RU2000141C1 - Способ ионообменного извлечени ионов металлов из растворов - Google Patents

Abstract

Использование: дл  выделени  ионов металлов из растворов, в водоподготовке, при очистке растворов от примесей. Сущность способа: способ ионообменного извлечени  заключаетс  в сорбции ионов на катионообменнике с последующей десорбцией поглощенных ионов раствором хлорида , нитрата, сульфата или ацетата щелочного металла или аммони  с концентрацией 1-8 моль/л при рН 2-8. В отработанный элюат внос т карбонат и/или гидроксид щелочного металла или аммони  до рН 9-13, отдел ют образовавшийс  осадок , довод т рН раствора до 2-8 и используют повторно в следующем цикле на стадии десорбции. Способ позвол ет уменьшить удельный расход реагентов и получать извлекаемые металлы в компактном, удобном дл  их дальнейшей переработки виде. 1 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относитс  к химической технологии, конкретно к ионообменным способам выделени  ионов из растворов, и может быть использовано дл  очистки растворов от примесей и при извлечении ценных компонентов.

Известны способы ионообменного извлечени  ионов металлов, включающие их сорбцию на катионообменнике с последующей десорбцией поглощенных катионов раствором минеральной кислоты 1 и 2. Отработанный элюат отправл ют на переработку или утилизацию.

Недостатками данного способа  вл ютс  высокий удельный расход реагентов, а

также их повышенна  коррозионна  активность .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому эффекту  вл етс  способ извлечени  ионов металлов путем их сорбции на катионообменнике с последующей деформацией катионов растворами солей щелочных, щелочноземельных металлов или аммони  3. прототип. Отработанный элюат направл ют на выделение целевого компонента, а затем на утилизацию и захоронение.

Недостатками данного способа  ел юг- с  высокий удельный расход реагентов, е также большое количество образующихс  жидких отходов, подлежащих захоронение

hO О

О

о

Јь

д

о

Целью изобретени   вл етс  уменьшение удельного расхода реагентов дл  проведени  процесса десорбции.

Поставленна  цель достигаетс  за счет введени  в отработанный регенерационный раствор карбоната и/или гидроксида щелочного металла или аммони  до рН 9-12. Образовавшиес  осадки гидроксидов и/или карбонатов металлов отдел ют от раствора, довод т рН жидкой фазы до 2-8 и используют полученный раствор дл  десорбции в следующем цикле. Причем десорбцию ионов металлов с катионообменника провод т раствором хлорида, нитрата, сульфата или ацетата щелочного металла с концентрацией 1-8 моль/л и рН 2-8.

Введение в отработанный десорбирую- щий раствор гидроксида и/или карбоната щелочного металла или аммони  до рН 9-12 позвол ет практически полностью выделить извлекаемые ионы в виде малорастворимых осадков их гидроксидов и/или карбонатов. При рН 9 не происходит полного осаждени  трудногидролизуемых элементов (например, кальци , магни  и др.), а при рН 13 происходит растворение гидроксидов (карбонатов) амфотерных металлов (алюмини , хрома и др.). После отделени  жидкой .фазы от осадка и корректировки рН раствором минеральной кислоты до первоначального значени  (от 2 до 8) состав раствора становитс  полностью идентичным составу исходного десорбирующего раствора vi без вс кой дополнительной корректи- ровки может быть использован дл  десорбции в следующем цикле. При использовании других осадителей (хроматов, фосфатов , силикатов щелочных металлов) наблюдаетс  посто нное изменение состава десорбирующего раствора, направл емого в оборот, за счет накоплени  избыточных ионов-осадителей, что приводит к забиванию сло  катионита осадками.

Другим существенным признаком изобретени   вл етс  использование дл  десорбции растворов солей щелочных металлов или аммони  с рН 2-8. Использование растворов с рН 2 приводит к увеличению расхода осадител  (гидроксида и/или карбоната щелочного металла или аммони ) на нейтрализацию избыточной кислоты и к изменению состава десорбирующего раствора , а увеличение рН 8 ведет к образованию осадков гидроксидов металлов на стадии десорбции . Наиболее целесообразно использование дл  десорбции растворов хлорида, нитрата, сульфата или ацетата щелочного металла, или аммони  Использование других солей нежелательно ввиду возможности образовани  осадков в процессе десорбции , а также по экономическим соображени м .

