RU2033388C1

RU2033388C1 - Method of extraction of salts from solutions

Info

Publication number: RU2033388C1
Application number: RU92015771A
Authority: RU
Inventors: Ф.Н. Карелин; А.А. Аскерния; О.Ф. Парилова; М.Л. Гриль
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1992-12-30
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: cleaning of solutions through crystallization. SUBSTANCE: extraction of salts from solutions through crystallization at evaporation is effected after separation of solution into two flows by nanofiltration whose compositions lie on isothermal section of diagram of phase equilibrium of system being treated on different sides of beam of crystallization of eutonic composition solution. Mother liquors obtained after crystallization of salts are returned to cycle. EFFECT: more complete and enhanced extraction of salts from solutions. 2 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к области создания бессточных схем водоочистки за счет полного разделения растворов солей на сухой продукт (соли, соответствующие требованиям ГОСТ) и воду. The invention relates to the field of environmental protection, and more particularly to the field of creating drainless water treatment schemes due to the complete separation of salt solutions into a dry product (salts meeting the requirements of GOST) and water.

Наиболее близким к изобретению является способ выделения солей из растворов путем кристаллизации выпариванием солей при двух температурах, основанный на различии концентраций эвтонических точек при различных температурах и соответственно на переходе из области кристаллизации одной соли в область кристаллизации другой при изменении температуры обрабатываемого раствора. Closest to the invention is a method for the separation of salts from solutions by crystallization by evaporation of salts at two temperatures, based on the difference in the concentration of eutonic points at different temperatures and, accordingly, on the transition from the crystallization region of one salt to the crystallization region of the other with a change in the temperature of the treated solution.

Недостатком данного способа является сложность контролирования процесса из-за близости нахождения концентраций эвтонических точек при различных температурах, что обусловливает низкое качество получаемого продукта. The disadvantage of this method is the difficulty of controlling the process due to the proximity of the concentration of eutonic points at different temperatures, which leads to low quality of the resulting product.

Техническим результатом изобретения является более полное и качественное выделение солей из растворов. The technical result of the invention is a more complete and high-quality separation of salts from solutions.

Повышенное качество разделения растворов на сухой продукт и воду достигается тем, что извлечение солей из растворов путем кристаллизации при выпаривании производят после разделения раствора нанофильтрацией на два потока с составами, лежащими на изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий рассматриваемой системы по разную сторону от луча кристаллизации эвтонического раствора, с последующим раздельным извлечением этих солей из полученных растворов кристаллизацией за счет выпаривания их до эвтонического состава и возвращением остаточных маточных растворов в цикл. An improved quality of separation of solutions into a dry product and water is achieved by the fact that the extraction of salts from solutions by crystallization during evaporation is carried out after separation of the solution by nanofiltration into two streams with compositions lying on the isothermal section of the phase equilibrium diagram of the system under consideration on different sides of the crystallization beam of the eutonic solution, with subsequent separate extraction of these salts from the resulting solutions by crystallization by evaporating them to a eutonic composition and returning we eat residual uterine solutions in a cycle.

Отличительным признаком заявляемого способа является то, что раствор разделяют нанофильтрацией на два потока с составами, лежащими в концентрационном треугольнике по разную сторону от луча кристаллизации эвтонического раствора, с последующим раздельным извлечением этих солей из полученных расторов кристаллизацией за счет выпаривания их до эвтонического состава и возвращением остаточных маточных растворов в цикл. A distinctive feature of the proposed method is that the solution is divided by nanofiltration into two streams with compositions lying in the concentration triangle on the opposite side of the crystallization beam of the eutonic solution, followed by separate extraction of these salts from the resulting rasters by crystallization by evaporation to the eutonic composition and return of residual stock solutions in a cycle.

