Способ получения гранулированного сорбента на основе гидроксида титана

Способ получения гранулированного сорбента на основе гидроксида титана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИДА ТИТАНА, включающий взаимодействие титаносодержащего продукта со щелочными реагентами с образованием осадка гидроксида титана, его обработку щелочными и кислыми растворами , последующее гранулирование и термообработку готового продукта, отличающийся тем, что, с целью повмпения механической прочности и физико-химической устойчивости сорбента в многоцикличном процессе извлечения мышьяка с использованием кислых регенерирующих растворов , термообработку готового продукта ведут в две стадии: сначала в кипящем слое при 120-140 С, а затем в неподвижном слое при 150-180 С. 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что термообработку в кипящем слое ведут в течение 0,51 ч, а в неподвижном - в течение 4-6 ч.

союз советских

СОцИАлистичесних

РЕСПУБЛИК

4(5)) В 01 J 20/06

1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО ДелАм изОБРетений и ОтнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИН к *втвввнамт свиВвтвввствт

- в в ввтт" °т в."в (21) 3627433/23-26 (22) 26.07.83 .(46) 15.04.85. Бвл. I 14 (72) С.А.Окорин, N.Б.Ходяшев, . В.В.Вольхии, В.Н.Пащенко, А.А.Торопицин, Т.Н.Пащенко, . В.А.Вабушкии, Д.В.Саулин, Ю.П.Кудрявский и Н.Ф.Калинин (71) Пермский политехнический институт (53) 661.183.12(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 475803, кл. В 01 J 20/06, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

И 1015523, кл. В 01-J 20/06, 1981. (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО СОРБЕНТА НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИДА ТИТАНА, включающий взаимодействие титаносодерхащего продукта

„„SU, 11 0024 A со щелочными реагентами с образованием осадка гидроксида титана, его обработку щелочнымн и кислыми растворами, последующее гранулирование и термообработку готового продукта, о т л и ч а в шийся тем, что, с целью повъаиения механической прочности и физико-химической устойчивости сорбента в многоцикличном процессе извлечения мышьяка с использованием кислых регенерирующих растворов, термообработку готового продукта ведут в две стадии: сначала в о кипящем слое при 120-140 С, а затем в неподвикном слое при 150-180 С.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а- «ч ю шийся тем, что термообработку в кипящем слое ведут в течение 0,51 ч, а в неподвижном — в течение

4-6 ч, где обрабатывают раствором минеральной кислоты с концентрацией О, 1-0,3 М, например азотной, водой и раствором натриевой щелочи с концентрацией

0,2-2,0 М. Затем осадок извлекают из о колонны и сушат при 50-100 С в течение 4-6 ч. В итоге получают готовый гранулированный продукт, пригодный для извлечения мышьяка из растворов с рН > 0,5. При работе в сорбционном цикле со щелочной регенерацией сорбента его обменная емкость по мышьяку

100-120 мг As/ã, потери за цикл работы до 1,5 мас.X а при регенерации кислыми растворами потери за цикл 2,5 мас,Ж, (2) .

Недостатками данного способа являются низкие механическая и химическая устойчивости получаемого сорбента прн работе в циклах сорбции - десорбции с кислотной регенерацией ионита: потери за 1 цикл работы 2,2-2,5мас.Х; наличие твердых отходов (некондиционные фракции сорбента), которые образуются и процессе гранулирования методом декриптации в количестве

3-5Х от выпуска ионита; неоднородный гранулометрический состав получаемого ионита: размеры частиц от 0,1 до

2,5 мм; относительная сложность технологии синтеза сорбента.

Цель изобретения — повышение механической прочности и физико-химической устойчивости сорбента в многоцикличном процессе.извлечения мышьяка с использованием кислых регенерирующих растворов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения гранулированного сорбента на основе гидроксида титана, включающему взаимо1 действие титансодержащего продукта со щелочными реагентами с образованием осадка гидроксида титана, его обработку щелочными и кислыми растворами, последующее гранулирование и термообработку готового продукта, последнюю ведут в две стадии: сначала в.кипящем слое при 120-140 С в теО чение 0,5-1 ч, затем в неподвижном о слое при 150-180 С в течение 4-6 ч.

