SU1606460A1

SU1606460A1 - Способ извлечени стронци из высокоминерализованных растворов, содержащих натрий и кальций

Info

Publication number: SU1606460A1
Application number: SU884628181A
Authority: SU
Inventors: Владимир Александрович Иванов; Вера Дмитриевна Тимофеевская; Владимир Иванович Горшков; Николай Петрович Николаев; Александр Дмитриевич Саурин
Original assignee: МГУ им.М.В.Ломоносова
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1990-11-15

Abstract

Изобретение относитс к ионообменным способам извлечени стронци из высокоминерализованных растворов, содержащих натрий и кальций, позвол ет увеличить производительность процесса и повысить степень концентрировани стронци в продукционном растворе. Способ осуществл ют путем пропускани обрабатываемого раствора через карбаксильный катионит в натриевой форме в противоточных колоннах, вытеснени стронци из ионита раствором смеси NACL и CACL₂ с получением продукционного раствора, регенерации ионита растворами NACL и N₂CO₃, при этом пропускание раствора через ионит осуществл ют при температуре выше 20°С, но не выше температуры кипени исходного раствора, а вытеснение стронци и регенерацию ионита осуществл ют при температуре ниже 20°С, но не ниже температуры замерзани растворов. 1 ил.

Description

Изобретение относитс к химической технологии, конкретно к ионообменным способам извлечени стронци , вл ющегос микрокомпонентом высокоминерализованных растворов, содержащих также натрий и кальций, и может быть использовано при извлечении стронци из природных высокоминерализованных вод, продуктов их переработки , сточных вод предпри тий, использующих высокоминерапизованные природные воды, и других высокоминерализованных растворов дл очистки этих растворов от стронци и дл его последующего использовани .

Цель изобретени - увеличение производительности процесса и степени

концентрировани стронци в продукционном растворе.

Способ ссуществп ,ют следующим образом .

Разделительную противоточную колонну I питают карбоксильным катио- нитом в натриевой форме и раствором, содержащим ионы стронци , кальци и натри с рН 7-10. Питаю1Йле колонну потоки фаз предварительно нагревают до заданной температуры Тгрр в интервале .от 20 с до температуры кипени раствора. При этом колонна снабжена термостатирующей или адиабатической рубашкой, обеспечивающей проведение процесса при температуре колонне осуществл ют непрерывное про

а

CJ5

тивоточкое разделение смеси стронци и каЛыщ на плотном слое ионита по типу фронтальной хроматографии,с на- коплешшм и концентрировадаем ионов стронци . Из колонны непрерьшно или периодически в виде продукта отбира-, ют раствор или ионит, содержащие сконцентрированный стронх ий и натрий без кальци или с небольшой его примесью, и направл ют на вьщеление стронци известными способами (например , осаждением в виде карбоната). Вькод щий из колонны раствор хлорида натри с минимальной примесью .двух- зар дных ионов далее используют дл вьщелени хлорида натри или дл регенерации ионита.

Выход щую из разделительной колонны суспензию ионита, содержащего ионы стронци , кальци и натри с несколько уменьшенной долей стронци по отношению к кальцию, охлаждают

до температуры

(температура ниже

20 С, но не ниж-е температуры замерзани раствора), и .направл ют в де- сорбЩ1онную противоточную колонну II, в которой осуществл ют вытеснение стронци пропусканием раствора NaCl с примесью ионов. Са .при температуре Туцд . В используемом дл вытеснени растворе концентраци хлорида натри

равна концентрации NaCl в обрабатываемом растворе, а концентраци кальци не превьшает суммарную концентрацию двухзар дньк ионов в исходном высокоминерализованном растворе. Вы-т ход 1чий из колонны II раствор Хлорида натри , кальци и стронци , суммарное содержание двухзар дных ионов в котором вьш1е, чем в исходном высокоминерализованном растворе, а соотношени кальци и стронци близки, возвращают в разделительную колонну . I.

Выход щий из колонны II ионит содержит ионы натри и кальци . Далее

его регенерируют. Регенераци ионита заключаетс в замещении ионов кальци на натрий и может быть осуществлена пропусканием избытка хлорида , натри в противоточной колонне или колонне с неподвижным слоем ионита при температуре T;j(j, или карбонатом натри с образованием труднорастворимого и легко отмываемого от ионита осадка карбоната кальци в статическом реакторе с перемешиванием или в Колонне со взвешенным слоем ионита, или путем комбинировани указанных

, .

