Способ получения сапропелевого концентрата

 

Изобретение относится к области добычи и переработки полезных ископаемых и может быть использовано для очистки водоемов от залежей сапропеля и наиболее полного его использования с получением целевых концентратов. Способ включает добычу гидромассы из сапропелевой залежи с образованием траншей на всю ее глубину и обезвоживание гидромассы. Заборный наконечник на всасывающем шланге земснаряда опускают в залежь на глубину, по крайней мере равную толщине верхнего слоя сапропеля - зоны обитания организмов водоема, Образование траншей осуществляют перемещением шланга с наконечником в виде временных щелей за ними с подвижными сходящимися стенками, с откачкой при этом сапропелевой гидромассы ниже упомянутого верхнего слоя залежи и с постепенным опусканием этого слоя и перемещаемых шланга и наконечника по мере выработки сапропеля до подошвы залежи, Всасываемую гидромассу сапропеля по напорной линии направляют на обезвоживание в установку непрерывного действия путем сепарирования и высушивания. Способ обеспечивает сохранение экологии на местности и жизнедеятельности в водоеме за счет сохранения среды обитания придонных организмов, а также повышение качества концентрата за счет увеличения содержания органических компонентов в нем и более полное и эффективное использование других неорганических компонентов сапропеля. 2 з.п, ф-лы, 4 ил.

Предлагаемый способ относится к области добычи и переработки полезных ископаемых и предназначен для очистки водоемов от залежей сапропеля путем его добычи из водоемов и наиболее полного использования путем переработки с получением целевых концентратов.

Известный способ добычи сапропеля, включающий намыв гидромассы в отстойники, промораживание и обезвоживание /а.с. N 1606671, МКИ E 21 C 49/00/ имеет недостатки: - затраты времени на промораживание; - потеря некоторых свойств сапропеля.

Получаемый концентрат отличается от исходной гидромассы лишь содержанием воды.

Наиболее близок предлагаемому способ получения сапропелевого удобрения в виде сапропелевого концентрата, включающий добычу сапропелевой гидромассы со дна водоема с сапропелевой залежью с образованием поперечных и продольных траншей в толще сапропелевой залежи на всю ее глубину с намывом добытой части в отстойники с последующим обезвоживанием, после чего обезвоживают оставшуюся сапропелевую залежь путем отвода воды водоема и последующей воздушной сушки, а затем удаляют высушенные слои /а.с. N 1544759, МКИ C 05 F 7/00/.

Недостатки этого известного способа состоят в следующем: а/ в нарушении "экологии" в водоеме, так как гидромассу отбирают с поверхности водоема вначале при образовании траншей, а затем - оставшуюся массу сапропеля - после ее послойного высушивания; в результате извлекают из водоема залежь сапропеля на всю ее толщу, уничтожив среду обитания придонных организмов, в том числе путем загрязнения при открытой добыче; б/ в ограниченной области применения концентратов сапропеля, которые отличаются лишь содержанием воды /при условии, что сапропель из одного месторождения/ и используются как гуминосодержащие соединения в различных удобрениях, например; в/ в низком качестве концентратов вследствие загрязнения песком, присутствующем обычно в различной степени в отложениях сапропеля; г/ в значительных габаритах и массе сапропелевого концентрата как гуминосодержащего компонента для различных материалов и компостов, что вызывает затруднения при транспортировках.

Цель изобретения заключается в сохранении экологии на местности, водоема и жизнедеятельности в водоеме за счет сохранения среды обитания придонных организмов - придонной зоны. Другая цель изобретения - повышение качества концентрата за счет увеличения содержания органических компонентов в нем и более полное и эффективное использование других неорганических компонентов сапропеля за счет смешивания с сапропелем. Следующая цель изобретения - расширение области применения путем химической обработки сапропеля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем добычу сапропелевой гидромассы из сапропелевой залежи с образованием в залежи траншеи на всю глубину ее и обезвоживание, заборный наконечник на всасывающем шланге земснаряда опускают в залежь на глубину, по крайней мере равную толщине верхнего слоя сапропеля в зоне обитания организмов водоема, и образование траншей осуществляют перемещением всасывающего шланга с заборным наконечником в виде временных щелей за ним с подвижными сходящимися стенками, с откачкой при этом сапропелевой гидромассы из залежи ниже упомянутого ее верхнего слоя и с опусканием этого слоя вместе с постепенным перемещением всасывающего шланга с наконечником по мере выработки сапропеля до подошвы залежи. Из всасывающего шланга сапропелевую гидромассу по напорной линии направляют на обезвоживание путем непрерывного фильтрования и /или высушивания.

