PL248547B1 - Materiał filtracyjny oraz sposób wytwarzania materiału filtracyjnego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest materiał filtracyjny drobnoziarnisty, który wykonany jest z trawertynu i zawiera co najmniej 95% wag. węglanu wapnia CaCO₃ oraz zawiera on krzemian wapnia CaSiO₃, ortokrzemian wapnia CaSiO₄ i tlenek wapnia CaO. Jego gęstość właściwa jest z zakresu od 2,6 do 2,8 g/cm³. Zgłoszenie obejmuje także sposób otrzymywania materiału filtracyjnego, który prowadzi się w czterech etapach z wykorzystaniem trawertynu w postaci skały surowej. W pierwszym etapie trawertyn kruszy się i przesiewa się go do uzyskania ziaren o wielkości od 1 do 5 mm, zaś w drugim etapie ten trawertyn przemywa się co najmniej dwukrotnie. Kolejno w trzecim etapie przemyty trawertyn suszy się, a następnie w czwartym etapie wysuszony trawertyn wypraża się w temperaturze od 500 do 1000°C.

Description

Przedmiotem wynalazku jest materiał filtracyjny oraz sposób wytwarzania tego materiału filtracyjnego.

Powszechnie znane są materiały filtracyjne stosowane w procesach filtracji do oczyszczania i do pochłaniania zanieczyszczeń z filtrowanego medium. Najbardziej rozpowszechnione w zastosowaniu są piaski kwarcowe, węgiel antracytowy, węgiel aktywny, diatomit, chalcedonit, zeolit, klinoptylolit, kwarcyt, marmur, wapień, bazalt. Materiał filtracyjny może stanowić materiał pochodzenia naturalnego, taki jak skała lub minerały, materiał syntetyczny albo materiał odpadowy pochodzenia przemysłowego lub poprodukcyjnego. Materiał filtracyjny może być materiałem inertnym - obojętnym chemicznie lub reaktywnym z właściwościami sorpcyjnymi względem substancji chemicznych. W gronie materiałów reaktywnych, wykazujących zdolności, zwłaszcza do wiązania fosforu na drodze sorpcji i wytrącania, znajdują się materiały naturalne, syntetyczne - sztuczne i odpadowe, co znane jest z publikacji S. Gubernat, A. Masłoń, J. Czarnota, P. Koszelnik pt.: „Reactive Materials in the Removal of Phosphorus Compounds from Wastewater - A Review”, Materials 2020, 13(15), 3377. Do naturalnych sorbentów zaliczyć można boksyt, getyt, diatomit, opokę, glinę akadama, lateryt, łupek ilasty, zeolit, bentonit, kalcyt, dolomit, sepiolit, marmur, piasek, wapień, wollastonit, żwir. Do materiałów odpadowych natomiast zaliczane są żużle stalowe, węglowe, piecowe, wielkopiecowe, biowęgle, popiół lotny, beton komórkowy, odpady tlenku żelaza, pył ceglasty, popiół z klinkieru, czerwony szlam, odpady z oczyszczania kwaśnych wód kopalnych. Do grupy materiałów sztucznych zaliczany jest piasek syntetyczny pokryty tlenkiem żelaza, piasek naturalnie pokryty tlenkiem żelaza, pokruszona cegła pokryta tlenkiem żelaza, nanokompozyt magnetyczny diatomitu, nanokompozyt illitu glinowego oraz modyfikowany montmorylonit, bariery nanowalentne oraz porowate kruszywa dostępne w handlu.

Z opisu patentowego PL152033B1 znany jest sposób wytwarzania sorbentów mineralno-węglowych przeznaczonych do stosowania w przemyśle spożywczym, chemicznym i farmaceutycznym. W tym znanym sposobie sorbenty mineralno-węglowe wytwarzane są z porowatych substancji nieorganicznych takich jak ziemie krzemionkowe, okrzemkowe, glinokrzemianowe i inne minerały ilaste pokryte substancjami organicznymi bogatymi w węgiel pierwiastkowy przez karbonizację w ograniczonej przestrzeni. W tym znanym sposobie proces prowadzi się przy ciągłym mieszaniu i zmienia się strefowo temperaturę oraz skład gazów, wprowadzając kontrolowaną ilość powietrza, niezbędną do wytworzenia na matrycę mineralnej zwęglonej substancji organicznej od 1 do 25% wag., najkorzystniej w ilości 600-2100 m³ na 100 kg substancji organicznej zawartej na matrycy nieorganicznej. Na wejściu utrzymuje się temperaturę minimum 273 K, a w obszarze doprowadzanie powietrza od 673-1273 K, najlepiej 773-873 K.

