RU2094378C1

RU2094378C1 - Method of extraction of iodine and bromine from solutions

Info

Publication number: RU2094378C1
Application number: RU96118173A
Authority: RU
Inventors: В.А. Гуров; В.С. Иванов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Дирекция Межправительственной Инновационной рудной программы"
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: chemical technology, inorganic chemistry. SUBSTANCE: method involves treatment of solutions with acid and sorption of iodine and bromine as halide-ions on ionite, desorption of iodine and bromine followed by regeneration and recovery of ionite to sorption. Desorption is carried out with desorbent solutions in the presence of bivalent manganese. EFFECT: decreased reagent consumption, improved ecology safety of process. 1 tbl

Description

Изобретение относится к химии и технологии получения иода и брома, а также их производных, и может быть использовано для совместного или раздельного извлечения этих галогенов из природных и техногенных растворов с помощью ионитов. The invention relates to chemistry and technology for the production of iodine and bromine, as well as their derivatives, and can be used for joint or separate extraction of these halogens from natural and industrial solutions using ion exchangers.

Известен способ извлечения иода и брома из растворов с помощью ионитов в виде иодид- и бромид-ионов (см. статью С.Н. Яворского, Э.Я. Фарфеля и статью М. Л. Койфмана, Г.Р. Залкинда, Н.И. Гуревич "Труды ГИПХ", вып. 48, с. 27 и 104, 1965). Способ предусматривает сорбцию иодид- или бромид-ионов из растворов, содержащих хлорид-ионы, на анионитах. There is a method of extracting iodine and bromine from solutions using ion exchangers in the form of iodide and bromide ions (see the article by S.N. Yavorsky, E.Ya. Farfel and the article by M.L. Koifman, G.R. Zalkind, N. I. Gurevich "Proceedings of the GIPH", issue 48, p. 27 and 104, 1965). The method involves sorption of iodide or bromide ions from solutions containing chloride ions on anion exchangers.

Недостатком способа является низкая сорбционная емкость анионитов из-за сильного диспессирующего действия хлорид-ионов и, как следствие, высокие затраты на реагенты при извлечении галогенов. The disadvantage of this method is the low sorption capacity of anion exchangers due to the strong dispersing effect of chloride ions and, as a consequence, the high cost of reagents for the recovery of halogens.

Наиболее близким к изобретению является способ извлечения иода и брома из растворов, включающий обработку растворов кислотой, окисление иодид- и бромид-ионов газообразным хлором и сорбцию элементарных галогенов на анионитах (см. книгу В.Н. Ксезенко и Д.С. Стасиневича "Химия и технология брома, иода и их соединений", изд. "Химия", М. 1979). Способ предусматривает сорбцию иода и брома в виде элементарных галогенов, в результате чего сорбционная емкость ионитов существенно возрастает. Десорбцию иода и брома с насыщенных анионитов осуществляют раствором сульфита натрия и хлорида натрия. Closest to the invention is a method for the extraction of iodine and bromine from solutions, including the treatment of solutions with acid, the oxidation of iodide and bromide ions with gaseous chlorine and the sorption of elemental halogens on anion exchangers (see the book “Chemistry by V. N. Ksezenko and D. S. Stasinevich and technology of bromine, iodine and their compounds ", ed." Chemistry ", M. 1979). The method provides for the sorption of iodine and bromine in the form of elemental halogens, as a result of which the sorption capacity of ion exchangers increases significantly. The desorption of iodine and bromine from saturated anion exchangers is carried out with a solution of sodium sulfite and sodium chloride.

Недостатком способа являются высокие затраты на реагенты из-за их дороговизны и повышенного расхода, а также низкая экологическая безопасность процесса вследствие применения газообразного хлора. The disadvantage of this method is the high cost of reagents due to their high cost and increased consumption, as well as low environmental safety of the process due to the use of gaseous chlorine.

Целью настоящего изобретения является снижение затрат на реагенты и повышение экологической безопасности процесса. The aim of the present invention is to reduce the cost of reagents and increase the environmental safety of the process.

