Способ извлечения йода Российский патент 2020 года по МПК C01B7/14 B01D11/04 

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ, именно - к технологии получения йода из природных вод, используемого в фармацевтической и химической промышленности.

Заявляемый способ может быть использован для выделения йода как в лабораторной практике, так и в промышленности и пригоден и для периодических, и для непрерывных технологических методов.

Природные воды содержат йод в восстановленной форме (I^-) и зачастую имеют щелочную реакцию среды. Малые концентрации йодид-ионов (≈ 100-10 мг/л) и указанные факторы делают процесс извлечения йода достаточно сложным и экономически дорогостоящим.

На большинстве промышленных предприятий в основу получения йода положен классический технологический процесс, заключающийся в подкислении огромных объемов вод (1 кг йода содержится в ≈50 тоннах воды) до pH≈2,5, последующем окислении йодид-ионов различными окислителями (хлор или хлорная вода), отдувке образующегося йода воздухом. Газовый поток с йодом поступает в скруббер с раствором, содержащим восстановитель, например Na₂SO₃, где снова переходит в форму I^- и концентрируется в этой форме до содержания ≥30 г/л. Далее из концентрированного раствора путем повторного окисления йод выделяют в твердую фазу (Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, йода и их соединений. - М.: Химия, 1995, 432 с.).

Основные недостатки способа заключаются в следующем:

- большой расход кислоты, необходимой для подкисления воды (при pH воды, равном 6-7, расход серной кислоты составляет до 400-500 кг на 1 кг извлекаемого йода);

- подкисление воды предопределяет необходимость нейтрализации отработанной воды перед закачкой ее в подземные пласты;

- при подкислении образуются нафтеновые кислоты, загрязняющие фильтрационные системы и продукт.

Определенной разновидностью процесса является замена операции восстановления образующегося молекулярного йода на сорбцию на синтетическом анионите (Патент РФ №2235059, МПК C01B 7/14, опубл. 2004.08.27) или экстракцию индивидуальным или смешанным органическим растворителем (трибутилфосфат или его растворы в керосине) (Патент РФ №2331576, МПК C01B 7/14, опубл. 2008.08.20).

Однако и указанные способы реализуются при подкислении исходных минеральных источников. Кроме того, многостадийность процесса приводит к его усложнению. Операция десорбции йода с сорбента протекает не в полной мере, что требует дополнительных отмывок смолы от йода.

Известен способ извлечения йода, включающий предварительное окисление иодид - иона пероксидом водорода с последующей экстракцией чистым трибутилфосфатом (ТБФ) в присутствии серной кислоты при соотношении объема органической фазы к объему водной фазы 1:6. Извлечение йода в органическую фазу составляет 95% [авторское свидетельство СССР № 300058. Опубликовано 05.12.1974. Бюллетень №45].

Недостатками известного способа является необходимость предварительного подкисления воды, использование токсичного и пожароопасного экстрагента - ТБФ, длительность отделения экстрагента от исходной воды.

Наиболее близкими к предлагаемому способу по сущности технического решения (жидкость - жидкостная экстракция), является способ экстракционного извлечения йода из кислых растворов ТБФ в керосине 1:1 при соотношении объема органической фазы к объему водной фазы 1:20. Данный способ принят за прототип. В данном случае степень извлечения йода в экстракт составляет около 99% [авторское свидетельство СССР № 1161459, опубликовано 15.06.1985. Бюллетень №22]. Недостатками прототипа являются затрудненная экстракция галогенидов из разбавленных водных растворов, использование пожароопасного разбавителя (керосин), токсичного и пожароопасного экстрагента - ТБФ, трудности при реэкстракции йода.

Технической задачей изобретения является исключение из процесса пожароопасных органических экстрагентов (ТБФ) и разбавителей (керосин) и повышение степени извлечения целевого продукта (йода).

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе подкисленный или нейтральный, или слабощелочной раствор, содержащий элементный йод, экстрагируют жидким (субкритическим) диоксидом углерода при температуре 0-20°С и избыточном давлении 50-200 атм. Диоксид углерода стабилизирует pH раствора на уровне 4-6 единиц.