Z opisu patentowego PL166564B1 znany jest materiał filtracyjny zawierający krzemionkę, który stanowi odpowiednio rozdrobniona i wyselekcjonowana wysokokrzemionkowa skała chalcedonitowa, zawierająca krzemionkę niekrystaliczną w postaci chalcedonu i opalu oraz niewielką domieszkę krzemionki krystalicznej, w postaci kwarcu, w sumarycznej ilości nie niniejszej niż 95% wag., przy czym ilość krzemionki krystalicznej w postaci kwarcu nie przekracza 6,6% wag., a ponadto posiada oraz w swoim składzie nie więcej niż 3,5% wag. pozostałych tlenków, takich jak: tlenek glinu, tlenek wapnia, tlenek żelaza, tlenek magnezu, tlenek sodu, tlenek potasu i tlenek tytanu.

W opisie patentowym PL186444B1 został ujawniony sposób usuwania fosforu ze ścieków biologicznie oczyszczonych z wykorzystaniem procesu filtracji, za pomocą wapna, przy czym pH ścieków zawierających do 13 g PO4/m³ koryguje się wapnem do uzyskania pH w granicach od 8,9 do 9,1 i następnie filtruje w kierunku z dołu do góry z prędkością 5,0 m/h przez złoże filtracyjne zaimpregnowane fosforanem wapnia o wysokości co najmniej 0,7 m i uziarnieniu materiału filtracyjnego d10 = 0,6 mm i d60 = 1,75 mm. Po kolejnych cyklach filtracji i uzyskaniu objętości skutecznie oczyszczonych ścieków większej niż 40 objętości złoża filtracyjnego, złoże spulchnia się, płucze filtratem pozbawionym związków fosforu o pH=9,0 lub wodą wodociągową o pH skorygowanym wapnem do pH = 9,0 i następnie włącza je do dalszej eksploatacji.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku PL350019A1 znane jest wypełnienie filtracyjne do usuwania związków fosforu ze ścieków i sposób otrzymywania wypełnienia filtracyjnego do usuwania związków fosforu ze ścieków. To znane wypełnienie filtracyjne do usuwania związków fosforu ze ścieków stanowią żelowe kapsułki alginianowo-żelazowe, składające się z dwóch warstw: jądra utworzonego przez jony żelaza oraz zewnętrznej otoczki stanowiącej substancję aliginianową. Znany natomiast sposób otrzymywania wypełnienia filtracyjnego do usuwania związków fosforu ze ścieków polega na tym, że mieszaninę alginianu z wodorotlenkiem żelaza wkrapla się do roztworu chlorku wapnia, stosując ciągłe mieszanie, a wytrącone kapsułki pozostawia się w roztworze chlorku wapnia do momentu ich utwardzenia, po czym przemywa się wodą.

