Вы можете ознакомиться с изобретениями Николая Егина
Данный сайт остается как память об изобретателе

Установка для добычи золота из воды - «Лента-СДМ»

Способы и устройства для извлечения редкоземельных и драгоценных металлов из воды и различных стоков были опубликованы в журнале (см. журн. «ИР» № 5 2004 г. «Золотые хвосты», «ИР» № 3 2009 г. «Пора море морщить», «ИР» № 5 2011 г. «За драгметаллами с живой водой»). Все предложенные устройства работают на принципе электролизной регенерации ионных фильтров, поэтому носят названия «РИФ-12», «РИФ-24», «РИФ-50».

Исходным сырьем для этих устройств служат мельчайшие частицы, растворенных в жидкости металлов - ионы с размерами молекулярного уровня. Поймать их промывочными лотками, драгами и другими механизмами невозможно, как золотой песок и самородки, поэтому электролизные «РИФы» успешно заняли свою микроэлементную нишу. Для улова средних и крупных частиц драгметаллов техника давно разработана, постоянно усовершенствуется, вот только беда в том, что месторождения вырабатываются, а новых нет. Вместе с тем, существует достаточно распространенная промежуточная форма состояния драгметаллов, например, золота в виде мелких чешуек, размеры которых составляют сотые доли от величины песчинок. Это так называемые мелкодисперсное золото появляется во многих ручьях и речках Сибири и др. регионах при таянии снегов в из верховьях. Стремительные потоки талой воды вымывают из рыхлых горных пород эти драгоценные блестки и несут их в придонных слоях. В чистой воде на мелководье они хорошо видны, но поймать их «РИФами», лотками и драгами невозможно. Для первых они слишком крупные, для вторых — мелкие, поэтому промежуточная ниша добычи мелкодисперсных драгметаллов оказалась пустой.

Николай Егин изобрел и разработал новую технологию - установку для извлечения мелкодисперсного золота в промышленных объемах. Эксперименты показали, что наиболее эффективно на тонкие чешуйки металла оказывают влияние электростатические заряды чешуйки подобно тонкой фольги в конденсаторах собирают на себе заряды и сохраняют их в диэлектрической среде. Поскольку талая вода в ручьях и речках чистая и имеет низкую электропроводность, мы решили воспользоваться этим. Схема устройства для добычи золота из воды изображена на рисунке 1.

Рис. 1. Установка для добычи драгоценных металлов - золота из воды «Лента-СДМ»

В дно реки забили шпильки 1 с пластиковыми роликами 1, через которые пропустили бесконечную ленту 3. Основание ленты изготовили из прорезиненного брезента в котором завулканизировали нити из полимера с упругим ворсом из токопроводящих углеродных волокнистых структур (УВС) с внешней стороны 4. Лента 3 копировала уклон дна реки или ручья с одной стороны и проходила через коробку рекомбинатора 5 зарядов в расположенную у берега. На расстоянии около 1 метра вверх по течению установили вторую неподвижную ленту 6 параллельно первой подвижной ленте 3, привод которой выполнял электродвигатель 7 с редуктором, установленные в коробке рекомбинатора 5 зарядов. Последняя имела заземление и съемную кассету 8 с моющим раствором. Источником тока (блок питания) 9 служил автомобильный аккумулятор, водяной или ветрогенератор на + 24 В с умножителем напряжения 10.

В придонных слоях чешуйки мелкодисперсного золота в турбулентных потоках воды касались волокон из УВС на неподвижной ленте 6 и заряжались до напряжения 200 250 В. Затем проходили 1 метр в воде не успев потерять свой положительный заряд и падали на внешнюю поверхность подвижной ленты 3. Расстояние в 1 метр между лентами 6 и 3 было выбрано опытным путем, так чтобы ленты не разряжались между собой при меньшем зазоре и не терялись заряды на чешуйках золота при большом расстоянии. Поскольку полимерные нити с УВС на поверхности ленты 3 были заряжены от умножителя напряжения 10 отрицательно, то положительно заряженные чешуйки золота под действием сил электростатики (закон Кулона) притягивались, внедрялись в нити и удерживались в них. Диаметр, длина и упругость этих нитей были были выбраны так, что более крупные частицы песка и гальки прокатывались через них не застревая, т.к. Имели большую кинетическую силу и давление воды. Не могло их удержать и достаточно слабое электрическое поле. На мелкие чешуйки золота оптимально подобранное электрическое поле и упругость волокон оказывали доминирующее значение и надежно удерживали их. Электродвигатель 7 с редуктором перемещал ленту 3 со скоростью не более 0,1 м/сек, так, что все золото, собранное на ленте 3 поступало в коробку рекомбинатора 5 зарядов. С помощью роликов лента 3 меняла направление движения на 180 º и поступала в съемную кассету 8 с моющим раствором, который имел высокую электропроводность и гидрофобность. Заземление коробки 5 и кассеты 8 совместно с указанным расположением в них ленты 3 и свойствами моющего раствора полностью снимали статическое электричество с чешуек золота и полимерных нитей с УВС на ленте 3. Кроме того, гидрофобность раствора резко снижала силы поверхностного натяжения между частичками золота и деталями устройства, что полностью устраняло налипание мелких чешуек золота на них. Очищенная лента 3 продвигалась снова в зону улавливания мелкодисперсного золота, а концентрат из кассеты 8 отбирался на переработку.