Технология способа состоит в следующему растворов солей титана в присутствии щелочей, например титановый кек

4 1150024 3

Изобретение относится к технологии получения неорганических сорбентов на основе гидроксидов переходных металлов, в частности титана (Я ), и может быть использовано при получении ионообменников, избирательно поглощающих токсичные соединения мышьяка.

Известен способ получения неорганического сорбента для извлечения мышьяка из слабокислых и нейтральных растворов, включающий обработку отработанного сульфатного травильного раствора, содержащего ионы железа

01), хрома (Иф и других металлов реагентом, связывающим сульфатные ионы в труднорастворимое соединение, например гидроксидом кальция, до достижения рН в системе 1,0-1,5 с последующим отделением образующегося щ осадка фильтрованием. Мз полученного раствора после его обработки окисли4 телем - азотной кислотой осаждают осадок гидроксидов железа, хрома, никеля щелочным реагентом, например 25 аммиаком, отделяют его от раствора, промывают водой и гранулируют методом замораживания. Полученный сорбент пригоден для извлечения мышьяка из слабокислых и нейтральных растворов, 30 при этом его обменная емкость 2,02,8 мг-экв/г P)

Недостатками данного способа являются низкие механическая и химическая устойчивости получаемого сорбента в кислых средах, его невысокая обменная емкость.и технологически неприемлемый для динамического режима экплуатации гранулометрический состав (размер частиц менее 0,2 мм). 40

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гранулированного сорбента на основе гидроксида титана, включающий <5 взаимодействие титансодержащего продукта со щелочными реагентами с образованием осадка гидроксида титана, его обработку щелочными и кислыми растворами, последующее гранулиро- 56 вание и термообработку готового продукта, Согласно способу получают осадок гидроксида титана, сушат его о при 20-40 С, после сушки его увлаж- В качестве основы для получения няют паром, декриптируют в воде и И сорбента используется гидроксид подвергают мокрой сортировке. Фракцию титана, полученный гидролизом водных осадка с размерами частиц 0,5-1,0 мм помещают в ионообиенную колонну, 1150024

10 процесса получения пятиокиси ванадия. иэ технического окситрихлорида. На первом этапе полученный после сгущения нв нутч-фильтре осадок гидроксида титана (титановый кек) $ репульпируют в растворе гидроксида натрия с концентрацией О, 1-0,2 н. при Ж:Т = 8:12 (перемешивание 0,51,0 ч), обеэвоживают на фильтре и повторно репульпируют в растворе минеральной кислоты (Н $0, НСХ или

HNO1) при равновесном значении рН суспензии, равном 2-4 8:Т=8: 12.

После перемешивания суспензии в течение 1-2 ч осадок отделяют от 1$ раствора. Затем проводят подготовку осадка для его гранулирования известным экструзионным методом.Сначала готовят ретур и смесь для

I формования гранул. Для приготовления 211 ретура 50-60 мас.7. влажного осадка гидроксида титана высушивают при

120-140 С до содер;кания влаги в

О материале 10-15 мас.Ж и измельчают до размера менее О, 1 мм. Затем в 2$ реакторе-смесителе смешивают ретур с оставшимся влажным осадком до получения однородной смеси с влажностью 37-45 мас.X. Приготовленную смесь подают на формование гранул. З6

Формование и сушку гранул осуществляют на валковом грануляторе, совмещенном с печью-сушилкой кипящего слоя. Гранулирование проводят при усилии формования 5-8 кг/см, темЭЭ пературе в зоне кипящего слоя 120140 С, продолжительность сушки 0,51,0 ч.

Высушенный гранулированный материал помещают в противнях в прока.лочную печь, где выдерживают при

t50-180 С 4-6 ч. Прокаленный материал является готовым продуктом-сорбеитом для поглощения мышьяка.

Приведенные режимы получения сор- < бента являются оптимальными для получения высокопрочного.и устойчивого продукта.

Использование титансодержащих отходов (титановые кеки) обеспечиI вает значительное снижение стоимости получаемых сорбентов и вовлечение в переработку .твердых отходов производства титана.