Вследствие подвижности сапропелевого материала в залеже при уменьшении объема залежи в процессе откачки гидромассы поверхность контакта верхнего донного не подвергающегося экскавации слоя и экскавируемой /откачиваемой/ части залежи все время остается горизонтальной, что обеспечивает сохранность верхнего слоя залежи на первичном дне водоема, например из горных пород. При пересечении водоносными породами стенок водоема последний будет заполнен, по крайней мере, до уровня водоносного горизонта. Как уже отмечалось благодаря подвижности сапропеля щели от перемещений шланга в залежи бесследно исчезали, оставляя горизонтальную поверхность также. Кроме того, в способе на поверхности из гидромассы выделяют более тяжелый шлам, содержащий зерна песка, в том числе с налипшими частицами сапропеля, этот шлам является концентратом в виде обогащенного сапропелей песка - для строительных и крепежных материалов, а очищенный от песка сапропелевый концентрат /после обезвоживания/ характеризуется более высоким качеством вследствие увеличения содержания органических компонентов.

При обезвоживании фильтрованием воду, отделенную из гидромассы, возвращают в водоем.

В способе также гидромассу на поверхности можно обрабатывать щелочью при нагреве до получения водных растворов гуматов, которые затем обезвоживают, например выпариванием, до получения сапропелевого концентрата в виде порошков гуматов.

Нами просмотрены изобретения по МКИ C 05 7/00; 11/02; C 10 9/00; E 21 C 49/00 и публикации в реферативных журналах. Наиболее близкие нашему предложению рассмотрены выше: аналог и прототип.

Представляют интерес и следующие технические решения: Известный способ добычи сапропеля из водоемов в виде гидромассы и обезвоживание массы до 80% влажности, которая идет на удобрение /Лапинскене Н.А. , Путра Г.И., Путаускас Д.В. Технология орошения культурных лугов сапропелевой пульпой и его влияние на свойства почвы и подземную фитомассу сообщества. Тр. АН ЛитССР "B" - 1989 - N1, с. 29-37/.

После извлечения на поверхность пульпа может быть обезвожена до любой другой необходимой степени влажности с получением концентрата для дальнейшего применения сапропеля /Relnmann W., Schuster M. Entwasserung Von Belebtsehlamm uber Sehlammrntwasserungs plubre /Arch. acker - und pflanzenban und Bodenk 1988. 32, N 5, с. 337-343/ После обезвоживания сапропелевый продукт обрабатывают с получением концентрата в виде удобрений /Лопатко М.З., Кузьмицкий Л.Л. и Вуцка А.Д./ Сапропель - основа для производства удобрений/ Повышение эффективности мелиорации и водного хозяйства на Дальнем Востоке, Владивосток, 1987, ч.1, с. 154-156/. Возможно приготовление удобрений с навозом, птичьим пометом и др., в виде сапропелевых компостов путем смешивания упомянутых компонентов.

Недостаткам способов добычи сапропеля из водоемов и получения концентратов является относительно узкая область применения сапропеля /для удобрений/, сложные и длительные технологии/.

Сапропелевый концентрат может включать значительное количество песка, обычно присутствующего в отложениях /Евдокимова Г.А. и др. Сапропель как основа приготовления удобрений/ Beyi АН БССР сеч. сельскогаспад Н. Извит. АН БССР, сер, с/х н-к, 1961, N 2, стр. 50-56/. - Зольность кремнеземистых сапрепелей может достигать 65% и выше.

Недостаток упомянутых способов добычи сапропеля из водоемов и получения сапропелевого концентрата состоит также в том, что в концентрате остается значительная часть песка, присутствующего в сапропелевом отложении, содержание которого может быть значительным. Это, очевидно, обусловит пониженное содержание органических компонентов в сапропелевом концентрате.

Общим недостатком упомянутых известных технических решений является нарушение экологической обстановки в водоеме вследствие извлечения сапропелевой залежи вместе с донным слоем, поверхность которого, сам слой и толща воды над ним представляют собой среду обитания организмов в водоеме.

Предлагаемый способ отличается опережающим формированием выработок всасывающим шлангом с наконечником - в виде щелей, которые затем исчезают, и извлечением сапропеля залежи через эти наконечник и шланг из-под донного слоя с одновременным опусканием донного слоя в выработанное пространство залежи по мере извлечения сапропеля.

В способе, предлагаемом нами, также предусмотрено выделение песка, обогащенного сапропелем, что повышает качество сапропелевого концентрата и позволяет более полно и эффективно использовать все компоненты сапропеля, в т.ч. упомянутый песок для удобрений и в строительстве.

Обработка гидромассы щелочью в нашем способе позволяет расширить область применения сапропеля - для получения гуматов.