Устройство «Лента-СДМ» (сбор драгоценных металлов) содержит небольшое количество деталей, простое в изготовлении и эксплуатации, поэтому легко может освоено малыми предприятиями. При достаточно большой концентрации мелкодисперсного золота в воде устройство собирает до 350 400 грамм в сутки при расходе электроэнергии не более 0,1 кВт/час. При малых концентрациях движение ленты 3 целесообразно сделать в импульсном режиме, для этого электродвигатель 7 с редуктором включают к блоку питания 9 через реле времени 11. Промежуток времени между включениями движения ленты 3 выбирают таким, чтобы на поверхности ленты собралось достаточно много мелкодисперсного золота. Путь движения ленты при этом должен быть не меньше длины ленты, находящейся в кассете 8 рекомбинатора 5 зарядов. Все это дополнительно повышает степень очистки ленты от мелкодисперсного золота и снижает расход электроэнергии не менее, чем на порядок.

«Лента-СДМ» может быть использована не только на ручьях и реках Сибири для сбора золота, но и в других регионах России и за рубежом. Мелкодисперсное состояние металлов и минералов достаточно распространено в рыхлых горных породах по всему миру. Более того, при правильном подборе электростатических и механических параметров конструкции «Лента-СДМ» способна выполнять промышленную добычу целого ряда редкоземельных и цветных металлов из морской воды, имеющей высокую электропроводность. Устройствами, аналогичными «Ленте-СДМ» отдельные фирмы успешно добывают уран из морской воды. Можно применить новую технологию и для различных производственных целей в химической, медицинской, пищевой, нефте — газовой и др. отраслях хозяйства. Способ и устройство патентуется, имеется ряд «НОУ-ХАУ».

Все представленные на сайте изобретения имеют авторские свидетельства на изобретение, чертежи и конструкторскую документацию. Автор – Николай Егин.

Уран, золото, литий - в соленой воде растворены миллиарды тонн ценного сырья. Раньше процесс извлечения полезных веществ из воды был необычайно трудоёмким. Теперь исследователи собираются, наконец, извлечь этот клад из морских пучин.

16 05 2016
14:18

В океанах хранятся приблизительно четыре миллиарда тонн урана и десятки тысяч килограммов золота

Море это золотой рудник. Во всяком случае, если вы знаете, где нужно искать. Обычно один литр морской воды содержит всего несколько миллиардных долей грамма золота. Но недавно исследователи из Германии и Исландии обнаружили кипящий золотоносный источник: на исландском полуострове Рейкьянес. Там, концентрация золота в полмиллиона раз выше, чем в обычной морской воде.

Не только этот драгоценный металл, но и другие ценные вещества в огромных количествах растворены в морской воде. В море покоятся коло четырех миллиардов тонн урана. Этого достаточно, чтобы удовлетворять энергетические потребности человечества в течение 10000 лет. Или, например, литий: Этот редкоземельный химический элемент используется для батарей в планшетах или смартфонах. Все больше и больше стран инвестируют в изучение того, как можно использовать океаны в качестве нового источника ресурсов. Но нужно понимать, что вылавливание сырья из воды задачка далеко не тривиальная.

В Германии Центр океанических исследований имени Гельмгольца (Geomar) в Киле участвовал в открытии месторождений золота в горячих источниках в Исландии. "Измеренные концентрации достаточно точно указывают на значительные месторождения золота", − говорит Марк Ханнингтон, руководитель рабочей группы по разведке морских ресурсов Geomar.

Команда считает, что геотермальные резервуары полуострова Рейкьянес содержат, по меньшей мере, 10000 кг золота. Исследователи предполагают, что растворённое в морской воде и циркулирующее в подземных скальных расщелинах золото должно было накапливаться в течение длительных периодов, прежде чем оно покинуло подземный резервуар, а затем в очень высокой концентрации вылилось через скважины.

Золотые микробы

"Это золото может появляться в жидкостях в виде тонкодисперсных наночастиц золота", − предполагает Дитер Гарбе-Шенберг из Университета Киля. Так называемое нано золото пользуется спросом во многих областях техники. Его особые поверхностные свойства могут, например, обеспечить более эффективное управление химическими реакциями в катализаторах.