Поставленная цель достигается тем, что при извлечении иода и брома из растворов в процессе, включающем обработку растворов кислотой, сорбцию иода и брома в виде галогенид-ионов на ионите, десорбцию иода и брома ведут растворами десорбентов в присутствии ионов двухвалентного марганца. This goal is achieved by the fact that during the extraction of iodine and bromine from solutions in a process including treatment of solutions with acid, sorption of iodine and bromine in the form of halide ions on an ion exchanger, desorption of iodine and bromine is carried out with solutions of desorbents in the presence of divalent manganese ions.

Сущность изобретения состоит в следующем. В процессе сорбции на анионитах иода или брома в виде элементарных галогенов в присутствии хлорид-ионов протекают реакции:
R(Cl)+J₂=R(J₂CL)
R(Cl)+Br₂=R(Br₂CL)
где
R функциональная группа ионита.The invention consists in the following. In the process of sorption on anion exchangers of iodine or bromine in the form of elemental halogens in the presence of chloride ions, the reactions proceed
R (Cl) + J ₂ = R (J ₂ CL)
R (Cl) + Br ₂ = R (Br ₂ CL)
Where
R is an ion exchanger functional group.

Процесс десорбции осуществляют раствором сульфита и хлорида натрия по реакциям:
R(J₂CL)+Na₂SO₃+H₂O=R(J)+Na₂SO₄+HCL +HJ
R(J)+NaCl=R(Cl)+NaJ
Здесь сульфит натрия выполняет роль восстановителя элементарного галогена, а хлорид натрия служит десорбентом. Десорбцию брома осуществляют аналогично. В качестве десорбентов можно использовать и другие соли: нитрат натрия, сульфат калия и т.д. В связи с неустойчивостью сульфита натрия в кислой среде наблюдается его повышенный расход, а выделение сернистого газа снижает экологическую безопасность процесса.The desorption process is carried out with a solution of sulfite and sodium chloride according to the reactions:
R (J ₂ CL) + Na ₂ SO ₃ + H ₂ O = R (J) + Na ₂ SO ₄ + HCL + HJ
R (J) + NaCl = R (Cl) + NaJ
Here, sodium sulfite acts as a reducing agent for elemental halogen, and sodium chloride serves as a desorbent. Bromine desorption is carried out similarly. Other salts can also be used as desorbents: sodium nitrate, potassium sulfate, etc. Due to the instability of sodium sulfite in an acidic environment, its increased consumption is observed, and the release of sulfur dioxide reduces the environmental safety of the process.

Если же десорбцию иода и брома вести раствором десорбента, например, хлорида натрия, в присутствии ионов двухвалентного марганца, то будут иметь место следующие реакции:
R(J₂Cl)+Mn²⁺+H₂O=R(J+MnO₂)+HCl+HJ+2H⁺
R(J+MnO₂)+NaCl=R(Cl+MnO₂)+NaJ
Аналогично будет протекать и десорбция брома. Элементарные иод и бром окисляют ионы двухвалентного марганца непосредственно в фазе ионита до двуокиси марганца, которая осаждается также в фазе ионита, а иодид- и бромид-ионы выделяются в раствор. Соли марганца значительно дешевле сульфита натрия, устойчивы в растворе и безопасны, поэтому затраты на реагенты снизятся, а экологическая безопасность процесса повысится.If the desorption of iodine and bromine is carried out with a solution of a desorbent, for example, sodium chloride, in the presence of divalent manganese ions, then the following reactions will take place:
R (J ₂ Cl) + Mn ²⁺ + H ₂ O = R (J + MnO ₂ ) + HCl + HJ + 2H ⁺
R (J + MnO ₂ ) + NaCl = R (Cl + MnO ₂ ) + NaJ
Desorption of bromine will proceed similarly. Elementary iodine and bromine oxidize divalent manganese ions directly in the ionite phase to manganese dioxide, which also precipitates in the ionite phase, and iodide and bromide ions are released into the solution. Manganese salts are much cheaper than sodium sulfite, stable in solution and safe, therefore, the cost of reagents will decrease, and the environmental safety of the process will increase.

