СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ КРАУН-ЭФИРА Б15К5 Российский патент 2023 года по МПК C07D323/00 B01D11/04 

Предлагаемое изобретение относится к технологии разделения изотопов щелочных и щелочноземельных элементов с применением в качестве экстрагента краун-эфиров, содержащих от 4 до 6 атомов кислорода в цикле.

Известны способы разделения, очистки и аналитики краун-эфиров, основанные на применении растворов хлорной кислоты HClO₄, в которых краун-эфиры образуют комплексы с хлорной кислотой. Комплексы выпадают в осадок, а примеси остаются в растворе (маточнике) с которым удаляются при фильтровании. Далее осадок разрушают водой в присутствии хлороформа, отгоняют воду и хлороформ, и после нескольких последовательных очисток получают содержание основного вещества 99,0-99,5%: [SU 1014237 Способ разделения цис-син- и цис-анти-цис-изомеров дициклогексил-18-краун-6. Опубл. 23.07.84. Бюл. №27]; [SU 1392503 Способ количественного определения краун-эфирных групп в полимерах. Опубл. 30.04.88. Бюл. №16]; [SU 1065415 Способ очистки краун-эфиров - производных краун-6. Опубл. 07.01.84. Бюл. №1].

Процессы основанные на применении хлорной кислоты имеют ряд существенных недостатков. Показанные способы могут быть применены в исследовательских и аналитических работах. Применение в непрерывном производстве, где обращаются десятки килограммов краун-эфира, не устойчивого в кислых средах, тем более в среде хлорной кислоты, осложнено значительным количеством недостатков. При непрерывной работе и зацикливании продуктов деструкции краун-эфира вероятно образование взрывоопасных веществ, кроме этого, органические смазочные материалы в мешалках, насосах и запорно-регулирующих устройствах усугубляют взрывоопасную ситуацию.

В качестве прототипа предлагаемого способа регенерации краун-эфира выбран способ выделения растворимых в воде краун-эфиров, содержащих от 4 до 6 атомов кислорода в цикле из комплексов со щелочными и щелочноземельными металлами [SU 1227632 Способ. Опубл. 23.07.84. Бюл. №27], в котором водный раствор комплекса краун-эфира со щелочным или щелочно-земельным металлом с рН 7-8, пропускают через слой сульфокатионита при 5-14 кратном массовом избытке сульфокатионита по отношению к количеству очищаемого краун-эфира.

Недостатками прототипа являются:

- при работе с веществами содержащими хлорид-ион, после адсорбции катиона на ионообменнике, в выходном растворе содержится краун-эфир и соляная кислота, которая разрушает краун-эфир, особенно это проявляется при непрерывном процессе разделения изотопов, когда краун-эфир находится в среде циркулирующих кислых растворов;

- процесс осложняется необходимостью устранения влияния соляной кислоты на качество краун-эфира в длительном непрерывном процессе, а, следовательно, увеличением расходов на разделение изотопов из-за создания дополнительных аппаратов и технологий.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа регенерации краун-эфира Б15К5 из растворов нитрата лития (или другой соли), в котором краун-эфир не подвергается деструкции и может быть применен без ограничений многократно, при этом сокращается объем технологических операций и исключаются реагенты с высокой коррозионной активностью.

Указанный результат достигается тем, что регенерацию проводят путем экстракции краун-эфира Б15К5 из водного раствора, содержащего краун-эфир Б15К5 и нитрат лития (или другую соль лития), хлороформом, при этом содержание нитрата лития (или другой соли лития) по литию не более 300 мг/л, соотношение хлороформ/водная фаза ОФ:ВФ ≥1:40, температура экстракции от минус 2°С до 30°С.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Водный раствор, содержащий литий не более 300 мг/л и краун-эфир Б15К5, при температуре в интервале от минус 2°С до 30°С контактируют при интенсивном перемешивании с хлороформом при соотношение хлороформ/водная фаза ОФ:ВФ ≥1:40, краун-эфир Б15К5 экстрагируется в хлороформ, при этом в водной фазе остаточная концентрация краун-эфира Б15К5 не более 0,0001 моль/л. Далее краун-эфир Б15К5 из экстракта с хлороформом выделяют отгонкой хлороформа при температуре 80-85°С. Регенерат краун-эфира Б15К5 возвращают в цикл обогащения лития-7. Литий в водной фазе направляют на доизвлечение лития-7 или на утилизацию.