1606А604

способов (значительную часть кальци из ионита вымывают раствором NaCl, вьшедшим из колонны I, а зате ионит дорегенерируют раствором соды) . При использовании дл регенерации раствора хлорида натри часть образующегос раствора NaCl и СаС непосредственно используют в качестве вьп-еснител в колонне II.

10

Предел-ы температур гор чей

0

5

0

5

0

5

0

5

(Т.гор) и

холодной

(Тхол) стадий

процесса ограничены с одной стороны комнатной температурой, равной , и с другой стороны - температурами кипени и замерзани соответ- cTByiomjix растворов.

В данной схеме удобно организовать рекуперацию тепла и холода, поскольку часть потоков замкнуты.

Пример. Вьщеление стронци осуществл ют из раствора, содержащего , г-экв/л: SrCl 0,0072, CaCl-j. 0,050 и NaCl 2,52, с рН 7-10 при различных т емпературах в колоннах.

Используют три противоточные колонны диаметром 25 мм и высотой 350-420 см с поочередным движением ионита и раствора. Процесс осуществл ют на катионите КБ-4 с зернением 0,25-0,5 мм. Колонны снабжены рубашками дл термостатировани . В стационарном режиме осуществлени процесса все три колонны работают одновременно и потоки замкнуты. .

I V

в колонну I подают ионит в Na - форме и раствор смеси, г-зкв/л: NaCl 2,50, CaClj,0,070 и SrGl2.0,01. Этот раствор получают смешением исходного перерабатываемого раствора смеси, г-экв/л: NaCl 2,52, CaCl 0,050 и SrClg 0,0072, с раствором, г-зкв/л: NaCl 2,40, CaCl20,172 и SrCl 0,026, получаемым в колонне II. Эти растворы смешивают в объемной пропорции 24 л : 4,5л. Потоки фаз, подаваемые в колонну I, предварительно нагревают до Тгор 70°С, колонна также термостатируетс при этой температуре . Скорость подачи раствора Z,1 л/ч, скорость подачи ионита 0,75 л/ч. Обьемное соотношение потоков фаз, при котором фронт сорбции дв ухзар дных ионов находитс вблизи . вьюода раствора из колонны, составл ет 28,5 л раствора на 1 л ионита. Из колонны выходит раствор 2,58 г-экв/л NaCl, содержание двухзар дных ионов в котором менее

1 10 г-экв/л. В колонне образуетс зона, в которой раствор содержит .. стронций с концентрацией- 0,06 г-экв натрий с концентрацией 2,5 г-экв/л концентраци кальци не превьшает 0,001 г-экв/л, а в ионите стронций и натрий занимают 49 и 51% его емкости соответственно. Из этой зоны непрерывно или периодически вывод т в качестве продукционного раствора смесь сконцентрированного стронци с натрием указанных составов. Производительность составл ет 13,5 мг-экв стронци в 1 ч (- 600 мг стронци в 1 ч). По способу-прототипу, в котором высокоминерализованньй состав на обработку подают на ионит при комнатной температуре (20 с), при этой же температуре осуществл ют вытеснение стронци и регенерацию ионита, производительность процесса составл ет 3,2 мг-экв/ч. (350 мг/ч).

Выводимую из первой колонны суспензию ионита, равновесного с исходным обрабатываемым раствором при , охлаждают до 15°С. Затем ее направл ют во вторую противотоЧную колонну, в которой стронций вытесн ют из ионита пропусканием раствора смеси 2,5 г-экв/л NaCl и 0,073 г-экв CaCl,j с температурой +15°С со скоростью 0,34 л./ч при соотношении потоков фаз 4,5 л раствора на 1 л ионита Из колонны вывод т раствор с усред- неннБ1м составом, г-экв/л: NaCl 2,4, CaClji 0,1.72 и SrCl 0,0262. Концент раций СаС и SrClg в этом растворе

.в л/3,5 раза выше, чем в исходном обрабатываемом растворе, в то Bpeism как отношение концентрации стронций к его концентраций с кальцием равно 0,130, практически не отлич - етс от такого соотношени в исход-, ном обрабатываемом растворе (О,126). В выводимом из колонны II ионите 51% от обменной емкости зан то ионами Na, 49% - ионами Са, а ионов Бг менее 0,1%. Этот ионит :далеё регенерируют в колонне III раствором NaCl с температурой 15 С, а ионит в Na -форме возвращают в колонну I. Степень регенерации ионита более 96% Степень извлечени стронци 98%.