При использовании растворов с концентрацией менее 1 моль/л наблюдаетс 

уменьшение степени десорбции и увеличение объема десорбирующего раствора, а увеличение концентрации выше 8 моль/л не приводит к заметному увеличению степени десорбции и экономически нецелесообразно .

Данный способ может быть использован дл  извлечени  ионов металлов, образующих нерастворимые гидроксиды и/или карбонаты в диапазоне рН 9-13 как на не5 органических сорбензах, обладающих кати- онообменными свойствами (цеолиты, гидроксиды и фосфаты металлов и др.), так и на органических катионообменных смолах , с которых может быть осуществлена

0 эффективна  десорбци  сол ми щелочных металлов или аммони .

Способ осуществл ют следующим образом .

Раствор, содержащий извлекаемые

5 ионы металла, контактирует в динамическом или статическом режиме с катионооб- меником. После насыщени  последний промывают и десорбируют ионы металла 1- 8 моль/л раствором соли щелочного метал0 ла или аммони  при рН 2-8. Отработанный регенерационный раствор собирают в отдельной емкости, добавл ют в него карбонат и/или гидроксид щелочного металла или аммони  до достижени  рН 9-13 и пе5 ремешивают до окончани  образовани  осадка. После этого осадок отдел ют из раствора отстаиванием от раствора отстаиванием или фильтрацией, корректируют рН раствора до 2-8 раствором минеральной

0 кислоты и используют дл  десорбции металлов с катионообменника в следующем цикле . Эффективность описываемого способа иллюстрируетс  нижеследующими примерами .

5 П р и м е р 1. Извлечение ионов кальци  и магни  (ум гчение воды). 10см3 набухшего сульфакатионита КУ-2 х 8 в Na-форме загружают в сорбционную колонку и пропускают через него со скоростью 30-40 см /ч 8 л

0 водопроводной воды состава, мг-экв/л: Na+ 0,28- К 0,82; Мд2 0,82; Са2+ 2,10. СГ 0,13; S04 0,6; НСОз 2,57; рН 8, до полного насыщени  по сол м жесткости. Емкость смолы составила 2 мг/экв/см Смолу промывают

5 дистиллированной водой и десорбируют ионы кальци  и магни  200 см 1 моль/л раствором NaCI. рН 8 Десорбат собирают, добавл ют в него 5 2 г №гСО (в сухом виде) и 0.05 г NaOH (в виде раствора 10 мопь/л)до рН 13 раствор пег емришн,ьмг п к чение2ч

и отстаивают образовавшийс  осадок в течение 24 ч. Жидкую фазу после отсто  декантируют , корректируют рН до 8 1 моль/л раствором HCI и используют в следующем цикле. Емкость смолы в последующих 5 циклах составила 1,8-2,0 мг-экв/см ,

П р и м е р 2. Извлечение ионов кальци , магни  и стронци . Через сорбционную колонку , заполненную 2 см природного кли- ноптилолита в Na-форме, пропускают 1 л водопроводной воды состава по примеру 1, дополнительно содержащей Ки/л и радионуклида 85Sr. Процесс ведут до начала проскока по радиостронцию. После промывки сорбент подвергают десорбции раствором 4 моль/л МаМОз. рН 6. Десорбат(20 см3) собирают и добавл ют в него 10 моль/л раствора NaOH до рН 13. После перемешивани  и отсто  жидкую фазу отфильтровывают на нутч-фильтре, добавл ют в нее раствор НМОз до рН 6 и используют в следующем цикле. Емкость по сол м жесткости и радиостронцию в последующих циклах оставалась неизменной.

П р и м е р 3. Извлечение ионов меди.

