Способ очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей солей элементов второй группы

Способ очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей солей элементов второй группы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способу очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей солей элементов второй группы и позволяет повысить экологическую чистоту способа за счет устранения образования послерегенерационных и проявочных сточных вод. Способ осуществляют путем предварительной подготовки полиакрилового или полиметакрилового катионита перед очисткой и его перевода в NA-форму, пропускания через катионит исходного раствора, нагретого до температуры, не превышающей температуру кипения этого раствора, регенерации катионита. Подготовку катионита к очистке и его регенерацию осуществляют путем обработки катионита исходным раствором при комнатной или более низкой температуре, но не ниже температуры его замерзания. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU 16118

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4651524/31-26 (22) 17. 02. 89 (46) 07. 12. 90. Бюл. У 45 (71) МГУ им. M.Â.Ëoìîíoñoâà (72) В.А.Иванов, В.Д.Тимофеевская, В.И.Горшков и T.Â.Åëèñååâà (53) 628.356.74(088.8) (56) Салдадзе К.М., Шейнин В.А.

К вопросу очистки рассола от приме:сей катионов./Сб. Хроматография, ее теория и применение. — M, Изд-во

АН СССР, 1960, с. 33-37. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ

РАСТВОРОВ СОЛЕЙ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ ОТ

ПРИМЕСЕЙ СОЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ВТОРОЙ

ГРУППЫ ! (57) Изобретение относится к способу очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей

Изобретение относится к способам очистки концентрированных растворов солей однозарядных катионов от при, месей солей катионов второй группы и может быть использовано в химической .технологии, аналитической химии, водоподготовке.

Цель изобретения — повьппение эко логической чистоты способа за счет устранения образования послерегенерационных и промывочных сточных вод.

Обрабатываемый раствор соли щелочного металла, содержащий примесь ионов элементов второй группы, при повышенной температуре, не превьппающей температуру кипения раствора, пропускают через полиакриловый или полиметакриловый катионит в Na-форме, (51) 5 С 02 F 1/42, В 01 J 47/06

2 солей элементов второй группы и позволяет повысить экологическую чистоту способа за счет устранения образования послерегенерационных и проявочных сточных вод. Способ осуществляют путем предварительной подготовки полиакрилового или полиметакрилового катионита перед очисткой и его перевода в Na-форму, пропускания через катионит исходного раствора, нагретого до температуры, не превьппающей температуру кипения этого раствора, регенерации катионита. Подготовку катионита к очистке и его регенерацию осуществляют путем обработки катионита исходным раствором при комнатной или более низкой температуре, но не ниже температуры его замерзания. 1 табл. предварительно приведенный в равновесие с исходным обрабатываемым раствором при комнатной или более низкой температуре, но не ниже температуры их замерзания, при этом последующую регенерацию катионита осу. ществляют обрабатываемым раствором . при этих же температурах.

Возможность осуществления предлагаемого способа очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примеси катионов элементов второй группы связана с особенностя-, ми равновесных свойств полиметакри.ловых и полиакриловых ионитов. Кар-боксильные катиониты проявляют повы.шенную селективность к многозарядным катионам, так что эффективно сорби1611879 4 руют их даже из концентрированных растворов солей щелочных металлов. роме того, для карбоксильных кати-! нитов указанного типа характерна значительная зависимость от температуры селективности к двухзарядным катионам по сравнению с однозарядНыми: с повышением температуры се 1ективность увеличивается.

При пропускании обрабатываемого аствора через катионит при повышеной температуре значительная доля мкости ионита насыщается двухзаядными катионами. В то же время при нижении температуры селективность двухзарядным ионам снижается, и аствором того же состава, что и обабатываемый, или раствором, в котоом содержание двухзарядных катионов астично снижено, можно удалить знаительную часть двухзарядных ионов из ионита, обработанного на первой тадии процесса (при высокой температуре), т.е. частично отрегенерифовать ионит. При этом в регенерате одержание двухзарядных ионов вьппе, чем в исходном обрабатываемом растворе, При пропускании исходного раствора при высокой температуре Т оо через отрегенерированный таким обраром ионит происходит очистка этого раствора от двухзарядных катионов. лубина очистки тем выше, чем больше разница температур в двух стадиях процес".а. Максимальное изменение температуры ограничено температурами кипения и замерзания растворов.

