается при механическом воздействии. Особенно это проявляется при длительном нахождении гранул в воде.To increase the efficiency of protecting granules from oil, fat, and petroleum contaminants contained in the filtered solution, the granule can be additionally (on top of the sorption coating) coated with a protective layer of tripoli with an average particle size of no more than 10 microns. The open-porous structure of tripoli and the pores formed between its particles ensure the effective creation and retention of a protective water shell around the granule. When using a fraction of tripoli more than 10 microns, the protective oleophobic coating loses its continuity and strength of binding to the sorbent layer. Since tripoli is a soft rock, its large particles are the least durable part of the coating and, as a result, upon contact with an aqueous environment, the tripoli coating is easily destroyed by mechanical stress. This is especially true when the granules remain in water for a long time.
Ядро гранулы может изготавливаться из различных веществ, в частности из стекла или связующего. Ядро может быть также выполнено, например, из металла, в частности, из свинца (когда требуется больший вес) или из керамики (когда требуется повышенная прочность, технологичность, химическая нейтральность или низкая стоимость). Ядро может быть в зависимости от особенностей протекания процесса сорбции цельным (когда требуется больший вес и/или прочность) или полым (когда необходимо снизить вес и/или гидравлическую крупность гранулы).The granule core can be made of various substances, in particular glass or a binder. The core may also be made, for example, of metal, in particular lead (when greater weight is required) or ceramic (when increased strength, manufacturability, chemical neutrality or low cost are required). Depending on the characteristics of the sorption process, the core can be solid (when greater weight and/or strength is required) or hollow (when it is necessary to reduce the weight and/or hydraulic size of the granule).
Для увеличения пористости связующего можно использовать материалы, при применении которых величина адгезии между ядром и связующим будет не меньше величины когезии связующего. Тогда при высыхании (усыхании) связующего, при ударной нагрузке или при нагреве (если ядро гранулы выполнить из вещества с коэффициентом температурного расширения больше, чем у связующего) гранулы связующее растрескается, создавая дополнительные поры, но останется закрепленным на ядре.To increase the porosity of the binder, you can use materials in which the adhesion value between the core and the binder will be no less than the cohesion value of the binder. Then, when the binder dries (shrinks out), under shock load or when heated (if the core of the granule is made of a substance with a coefficient of thermal expansion greater than that of the binder), the granules, the binder will crack, creating additional pores, but will remain attached to the core.
Примеры конкретного выполнения.Examples of specific implementation.
Экспериментальная проверка эффективности предложенного решения проводилась на лабораторной установке по измерению динамической сорбционной ёмкости, представляющую собой фильтрующую колонну с внутренним диаметром 20 мм и высотой 1000 мм, снабжённую сетчатыми разделителями, теплоизоляцией и подающим шестерёнчатым насосом, коррозионно-устойчивым к исследуемой среде. Сорбция и десорбция осуществлялись в режиме нисходящего потока. Скорость сорбции из модельного раствора составляла 5,5 м/ч при температуре рассола 40С, а скорость десорбции дистиллированной водой - 1,5 м/ч при температуре 20С. Время циклов сорбции и десорбции было постоянным и составляло 17 и 6 часов соответственно.An experimental test of the effectiveness of the proposed solution was carried out on a laboratory installation for measuring dynamic sorption capacity, which is a filter column with an internal diameter of 20 mm and a height of 1000 mm, equipped with mesh separators, thermal insulation and a feed gear pump, corrosion-resistant to the test environment. Sorption and desorption were carried out in a downward flow mode. The rate of sorption from the model solution was 5.5 m/h at a brine temperature of 40C, and the rate of desorption by distilled water was 1.5 m/h at a temperature of 20C. The time of the sorption and desorption cycles was constant and amounted to 17 and 6 hours, respectively.
Состав хлоридного модельного рассола для проведения тестовой сорбции:Composition of chloride model brine for test sorption:
Li - 60 мг/лLi - 60 mg/l
Na - 24000 мг/лNa - 24000 mg/l
K - 1000 мг/лK - 1000 mg/l
Ca - 8000 мг/лCa - 8000 mg/l
Mg - 1300 мг/лMg - 1300 mg/l
Массовое содержание лития, натрия, калия, кальция и магния в составе элюата (жидкости, получаемой в процессе цикла десорбции) контролировали методом капиллярного электрофореза (система КЭФ «Капель-105М»).The mass content of lithium, sodium, potassium, calcium and magnesium in the eluate (liquid obtained during the desorption cycle) was controlled by capillary electrophoresis (Kapel-105M KEF system).