На чертеже представлены данные по вли нию температуры на равновесные характеристики карбоксильного катионита КВ-4, излучавшиес колоночным методом.

to

л, л .

6064606

На фиг. 1а приведены экспериментальные зависимости концентрированных констант равновеси обмена двух- зар дных и однозар дных катионов (К) от температуры:

V

- V 5«г ;

ме

где Y и X - эквивалентные дели соот- ветствукжщх ионов металлов в равновесных фазах ионита и раствора, дл растворов смесей 2,5 г-экв/л NaCl 0,08 г-экв/л CaClj, (1); 2,5 г-экв/л NaCl -ь 0,02 г-зкв/л СаС. (2); 2,5 г-экв/л Naei + 0,005 г-экв/л CaCli (3); 2,5 г-экв/л NaCl + + 0,01 г-экв/л SrCl (4) при рН 7-8.

Ца фиг. 16 приведены соответствующие зависимости от температуры долей емкости ионита Yj,, приход щиес на двухзар дные ионы. Видно, что в рассматриваемом интервале температур 25 от 20°С до температуры кипени раствора ее повьвиение приводит к росту KB 1,7-3 раза, а дол емкости, занимаема в ионите двухзар дными тионами, увеличиваетс практически вдвое.

При сорбции кальци и стронци из высокоминерализованного раствора, содержащего избыток NaCl, двухзар дные ионы занимают в.карбоксильном катионите лишь часть его полной об15

20

30

35

менной емкости. При повьшении темпе- ,, ратуры от 2Q С до температуры кипени раствора эта дол возрастает, так как возрастает селективность .- карбоксильных.катионитов к двухзар дньм ионам по сравнершю с одноза- р дными. Соответственно возрастает количество раствора, обрабатываемого на одном и том же количестве ионита, а следовательно, и производительность процесса концентрировани стронци . Кроме.того, при повышении температуры несколько увеличиваетс селективность карбоксиального катионита к кальцию по сравнению со стронцием. Это приводит к дополнительному увеличению производительности процесса разделени смеси ионов кальци и стронци .

Особенностью рассматриваемого процесса разделени вл етс то, что концентраци стронци в зоне максимального его концентрировани не достигает суммарной концентрации двух45

50

55

зар дных ионов в исходном растворе вследствие конкурирзпощего вли ни ионов натри . При увеличении селективности ионита к двухзар дным ионам при повышении темп ературы это различие сокращаетс и концентраци стронци в зоне максимального его концентрировани возрастает.

Вытеснение кальци из обработанного ионита осуществл ют при пониженной температуре (от до температуры замерзани раствора), при которой двухзар дные ионы более эффективно вытесн ютс ионами натри При этом на стадии вытеснени стронци раствором NaCl с примесью ионов Са концентраци которого не пре- вьшает суммарную концентрацию двух- зар дных ионов в исходном растворе, за счет температурного снижени селективности ионита к двухзар дньм ионам удаетс получить раствор, концентраци ионов стронци в котором существенно вьше, чем в-исходном высокоминерализованном растворе.

Таким образом, в предложенном способе по сравнению с прототипом производительность процесса (при оди

наковой плотности потока ионита) уве- личиваетс на 60%, а степень концентрации стронци - в 1,7 раза;.

Claims

Формулаизобр етени

Способ извлечени стронци из высокоминерализованных растворов, содержащих натрий и кальций, включающий пропускание обрабатываемого раствора через карбоксильный катионит в натриевой форме в противоточных колоннах , вытеснение стронци из ионита раствором смеси NaCl и CaCl с получением продукционного раствора, регенерацию ионита растворами NaCl и .отличающийс тем, что, с целью увеличени производительности процесса и повьппени степени концентрировани стронци в про- ДУК1ЩОННОМ растворе, высокоминерали- зованньй раствор пропускают через катионит при температуре вьппе 20°С, но не выше температуры кипени исходного раствора, а вытеснение стронци и регенерацию ионита осуществл ют при температуре ниже , но не ниже температуры замерзани растворов.

Л 1

16

12Уме

г

0.8 Д4

-. .X

о ио 80 i C