W opisie zgłoszeniowym wynalazku PL377886A1 został ujawniony sposób modyfikacji zeolitu naturalnego oraz sposób doczyszczania ścieków z zastosowaniem tego zeolitu, które rozwiązują zagadnienie oczyszczania ścieków z zastosowaniem zeolitów naturalnych modyfikowanych ditlenkiem manganu w procesie filtracji złożonej. Ścieki oczyszczone, w oczyszczalni, doczyszczane są na złożu filtracyjnym, którego wypełnieniem jest naturalny zeolit modyfikowany ditlenkiem manganu. Po wyczerpaniu pojemności sorpcyjnej i katalitycznej zeolit jest regenerowany roztworem H2O2, zwłaszcza 2-3% oraz roztworem KMnO4, zwłaszcza 0,3%. Modyfikacja zeolitu polega na przemyciu zeolitu kwasem solnym oraz wypłukaniu wodą. Następnie ziarna zeolitu są traktowane w pierwszej kolejności roztworem chlorku manganu (II) i suszone w wyparce próżniowej, a w drugiej roztworem manganianu (VII) potasu i ponownie poddawane są suszeniu w wyparce próżniowej. Przed zastosowaniem ziarna są płukane wodą.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku PL419736A1 znany jest sposób wytwarzania materiału filtracyjnego na bazie tufu bazaltowego, który polega na przetworzeniu mechanicznym albo mechanicznym i termicznym albo mechanicznym, termicznym i chemicznym tufu bazaltowego. Podstawowym składnikiem odpadowego tufu bazaltowego jest krzemionka oznaczona w postaci SiO2 w ilości od 47,2% do 66,22% wag, a także inne składniki tworzące różne materiału, które są przedstawione w postaci tlenków takich jak: Fe2O3 w ilości od 12,31% do 14,49% wag., AI2O3 w ilości od 10,73% do 13,9% wag., MgO w ilości 3,74% do 7% wag., CaO w ilości 1,67% do 2,79% wag., K2O w ilości 1,48% do 2,43% wag., Na2O w ilości od 0,59% do 4,87% wag., P2O5 w ilości od 0,14% do 2,43% wag., TiO2 w ilości od 0,21% do 1,34% wag., MnO w ilości od 0,09% do 0,17% wag., SO3 w ilości od 0,03% do 1,98% wag., H2O w ilości od 0,43% do 5,22% wag. oraz inne zanieczyszczenia w ilości od 1,62% do 2,13% wag. Przetworzenie tufu bazaltowego polega na kruszeniu wydobytego surowca i na wyselekcjonowaniu po procesie kruszenia składu ziarnowego o wielkości ziaren od 1 mm do 3 mm. Wyselekcjonowane ziarna tufu bazaltowego stanowią materiał filtracyjny o sorpcyjności odpowiadającej piaskom kwarcowym. Dla uzyskania znacznie większej pojemności sorpcyjnej korzystnym jest poddanie wyselekcjonowanych ziaren materiału filtracyjnego procesowi prażenia w temperaturze od 105°C do 500°C w czasie nie dłuższym niż 6 godzin. Powstałe w procesie prażenia granule charakteryzują się wysoką porowatością, a zatem wysoką zdolnością sorpcyjną i całkowitym brakiem toksycznych domieszek, co jest szczególnie istotne w procesach uzdatniania wody pitnej.

W opisie patentowym PL216631B1 został ujawniony sposób wytwarzania sorbentu do odsiarczania spalin, w którym sorbent wytwarza się z trawertynu. Urobiony trawertyn rozkrusza się i przesiewa do rozmiaru poniżej 60 mm, po czym miele się go w młynie rolowo-misowym do rozmiaru ziaren poniżej 60 gm. Następnie aktywuje się zmielony trawertyn w młynie elektromechanicznym, doprowadzając ziarna trawertynu do zderzeń ze sobą przy obecności mielników ferromagnetycznych, które stanowią do 15 do 20% objętościowo wsadu młyna. Użyty w wynalazku trawertyn występuje w formie surowej.

Z opisu patentowego PL/EP3271069T3 znany jest natomiast materiał do odkwaszania lub zwiększania twardości cieczy, sposób jego wytwarzania oraz zastosowania. Ujawniony w nim materiał filtracyjny ma zawartość węglanu wapnia wynoszącą ponad 97%. Nie jest jednak wskazane, że materiałem tym jest trawertyn.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego materiału filtracyjnego, który będzie miał dobrą zdolność sorpcyjną, a jednocześnie będzie łatwy i tani w pozyskiwaniu. Celem wynalazku jest również opracowanie nowego sposobu wytwarzania tego nowego materiału filtracyjnego.

Materiał filtracyjny drobnoziarnisty, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykonany jest z trawertynu i zawiera on co najmniej 95% wag. węglanu wapnia CaCO3 oraz zawiera on krzemian wapnia CaSiO3, ortokrzemian wapnia CaSiO4 i tlenek wapnia CaO, a ponadto jego gęstość właściwa jest z zakresu od 2,6 do 2,8 g/cm³, zaś wielkość jego ziaren jest z zakresu od 1 do 5 mm.

Sposób wytwarzania materiału filtracyjnego, w którym skruszone ziarna przemywane są wodą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że prowadzi się go w czterech etapach z wykorzystaniem trawertynu w postaci skały surowej, przy czym w pierwszym etapie trawertyn kruszy się i przesiewa się go do uzyskania ziaren o wielkości od 1 do 5 mm, zaś w drugim etapie ten trawertyn przemywa się wodą co najmniej dwukrotnie, po czym kolejno w trzecim etapie przemyty trawertyn suszy się, a następnie, w czwartym etapie, wysuszony trawertyn wypraża się w temperaturze od 500 do 750°C w czasie co najwyżej 1 godziny.