На фиг. 1 изображена схема извлечения солей из раствора. Установка состоит из нанофильтрационного аппарата 1 и испарителей-кристаллизаторов 2 и 3. In FIG. 1 shows a diagram of the extraction of salts from a solution. The installation consists of a nanofiltration apparatus 1 and crystallizer evaporators 2 and 3.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом: на ступени 1 происходит нанофильтрационное разделение раствора на два потока. При этом процесс нанофильтрации ведут в таких режимах, при которых раствор, состав которого соответствует на схематическом изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий системы Н₂О-Соль1-Соль2, не образующей двойных солей (фиг. 2) точке А, разделяется на фильтрат и концентрат, составы которых соответствуют точкам В и С, лежащим по разные стороны луча, соединяющего точку Н₂О с точкой Е, соответствующей раствору эвтонического состава. Полученные после нанофильтрационного разделения растворы выпариваются в испарителях 2 и 3 с получением двух солей. Изменение состава этих растворов, происходящее при выпаривании (отрезки ВК и СР) и кристаллизации (кривые КМ и РН), показаны на фиг. 2. Процесс кристаллизации прекращают не доходя до эвтонической точки Е, чтобы избежать загрязнения солей за счет их совместного выделения. Маточный раствор с 2 и 3 ступеней возвращают в цикл на ступень 1.The inventive method is as follows: at stage 1 is nanofiltration separation of the solution into two streams. In this case, the nanofiltration process is carried out in such modes in which a solution whose composition corresponds to a point A on a schematic isothermal section of the phase equilibrium diagram of the Н ₂ О-Sol1-Sol2 system, which does not form double salts (Fig. 2), is separated into the filtrate and concentrate, whose compositions correspond to points B and C lying on opposite sides of the beam connecting the H ₂ O point with the E point corresponding to a solution of the eutonic composition. The solutions obtained after nanofiltration separation are evaporated in evaporators 2 and 3 to obtain two salts. The change in the composition of these solutions that occurs during evaporation (VK and SR segments) and crystallization (KM and PH curves) is shown in FIG. 2. The crystallization process is stopped before reaching the eutonic point E, in order to avoid salt contamination due to their joint separation. The mother liquor from steps 2 and 3 is returned to the cycle at step 1.

Если в системе, из которой требуется извлечь соли, существует более одной эвтонической точки (фиг.3), то процесс нанофильтрационного разделения проводят таким образом, чтобы из исходного раствора состава, соответствующего точке A' на фиг.3, получать концентрат и фильтрат составов, соответствующих точкам B' и C' на фиг.3, лежащим на изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий по разную сторону от лучей кристаллизации соответствующих эвтонических растворов. If there is more than one eutonic point in the system from which salts are to be extracted (Fig. 3), then the nanofiltration separation process is carried out in such a way that from the initial solution of the composition corresponding to point A 'in Fig. 3, a concentrate and filtrate of the compositions are obtained, corresponding to points B 'and C' in figure 3, lying on an isothermal section of the phase equilibrium diagram on the opposite side from the crystallization rays of the corresponding eutonic solutions.

П р и м е р 1. Исходный раствор хлорида и сульфата натрия с концентрацией NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 25 г/л подают с расходом 1 м³/ч на нанофильтрационное разделение, где получают 0,77 м³/ч фильтрата, содержащего NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 2,3 г/л, и 0,23 м³/ч концентрата, содержащего NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 101 г/л. Далее фильтрат упаривают в 13 раз, получая 45,8 кг/ч хлорида натрия, при этом концентрация сульфата натрия в растворе достигает 30 г/л. Концентрат нанофильтрационного разделения упаривают в 2,75 раза с выделением 18,6 кг/ч сульфата натрия, при этом его содержание в растворе снизится до 55 г/л. Маточный раствор со ступени выпаривания фильтрата, содержащий 266 г/л NaCl и 30 г/л Na₂SO₄ c расходом 0,06 м³/ч возвращается в цикл на ступень нанофильтрационного разделения. Туда же возвращается и маточный раствор, полученный после выпаривания концентрата, с расходом 0,08 м³/ч и концентрацией 220 г/л NaCl и 55 г/л Na₂SO₄.PRI me R 1. The initial solution of sodium chloride and sodium sulfate with a concentration of NaCl 80 g / l, Na ₂ SO ₄ 25 g / l is fed with a flow rate of 1 m ³ / h for nanofiltration separation, where 0.77 m ³ / h of a filtrate containing NaCl 80 g / l, Na ₂ SO ₄ 2.3 g / l, and 0.23 m ³ / h of a concentrate containing NaCl 80 g / l, Na ₂ SO ₄ 101 g / l. Next, the filtrate is evaporated 13 times, obtaining 45.8 kg / h of sodium chloride, while the concentration of sodium sulfate in the solution reaches 30 g / L. The nanofiltration separation concentrate is evaporated 2.75 times with the release of 18.6 kg / h of sodium sulfate, while its content in the solution will decrease to 55 g / l. The mother liquor from the stage of evaporation of the filtrate containing 266 g / l NaCl and 30 g / l Na ₂ SO ₄ with a flow rate of 0.06 m ³ / h is returned to the cycle to the stage of nanofiltration separation. The mother liquor obtained after evaporation of the concentrate is returned there, with a flow rate of 0.08 m ³ / h and a concentration of 220 g / l NaCl and 55 g / l Na ₂ SO ₄ .