Таким образом, изменяя температуру, можно на одной колонне с ионитом, через которую пропускают раствор одного и того же состава, последовательно отбирать фракции раствора со значительно пониженным и значительно повьппенным (по сравнению с исходным) содержанием двухзарядных ионов и перерабатывать сколь угодно большое количество раствора. В предлагаемом способе отсутствует необходимость промывать ионит, а также отсутствуют кислые и щелочные стоки.

Поскольку ионит на всех стадиях остается в солевой форме, то изменение объема ионита в предлагаемом способе значительно меньше, чем в способе очистки с кислотно-щелочной регенерацией. В случае необходимости можно увеличивать глубину очистки или степень концентрирования приме40

50 дается на этих катионитах также при различных соотношениях концентраций компонентов в растворе, а также для других элементов второй групцы. 3ависимости К от температуры для растворов 2,5 r-экв/л NaC1 + 0,08 г-экв/л

СаС1 ; 2,5 г-экв/л NaC1 + 0,02 гэкв/л СаС1 ; 2,5 г-экв/". NaC1 +

+ 0,005 r-экв/л СаС1, 2,5 r-экв/л

NaC1:+ 0,01 r-экв/л SrC1<, 2,5 гэкв/л NaC1 + 0,08 r-экв/л МеС1 показывают, что в рассматриваемом интервале температуры 13-95 С повышение температуры приводит к росту К в 1,7-3 раза. При этом доля емкости, занимаемая в ионите двухзарядными катионами, увеличивается на 50-807..

Пример 2. Очистка концентрированных растворов NaCl и КС1 от миксей одним из известных приемов — каскадированием, методом параметричес кого перекачивания, использованием противоточных колонн.

Пример 1. Влияние температуры на равновесные свойства карбоксильных катионитов.

Пример иллюстрирует влияние температуры на равновесные характеристики ионитов с карбоксильными обменными группами. Измеряют зависимости от температуры концентрационных констант (K) равновесия обмена двухзарядных и однозарядных катионов:

Ф/Z

УмеяФ Х иа+

К вЂ” — —— Ю а+ КМе -+ где Y и Х вЂ” эквивалентные доли соот20 ве тс твующих ионов ме таллов в равновесных фазах катионита и раствора, из раствора смеси 2,5 r-экв/л NaC1 +

+ 0,08 r-экв/л СаС1 с рН 7-10 на катионитах различной структуры, содержащих карбоксильные обменные группы.

Температура слабо влияет на равновесные характеристики полиамфолитов: иминодиацетатного АНКБ-50 и винилпи30 ридинового с СБ-пиколиновыми группировками ВПК, а также карбоксильного катионита на основе стиролдивинилбензольной матрицы КМД-1. В то же время с повышением температуры на

35 полиметакриловых КБ-4 и КБ-4П2 и полиакриловым КБ-2 катионитах происходит сильное увеличение их селективности к кальцию. Сильное температурное изменение селективности наблю5 16 ропримеси Са +с регенерацией ионита . раствором исходного состава.

В примере демонтируется очистка концентрированных растворов NaCl u

КС1 с рН 7-10 от примеси ионов Са и регенерацией ионита раствором исходного состава при комнатной температуре или при более низкой температуре, но не ниже. температуры его замерзания T xone. °

Для осуществления очистки используют термостатируемые ионообменные колонны диаметром 0,79-0,84 см с высотой слоя ионита 50-95 см (высота слоя ионита несколько изменяется в процессе каждого опыта по мере изменения его состава). Полная обменная емкость катионита (ПОЕ) и другие показатели очистки и регенерации в каждом опыте указаны в таблице.

Очистку раствора заданного состава осуществляют следующим образом. В начале процесса катионит равновесен с обрабатываемым раствором при низкой температуре Т„О (3-15 С). Колонну термостатируют при высокой температуре Т„О (70-95 С) и через катионит пропускают со скоростью 1-3 мл/мин раствор того же состава. Выходящий из колонны раствор собирают фракциями.

В некотором объеме фильтрата содержание ионов Са снижается по сравне + нию с исходным в несколько раз (объем очищенного раствора Чо щ„в таблице указан до участка основного изменения состава раствора по мере его приближения к исходному). Степень очистки характеризуется величиной, равной отношению концентрации ионов

Са к его концентрации (С ca „„ ) в

Я+ я,оччц очищенном объеме.