Korzystnie w pierwszym etapie trawertyn kruszy się i przesiewa się w młynie sitowym, zaś w drugim etapie trawertyn przemywa się w płuczce mieczowej, a ponadto w czwartym etapie trawertyn wypraża się w piecu rotacyjnym.

Ten nowy materiał filtracyjny, według wynalazku, może być stosowany jako materiał reaktywny sorbent w układach jednorodnych lub jako materiał reaktywno-filtracyjny w filtrach kolumnowych w procesach filtracyjnych, szczególnie ukierunkowanych na usuwanie fosforu z roztworów wodnych, zwłaszcza ścieków. Zaletą tego nowego materiału filtracyjnego jest bardzo dobra zdolność sorpcyjna, wysoka porowatość, brak toksycznych domieszek, łatwość pozyskiwania oraz niski koszt ich wytworzenia.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania.

Materiał filtracyjny, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania jest drobnoziarnisty i wykonany jest z wyselekcjonowanego trawertynu. Ten nowy materiał filtracyjny zawiera 95% wag. węglanu wapnia CaCO3 oraz zawiera on krzemian wapnia CaSiO3, ortokrzemian wapnia CaSiO4 i tlenek wapnia CaO, zaś jego gęstość właściwa jest z zakresu od 2,6 do 2,8 g/cm³.

Materiał filtracyjny, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania, taki jak w przykładzie pierwszym, z tym, że materiał filtracyjny zawiera 97% wag. węglanu wapnia CaCO3 oraz zawiera on krzemian wapnia CaSiO3, ortokrzemian wapnia CaSiO4 i tlenek wapnia CaO.

Sposób otrzymywania materiału filtracyjnego, według wynalazku, w pierwszym przykładzie realizacji prowadzi się w czterech etapach, w których obróbce poddaje się trawertyn. W pierwszym etapie skałę surową trawertynu kruszy się i przesiewa się młynie sitowym do uzyskania frakcji ziaren o wielkości od 1 do 5 mm. Następnie w drugim etapie trawertyn przemywa się wodą w płuczce mieczowej trzykrotnie. W trzecim etapie trawertyn suszy się, zaś w czwartym etapie wysuszony trawertyn wypraża się w piecu rotacyjnym w temperaturze 750°C w czasie 45 minut. Powstały w procesie prażenia materiał charakteryzuje się dobrą wytrzymałością mechaniczną oraz bardzo wysoką zdolność sorpcyjną zanieczyszczeń w stosunku do formy naturalnej.

Sposób otrzymywania materiału filtracyjnego, według wynalazku, w drugim przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym z tym, że, w drugim etapie trawertyn przemywa się dwukrotnie.

Sposób otrzymywania materiału filtracyjnego, według wynalazku, w trzecim przykładzie realizacji, taki jak w przykładzie pierwszym z tym, że w drugim etapie trawertyn przemywa się pięciokrotnie, zaś w czwartym etapie trawertyn wypraża się w piecu rotacyjnym - w temperaturze 500°C w czasie 1 godziny.

Claims (5)

1. Materiał filtracyjny drobnoziarnisty, znamienny tym, że wykonany jest z trawertynu i zawiera on co najmniej 95% wag. węglanu wapnia CaCO3 oraz zawiera on krzemian wapnia CaSiO3, ortokrzemian wapnia CaSiO4 i tlenek wapnia CaO, a ponadto jego gęstość właściwa jest z zakresu od 2,6 do 2,8 g/cm³, zaś wielkość jego ziaren jest z zakresu od 1 do 5 mm.

2. Sposób o wytwarzania materiału filtracyjnego określonego w zastrz. 1, w którym skruszone ziarna przemywane są wodą, znamienny tym, że prowadzi się go w czterech etapach z wykorzystaniem trawertynu w postaci skały surowej, przy czym w pierwszym etapie trawertyn kruszy się i przesiewa się go do uzyskania ziaren o wielkości od 1 do 5 mm, zaś w drugim etapie ten trawertyn przemywa się wodą co najmniej dwukrotnie, po czym kolejno w trzecim etapie przemyty trawertyn suszy się, a następnie, w czwartym etapie, wysuszony trawertyn wypraża się w temperaturze od 500 do 750°C w czasie co najwyżej 1 godziny.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w pierwszym etapie trawertyn kruszy się i przesiewa się w młynie sitowym.

4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że w drugim etapie trawertyn przemywa się w płuczce mieczowej.

5. Sposób według jednego z zastrz. od 2 do 4, znamienny tym, że czwartym etapie trawertyn wypraża się w piecu rotacyjnym.