Схема реализации изобретения показана на фиг. 1-4: на фиг. 1 показана технологическая схема предлагаемого способа в общем виде /начальная стадия/;
на фиг.2 - то же, последующая стадия; в пределах водоема;
на фиг.3 - то же, вид сверху, в пределах водоема;
на фиг. 4 - реализация способа на фиг. 2 после разработки залежи сапропеля.

Залежь 1 сапропеля 2 в водоеме 3 над толщей 4 воды, включающая донный слой 5 мощностью 1,5 м, разрабатывают посредством образования временных щелей 6 и извлекают в виде гидромассы 7 /гидропульпы/ посредством плавучего зем. снаряда 8, содержащего насос 9 с погружной всасывающей линией в виде шланга 10 с заборным фильтрующим наконечником 11, перемещаемыми в толще залежи 1 /с оставлением за собой временных щелей 6/, и с напорной линией 12 с подсоединенными к ней последовательно сепаратором 13 песка 14, реакционную емкость 15 с дозатором 16 щелочи 17, шламонакопителем 18 и с линией 19 отвода водных растворов 20 гуматов, снабженной осушительным устройством 21 для получения порошка 22 гуматов. В реакционной емкости 15 образуется смесь 23 гидромассы 7 и щелочи 17. В шламонакопителе 18 собирается шлам 24. Водоем 3 может пересекать водоносный пласт 25 с водой 26, освобождаемое пространство 27. Предлагаемый способ осуществляют конкретно следующим образом.

В самом простом случае в водоеме плавучий земснаряд 8 размещают так, что бы заборный фильтрующий наконечник 11 на всасывающем шланге 10 был опущен сверху в сапропель 2 на глубину, равную по крайней мере толщине слоя 5 /толщине слоя зоны обитания организмов/. Затем перемещают всасывающий шланг 10 с включенным насосом 9 для образования временных щелей 6. Опускание заборного наконечника 11 и шланга 10 осуществляют под их собственным весом, а перемещения с образованием щелей 6 - на плавбазе земснаряда 8 /фиг. 2 и 3/.

Образующиеся вслед за перемещаемыми шлангом 10 и фильтрующим наконечником 11 щели 6 вследствие подвижности сапропеля, /верхние слои, которого находятся во взвешенном состоянии/ быстро заполняются окружающей сапропелевой средой /фиг. 3/. Расположенный при этом заборный наконечник 11 ниже верхнего донного слоя 5 обеспечивает забор гидромассы ниже этого слоя 5, вырабатывая таким образом весь объем залежи 2 ниже этого слоя 5 /за исключением этого слоя 5/.

По мере откачки этого сапропеля 2 благодаря горизонтальной поверхности контакта верхнего слоя 5 и сапропелевого материала ниже него, этот слой 5 будет постепенно опускаться. При этом необходимо опускать вместе с этим слоем 5 или с опережением заборный наконечник 11 на всасывающем шланге 10 при одновременном их перемещении с образованием временных щелей 6.

В итоге весь сапропель 2 ниже слоя 5 в виде гидромассы 7 из залежи 1 будет извлечен постепенно сверху вниз на всю глубину залежи 1. При этом нетронутый верхний донный слой 5 будет опускаться в освобождаемое от сапропеля 2 пространство 27 залежи 1 с сохранением экологических условий в придонной зоне. Весь откаченный сапропель 2 в виде гидромассы 7 поступает во всасывающий шланг 10. Из всасывающего шланга 10 посредством насоса 9 гидромасса 7 по напорной линии поступает в сепаратор 13, в котором из гидромассы 7 отделяют обогащенный сапропелем песок 14 для строительных материалов. Остальная гидромасса 7 поступает в реакционную емкость 15, в которую из дозатора 16 поступает щелочь 17 в количестве 0,2% от массы подученной смеси, которую нагревают до 60-90^oС до получения водного раствора 20 гуматов, которые отделяют от более тяжелого шлама 23 в шламонакопителе 18 Водный раствор 20 гуматов все под напором от насоса 9 подают далее в осушительное устройство 21, в котором, например, выпариванием получают концентрат в виде порошка 22 гуматов.

Способ может быть более эффективно осуществлен с помощью образования одновременно нескольких расположенных на равном расстоянии друг от друга щелей, формируемых с помощью соответствующего количества горизонтальных возвратно-поступательных перемещений всасывающего шланга с заборным фильтрующим наконечником. Такие щели в нашем описании образованы последовательно. Скорость углубки шланга с наконечником может превышать скорость опускания верхнего слоя залежи. Концентрат после выделения обогащенного сапропелем песка для строительных материалов может быть получен сразу обезвоживанием и полностью или частично использован как сапропелевый компонент в приготовлении удобрений, буровых жидкостей и т.д.

