СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОДА И БРОМА ИЗ РАСТВОРОВ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/28 C02F1/42 C01B7/09 C01B7/14 

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.

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.

Недостатком способа является низкая сорбционная емкость анионитов из-за сильного диспессирующего действия хлорид-ионов и, как следствие, высокие затраты на реагенты при извлечении галогенов.

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.

Недостатком способа являются высокие затраты на реагенты из-за их дороговизны и повышенного расхода, а также низкая экологическая безопасность процесса вследствие применения газообразного хлора.

Целью настоящего изобретения является снижение затрат на реагенты и повышение экологической безопасности процесса.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Использование: изобретение относится к химии и технологии получения иода и брома и может быть использовано для извлечения этих галогенов с помощью ионитов из природных и техногенных растворов. Сущность: способ включает обработку растворов кислотой и сорбцию иода и брома в виде галогенид-ионов на ионите, десорбцию иода и брома, регенерацию и возврат ионита на сорбцию, причем десорбцию ведут растворами десорбентов в присутствии ионов двухвалентного марганца. Изобретение позволяет сократить затраты на реагенты и повысить экологическую безопасность процесса. 1 табл.

Способ извлечения иода и брома из растворов, содержащих их в виде галогенид-ионов, включающий обработку раствора кислотой, сорбцию иода и брома на ионитах, десорбцию галогенов, регенерацию и возврат ионитов на сорбцию, отличающийся тем, что сорбцию иода и брома осуществляют в виде галогенид-ионов, а десорбцию галогенидов с ионитом ведут растворами десорбентов в присутствии ионов двухвалентного марганца.