П р и м е р 2. Исходный раствор хлорида и сульфата натрия с концентрацией Na₂SO₄ 120 г/л и NaCl 10 г/л и расходом 1 м³/ч выпаривают с кристаллизацией 117 кг сульфата натрия при 100^оС до концентрации примерно NaCl 200 г/л, Na₂SO₄ от 63 г/л с расходом на выходе 0,05 м³/ч. Затем раствор разбавляют в 2,5 раза до объема 0,125 м³/ч и концентрации NaCl 80 г/л и Na₂SO₄ 25,2 г/л, после чего подают на нанофильтрационное разделение, где получают 0,096 м³/ч фильтрата с концентрацией NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 2,3 г/л и 0,029 м³/ч концентрата с концентрацией NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 100 г/л. Далее фильтрат упаривают в 13 раз, получая 5,7 кг/ч хлорида натрия. При этом концентрация сульфата натрия в растворе достигает 30 г/л. Концентрат нанофильтрационного разделения упаривают в 2,75 раз с выделением 2,3 кг/ч сульфата натрия, причем содержание его в растворе уменьшается до 55 г/л. Маточный раствор со ступени выпаривания фильтрата, содержащий 266 г/л NaCl и 30 г/л Na₂SO₄, c расходом 0,007 м³/ч возвращается в цикл на ступень нанофильтрационного разделения. Туда же возвращается и маточный раствор, полученный после выпаривания концентрата с расходом 0,01 м³/ч и концентрацией 220 г/л NaCl и 55 г/л Na₂SO₄.PRI me R 2. The initial solution of chloride and sodium sulfate with a concentration of Na ₂ SO ₄ 120 g / l and NaCl 10 g / l and a flow rate of 1 m ³ / h is evaporated with crystallization of 117 kg of sodium sulfate at 100 ^about C to a concentration approximately NaCl 200 g / l, Na ₂ SO ₄ from 63 g / l with an outlet flow rate of 0.05 m ³ / h. Then the solution is diluted 2.5 times to a volume of 0.125 m ³ / h and a concentration of NaCl of 80 g / l and Na ₂ SO _{4 of} 25.2 g / l, after which it is fed to nanofiltration separation, where 0.096 m ³ / h of filtrate is obtained NaCl concentration of 80 g / L, Na ₂ SO ₄ 2.3 g / L and 0.029 m ³ / h of concentrate with a NaCl concentration of 80 g / L, Na ₂ SO ₄ 100 g / L. Next, the filtrate was evaporated 13 times, obtaining 5.7 kg / h of sodium chloride. In this case, the concentration of sodium sulfate in the solution reaches 30 g / l. The nanofiltration separation concentrate is evaporated 2.75 times with the release of 2.3 kg / h of sodium sulfate, and its content in the solution decreases to 55 g / l. The mother liquor from the stage of evaporation of the filtrate containing 266 g / l NaCl and 30 g / l Na ₂ SO ₄ , with a flow rate of 0.007 m ³ / h, is returned to the cycle to the stage of nanofiltration separation. The mother liquor obtained after evaporation of the concentrate with a flow rate of 0.01 m ³ / h and a concentration of 220 g / l NaCl and 55 g / l Na ₂ SO _{4 is} also returned there.

П р и м е р 3. Исходный раствор содержит 0,96 г/л SO₄ ^2-, 1,51 г/л Cl^-, 0,62 г/л Na⁺, 0,43 г/л Mg²⁺. Концентрации растворов на всех ступенях процесса представлены в таблице.PRI me R 3. The initial solution contains 0.96 g / l SO ₄ ^2- , 1.51 g / l Cl ^- , 0.62 g / l Na ⁺ , 0.43 g / l Mg ²⁺ . The concentration of solutions at all stages of the process are presented in the table.