Регулирование содержания сапропеля в обогащенном сапропелем песке может быть достигнуто применением флокулянта, а равномерность состава такого песка - механическим его перемешиванием.

Пример.

Залежь сапропеля в водоеме пос. Поляны, Карельский перешеек, под слоем воды 1,5 м. Характеризуется площадью 218 га; мощностью 10 м, плотностью сапропеля - верхний слой во взвешенном состоянии, зольность более 70%, 50% - песок, гуматов до 27%, количество - более 8 миллионов тонн.

При реализации способа применили плавучий земснаряд с насосом производительностью 250 м³/ч с всасывающим заборным фильтрующим наконечником с напорной линией до 600 м длиной и всасывающим шлангом d = 200 мм. Скорость транспортировки сапропелевой гидромассы 2,2 м/сек. Заборный фильтрующий наконечник для получения гидромассы с сапропелем 20 мас.% установили на поверхность залежи сапропеля посредине водоема и включили насос на производительность 250 м³/ч, что оказалось достаточным для углубки наконечника под собственным весом. С глубины 1,5 м при прежней производительности насоса до 250 м³/ч углубку наконечника снизили до 1,0 м /прежняя 1,5 м/, а шланг стали перемещать для образования щелей.

В результате в течение 10 часов часть залежи /600 т/ была выработана за исключением донного слоя толщиной 1,5 м, который опустился в выработанное пространство залежи, слой воды в 1,5 м над донным слоем опустился вместе с донным слоем сверху него с сохранением таким образом экологических условий придонной зоны 3 м.

Из напорной линии насоса гидромасса сапропеля поступила в сепаратор емкостью 60 м³, в котором в результате изменения скорости потока до величин, близких к 0, песчаные тяжелые зерна, в том числе с налипшими частицами сапропеля оседали в образованием обогащенного сапропелем песка:
содержание кремния до 95%.

Отделенная от песка гидромасса поступила в реакционную емкость 60 м³, в которую также добавляли щелочь NaOH в количестве 0,2 мас.% и в ней смешивали, одновременно смесь подогревали до 65^oC, При этой температуре смесь находилась в течение 60 мин, после чего осветленная часть смеси, представляющая собой водный раствор гуматов, направлялась в выпариватель, в котором отделяли воду. Осадок представляет собой порошок концентрата гуматов.

Характеристику гуматов прилагаем.

Выдержка нагретой смеси в течении 60 мин обеспечивает выделение гуматов не более 15%, чтобы обеспечить отсутствие в шламе щелочи NaOH.

Выделение обогащенного сапропелем песка повышает качество концентрата сапропеля, который применяют для получения удобрений. Сам выделенный обогащенный сапропелем песок может быть применен в строительстве при создании цементов и бетонов, в которых присутствие сапропеля повышает прочностные свойства и улучшает некоторые другие характеристики.

Обработка гидропульпы сапропеля щелочью с нагреванием смеси обеспечивает получение водных растворов гуматов, после выпаривания которых получают порошки гуматов, которые применяют в растениеводстве, производстве кормов, медицине, технике /присадки к топливам маслам и т.д.//

Формула изобретения

1. Способ получения сапропелевого концентрата, включающий добычу сапропелевой гидромассы из сапропелевой залежи в водоеме с образованием траншей на всю ее глубину и обезвоживание гидромассы, отличающийся тем, что заборный наконечник на всасывающем шланге земснаряда опускают в залежь на глубину, по крайней мере равную толщине верхнего слоя сапропеля - зоны обитания организмов водоема, и образование траншей осуществляют перемещением шланга с наконечником в виде временных щелей за ними с подвижными сходящимися стенками, с откачкой при этом сапропелевой гидромассы ниже упомянутого верхнего слоя залежи и с постепенным опусканием этого слоя и перемещаемых шланга и наконечника по мере выработки сапропеля до подошвы залежи, при этом всасываемую гидромассу сапропеля по напорной линии направляют на обезвоживание в установку непрерывного действия путем сепарирования и высушивания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед обезвоживанием из гидромассы выделяют более тяжелый шлам, состоящий из зерен песка, в том числе с налипшими частицами сапропеля, в виде обогащенного сапропелем песчаного концентрата, пригодного для удобрений и получения строительных материалов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед обезвоживанием гидромассу нагревают и обрабатывают щелочью NaOH путем введения в количестве 0,2% от общей массы и перемешивания с гидромассой до образования водных растворов гуматов, которые обезвоживают, например выпариванием, до образования порошка концентрата гуматов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4