Кварцевый песок, цеолит

Кварцевый песок дробленый из монолита
ТУ 571726 – 002 – 45588031 – 01

Химический состав

Физико-механические характеристики

Природный цеолит

Клиноптиолит: 70 – 90% Морденит: 0 – 20%. Цеолиты являются нестехиометрическими соединениями, составы которых изменяются в широких пределах, образуя ряды твердых растворов. Кристаллические структуры цеолитов состоят, как известно, из тетраэдров SiO₂ и AlO₄, соединенных вершинами в ажурные каналы, в полостях и каналах которых находятся катионы и молекулы H₂O. Плотность 1900 – 2800 кг/м³. Промышленные месторождения цеолитов представлены преимущественно цеолитсодержащими туфами с содержанием цеолита до 60 – 95%. Остальные 5 – 40% породы обычно представлены кварцем, полевыми шпатами, глинистыми материалами, остатками незамещенного вулканического стекла. Природный цеолит относится к устойчивым алюмосиликатам с каркасным строением кристаллической решетки, имеющим слоистую структуру.

Плотность цеолита – 2,2 – 2,6 г/см³

Насыпной вес 1,02 – 1,2 г/см³.

Промышленное использование

Промышленная ценность цеолитов обусловлена общим для этих минералов ажурным алюмокремнекислым каркасом, образующим систему полостей и каналов, размер входных окон которых достаточно велик (0,260 – 0,270 нм), чтобы в них могли проникнуть молекулы и ионы большинства неорганических и органических соединений. В полостях содержится поглощенная вода и катионы щелочных и щелочноземельных металлов, которые химически слабо связаны с каркасом. При осторожном нагревании цеолита до 400°C вода легко удаляется без нарушения кристаллической решетки минерала. По данным японских ученых, при нагревании клиноптилолита до 300°C он обезвоживается почти на 80%. После дегидратации цеолит представляет собой микропористую губку с объемом пор до 50% каркаса. Такая губка может снова адсорбировать воду и другие жидкие и газообразные вещества. Адсорбционный объем природных цеолитов определяется по поглощению паров воды и достигает 0,2 см³/см³.

Другое, не менее важное свойство, способность к легкому катионному обмену, происходящему также без каких-либо нарушений кристаллической структуры. Ионно-обменная емкость цеолитов зависит от их природы и месторождения и колеблется в пределах 2 – 5 мг-экв/г.

Из природных цеолитов наибольшую значимость имеют клиноптилолит и морденит. Используется для очистки питьевой и технической воды. Клиноптилолитовый состав и высокая пористость материала обеспечивает очистку воды не только от грубозернистых и взвешенных частиц, но и от коллоидных частиц минерального и органического происхождения, снижает жесткость воды.

Позволяет успешно вести очистку воды с высокой мутностью (от 30 до 500 мг/л) до конечной мутности фильтрата не более 0,5 мг/л. Обеспечивает надежную очистку от азотсодержащих соединений и наиболее селективно от солей аммония. Удаляет тяжелые металлы и радиоактивные изотопы стронция и цезия.

Фильтрация воды

Областью применения цеолитового материала могут быть все станции водоочистки, имеющие в своем составе фильтровальные сооружения. Дробленый цеолит может использоваться вместо кварцевого песка и других фильтрующих материалов, как при проектировании новых очистных сооружений, так и при реконструкции существующих станций водоподготовки. Конструктивное решение цеолитовых фильтров принимается с учетом производительности сооружений, местных условий, качества воды источника, требований заказчика и т.д. При использовании цеолита допускается применение фильтровальных сооружений любого типа и конструкции. Использование фильтровальных сооружений с цеолитовой загрузкой в технологических процессах кондиционирования природных вод (взамен традиционных применяемых для этих целей фильтрующих материалов) позволяет:

• улучшить технологические параметры процесса фильтрования на скорых фильтрах, а именно, увеличить скорость фильтрования до 8 – 11 м/ч; фильтроцикл – на 4 – 16 часов; грязеемкость – на 50 – 100%. Уменьшить потери напора в фильтрующем слое;
• интенсифицировать работу сооружений за счет увеличения скорости фильтрования и продолжительности фильтроцикла на 20 – 50%;
• сократить расход воды на промывку фильтров на 10 – 13% за счет увеличения грязеемкости фильтрующего слоя и увеличения цикла фильтрования;
• улучшить качество очищенной воды по основным органолептическим, физико-химическим и биологическим показателям;
• значительно интенсифицировать процессы коагуляционной обработки воды контактным методом в толще фильтрующей загрузки и улучшить качество воды по соединениям алюминия после коагулирования ее в отстойниках;
• обеспечить фильтровальным сооружениям барьерную роль при локальном загрязнении водоисточника некоторыми специфическими ингредиентами: ионами, катионами тяжелых металлов, радионуклидами и др.;
• создать эффективные технологии очистки подземных вод от соединений железа с учетом его исходных концентраций (от 0.5 до 20 мг/л) и форм нахождения в водоисточнике;
• вводить в технологии очистки воды от трудноудаляемых компонентов (например, марганца, фтора и т.п.) процессы модификации фильтрующего слоя, получая при этом высокоэффективные композиты направленного действия.

Кроме того, в ряде случаев применение цеолита позволяет сократить количество реагентов на предварительную обработку воды, снижая тем самым ее себестоимость. Применение цеолита в традиционных технологических схемах очистки воды не требует специальной регенерации фильтрующего слоя. Цеолитовые фильтровальные сооружения подлежат обычной водной или водо-воздушной промывке.

Регенерация цеолитового фильтрующего слоя необходима в том случае, если для очистки воды используется специальная технология, включающая как сорбционные или ионообменные, так и соответствующие регенерационные процессы.

Преимущество цеолитовой загрузки фильтров по сравнению с песчаной следующие:

• цеолит относится к классу катионообменников и обладает хорошими сорбционными, молекулярно-ситовыми и каталитическими свойствами; кварцевый песок относится к инертным материалам;
• коэффициент формы зерен для цеолита равен 2.4 для кварцевого песка – 1.2;
• начальный гидравлический уклон для цеолитовой загрузки в 2 раза меньший, чем для песчаной;
• продолжительность работы цеолитового фильтра до момента достижения предельной потери напора в 2.5 раза, а время защитного действия – в 3 раза выше, чем песчаного;
• межзерновая пористость цеолита составляет 51 62%, что на 13 16% выше, чем у кварцевого песка;
• внешняя поверхность цеолита составляет 18 м²/г. из них на долю макропор приходится 1 – 2 м²/г. Это на порядок выше, чем поверхность кварцевого песка – 0.12 м²/г.