Исследования поясняются графиками, где на фиг. 1 представлены результаты к примеру 1; на фиг. 2 - результаты к примеру 2; на фиг. 3 - результаты к примеру 3; на фиг. 4 и 5 - результаты к примеру 4; на фиг. 6 - результаты к примеру 10.The studies are illustrated by graphs, where in Fig. 1 shows the results for example 1; in fig. 2 - results for example 2; in fig. 3 - results for example 3; in fig. 4 and 5 - results for example 4; in fig. 6 - results for example 10.
Пример 1.Example 1.
Гранулированный сорбент (гранулы для сорбции лития из водного раствора) получен покрытием стеклошариков фракции 0,5-0,9 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) с использованием полимерного связующего (меламино-формальдегидной смолы). Сорбент для нанесения на стеклянное ядро (стеклошарик) предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до получения частиц средним размером в 10 мкм. Количество связующего составило 20 % масс по сухому веществу от веса сорбента. Высушенный гранулированный сорбент объёмом 250 мл предварительно взвешивали, вымачивали в дистиллированной воде и помещали в сорбционную колонну.Granular sorbent (granules for sorption of lithium from an aqueous solution) was obtained by coating glass beads of a fraction of 0.5-0.9 mm with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DHAL-Cl) 100 μm thick on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) using a polymer binder (melamine-formaldehyde resin). The sorbent for application to the glass core (glass bead) was pre-ground in a centrifugal disintegrator to obtain particles with an average size of 10 microns. The amount of binder was 20% of the dry matter weight of the sorbent. The dried granular sorbent with a volume of 250 ml was pre-weighed, soaked in distilled water and placed in a sorption column.
Насыпная плотность сорбента - 910 г/л.The bulk density of the sorbent is 910 g/l.
Первый цикл - десорбция лития, имеющегося в составе сорбента при получении, дистиллированной водой. Второй цикл - сорбция лития из рассола, состав которого одинаков для всех приведенных примеров.The first cycle is the desorption of lithium, which is present in the sorbent upon receipt, with distilled water. The second cycle is the sorption of lithium from brine, the composition of which is the same for all the examples given.
Третий цикл - десорбция накопленного из модельного рассола лития дистиллированной водой.The third cycle is the desorption of lithium accumulated from the model brine with distilled water.
Эффективность сорбента определялась путём анализа содержания лития в полученном элюате: для каждого образца строился график зависимости содержания лития в отобранных образцах элюата от прошедшего количества дистиллированной воды (один колоночный объём - насыпной объём сорбента, взятый для проведения теста).The effectiveness of the sorbent was determined by analyzing the lithium content in the resulting eluate: for each sample, a graph was constructed of the dependence of the lithium content in selected eluate samples on the amount of distilled water passed through (one column volume is the bulk volume of the sorbent taken for the test).
Динамическая ёмкость сорбента (значение ёмкости сорбента в условиях динамической сорбции/десорбции, т.е. при фиксированном времени циклов сорбции/десорбции и постоянной скорости потока через слой сорбента), исходя из полученных данных (фиг. 1), составила 12 грамм лития на килограмм содержащегося в гранулах сорбента (г/кг).The dynamic capacity of the sorbent (the value of the sorbent capacity under conditions of dynamic sorption/desorption, i.e. at a fixed time of sorption/desorption cycles and a constant flow rate through the sorbent layer), based on the data obtained (Fig. 1), amounted to 12 grams of lithium per kilogram contained in sorbent granules (g/kg).
Пример 2.Example 2.