Франулирование осадка гидроксида титана проводят методом формования на валковом грануляторе. В отличие

- от декриптации, данный способ гранулирования позволяет получить гранулы с более высокими механической прочностью и химической устойчивостью, а также однородные по гранулометрическому составу. Упрощается и технология получения гранулированного материала. Однако осадок гидроксида титана после отделения от раствора на нутч-фильтре имеет высокое содержание влаги (75-85 мас.Е) и не может непосредственно использоваться для формования гранул. Для загущения осадка гидроксида при приготовлении смеси для формования гранул в. него добавляют ретур, представляющий собой предварительно высушенный при

120-140 С до остаточной влажности

10-15 мас.7 и измельченный осадок. гидроксида титана. Коллчество гидроксида титана, идущее на получение ретура, составляет 50-60 мас.X от общей массы влажного осадка: именно это количество осадка после его высушивания обеспечивает требуемую влажность смеси, поступающей на формоваиие гранул. Режим сушки ретура! о

«Ю (120-t40 С) соответств-ует режиму cymки гранул в сушилке кипящего слоя.

Это позволяет использовать в качестве ретура образующуюся при гранулировании пыль и некондиционные фракции сорбента, чем ликвидируются твердые. отходы процесса получения нонита.

В табл. 1 приведены эксперименталь.ные данные, показывающие влияние режима термообработки па прочность и обменную емкость готового продукта.

Из табл. 1 видно, что оптимальными условиями формования являются: влажность смеси, подаваемой на формование

37-45 мас.Х, усилие формования, 5-8 кг/см, температура сушки 120140 С. Экспериментально установлен0 ное время сушки гранул в кипящем слое 0 5-1,,0 часа, более длительная сушка приводит к истиранию гранул и снижению выхода товарной фракции сорбеита. Как следует из табл. 1, оптимальной температурой термообработки материала является 150-180 С.

Для полной перестройки структуры материала его выдерживают при данной .температуре в течение 4-6 ч.

Л р и м е р 1. Отвальный титановый кек, полученный в результате гидролиза технического VOCI$,содержащий в расчете на окислы мас.Ж:

CuO, FegO>, NagO в сумме 0,4; МВО

1150024

О, 7; Ч О 2-6; Ti0 22, остальное вода, рейульпируют в растворе NaOH с концентрацией О, 1 н. при Н:Т=8: 12.

После перемешивания суспензии в течение 1-2 ч осадок отделяют от раст- 5 вора на нутч-фильтре и повторно репульпируют при Ж:Т8:12 в растворе

H

120-140 С до остаточной влажности

10-15 мас._#_, Высушенный осадок измельчают в шаровой мельнице до размера частиц с О, 1 мм и смешивают с оставшейся частью влажного осадка гидроксида титана до образования однородной смеси.

На валковом грануляторе, совмещенном с печью сушилкой кипящего слоя, осуществляют формование гранул из подготовленной смеси. Высушенные гранулы помещают на противнях в 25 прокалочную печь, где выдерживают в течение 4-6 ч при 150-180 С. В результате получают ионообменник для селективной сорбции мышьяка.

Влияние условий получения на 30 свойства ионита в предлагаемых граничных интервалах представлено B табл. 2.

Пример 2. Проводят испытания ионообменннка при сорбции мышья- 3> ка из раствора следующего состава, г/л: ZnSOg 170,0; CaSO4 38,2; Na AsO

6,9; Na As0< 1,8, H

Регенерацию сорбента осуществляют нагретым до 60 С раствором H SO< с

2 4 концентрацией 250 г/л.

В течение 5 циклов сорбции— десорбции величина сорбционной емкости сорбента по мышьяку для различных партий сорбента, полученных в оптимальных условиях, составляет

85-110 мг As/r сорбента. Ионит проявляет высокую избирательность к мышьяку: проскок мышьяка в фильтрат наступал после очистки 7-9 колоночных объемов раствора. На протяжении всего периода испытаний ионообменник сохранил высокую фильтрующую способность.

Средние потери ионита эа цикл работы не превышает 1,5-1,8 мас.Х (табл, 2).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа получения гранулированного сорбента на основе гидроксида титана по сравнению с прототипом состоит в упрощении технологии синтеза за счет ликвидации четырех операций, в сокращении расхода реагентов, ликвидации твердых отходов и в повышении качества получаемого сорбента.

Данные по качеству сорбента, получаемого известным и предложенным способами приведены в табл. 3.

Как следует из представленных данных, предлагаемый способ позволяет получить сорбенты с однородным гранулометрическим составом, у которых механическая прочность и химическая устойчивость гранул в 1,5-2,0 раза выше, чем у сорбента, синтезированного известным способом.