На фиг. 4-5 изображены изотермы растворимости системы Na⁺, Mg²⁺ Cl^-, SO₄ ^2- при 55^оС (фиг.4) и при 100^оС (фиг.5) с фазовыми областями: 1 Na₂SO₄; 2 9Na₂SO₄; MgSO_4˙3NaCl; 3 NaCl; 4 3Na₂SO₄х хMgSO₄; 5 MgCl₂˙6H₂O; 6 MgCl₂˙H₂O; 7 Na₂SO₄˙MgSO₄˙2,5H₂O; 8 Na₂SO₄ x x MgSO₄˙4H₂O; 9 MgSO₄˙6H₂O. Указанный исходный раствор с раcходом 1 м³/ч (точка А), из которого при простом выпаривании кристаллизуется двойная соль Na₂SO₄˙MgSO₄ x x 4H₂O, подают на нанофильтрационное разделение, где получают 0,8 м³/ч фильтрата (точка В на фиг. 4) и 0,2 м³/ч концентрата (точка С на фиг.5). Далее из фильтрата кристаллизуют при 39,5-кратном выпаривании при 55^оС 1,1 кг/ч хлорида натрия (точка B' на фиг.4), а из концентрата при 3,8-кратном выпаривании при 100^оС кристаллогидрат сульфата магния 0,5 кг/ч в пересчете на сульфат магния (точка C' на фиг. 5). Маточные растворы состава, близкого к эвтоническому, возвращаются в цикл.In FIG. 4-5 shows the solubility isotherms of the system Na ^+, Mg ²⁺ Cl ^-, SO ₄ ^2- at 55 ° ^C (Figure 4) and at ¹⁰⁰ (Figure 5) areas with phase 1 Na ₂ SO _4; 2 9Na ₂ SO ₄ ; MgSO _4˙ 3NaCl; 3 NaCl; 4 3Na ₂ SO ₄ x x MgSO ₄ ; 5 MgCl ₂ ˙ 6H ₂ O; 6 MgCl ₂ ˙H ₂ O; 7 Na ₂ SO ₄ ˙ MgSO ₄ ˙ 2.5H ₂ O; 8 Na ₂ SO ₄ xx MgSO ₄ ˙ 4H ₂ O; 9 MgSO ₄ ˙ 6H ₂ O. The specified initial solution with a flow rate of 1 m ³ / h (point A), from which a double salt of Na ₂ SO ₄ ˙ MgSO ₄ xx 4H ₂ O crystallizes by simple evaporation, is fed to nanofiltration separation, where 0.8 m ³ / h of filtrate (point B in FIG. 4) and 0.2 m ³ / h of concentrate (point C in FIG. 5). Next, the filtrate was crystallized at 39.5-fold evaporation at 55 ° ^C 1,1 kg / h of sodium chloride (point B 'in Figure 4), and concentrate at from 3.8-fold evaporation at ¹⁰⁰ ° C, hydrated magnesium sulfate 0.5 kg / h in terms of magnesium sulfate (point C 'in Fig. 5). The mother liquors of a composition close to eutonic return to the cycle.

Преимущество заявляемого способа заключается в том, что получаемые соли кристаллизуются в области, достаточно далекой от эвтонического состава, т.е. предлагаемый способ позволит получать более чистый продукт при полной переработке раствора. The advantage of the proposed method is that the resulting salts crystallize in a region far enough from the eutonic composition, i.e. the proposed method will allow to obtain a cleaner product with a complete processing solution.

Таким образом, благодаря новым отличительным признакам, заключающимся в нанофильтрационном разделении раствора на два потока с составами, лежащими в областях кристаллизации различных солей, и последующей раздельной кристаллизацией выпариванием этих солей из полученных растворов с возвращением маточных растворов в цикл, достигается указанный технический результат. Thus, thanks to new distinctive features, which include nanofiltration separation of a solution into two streams with compositions lying in the crystallization regions of various salts, and subsequent separate crystallization by evaporation of these salts from the resulting solutions with the return of the mother solutions to the cycle, the indicated technical result is achieved.

Claims

1. METHOD FOR REMOVING SALTS FROM SOLUTIONS by crystallization during evaporation, characterized in that the solution is separated by nanofiltration into two streams with compositions lying on the isothermal section of the phase equilibrium diagram on different sides of the crystallization beam of the eutonic solution, and these salts are extracted from the resulting solutions by crystallization due to evaporating them to a eutonic composition and return the residual mother liquors to the cycle.

2. The method according to claim 1, characterized in that the solution of salts capable of forming double salts is divided into two streams with compositions lying on the isothermal section of the phase equilibrium diagram on different sides of the crystallization rays of the corresponding eutonic solutions.