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 извлечения этих галогенов с помощью ионитов из природных и техногенных растворов, содержащих иодид-, бромид- и хлорид-ионы.

Известен способ извлечения иода из растворов с помощью ионитов в виде иодид-ионов (см. статью С.Н.Яворского и Э.Я.Фарфеля- "Труды ГИПХ", вып. 48, с. 27 за 1965 г.). Способ включает сорбцию иодид-ионов из растворов, содержащих хлорид-ионы, на анионитах, например марки АВ-17.

Недостатком способа является низкая динамическая обменная емкость ионитов по иоду из-за сильного депрессирующего действия хлорид-ионов, присутствующих в растворе.

Наиболее близким к изобретению является способ извлечения иода и брома из кислых растворов, содержащих иодид-, бромид-, и хлорид-ионы, включающий окисление иодид-ионов до элементарного иода на анионитах, окисление бромид-ионов до элементарного брома и сорбцию брома на анионитах, десорбцию иода и брома, регенерацию и возврат ионитов на сорбцию иода и брома (см. книгу В. Н.Ксензенко и Д.С.Стасиневича "Химия и технология брома, иода и их соединений.", изд. "Химия", М.1979 г.).

Недостатком способа является также низкая динамическая обменная емкость анионитов по иоду из-за конкурирующего влияния хлорид-ионов.

Целью изобретения является повышение динамической обменной емкости ионитов по иоду при извлечении иода и брома из растворов, содержащих иодид-, бромид- и хлорид- ионы.

Поставленная цель достигается тем, что в процессе сорбции иодид-ионов на одной загрузке ионита, окисления бромид-ионов до элементарного брома и сорбции брома на другой загрузке ионита, десорбции иода и брома, регенерации и возврата обеих загрузок ионита на сорбцию, сорбцию иодид-ионов ведут частью загрузки ионита, насыщенной элементарным бромом, которую направляют на сорбцию иодид-ионов, а после десорбции иода и регенерации возвращают на сорбцию брома.

Сущность изобретения состоит в следующем. При сорбции иода в виде иодид-ионов на анионите, заряжением в какую-либо анионную форму, из-за высокой, как правило, концентрации хлорид-ионов в растворе, поглощение иодид-ионов сильно подавляется конкурирующим действием хлорид-ионов. При сорбции иода в виде элементарного галогена процесс обычно улучшается вследствие повышения селективности ионита по отношению к иоду. Но из-за более низкого коэффициента диффузии элементарного иода в фазу ионита в сравнении с иодид-ионами динамическая обменная емкость по иоду остается невысокой.

При последовательных стадиях сорбции иодид-ионов на одной загрузке ионита, окисления бромид-ионов и сорбции элементарного брома на другой загрузке ионита из растворов, содержащих хлорид-ионы, анионит заряжается преимущественно в хлоридную форму, вне зависимости от первоначальной формы заряда. При этом сорбция брома протекает по реакции:
R(Cl)+Br₂=R(Br₂Cl)
где
R-функциональная группа ионита.

Если для сорбции иодид -ионов использовать ионит, насыщенный элементарным бромом, то в фазе ионита будет происходить окисление иодид-ионов до элементарного иода и восстановление брома до бромид-ионов с одновременным обменом на функциональных группах ионита по реакции:
R(Br₂Cl)+2J^-R(J₂CL)+2Br^-
В результате окисление иодид-ионов будет протекать одновременно с сорбцией и иодид-ионов, и элементарного иода непосредственно на функциональных группах ионита, что устранит диффузионные затруднения. Избирательность ионита, насыщенного элементарным бромом, по отношению к иодид-ионам возрастет, что в свою очередь повысит динамическую обменную емкость ионита по иоду. Выделяемые из фазы ионита в раствор бромид-ионы после окисления до элементарного брома вновь поступают на сорбцию брома.