Соотношение фаз воды и диоксида углерода составляет от 1:9 до 9:1 по объёму. Время контакта фаз 5 - 15 минут.

Извлечение йода в экстракт составляет 96-99%, остаточная концентрация йода в водной фазе не более 2,4 мг/л, насыщение углекислотной фазы при многократной противоточной экстракции до 0,7 г/л.

Способ осуществляется следующим образом.

Раствор, содержащий молекулярный йод, экстрагируют жидким диоксидом углерода в герметичном аппарате, при этом соотношение Н₂О:СО₂ составляет 1:9 - 9:1 по объему. Избыточное давление составляет 50-200 атм, что гарантирует нахождение диоксида углерода в жидком агрегатном состоянии. Температура составляет 0-20°С. Время контакта фаз 10 минут, продолжительность отстаивания 5 минут.

Конкретные условия реализации способа (давление, температура, степень извлечения) могут варьироваться исходя из состава и характеристик природной воды.

Содержание йода, а также степень его извлечения из воды определяли по методикам, известным и общепризнанным в данной области. При проведении подтверждающих экспериментов использовался экстрактор SFE-5000 (ЦКП НО «Арктика», САФУ).

Примеры, подтверждающие возможность выделения иода по предлагаемому методу, приведены в таблице 1.

Из приведённых примеров видно, что по предлагаемому способу возможно выделение йода из воды с высокой степенью извлечения и соответственно, низким остаточным содержанием йода.

Для реализации заявляемого способа может быть использовано стандартное оборудование.

Заявляемый способ является экологически безопасным, т.к. получаемый продукт не содержит органических растворителей, а в результате проведения процесса не образуется токсичных или трудно утилизируемых отходов или побочных продуктов.

Заявляемый способ может быть использован для выделения йода как в лабораторной практике, так и в промышленности и пригоден и для периодических, и для непрерывных технологических методов.

Таблица 1. Примеры, подтверждающие возможность осуществления способа извлечения йода

№/№ примера Т, °С Р, атм рН Объем водной фазы, л Объем углекислотной фазы, л Соотношение фаз (В:СО₂) Содержание иода в водной фазе, мг/л Коэффициент распределения D Степень извлечения R, % До извлечения После извлечения 1 20 80 7 2,5 2,5 1:1 126 14,5 7,7 88,5 2 20 100 4 1,25 3,75 1:3 63 0,8 27,4 98,8 3 20 150 9 4,5 0,5 9:1 63 8,7 56,2 86,2 4 20 200 7 0,5 4,5 1:9 31 н.о.* >1000** 99,9(9) 5 10 100 4 0,5 4,5 1:9 126 7,3 1,8 94,2 6 10 150 7 2,5 2,5 1:1 31 4,2 6,3 86,3 7 10 200 9 4,5 0,5 9:1 63 14,7 29,6 76,7 8 0 50 4 0,5 4,5 1:9 126 22,2 0,5 82,4 9 0 150 7 1 4 1:5 31 1,1 6,7 96,4 10 0 200 9 4,375 0,625 7:1 63 18,6 16,7 70,5

Примечание: *н.о. - не обнаружено; ** Рассчитать не представляется возможным.

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ, а именно к способу получения йода из природных вод, который может быть использован в фармацевтической и химической промышленности. Способ заключается в осуществлении экстракции подкисленного, нейтрального или слабощелочного раствора, содержащего элементный йод, жидким субкритическим диоксидом углерода при температуре 0-20°С и избыточном давлении 50-200 атм, в течение 15 минут, при соотношение фаз воды и диоксида углерода от 1:9 до 9:1 по объёму. Изобретение позволяет повысить степень извлечения йода, а также исключить из процесса пожароопасные органические экстрагенты и разбавители, что обеспечивает экологическую безопасность способа. 1 табл.

Способ извлечения йода из природной воды различной кислотности, включающий экстракцию жидким субкритическим диоксидом углерода при повышенном давлении, отличающийся тем, что температура составляет 0 – 20°С, а давление 50 – 200 атм, соотношение фаз воды и диоксида углерода составляет от 1:9 до 9:1 по объёму, продолжительность экстракции составляет 15 минут.