1!50024 ((1

Q л л

С 4 — -I л

E w

v (n о <

Х I

X .1 (0 I — — » х

CIj х х

dj

Е

О О л м

О м л

«б (0 с 4 СО л л

O - 1

О О

-4 л л оо

СО Ch

Е» и о х х о а х л (ее л х и (б -. а 4

Ц

О х л л сб а

4 1 .Ю

° и (4 л

» л сч л л а и б:

О О л л

CO O и х л л х (б

Р Х Х х л О

v Я х х х х х х х (л л!

1 !

1 Ь х л (d х х о х

Р, cd

Ijj

1 Х

I Ф

I Р

I C(4

1 (б а

1 Ф

И

Э

Е»

С.7 о (d I (б:4 (б л росбХ

4 j". X

-!! х (б

Р

Ю и

O О л

Ю

O O и О

» С4

О О и со

1

1 (б л х х

X A а Й ес и

Cd

Р (О о о

Р

Р о

1 и х х л х (б И

w Ru ио

1 ! о

1

1 Х о

Ц

v! (d

iKI л( о X и а

ОХ4 ех ы

eg

1 Р !

1-1

I Х

I Е» и о х

l 5

1 CO х х (б о

Е о е (б

Е»

Х .о с:(° о и а б

И X сЧ сО л ( м лб (4 CO л л л м .4 (»4 л л м

СЧ С4 (»4 л л л м м м (»4 (»4 л л л. м м (C о

1 о

E (б

E ь(4

Ц

» б4

I Р

1

1 (d

E» (d

Х Р х о х х х х

Р

Ф

Е» о б (cI ф» л ом х

Ф х о х .ь и о е х

Р Х

Э Д

Х и (б

Cd Р

Р» &!

dJ

Р Ц

I»a 4

v go

Е (б л Р, Б Ф О

E + M

О dj сч (О 4Х

О

I !

I и I ! (!

1 !

I О (1 О и -Э л сч

I л л л л л л л

Ch О 0 и м (1 сч м м

Ц и х л (б

И Р.

<У

О х и е х Р л (б

Р(1О О "О О .Ф »»» и и I

O О и и сч и и и и а л л л л л л л л л

О %- с»4 О О О О 0 0 О Ю 0

О О O O O О O О O О Q сч (! - - О с и м м сч

» % » » » л л

1t50024

1 о е о.

Х Е1

1 A !"

3Дх и о я м v е о а х о z

v э ФФ х

g °

v !!

2 о и °

-т ю б

С4 Щ со о

1!

I йt

-э л аф б м lo ф

Ф . Ф м

О с б б л ) Г\ х х ! х в! ! а

) i

I О б и

I! О б б л

О б

I и °

1 !! 1бб о

C 14

v о ь

1 и г

an мь

° °

Э е в б б

an

Ф а

X а!

1 Аа л б

A Ot A 1

1 !

> х

Щ а

C i

I 1

Э1ФФВ

1 !б Р C

О О о м х

I о

Ю ф

11 :„1г

an б о

ы1

О о саа б

О

3"Ъ л б

СЧ ф б ю

О м о

М 1

* as б» о в о б б о о б

° ° Ф

3 оц

С х:Ъ оо а о о ф б б б сб м О О б

Ф л л

ao e ц

I ! к к к х х л л л л б б * б б е е е е э «т

О О ю ю б

О О о о g o ю t м а и ю л о ю б б б

Ф Ф Ф !! м м Ф

О О О б б б б е о о

О О Р О

° б» °

iaI Н М М б- ею м е е о

%

v а о

X о о

В

v и

Я

3 ! 3 й

1150024

Таблица3

Форма и гранул

Механическая размер

Способ

1, 5-1;8

35 — 45

Предлагаемый

20 — 30

3-5

2, 1-2,5

Известный

Составитель P. Пензии

Редактор Т. Колб Техред А.Бабинец

Корректор С. 1Чекмар

Заказ 2013/7 Тираж 541

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Цилиндры, d 1,7 мм

3--3,5-4,0 мм

Неправильная форма

0 1-2,5 мм прочность гранул, кг/см

Потери сорбента за 1 цикл работы, мас. 7.

Твердые отходы при синтезе сорбента, мас.Ж