Гранулированный сорбент получен покрытием стеклошариков различных фракций (средний размер от 0,2 до 3,9 мм) слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) и использовании меламино-формальдегидной смолы в качестве связующего. Сорбент для нанесения на стеклянное ядро предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до получения частиц средним размером в 10 мкм. Количество связующего составило 20 масс% по сухому веществу от веса сорбента. Высушенный гранулированный сорбент объёмом 250 мл предварительно взвешивали, вымачивали в дистиллированной воде и помещали в сорбционную колонну.The granular sorbent was obtained by coating glass beads of various fractions (average size from 0.2 to 3.9 mm) with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DGAL-Cl) 100 μm thick on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) and using melamine -formaldehyde resin as a binder. The sorbent for application to the glass core was pre-ground in a centrifugal disintegrator to obtain particles with an average size of 10 microns. The amount of binder was 20 wt% on a dry matter basis based on the weight of the sorbent. The dried granular sorbent with a volume of 250 ml was pre-weighed, soaked in distilled water and placed in a sorption column.
Методика тестирования аналогична примеру №1.The testing methodology is similar to example No. 1.
В результате тестирования получены значения динамической ёмкости гранулированного сорбента различных фракций (фиг. 2).As a result of testing, the values of the dynamic capacity of granular sorbent of various fractions were obtained (Fig. 2).
Наиболее предпочтительный диапазон среднего размера гранул сорбента составляет 0,5 - 1,0 мм. При среднем размере гранул менее 0,3 мм значительно возрастает гидравлическое сопротивление слоя, гранулы, загрязняясь, комкуются, а также увеличивается вероятность уноса материала при обратной промывке. При среднем размере гранул более 3,0 мм площадь поверхности гранул снижается настолько, что в условиях динамической сорбции ёмкость сорбента падает ниже значений целесообразных для использования.The most preferred range of average size of sorbent granules is 0.5 - 1.0 mm. With an average granule size of less than 0.3 mm, the hydraulic resistance of the layer increases significantly; the granules, when contaminated, clump, and the likelihood of material carryover during backwashing also increases. With an average granule size of more than 3.0 mm, the surface area of the granules decreases so much that under conditions of dynamic sorption, the capacity of the sorbent drops below the values appropriate for use.
Пример 3.Example 3.
Гранулированный сорбент получен покрытием стеклошариков фракции 0,5-0,9 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) различной толщины от 50 до 250 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) и использовании меламино-формальдегидной смолы в качестве связующего. Сорбент для нанесения на стеклянное ядро предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до получения частиц средним размером в 10 мкм. Количество связующего составило 20 масс% по сухому веществу от веса сорбента. Высушенный гранулированный сорбент объёмом 250 мл предварительно взвешивали, вымачивали в дистиллированной воде и помещали в сорбционную колонну.The granular sorbent was obtained by coating glass beads of a fraction of 0.5-0.9 mm with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DHAL-Cl) of varying thickness from 50 to 250 microns on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) and using melamine-formaldehyde resin as a binder. The sorbent for application to the glass core was pre-ground in a centrifugal disintegrator to obtain particles with an average size of 10 microns. The amount of binder was 20 wt% on a dry matter basis based on the weight of the sorbent. The dried granular sorbent with a volume of 250 ml was pre-weighed, soaked in distilled water and placed in a sorption column.
Методика тестирования аналогична примеру №1.The testing methodology is similar to example No. 1.
В результате тестирования получены значения динамической ёмкости гранулированного сорбента с различной толщиной слоя сорбента (фиг. 3).As a result of testing, the values of the dynamic capacity of a granular sorbent with different sorbent layer thicknesses were obtained (Fig. 3).
Оптимальное значение толщины слоя сорбента - 100 мкм. В условиях динамической сорбции за ограниченное время эфективно участвует в сорбции слой толщиной не более 150 мкм. При дальнейшем увеличении толщины слоя ёмкость возрастает незначительно.The optimal thickness of the sorbent layer is 100 microns. Under conditions of dynamic sorption in a limited time, a layer no more than 150 microns thick effectively participates in sorption. With a further increase in layer thickness, the capacity increases slightly.
Пример 4.Example 4.