Но как можно извлечь из воды настолько мелко измельчённое золото, да ещё, чтобы этот процесс был незатратным, простым и экологически чистым? Молодых исследователей из Гейдельбергского университета и из немецкого научно-исследовательского Центра по изучению рака посетила гениальная идея. Для того чтобы заставить золото из раствора выпасть в осадок, они используют свойства специально адаптированных бактерий.

Delftia acidovorans, так называется микроб, который растет только на золотых рудниках. Этот микроорганизм адаптировался к окружающей среде, он отделяет драгоценный металл даже из растворов с относительно низкой концентрацией золота. Исследователи идентифицировали необходимые гены и встроили их в микроб Е. coli, который распространен по всему миру.

Это позволило им повторно извлечь драгоценный металл из золотоносных растворов, которые получаются, например, при извлечении золота из электронного лома. Исследователи подали заявку на патент этих биотехнологических процессов, так как они уже продемонстрировали высокую конкурентоспособность по сравнению с классической химической переработкой золота. Это открытие также может сотворить революцию в сфере добычи золота из моря.

Миллиарды тонн урана

Соединенные Штаты, тем временем, оказывают содействие крупной научно-исследовательской программе по добыче урана из океанов. Огромные растворенные в воде запасы происходят из природных минералов, которые были вымыты в море в ходе выветривания и других эрозивных процессов. Тем не менее: уран нелегко выловить из воды. Ещё в 80-х годах японские ученые экспериментировали с материалами, которые целенаправленно захватывают и связывают уран из морской воды.

Американцы пытаются сделать этот метод более эффективным. Исследовательский консорциум хочет в буквальном смысле вылавливать уран удочкой. В журнале "Industrial and Chemical Engineering Research" впервые на рассмотрение публики были представлены материалы и описание самого метода. Этот метод, вероятно, сможет уменьшить в три-четыре раза себестоимость добычи урана из моря, и при этом увеличить объёмы добываемого сырья.

"Для того, чтобы обеспечить будущее ядерной энергетики, нам нужно найти экономически жизнеспособный и надежный источник добычи топлива", − объясняет Филипп Бритт, директор программы в Департаменте энергетики США. Метод главным образом разрабатывается на основе двух государственных научно-исследовательских институтов, Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge) в штате Теннесси и Национальной лаборатории Пасифик Норсвест (Pacific Northwest) в Ричланде.

В качестве "удочек (улавливателей) для урана" служат длинные нити (шнуры) полиэтиленовых волокон. Тонкие, но стабильные волокна специально обрабатывают так, что в процессе часть их молекул преобразуются в амидоксим. Это органическое соединение, состоящее из углерода и азота, является "приманкой" для растворенного в воде урана, так как он предпочтительно создает соединения именно с этим веществом.

Воздействие на окружающую среду

Для того чтобы "поймать" уран, шнуры нужно просто поместить в море, предпочтительно в ту область водных масс, где есть течение и происходит перемешивание. Через несколько недель, ураноносные шнуры можно извлекать. Их помещают в кислотную ванну, где уран высвобождается в виде уранила. Соединение может быть легко извлечено из раствора, а затем его можно без труда обогатить и переработать в уран. Урановая "удочка" без проблем переносит эту процедуру и, по мнению исследователей, может быть повторно использована непосредственно снова в океане.

Сколько урана можно добыть из моря ​​таким способом, уже продемонстрировали тесты в трех различных местах на Западном побережье США, во Флориде и на побережье штата Массачусетс. После 49 дней пребывания в морской воде, шнуры выловили и связали около шести граммов урана на килограмм абсорбирующего материала. Японские исследователи в свое время смогли добиться результата в два грамма урана на килограмм абсорбирующего материала. И при этом пластиковые шнуры японцев должны были оставаться в воде на протяжении 60 дней.

"Решающее значение имеет понимание того, как абсорбирующий материал работает в естественных условиях в морской воде", − говорит Гари Гилл, заместитель директора Национальной лаборатории Pacific Northwest. Потому что в дополнение к максимально возможным показателям добычи урана должно быть гарантировано, что этот метод не оказывает отрицательного воздействия на окружающую среду. "Но мы уже выяснили, что большинство из этих абсорбирующих материалов не токсичны", − говорит Гилл.

Команда уже пять лет работает над усовершенствованием метода. Всё началось с моделирования на компьютере. Программа проверяла, какие из химических групп выборочно улавливают и связывают именно уран. Затем последовали термодинамические и кинетические исследования, которые определили, как быстро уран из воды связывается с тем или иным абсорбирующим веществом и где находится равновесие этой реакции. Весь процесс функционирует только тогда, когда связывается больше урана, чем растворяется.