5 г сульфоугл  марки СК-1 в К-форме контактирует в статических услови х с 200 см3 0,1 моль/л раствора CuSCM. рН 4.5 в течение 24 ч. Емкость катионита составила 2,2 мг-экв/r. Далее сорбент промывают водой и десорбируют медь 6 моль/л раствором ацетата кали , рН 4,0 (корректировка раствором уксусной кислоты) трем  порци ми по 25 см3. Десорбат собирают, добавл ют раствор карбоната натри  до рН 10,5, отдел ют осадок фильтрацией, в фильтрат добавл ют раствор уксусной кислоты до рН 4 и используют его дл  десорбции меди в следующем цикле.

П р и м е р 4. Извлечение ионов железа.

Через сорбционную колонку, заполненную 3 см3 сульфофенольного катионита КУ-1 в МН4-форме, пропускают 200 см раствора нитрата железа с концентрацией 0.1 моль/л, рН 3. Емкость смолы - 3.8 мг-экв/г. После промывки десорбируют железо 8 моль/л раствором нитрата аммони , рН 2 (корректировка раствором НМОз), десорбат собирают и добавл ют в него 25%-й раствор гидроксида аммони  до рН 9. Выпавший осадок отфильтровывают, в фильтрат добавл ют раствор азотной кислоты до рН 2 и используют дл  десорбции железа в следующем цикле.

П р и м е р 5. Извлечение ионов лантана.

Через сорбционную колонку, заполненную 5 см фосфата титана сферической гранул ции в МЩ-форме, пропускают 500 см 0,1 моль/л раствора хлорида, лантана, рН 3. После промывки лантан десорбируют 4

моль/л раствором сульфата аммони . рН 3 (корректировка серной кислотой).

Десорбат собирают и добавл ют в него насыщенный раствор карбоната аммони 

5 до рН 11. Раствор отдел ют от осадка фильтрацией , в фильтрат добавл ют раствор H2S04 до рН 3 и используют t следующем цикле.

При осуществлении предлагаемого спо0 соба по примерам 1-5 степень осаждени  ионов металлов в десорбате составила 95- 99%. Объем образующихс  осадков в зависимости от природы металла и осадител  составл л 2-10% от объема элюата. После

5 высушивани  объем осадков гидроксидов и/или карбонатов металлов уменьшаетс  еще в 10-25 раз.

По способу-прототипу десорбат, содержащий ионы извлекаемых металлов, на0 правл ют либо на переработку, либо на утилизацию тем или иным способом, а дл  десорбции металла в следующем цикле готов т новую порцию раствора. В св зи с тем что дл  полной десорбции ионов 2-ух - 4-ех

5 валентных металлов необходим большой избыток одновалентных ионов-вытеснителй (не менее 300-500% от стехиометрии), это приводит к значительному расходу реагентов . При осуществлении процесса по данно0 му способу избыточное ионы-вытеснители используютс  повторно, а реагенты-осади- тели (карбонаты и/или гидроксиды щелочных металлов или аммони ) расходуютс  лишь дл  осаждени  ионов металлов, дл 

5 чего необходим не 5-10%-й избыток реагентов от стехиометрии реакции осаждени  соответствующего гидроксида и/или карбоната.

Технико-экономические преимущества

0 предлагаемого способа заключаютс  в уменьшении удельного расхода реагентов при проведении операции десорбции и получении извлекаемых металлов компактном и удобном дл  их дальнейшей переработки

5 виде.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ ионообменного извлечени  ионов металлов из растворов, включающий

   0 их сорбцию на катионообменнике и десорбцию ионов металлов солевым раствором, отличающийс  тем, что десорбцию ведут раствором соли щелочного металла или аммони  при рН 2-8, после чего в пол5 ученный элюат добавл ют карбонат и/или гидроксид щелочного металла или аммони  до достижени  рН 9-13 соответственно, отдел ют образовавшийс  осадок, вновь довод т рН до 2-8 и возвращают его е цикл на стадию десорбции.
2. 2. Способ по п. 1.отличающийс  лочного металла или аммони  с концентра- тем, что десорбцию ионов ведут раствором цией 1-8 моль/л, хлорида нитрата, сульфата или ацетата ще