Гранулированный сорбент получен покрытием стеклошариков фракции 0,5-0,9 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) и использовании меламино-формальдегидной смолы в качестве связующего. Были использованы различные фракции сорбента от 5 до 50 мкм. Сорбент для нанесения на стеклянное ядро предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до необходимого среднего размера частиц. Количество связующего составило 20 масс. % по сухому веществу от веса сорбента. Высушенный гранулированный сорбент объёмом 250 мл предварительно взвешивали, вымачивали в дистиллированной воде и помещали в сорбционную колонну.The granular sorbent was obtained by coating glass beads of a fraction of 0.5-0.9 mm with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DGAL-Cl) 100 microns thick on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) and using melamine-formaldehyde resin as a binder . Various sorbent fractions from 5 to 50 µm were used. The sorbent for application to the glass core was pre-ground in a centrifugal disintegrator to the required average particle size. The amount of binder was 20 wt. % by dry matter from the weight of the sorbent. The dried granular sorbent with a volume of 250 ml was pre-weighed, soaked in distilled water and placed in a sorption column.
Методика тестирования аналогична примеру №1.The testing methodology is similar to example No. 1.
Если средний размер частиц сорбента превышает 50 мкм, то не удается сохранить оптимальную толщину сорбционного покрытия ядра. Наиболее предпочтительно использовать сорбент со средним размером частиц до 10 мкм (фиг. 4). При этом получить сорбент дисперсностью 5 мкм и менее очень проблематично: увеличивается время размола и снижается его эффективность. На крупность помола начинает оказывать большое влияние степень отмывки ДГАЛ-Cl от сопутствующих солей (примеси в процессе синтеза).If the average size of sorbent particles exceeds 50 microns, then it is not possible to maintain the optimal thickness of the sorption coating of the core. It is most preferable to use a sorbent with an average particle size of up to 10 microns (Fig. 4). At the same time, obtaining a sorbent with a dispersion of 5 microns or less is very problematic: the grinding time increases and its efficiency decreases. The grinding size begins to be greatly influenced by the degree of washing of DGAL-Cl from accompanying salts (impurities in the synthesis process).
Также были измерены значения истираемости гранул сорбента по ГОСТ Р 51641-2000 (фиг. 5).The values of abrasion of sorbent granules were also measured according to GOST R 51641-2000 (Fig. 5).
Из графика видно, что при увеличении крупности помола резко снижается механическая прочность слоя сорбента. Поэтому средний размер частиц сорбента не должен превышать 50 мкм. Оптимально, если средний размер частиц сорбента не превышает 10 мкм.The graph shows that as the grind size increases, the mechanical strength of the sorbent layer sharply decreases. Therefore, the average particle size of the sorbent should not exceed 50 microns. It is optimal if the average size of sorbent particles does not exceed 10 microns.
Пример 5.Example 5.
Гранулированный сорбент получен покрытием шаров из меламин-формальдегидной смолы фракции 0,5-0,9 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) и использовании меламино-формальдегидной смолы в качестве связующего. Сорбент для нанесения на полимерное ядро предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до получения частиц средним размером в 10 мкм. Количество связующего составило 20 % масс по сухому веществу от веса сорбента. Высушенный гранулированный сорбент объёмом 250 мл предварительно взвешивали, вымачивали в дистиллированной воде и помещали в сорбционную колонну.The granular sorbent was obtained by coating balls of melamine-formaldehyde resin of fraction 0.5-0.9 mm with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DGAL-Cl) 100 microns thick on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) and using melamine formaldehyde resin as a binder. The sorbent for application to the polymer core was pre-ground in a centrifugal disintegrator to obtain particles with an average size of 10 μm. The amount of binder was 20% of the dry matter weight of the sorbent. The dried granular sorbent with a volume of 250 ml was pre-weighed, soaked in distilled water and placed in a sorption column.
Среди всех используемых типов ядер, гранулы на меламиноформальдегидном ядре обеспечивают максимальную прочность поверхностного слоя за счёт адгезии связующего к ядру. Поскольку материал ядра и связующее - являются одним и тем же полимером с одинаковым набором функциональных групп, то при высушивании гранул происходи сшивка аминогрупп предполимера не только в объёме слоя сорбента, но и с поверхностью ядра. Как результат - возможность многократной обратной промывки гранулированного сорбента без разрушения гранул.Among all the types of cores used, granules with a melamine-formaldehyde core provide maximum strength to the surface layer due to the adhesion of the binder to the core. Since the core material and the binder are the same polymer with the same set of functional groups, when drying the granules, the amino groups of the prepolymer are cross-linked not only in the volume of the sorbent layer, but also with the surface of the core. As a result, it is possible to repeatedly backwash the granular sorbent without destroying the granules.