После завершения стадии очистки проводят регенерацию ионита. Для этого колонну термостатируют при низкой температуре Т о и через ионит с той же скоростью пропускают раствор исходного состава. Фильтрат собирают фракциями. В начале регенера. ции концентрация кальция в фильтрате в 5-10 раз выше, чем в исходном растворе, и по мере пропускания раствора концентрация кальция в фльтрате снижается, приближаясь к концентрации в исходном растворе. В процессе этой операции происходит вымывание .из ионита избыточных", сорбировавшихся в "горячей" стадии процесса ионов кальция. Регенерацию продол11879 6 ных и промывочных сточных вод. При

45 эффективной очистке рассола хлорида

5

10 i 5

40 жают до того момента, пока из ионита десорбируется 951 избыточных ионов кальция (соответствующий объем

Vpqq ) . На отрегенерированном таким образом ионите повторяют очистку исходного раствора при температуре

Т, как описано.

Представленные в таблице данные демонстрируют эффективность предлагаемого способа. В рассмотренных случаях на относитепьно небольших объектах суспенэии ионита (25-55 мл) удается очистить значительные объемы, растворов, снижая при этом концентрацию кальция в 3-10 раэ При этом оказывается возможным испольэовать способ даже для растворов NaC1 и КС1 с концентрациями соответственно 5 и 3 г-экв/л, близкими к предельным их растворимостям при комнатных температурах. В опыте 5 содержание микропримеси кальция в обрабатываемом растворе обусловлено растворимостью СаСО>. Предлагаемым способом удается эффективно очищать раствор даже в этом случае. Сравнение результатов опытов 1 и 2 показывает, что при большем различии температур "горячей и холодной стадий процесса

I достигается большая глубина очистки.

По сравнению с и=-вестным способом, согласно которому после пропускания обрабатываемого раствора через катионит осуществляют его обработку раствором КС1, промывку водой и регенерацию с помощью растворов NaOH или смеси NaOH и NaC1, в предлагаемом способе устранены затраты кислоты и щелочи на регенерацию, устранена операция промывки катионита водой, что, в свою очередь, предотвращает образование послерегенерационнатрия от примесей предлагаемый способ является экологическим чистым.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от приме сей солей элеме нто в в торой группы, включающий подготовку полиакрило в о го или полиме та крилово го катионита к очистке и перевод его в

Na-форму, пропускание через катионит исходного раствора, нагретого до температуры, не превышающей температу1611879 сточных вод, подготовку катионита к очистке и его поеледующую регенерацию осуществляют путем обработки катионита исходным раствором при темI пературе, ниже комнатной, но не ниже температуры его замерзания. ру кипения этого раствора, последующую регенерацию катионита, о т л на ю шийся тем, что,.с целью говышения экологической чистоты способа за счет устранения образования

5 57ослерегенерационных и промывочных

Очистка олмт Очмкаемыл раствор

Ре ге варакин

Примаса

Са2, г-экв/л ин а

7, C 9 „„, лто ..„„н г-экв/л

7 Ссарвг э г-экв/л

Составитель В.Вилинская

Редактор " ° Яцола Техред Л.Олийнык Корректор T.Цалец г

Заказ 3810 Тираж 806 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

1 2,5 г-экв/л Иа01

11

4 S>0 г-экв/л 8а01

6 З,o гэкв/л 801

7 2>5 гэкв/n 86806

8 2,5 г-экв/л 1101 о,oz

Оаог

O,О2

О,O2

0,0012

0,02

0,02

0,02

88-4 !40!

X82at0 . 30

КВ 4 . !40!

- !!3!

1З в t40

76

76

2,!

3,0

2,0

1,8

1,8

1,2

I 9

1,9

4,0 10 г,o,!î, 5,з.!о, 3,4 !О, з,о !о 4

4,7 1О, 2 ° S ° to

5,0 10

s,î о,о

З,8

6,0

4,0

4,2

8,О

4,О

"7,р л

10 1,5

3 2,2

1О 2,1

14,5 2,2

10 45

14S 1,0 з

0, 045

0,044

О,О46

0,036

0,0042

0,042