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

 

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