Методика тестирования аналогична примеру №1.The testing methodology is similar to example No. 1.
Динамическая ёмкость сорбента по литию составила (13,5 г/кг). Насыпная плотность сорбента уменьшилась до 750 г/л.The dynamic capacity of the sorbent for lithium was (13.5 g/kg). The bulk density of the sorbent decreased to 750 g/l.
Увеличение динамической ёмкости сорбента обусловлено изменением морфологии поверхности сорбента, а именно появлением микротрещин за счёт усадки связующего при сушке.The increase in the dynamic capacity of the sorbent is due to a change in the morphology of the sorbent surface, namely the appearance of microcracks due to shrinkage of the binder during drying.
Пример 6.Example 6.
Гранулированный сорбент получен покрытием стеклосфер фракции 0,3-0,7 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) и использовании меламино-формальдегидной смолы в качестве связующего. Количество связующего составило 20 % масс по сухому веществу от веса сорбента. The granular sorbent was obtained by coating glass spheres of the 0.3-0.7 mm fraction with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DGAL-Cl) 100 μm thick on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) and using melamine-formaldehyde resin as a binder . The amount of binder was 20% of the dry matter weight of the sorbent.
Динамическая ёмкость сорбента, исходя из полученных данных, составила 14,85 г/кг. Насыпная плотность сорбента с использованием полого ядра уменьшилась до 390 г/л.The dynamic capacity of the sorbent, based on the data obtained, was 14.85 g/kg. The bulk density of the sorbent using a hollow core decreased to 390 g/l.
Пример 7.Example 7.
Сорбент получен гранулированием двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) и использовании меламино-формальдегидной смолы в качестве связующего. Количество связующего составило 20 % масс по сухому веществу от веса сорбента. Целевая фракция сорбента для тестирования: 0,6-1,0 мм.The sorbent was obtained by granulating double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DHAL-Cl) on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) and using melamine-formaldehyde resin as a binder. The amount of binder was 20% of the dry matter weight of the sorbent. Target sorbent fraction for testing: 0.6-1.0 mm.
Динамическая ёмкость сорбента составила 7,1 г/кг. Насыпная плотность полнотелого сорбента составила 800 г/л. Внутренняя часть гранулы практически не принимает участия в экстракционном процессе и является «балластом». Сравнивая сорбционную ёмкость гранулы на стеклоядре из примера №1 и полнотелой гранулы, становится очевидным, что толщина эффективного слоя сорбента составляет около 100 мкм.The dynamic capacity of the sorbent was 7.1 g/kg. The bulk density of the solid sorbent was 800 g/l. The inner part of the granule practically does not take part in the extraction process and is “ballast”. Comparing the sorption capacity of a granule on a glass core from example No. 1 and a solid granule, it becomes obvious that the thickness of the effective sorbent layer is about 100 microns.
Пример 8.Example 8.
Гранулированный сорбент получен покрытием силикатного пористого ядра (гранулированный и обожжённый трепел) фракции 0,5-0,9 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) с использованием полимерного связующего (меламино-формальдегидной смолы). Сорбент для нанесения на пористое ядро предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до получения частиц средним размером в 10 мкм. Количество связующего составило 20 % масс по сухому веществу от веса сорбента.The granular sorbent was obtained by coating a silicate porous core (granulated and calcined tripoli) fraction 0.5-0.9 mm with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DHAL-Cl) 100 μm thick on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) with using a polymer binder (melamine-formaldehyde resin). The sorbent for application to the porous core was pre-ground in a centrifugal disintegrator to obtain particles with an average size of 10 microns. The amount of binder was 20% of the dry matter weight of the sorbent.