Концентрации лития в рафинате более 300 мг/л не дает полностью разрушиться комплексу краун-эфира Б15К5 с литием и краун-эфир Б15К5 в комплексе с литием частично остается в водной фазе.

В хлороформе проходит концентрирование краун-эфира Б15К5, концентрация краун-эфира Б15К5 в ОФ соответствует концентрации краун-эфира Б15К5 в рафинате при соответствующем соотношении ОФ/ВФ.

Если концентрация лития в рафинате составляет 300 мг/л, то соотношение ОФ/ВФ составляет 1:10, при концентрации лития в ВФ 50 мг соотношение понижают до 1:40, тогда расход хлороформа на экстракцию краун-эфира Б15К5 составит 25 л на 1 м рафината. Затраты на циркуляцию хлороформа в технологии обогащения лития-7, при его теплоте испарения в 9 раз меньшем чем у воды, не столь значительные по сравнению со стоимостью Б15К5.

Последующая операция - разделение раствора краун-эфира Б15К5 в хлороформе на регенерат краун-эфира Б15К5 и хлороформ путем испарения хлороформа не представляет затруднений.

Соотношение фаз при регенерировании краун-эфира Б15К5 ОФ:ВФ ≥1:40, выбирают по содержанию лития в водной фазе и получению в водной фазе после контакта с хлороформом содержания в ВФ краун-эфира Б15К5 не более 0,0001 моль/л (0,0268 г/л).

Температуру в процессе регенерации краун-эфира Б15К5 поддерживают в интервале от минус 2 до 30°С. Снижение температуры приводит к замерзанию (кристаллизации) растворов солей лития и образованию гидратов хлороформа, увеличение температуры более 30°С нецелесообразно из-за высокой испаряемости хлороформа.

Примеры осуществления предлагаемого способа, приведены в таблице.

На основании данных таблицы видно, что при концентрации лития в водной фазе меньше 300 мг/л комплекс краун-эфира Б15К5 слитием разрушается (краун-эфир Б15К5 перешел в хлороформ, концентрация краун-эфира Б15К5 в ВФ меньше 0,0001 моль/л) и при соотношении фаз ОФ:ВФ=1:10 Б15К5 практически полностью переходит в хлороформ. Концентрация краун-эфира Б15К5 снижается от исходной 2,68 г/л (0,01 моль/л) до <0,0001 моль/л. Эта величина ограничена нижним пределом определения по аттестованной методике измерения концентрации краун-эфира Б15К5. Если рассматривать вне зоны аттестации, то концентрация определяется до уровня <1⋅10^-7 моль/л. Концентрация лития в ВФ остается неизменной в пределах погрешности методики выполнения измерений.

Предлагаемый способ позволяет сократить расход краун-эфира Б15К5 в технологии обогащения лития-7. Возврат краун-эфира Б15К5 в цикл обогащения лития-7 не меньше 99,1%.

Изобретение относится к области технологии регенерации экстрагентов, применяемых для разделения изотопов щелочных и щелочноземельных элементов. Способ регенерации краун-эфира характеризуется тем, что регенерацию проводят путем экстракции краун-эфира Б15К5 хлороформом из водного раствора, содержащего краун-эфир Б15К5 и нитрат лития, при этом содержание нитрата лития по литию составляет не более 300 мг/л, объемное соотношение хлороформ/водная фаза ОФ:ВФ≥1:40, температура экстракции от минус 2°С до 30°С. Техническим результатом изобретения является предоставление способа регенерации краун-эфира Б15К5 из растворов нитрата лития, в котором краун-эфир не подвергается деструкции и может быть применен без ограничений многократно, при этом сокращается объем технологических операций и исключаются реагенты с высокой коррозионной активностью. 1 табл.

Способ регенерации краун-эфира, отличающийся тем, что регенерацию проводят путем экстракции краун-эфира Б15К5 из водного раствора, содержащего краун-эфир Б15К5 и нитрат лития, хлороформом, при этом содержание нитрата лития по литию не более 300 мг/л, объемное соотношение хлороформ/водная фаза ОФ:ВФ≥1:40, температура экстракции от минус 2°С до 30°С.