Литий для батарей

К проекту также были привлечены Китайская академия наук и Японское агентство по атомной энергии (ЯААЭ). В Институте синтеза Роккасё (Rokkasho Fusion Institute), который является частью Японского агентства по атомной энергии, японские исследователи продолжают изучение технических способов добычи стратегически важного сырья из морской воды.

К таким веществам относится литий, металл, который входит в число редкоземельных химических элементов. Он необходим в первую очередь для изготовления компактных литий-ионных батарей, которые сейчас распространены в планшетах, цифровых камерах и мобильных телефонах, а также используются для эффективного хранения энергии в электрических автомобилях.

В то время как известные, доступные месторождения лития в мире оцениваются примерно в 50 млн тонн, ученые подозревают, что в водных ресурсах океанов могут быть растворены 230 миллиардов тонн лития. Тем не менее, сырье встречается только в качестве микроэлемента. Около 150 000 литров морской воды едва ли содержат хотя бы 30 граммов лития.

Но Цуёши Хосино из Института синтеза Роккасё это совершенно не смущает. Ученый только что представил общественности метод, с помощью которого требуемый металл может быть отфильтрован из воды, даже если он присутствует там в очень небольших количествах. Этот метод не требует дополнительного использования энергии, ведь её приносят сами электрически заряженные частицы лития.

В фильтре, состоящем из тонкой мембраны из стеклокерамики, которая обладает литиевой ионной проводимостью, заряженные частицы двигаются от отрицательной стороны к положительной стороне, таким образом, производя электрическое напряжение. "Микропористая керамика пропускает через себя только растворённые в морской воде электрически заряженные частицы лития", − объясняет исследователь. В 72-часовом испытании фильтр достиг доли восстановления, которая составляет около семи процентов.

Исследователи знают, что это только начало. Эксперты из Центра энергетических исследований Великобритании предполагают, что в 2030 году такими методами можно будет получать сырье из моря в коммерческих объёмах, при условии, что цены на золото, уран или литий останутся достаточно высокими.

Сильвия фон дер Вайден.

Во второй половине XIX века в составе морской воды впервые обнаружили золото. Правда, в столь мизерных количествах, что начавшиеся разговоры о добыче золота из океана быстро заглохли.

Вскоре ученые обнаружили, что некоторые соединения тяжелых металлов могут осаждать золото из растворов. Особенно интенсивно «усваивало» желтый металл сернистое железо — пирит.

Вот тогда-то и попробовали за кормой кораблей буксировать мешки с рудой. По возвращении из плавания в пирите находили повышенное содержание золота.

В 1902 году известный шведский ученый Сванте Аррениус определил общее количество золота в Мировом океане. По его подсчетам получилось 8 миллиардов тонн. Сегодня мы знаем, что данные Аррениуса сильно преувеличены, однако точных данных пока нет.

Споры о среднем содержании золота в морской воде время от времени вспыхивают вновь. Ученые по-разному оценивают содержание этого металла в морской воде. Причем бывают расхождения в несколько порядков.

Разработанный и освоенный в последние годы нейтронно-активационный метод тонкого анализа состава жидкостей позволил провести интересные исследования. Сотрудники научно-исследовательского судна «Михаил Ломоносов» вели исследования именно этим способом.

Бороздя тропические зоны Атлантического океана, они сделали 89 проб морской воды на золото, взятых в самых разных точках и на разной глубине, даже с глубины более пяти километров.

Осаждают специальными реактивами, осадок помещают в ядерный реактор. Облученные там потоком нейтронов, элементы начинают излучать гамма-лучи - подают «голос». По характеристикам этого наведенного излучения можно определить содержание золота в пробе.

По данным «Михаила Ломоносова», средняя концентрация драгоценного металла в морской воде значительно выше ранее установленной. В некоторых пробах золота оказалось почти в тысячу раз больше, чем можно было ожидать.

Это убедительно подтверждает высказанное ранее предположение о том, что в разных местах и на разных глубинах содержание золота меняется очень значительно. До сих пор сам факт существования зон с высокой концентрацией золота подвергался сомнению.

Объяснить причины таких аномалий ученые пока не берутся. Можно, конечно, вспомнить, что на участках золоторудных месторождений подземные воды содержат в сотни раз больше золота, чем в других местах.

Данные «Михаила Ломоносова», по выражению академика А. П. Виноградова, могут вновь «возбудить страсти в связи с золотом в морской воде». Сами исследователи считают, что необходима большая и систематическая работа, которая имеет не только естественнонаучный интерес, но, возможно, будет иметь и практическое значение. Достоверное выявление зон повышенных концентраций золота, причин их образования и условий устойчивого существования может вновь поставить вопрос об извлечении золота из морской воды.