Насыпная плотность сорбента составила 740 г/л. Динамическая сорбционная ёмкость по литию оказалась значительно ниже ожидаемой и составила 6,3 г/кг. Это связано с проникновением первичного рассола внутрь пористого ядра и повышением минерализации элюата при последующей десорбции лития. При повышении минерализации уменьшается скорость десорбции, что сказывается на динамической ёмкости сорбента. Также полученный элюат содержит бОльшее количество примесей, чем при использовании гранулы на водонепроницаемом ядре.The bulk density of the sorbent was 740 g/l. The dynamic sorption capacity for lithium turned out to be significantly lower than expected and amounted to 6.3 g/kg. This is due to the penetration of the primary brine into the porous core and an increase in the mineralization of the eluate during the subsequent desorption of lithium. As mineralization increases, the desorption rate decreases, which affects the dynamic capacity of the sorbent. Also, the resulting eluate contains a larger amount of impurities than when using a granule with a waterproof core.
Пример 9.Example 9.
Гранулированный сорбент получен покрытием стеклошариков фракции 0,5-0,9 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) с использованием раствора гидрофобного полимерного связующего (поливинилхлорида в дихлорметане). Сорбент для нанесения на стеклянное ядро (стеклошарик) предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до получения частиц средним размером в 10 мкм. Количество связующего составило 20 % масс по сухому веществу от веса сорбента. Высушенный гранулированный сорбент объёмом 250 мл предварительно взвешивали, вымачивали в дистиллированной воде и помещали в сорбционную колонну. Затем пропускали через колонну 10 л водо-нефтяной эмульсии с концентрацией нефтепродуктов 300 мг/л. Далее проводили циклы сорбции/десорбции аналогично пункту 1.The granular sorbent was obtained by coating glass beads of a fraction of 0.5-0.9 mm with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DHAL-Cl) with a thickness of 100 microns on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) using a solution of a hydrophobic polymer binder (polyvinyl chloride in dichloromethane). The sorbent for application to the glass core (glass bead) was pre-ground in a centrifugal disintegrator to obtain particles with an average size of 10 microns. The amount of binder was 20% of the dry matter weight of the sorbent. The dried granular sorbent with a volume of 250 ml was pre-weighed, soaked in distilled water and placed in a sorption column. Then 10 liters of water-oil emulsion with an oil product concentration of 300 mg/l was passed through the column. Next, sorption/desorption cycles were carried out similarly to step 1.
При использовании ПВХ в качестве связующего и в присутствии нефтепродуктов снижается ёмкость сорбента за счёт сорбции на поверхности гранул нефтепродуктов. Для данного типа гранул сорбционная ёмкость составила 4,3 г/л, что соответствует падению сорбционной ёмкости на 64,2%.When using PVC as a binder and in the presence of petroleum products, the capacity of the sorbent is reduced due to the sorption of petroleum products on the surface of granules. For this type of granules, the sorption capacity was 4.3 g/l, which corresponds to a drop in sorption capacity by 64.2%.
Аналогичным образом были протестированы гранулы из примеров 1 и 3. Для гранулированного сорбента на стеклоядре с использованием меламиноформальдегидного связующего воздействие нефтепродуктов уменьшило сорбционную ёмкость на 11,2%: с 12 до 10,7 г/кг. Для гранулированного сорбента на стеклоядре с добавлением трепела сорбционная ёмкость уменьшилась на 3,6%: с 12 до 11,7 г/кг.Granules from examples 1 and 3 were tested in a similar way. For a granular sorbent on a glass core using a melamine-formaldehyde binder, exposure to petroleum products reduced the sorption capacity by 11.2%: from 12 to 10.7 g/kg. For a granular sorbent on a glass core with the addition of tripoli, the sorption capacity decreased by 3.6%: from 12 to 11.7 g/kg.
Пример 10.Example 10.
Гранулированный сорбент получен покрытием стеклошариков фракции 0,5-0,9 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) с использованием полимерного связующего (меламино-формальдегидной смолы). Сорбент для нанесения на стеклянное ядро (стеклошарик) предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до получения частиц средним размером в 10 мкм. Количество связующего составляло от 10 до 60 масс.% по сухому веществу от веса сорбента. Высушенный гранулированный сорбент объёмом 250 мл предварительно взвешивали, вымачивали в дистиллированной воде и помещали в сорбционную колонну.The granular sorbent was obtained by coating glass beads of the 0.5-0.9 mm fraction with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DGAL-Cl) with a thickness of 100 microns on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) using a polymer binder (melamine-formaldehyde resin ). The sorbent for application to the glass core (glass bead) was pre-ground in a centrifugal disintegrator to obtain particles with an average size of 10 microns. The amount of binder ranged from 10 to 60 wt.% dry matter based on the weight of the sorbent. The dried granular sorbent with a volume of 250 ml was pre-weighed, soaked in distilled water and placed in a sorption column.