При последующей сорбции иода и брома на анионите со свежеосажденной двуокисью марганца в его фазе нет необходимости окислять иодид- и бромид-ионы в растворе до элементарных галогенов, а достаточно обработать раствор кислотой в соответствующем количестве и вести сорбцию иода и брода непосредственно виде галогенид-ионов. При этом имеют место реакции:
R(Cl+MnO₂)+4H⁺+2J^-=R(J₂Cl)+Mn²⁺ +2H₂O
R(Cl+MnO₂)+4H⁺+2Br^-=R(Br₂Cl)+Mn²⁺ +2H₂O
Окисление иодид- и бромид-ионов до элементарных галогенов и их сорбция будут протекать непосредственно в фазе ионита и одновременно, в раствор же выделяются ионы двухвалентного марганца. В результате применение газообразного хлора и каких-либо других окислителей будет исключено, а затраты на реагенты дополнительно сократятся и возрастет экологическая безопасность процесса.In the subsequent sorption of iodine and bromine on anion exchange resin with freshly precipitated manganese dioxide in its phase, it is not necessary to oxidize iodide and bromide ions in solution to elementary halogens, but it is enough to treat the solution with acid in an appropriate amount and sorb iodine and ford directly in the form of halide ions. In this case, reactions take place:
R (Cl + MnO ₂ ) + 4H ⁺ + 2J ^- = R (J ₂ Cl) + Mn ²⁺ + 2H ₂ O
R (Cl + MnO ₂ ) + 4H ⁺ + 2Br ^- = R (Br ₂ Cl) + Mn ²⁺ + 2H ₂ O
Oxidation of iodide and bromide ions to elemental halogens and their sorption will proceed directly in the ion exchanger phase and, simultaneously, divalent manganese ions are released into the solution. As a result, the use of gaseous chlorine and any other oxidizing agents will be excluded, and the cost of reagents will be further reduced and the environmental safety of the process will increase.

Таким образом, если при извлечении иода и брома из растворов в процессе, включающем обработку растворов кислотой, сорбцию иода и брома на ионите в виде галогенид-ионов, десорбцию галогенов, регенерацию и возврат ионита на сорбцию, десорбцию иода и брома вести растворами десорбентов в присутствии ионов двухвалентного марганца, то затраты на реагенты снизятся, экологическая безопасность процесса возрастет и поставленная цель будет достигнута. Thus, if during the extraction of iodine and bromine from solutions in a process involving the treatment of solutions with acid, the sorption of iodine and bromine on an ion exchanger in the form of halide ions, the desorption of halogens, the regeneration and return of the ion exchanger to sorption, desorption of iodine and bromine are carried out with solutions of desorbents in the presence of ions of divalent manganese, then the cost of reagents will decrease, the environmental safety of the process will increase and the goal will be achieved.

