СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЙОДА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ НАПОРНЫХ ВОД Российский патент 2015 года по МПК C02F9/06 C02F1/28 C02F1/70 C01B9/06 C25B1/24 C02F101/12 C02F103/06 

Изобретение относится к способам извлечения йода из подземных напорных вод и может быть использовано в газо- и нефтедобывающей промышленности для попутного извлечения йод-сырца.

Известен способ электролитического выделения йода и поглощения его углем (авт. св. СССР №40333, кл. 12i, 714, 1934. А.П. Шмук), согласно которому при электролизе происходит анодное окисление иодид-ионов и одновременная сорбция йода на аноде из активного угля.

Недостатком такого способа является то, что йод с угля выделяется химическими восстановителями, что делает уголь непригодным для дальнейшего использования, и, кроме того, расходуются химические реактивы.

Наиболее близким к изобретению является способ обратного выделения йода с угля (авт. св. СССР №43879, кл.l2i, 714, 1935. Е.Н. Виноградова). По этому способу десорбция йода с угля идет в виде иодид-ионов электрохимическим восстановлением за счет смены полюсности при электролизе с положительного на отрицательный.

Недостатками способа являются использование в качестве сорбента мелкозернистого древесного угля с низкой адсорбционной емкостью (80 мг/г) и железного катода, который при электролизе в минерализованной воде образует хлопья гидроокиси железа, препятствующие протеканию процесса.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является исключение затрат на химические реагенты в процессе электрохимического и сорбционного извлечения йода, снижение экологической нагрузки на окружающую среду.

При осуществлении технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности добычи йода, в том числе из низкоконцентрированных йодсодержащих подземных напорных вод (от 10 мг/л).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе извлечения йода из подземных напорных вод, включающем стадии электрохимического окисления иодид-ионов, сорбции молекулярного йода на угле, электрохимического восстановления йода до йодидов и десорбции, особенностью является то, что в качестве сорбента используют активированный дробленый уголь с высокой прочностью и высокой адсорбционной емкостью и медный катод, при этом все указанные стадии осуществляют в одном химическом реакторе. Кроме того, возможно использование в качестве сорбента угля марки КАУСОРБ-221 с адсорбционной емкостью по йоду 1000 мг/г, а в качестве сырьевого источника извлечения йода низкоконцентрированных подземных напорных вод.

Способ включает в себя электрохимическое окисление иодид-ионов без применения реагентов-окислителей. Все указанные ниже стадии извлечения йода осуществляют в одном химическом реакторе, в качестве которого используют сорбционную колонну (см. рис. 1).

Сущность изобретения состоит в следующем. При извлечении йода путем проведения электролиза при постоянном напряжении (1-2,5 В) пластовая вода (2) из напорной емкости (1) через нижнее отверстие поступает в сорбционную колонну (3), заполненную активным дробленым углем с высокой прочностью и высокой адсорбционной емкостью (не менее 1000 мг/г) (6), например марки КАУСОРБ-221 (ТУ 2162-210-05795731-2006) с адсорбционной емкостью по йоду 1000 мг/г. Колонна выступает в качестве проточного электролизера. В нижней части колонны расположен графитовый электрод (4), который вместе с плотно насыпанным и сверху прижатым пластиковой решеткой (7) углем образуют один большой активный анод. На анод и катод через выпрямитель (8) подается постоянный ток с напряжением 1,5 В и силой тока 0,2 А. С целью предотвращения выпадения в осадок гидроксида железа и забивкой им межзернового пространства угля в верхней части колонны расположен вместо железного медный катод в форме пластины (5). В анодном пространстве происходит одновременное подкисление раствора до pH 2,4-2,7 и окисление йода в растворе с последующей его сорбцией на угле до достижения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), равного 550-590 мВ. Так как именно в этом диапазоне значений ОВП раствора происходит полное селективное окисление йода, а бром и хлор в этих условиях не окисляются. После насыщения угля йодом меняется полярность электродов для того, чтобы йод восстановился и продесорбировался с угля этим же раствором.

Схема электролиза йодсодержащих водных растворов с графитовым анодом представлена ниже:

Из схемы видно, что выделившиеся на аноде ионы водорода служат причиной повышения кислотности раствора, что является благоприятным условием для электрохимического окисления йода. Далее за счет взаимодействия ионов водорода и гидроксильных групп на выходе из колонны раствор становится нейтральным с pH 6,8 - 7,5.

Изобретение позволяет исключить затраты на реагенты, извлекать йод из вод с низким его содержанием и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

Пример. Природную подземную воду, имеющую состав, г/л: хлорид натрия -13,4; иодид-ион - 0,01; бромид-ион - 0,05; кальций - 0,5; магний - 0,13; железо общ. - 0,002; pH - 7,3, М (минерализация) - 14,7 подают в колонну проточного электролизера для окисления, сорбции и десорбции йода. Загрузка колонны углем - 1 г. Было пропущено 60 л раствора при напряжении 1,5 В и силе тока 0,2 А. На 1 г угля адсорбировано 600 мг йода. После того, как уголь насытился, меняют полярность, в результате чего, анод становится катодом, а катод - анодом и йод десорбируется с угля в виде йодид-ионов. Степень извлечения 97%. Общий расход электроэнергии 5,7 кВт-ч на 1 кг йода (считая расход энергии на окисление и на восстановление).

В таблице приведены результаты получения йода по предлагаемому и известному ионообменному способу с использованием угля КАД (Ксензеко В.И., Стасиненвич Д.С.Химия и технология брома, йода и их соединений, Москва, Изд-во «Химия», 1979, стр. 232).

Изобретение может быть использовано в газо- и нефтедобывающей промышленности для попутного извлечения йод-сырца из бедных по его содержанию подземных напорных вод. Для осуществления способа проводят последовательные стадии электрохимического окисления йодид-ионов, сорбции молекулярного йода на угле, электрохимического восстановления йода до йодидов и десорбции. Все стадии осуществляют в одном химическом реакторе, в качестве которого используют сорбционную колонну. В качестве сорбента используют активированный уголь с адсорбционной емкостью по йоду не менее 1000 мг/г. В качестве анода используют графитовый электрод, расположенный в нижней части колонны, в качестве катода - медный катод в форме пластины, расположенный в верхней части колонны. После насыщения угля йодом меняют полярность электродов для десорбции йода с угля в виде йодид-ионов. В качестве сырьевого источника извлечения йода используют подземные напорные воды, в том числе с низким содержанием йода. Способ обеспечивает повышение эффективности добычи йода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Способ извлечения йода из подземных напорных вод, включающий последовательные стадии электрохимического окисления йодид-ионов, сорбции молекулярного йода на угле, электрохимического восстановления йода до йодидов и десорбции, отличающийся тем, что все стадии осуществляют в одном в одном химическом реакторе, в качестве которого используют сорбционную колонну, в качестве сорбента используют активированный уголь с адсорбционной емкостью по йоду не менее 1000 мг/г, в качестве анода используют графитовый электрод, расположенный в нижней части колонны, в качестве катода - медный катод в форме пластины, расположенный в верхней части колонны, и после насыщения угля йодом меняют полярность электродов для десорбции йода с угля в виде йодид-ионов.

2. Способ извлечения йода по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сырьевого источника извлечения йода используют подземные минерализованные напорные воды, в том числе с его низким содержанием.