При увеличении количества связующего уменьшается пористость слоя и увеличиваются диффузионные ограничения процессов сорбции/десорбции для внутреннего объёма сорбента. Это приводит к резкому снижению динамической сорбционной ёмкости гранул при увеличении количества связующего более 40 масс. % (фиг. 6).As the amount of binder increases, the porosity of the layer decreases and the diffusion limitations of the sorption/desorption processes for the internal volume of the sorbent increase. This leads to a sharp decrease in the dynamic sorption capacity of the granules when the amount of binder increases to more than 40 wt. % (Fig. 6).
Пример 11.Example 11.
Гранулированный сорбент получен покрытием стеклошариков фракции 0,5-0,9 мм слоем двойного гидроксида алюминия-лития в хлоридной форме (ДГАЛ-Cl) толщиной 100 мкм на наклонном смесителе-грануляторе (“Eirich”) с использованием полимерного связующего (меламино-формальдегидной смолы). Сорбент для нанесения на стеклянное ядро (стеклошарик) предварительно измельчали в центробежном дезинтеграторе до получения частиц средним размером в 100 и 50 мкм. Количество связующего составило 20 % масс по сухому веществу от веса сорбента.The granular sorbent was obtained by coating glass beads of the 0.5-0.9 mm fraction with a layer of double aluminum-lithium hydroxide in chloride form (DGAL-Cl) with a thickness of 100 microns on an inclined mixer-granulator (“Eirich”) using a polymer binder (melamine-formaldehyde resin ). The sorbent for application to the glass core (glass bead) was pre-ground in a centrifugal disintegrator to obtain particles with an average size of 100 and 50 microns. The amount of binder was 20% of the dry matter weight of the sorbent.
При использовании для накатки гранул сорбента с размером частиц 100 и 50 мкм не удаётся получить экономически целесообразный выход необходимой фракции гранул. В продуктах грануляции резко возрастает содержание гранул без стеклоядра, агломератов из нескольких гранул с ядром из крупных частиц ДГАЛ-Cl и гранул на стеклоядре с крайне малой сферичностью (неравномерность покрытия ядра). Полученные продукты грануляции плохо поддаются вторичной переработке и увеличивают себестоимость сорбента.When using sorbent granules with particle sizes of 100 and 50 microns for rolling, it is not possible to obtain an economically feasible yield of the required granule fraction. In granulation products, the content of granules without a glass core, agglomerates of several granules with a core of large DGAL-Cl particles, and granules on a glass core with extremely low sphericity (unevenness of the coating of the core) sharply increases. The resulting granulation products are difficult to recycle and increase the cost of the sorbent.
Проведенные исследования показывают, что применение предложенного решения повышает эффективность процесса сорбции лития из масло-, жиро-, нефтезагрязненного водного раствора и десорбции лития из гранул за счет: добавления в гранулу ядра; расширения диапазона скорости фильтрации раствора и промывочной жидкости через слой гранулированного сорбента; и предотвращения загрязнения гранул сорбента масло-, жиро-, нефтесоставляющими водного раствора.The conducted studies show that the use of the proposed solution increases the efficiency of the process of sorption of lithium from oil-, fat-, oil-contaminated aqueous solution and desorption of lithium from granules due to: adding a core to the granule; expanding the range of filtration speed of solution and washing liquid through a layer of granular sorbent; and preventing contamination of sorbent granules with oil, fat, and petroleum components of the aqueous solution.