Обычно природные и техногенные растворы содержат иодид-ионы в концентрациях на 1-2 порядка более низких, чем концентрации бромид-ионов. Поэтому при последовательной сорбции вначале иода, а затем брома, и одинаковом времени защитного действия загрузок ионита до заданного "проскока" по иоду и брому, в отработанных рассолах на сорбцию брома потребуется значительно большая единовременная загрузка ионита, чем на сорбцию иода. В результате часть загрузки ионита, насыщенной элементарным бромом, можно направлять на сорбцию иодид-ионов, а оставшуюся часть перерабатывать для получения бромного концентрата. Насыщенный же иодом ионит после десорбции и регенерации можно возвращать на сорбцию брома, соблюдая баланс по общей единовременной загрузке ионита. Чем в большей степени концентрация иода в исходных растворах меньше концентрации брома и чем в меньшей степени различаются величины заданной сорбционной емкости ионитов по иоду и брому, тем меньшую часть ионита, насыщенного бромом, необходимо направлять на сорбцию иодид-ионов. Например, если емкости ионитов по иоду и брому равны, а содержание иода в исходном растворе во 100 раз меньше, чем брома, то на сорбцию иода нужно направлять примерно одну стошестидесятую часть загрузки ионита, насыщенной бромом (молекулярная масса иода 1,6 раза больше массы брома). Таким образом, если в процессе сорбции иодид-ионов на одной загрузке ионитов, окисления бромид-ионов и сорбции элементарного брома на другой загрузке ионита, десорбции иода и брома, регенерации и возврата обеих загрузок ионита на сорбцию, ведут сорбцию иодид-ионов частью загрузки ионита, насыщенной элементарным бромом, которую направляют на сорбцию иодид-ионов, а после десорбции иода и регенерации возвращают на сорбцию брома, то динамическая обменная емкость ионита по иоду возрастет и поставленная цель будет достигнута.

По известному и предлагаемому вариантах в лабораторных условиях осуществляли сорбцию иода и брома на анионите АМП из раствора, содержащего 0,012 г/л иодид-ионов, 0,800 г/л бромид-ионов и 160 г/л хлорид-ионов, значение pH раствора составляло 2,5. Сорбцию вели в динамических условиях до "проскока" иода выходном растворе в концентрации 0,002 г/л. Раствор в обоих случаях последовательно фильтровали с равной скоростью через загрузки ионита, помещенные в две колонки. На колонке 1 вели сорбцию иода, на колонке 2 - сорбцию брома, с анализом выходных растворов на содержание галогенов. После появления "проскока" иода процесс останавливали и подсчитывали динамическую обменную емкость загрузок ионита по иоду и брому. Навески загрузок для сорбции иода были в 100 раз меньше навесок для сорбции брома. По известному варианту иодид- и бромид- ионы последовательно окисляли хлорной водой до элементарного состояния перед сорбцией соответствующего галогена. По предлагаемому варианту вначале окисляли хлорной водой бромид-ионы до элементарного состояния и на колонке 3 вели сорбцию брома. Иодид-ионы при этом окислялись до иодат-ионов и практически не поглощались ионитом. После насыщения бромом загрузки ионита в колонке 3, которая составляла 1 сотую часть от загрузки в колонке 4, окисление иодид- и бромид-ионов в исходном растворе прекращали и на колонке 3 вели сорбцию иодид-ионов. В выходном растворе, уже не содержащем иода, вновь окисляли бромид ионы до элементарного брома и вели его сорбцию на колонке 4. После появления "проскока" иода в колонке 3, опыт останавливали и подсчитывали динамическую обменную емкость (ДОЕ) по иоду и брому в колонках. Результаты представлены в таблице.

Из таблицы следует, что при сорбции иода и брома в виде элементарных галогенов по известному варианту ДОЕ по иоду составила 84 мг/г ионита, по брому -56 мг/г, при времени защитного действия загрузки ионита 40 ч. По предлагаемому варианту, когда сорбцию иода вели в виде иодид-ионов частью загрузки ионита, насыщенной элементарным бромом, а сорбцию брома также в виде элементарного брома, ДОЕ составила по иоду -174 мг/г ионита, по брому -116 мг/г при времени защитного действия 83 ч. В результате динамическая обменная емкость ионита по иоду увеличилась более, чем в двое.

Использование: изобретение относиться к химии и технологии получения иода и брома и может быть использовано для извлечения этих галогенов с помощью ионитов из природных и техногенных растворов, содержащих иодид-, бромид- и хлорид-ионы. Сущность: способ включает сорбцию иодид-ионов на одной загрузке ионита, сорбцию элементарного брома на другой загрузке ионита, при этом часть загрузки ионита, насыщенного элементарным бромом, направляют на сорбцию иодид-ионов, а после десорбции иода и регенерации возвращают на сорбцию брома. Изобретение позволяет повысить динамическую обменную емкость ионитов по иоду. 1 табл.

Способ извлечения иода и брома из кислых растворов, содержащих иодид-, бромид- и хлорид-ионы, с помощью ионитов, включающий сорбцию иода на одной загрузке ионита, окисление бромид-ионов до элементарного брома и сорбцию брома на другой загрузке ионита, десорбцию иода и брома, регенерацию и возврат обеих загрузок ионита на сорбцию, отличающийся тем, что сорбцию иода ведут в виде иодид-ионов частью загрузки ионита, насыщенной элементарным бромом.