По известному и предлагаемому вариантам в лабораторных условиях осуществляли сорбцию иода и брома на анионите марки АМП из раствора, содержащего 0,012 г/л иодид-ионов, 0,8 г/л бромид-ионов и 160 г/л хлорид-ионов. Сорбцию вели в динамических условиях до "проскока" иода в выходном растворе в концентрации 0,002 г/л и брома 0,02 г/л. Вначале осуществляли сорбцию иода на колонке 1, а затем из выходных растворов сербировали бром на колонке 2, с одинаковой скоростью фильтрации растворов через колонки. По известному варианту иодид-ионы окисляли до элементарного иода перед сорбцией иода, а бромид-ионы перед сорбцией брома, хлорной водой. Исходный раствор подкисляли серной кислотой до pH 2,5. Насыщенный анионит из каждой колонки после сорбции делили на две равные порции, из которых одну часть подвергали десорбции иода и брома, а другую использовали в опыте по предлагаемому варианту. Десорбцию осуществляли также в динамических условиях раствором сульфита натрия 75 г/л и хлорида натрия 150 г/л в количестве 10 объемов раствора на 1 объем ионита. По результатом опытов подсчитывали сорбционную обменную емкость анионита по иоду и брому, а также удельный расход реагентов в расчете на 1 кг извлеченного иода. According to the known and proposed options, in the laboratory, sorption of iodine and bromine was carried out on an AMP anion exchange resin from a solution containing 0.012 g / l of iodide ions, 0.8 g / l of bromide ions and 160 g / l of chloride ions. Sorption was carried out under dynamic conditions until an iodine “slip” in the outlet solution at a concentration of 0.002 g / l and bromine 0.02 g / l. First, sorption of iodine was carried out on column 1, and then bromine on column 2 was sorbed from the output solutions with the same filtration rate of the solutions through the columns. In a known embodiment, iodide ions were oxidized to elemental iodine before sorption of iodine, and bromide ions before sorption of bromine, with chlorine water. The initial solution was acidified with sulfuric acid to pH 2.5. Saturated anion exchange resin from each column after sorption was divided into two equal portions, of which one part was subjected to desorption of iodine and bromine, and the other was used in the experiment according to the proposed option. Desorption was also carried out under dynamic conditions with a solution of sodium sulfite 75 g / l and sodium chloride 150 g / l in the amount of 10 volumes of solution per 1 volume of ion exchanger. According to the results of the experiments, the sorption exchange capacity of anion exchange resin for iodine and bromine was calculated, as well as the specific consumption of reagents per 1 kg of extracted iodine.

По предлагаемому варианту порции ионита, насыщенного иодом и бромом, загружали соответственно в две колонки и поочередно проводили десорбцию раствором хлорида двухвалентного марганца 75 г/л и хлорида натрия 150 г/л в таких же условиях, как и по известному варианту. По окончании десорбции в этих же колонках проводили сорбцию иодид- и бромид-ионов из исходного раствора. Перед сорбцией иодид-ионов раствор подкисляли до pH 3,5, перед сорбцией бромид-ионов до pH 1,5. По окончании опытов подсчитывали сорбционную обменную емкость ионита (СОЕ) по иоду и брому. Результаты представлены в таблице. According to the proposed embodiment, portions of the ion exchanger saturated with iodine and bromine were loaded into two columns, respectively, and desorption was carried out in turn with a solution of divalent manganese chloride 75 g / l and sodium chloride 150 g / l under the same conditions as in the known embodiment. At the end of desorption, iodide and bromide ions were sorbed from the initial solution in the same columns. Before sorption of iodide ions, the solution was acidified to pH 3.5, before sorption of bromide ions to pH 1.5. At the end of the experiments, the sorption exchange capacity of the ion exchanger (SOE) was calculated by iodine and bromine. The results are presented in the table.

Из таблицы следует, что при близких показателях по сорбционной обменной емкости, выходу в десорбат и удельному расходу серной кислоты по обоим вариантам, по известному варианту добавился хлора 1,3 кг и сульфита натрия - 2,7 кг. По предлагаемому варианту дополнительным являлся только расход более дешевого хлорида марганца в 2,1 кг, что свидетельствует о значительном сокращении затрат на реагенты. It follows from the table that, with similar indicators of sorption exchange capacity, output to desorbate and specific consumption of sulfuric acid for both variants, chlorine 1.3 kg and sodium sulfite 2.7 kg were added according to the known version. According to the proposed option, the only additional cost was 2.1 kg of cheaper manganese chloride, which indicates a significant reduction in reagent costs.

Claims

A method of extracting iodine and bromine from solutions containing them in the form of halide ions, including treating the solution with acid, sorption of iodine and bromine on ion exchangers, desorption of halogens, regeneration and return of ion exchangers to sorption, characterized in that the sorption of iodine and bromine is carried out in the form of halides ions, and desorption of halides with an ion exchanger is carried out with solutions of desorbents in the presence of divalent manganese ions.