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2805741C1 true RU2805741C1 (en) | 2023-10-23 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1302844C (en) * | 2001-10-25 | 2007-03-07 | 华欧技术咨询及企划发展有限公司 | Method for producing granulated sorbents and installation for carrying out the method |
RU2640548C1 (en) * | 2017-04-18 | 2018-01-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Воронежпеностекло" | Granulated filtering and/or sorbing material |
RU2663173C1 (en) * | 2017-11-20 | 2018-08-01 | ООО "Воронежпеностекло" | Sorbing material |
US20210094014A1 (en) * | 2018-04-23 | 2021-04-01 | Posco | Lithium-adsorptive molded object and manufacturing method therefor |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1302844C (en) * | 2001-10-25 | 2007-03-07 | 华欧技术咨询及企划发展有限公司 | Method for producing granulated sorbents and installation for carrying out the method |
RU2640548C1 (en) * | 2017-04-18 | 2018-01-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Воронежпеностекло" | Granulated filtering and/or sorbing material |
RU2663173C1 (en) * | 2017-11-20 | 2018-08-01 | ООО "Воронежпеностекло" | Sorbing material |
US20210094014A1 (en) * | 2018-04-23 | 2021-04-01 | Posco | Lithium-adsorptive molded object and manufacturing method therefor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РЯБЦЕВ А.Д. Переработка литиеносного поликомпонентного гидроминерального сырья на основе его обогащения по литию, Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук, Томск, 2011, сс. 14-17. Поливинилацетат и его производные, 22.05.2022, Найдено в https://web.archive.org/web/20220520005922/http://vseokraskah.net/plenoobrazuyushhie-veshhestva/6-2-polivinilacetat-i-ego-proizvodnye.html. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sadaf et al. | Batch and fixed bed column studies for the removal of Indosol Yellow BG dye by peanut husk | |
Sadaf et al. | Evaluation of peanut husk as a novel, low cost biosorbent for the removal of Indosol Orange RSN dye from aqueous solutions: batch and fixed bed studies | |
CA2675323C (en) | Thermally treated expanded perlite | |
EP0269769B1 (en) | Filtration with biogenetic silica | |
US4954469A (en) | Granulated activated carbon for water treatment | |
da Costa et al. | Chromium adsorption using Sargassum filipendula algae waste from alginate extraction: Batch and fixed-bed column studies | |
US6500237B2 (en) | Removing hydrogen sulfide from a gaseous mixture using ferric ions bonded to calcined diatomite | |
ABBAS et al. | Utilization of waste of enzymes biomass as biosorbent for the removal of dyes from aqueous solution in batch and fluidized bed column | |
RU2805741C1 (en) | Granule for sorption of lithium from aqueous solution | |
Cardoso et al. | Dealginated seaweed waste for Zn (II) continuous removal from aqueous solution on fixed‐bed column | |
Fiol et al. | Preliminary studies on Cr (VI) removal from aqueous solution using grape stalk wastes encapsulated in calcium alginate beads in a packed bed up-flow column | |
Mimura et al. | Selective removal of cesium from highly concentrated sodium nitrate neutral solutions by potassium nickel hexacyanoferrate (II)-loaded silica gels | |
Hussein et al. | Adsorption of uranium from aqueous solutions by expanded perlite | |
CA2601754A1 (en) | A granulate which comprises a clay material and the production thereof | |
RU220087U1 (en) | Granule for lithium sorption from an aqueous solution | |
Jeong et al. | Evaluation of foam-glass media in a high-rate filtration process for the removal of particulate matter containing phosphorus in municipal wastewater | |
Guo et al. | Dynamic adsorption of Cd 2+ onto acid-modified attapulgite from aqueous solution | |
Jangde et al. | Fixed-bed column dynamics of xanthate-modified apple pomace for removal of Pb (II) | |
US10046986B2 (en) | Composite material | |
CA2767437C (en) | Oil adsorbent and method of manufacturing oil adsorbent | |
US6030704A (en) | Granular materials comprising inorganic silicon-containing material | |
Kh et al. | Texture and sorption characteristics of bentonite-based sorbents | |
Manoochehri et al. | Role of modified activated carbon by H 3 PO 4 or K 2 CO 3 from natural adsorbent for removal of Pb (II) from aqueous solutions | |
Zhu et al. | Adsorption removal of methylene blue from aqueous solution by using bamboo charcoal | |
Zhong et al. | Breakthrough curve analysis of Enteromorpha prolifera packed fixed-bed column for the biosorption |