Способ извлечения стронция из высокоминерализованных растворов с рН 7-10 Советский патент 1989 года по МПК B01J47/02 C01F11/24 

1

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к ионообменным способам извлечения стронция, являющегося микрокомпонентом высокоминерализованных растворов, содержащих натрий и кальций, и может быть использовано при извлечении стронция из природных высокоминерализованных вод, продуктов их переработки, сточных вод предприятий, использующих высокоминерализованные природные воды, и других высокоминерализованных растворов для очистки этих растворов от стронция и для его последующего использования.

Целью изобретения является повышение степени извлечения стронция.

На чертеже приведена схема предлагаемого способа извлечения стронция.

Разделительную противоточную колонну 1 питают ионитом в натриевой форме и

раствором, содержащим ионы стронция, кальция и натрия. В колонне осуществляют непрерывное противоточное разделение смеси стронция и кальция на плотном слое ионита по типу фронтальной хроматографии с накоплением и концентрированием ионов стронция. Из колонны непрерывно или периодически в виде продукта отбирают раствор или ионит, содержащие сконцентрированный стронций и натрий без кальция или с небольшой его примесью, и направляют на выделение стронция известными способами, например осаждением в виде карбоната.

Выходящий из колонны раствор хлорида натрия с минимальной примесью двух- зарядных ионов далее используют для выделения хлорида натрия или для регенерации ионита.

3 1

со оо оо ел

Выходящий из разделительной колонны 1 ионит, содержащий ионы стронция, кальция и натрия с несколько уменьшенной долей стронция по отношению к кальцию, направляют в десорбционную противоточ- ную колонну 2 в которой осуществляют вытеснение стронция пропусканием раствора смеси ионов кальция и натрия через плотный слой ионита.

В используемом для вытеснения растворе концентрация хлорида натрия равна концентрации NaCi в обрабатываемом растворе, а концентрация кальция близка к суммарной концентрации кальция и стронция в обрабатываемом растворе.

Выходящий из колонны 2 раствор, содержащий вытесняемые из ионита ионы стронция, а также натрия и кальция с соотношением трех компонентов, близким к соотношению компонентов в исходном поступающем на переработку растворе, возвращают в разделительную колонну 1.

Выходящий из колонны 2 ионит содержит ионы натрия и кальция с соотношением, близким к соотношению натрия и двухразрядных ионов в ионите, обрабатываемом в колонне 1.

Обработанный в колонне 2 ионит регенерируют. Регенерация ионита заключается в замещении ионов кальция на натрий и может быть осуществлена пропусканием избытка хлорида натрия в противоточной колонне или колонне с неподвижным слоем ионита, или карбонатом натрия с образованием труднорастворимого и легко отмываемого от ионита осадка карбоната кальция в статическом реакторе с перемешиванием, или в колонне со взвешенным слоем ионита, или способом, комбинирующим указанные способы: значительную часть кальция из ионита вымывают раствором NaCl (вышедшим из колонны 1), а затем ионит дорегенерируют раствором соды. При использовании для регенерации раствора хлорида натрия часть образующегося раствора NaCl и СаСЬ после соответствующей корректировки содержания кальция используют в качестве вытеснителя в колонне 2.

Пример 1. Выделение стронция из раствора, содержащего 0,01 н. SrCl2, 0,07 н. СаС12 и 2,5 н. NaCl с рН 7-10, на катиони- те КБ-4.

Используют противоточные колонны диаметром 25 мм и высотой 400 см с поочередным движением ионита сверху вниз и раствора снизу вверх со скоростью 12-25 мл/мин. Процесс осуществляют на катионите КБ-4 в № -форме зернением 0,25-0,5 мм. В первую колонну подают ионит и обрабатываемый раствор, содержащий стронций. Соотношение потоков уводимых из колонны ионита и раствора подбирают таким, чтобы передняя граница сорбционного фронта двух- зарядных ионов оставалась на расстоянии 30-80 см от верхнего края колонны, не выходя из нее. Из колонны выходит раствор 2,58 н. NaCl, содержание SrCb и СаСЬ в котором менее н. В колонне происходит концентрирование стронция и одновременная очистка от кальция.

После пропускания 50 л раствора (при этом из колонны выходит 2,5 л ионита) в колонне образуется протяженная зона, занимающая значительную ее часть, в котоQ рой раствор содержит стронций с концентрацией 0,04 н. и натрий с концентрацией 2,5 н., а концентрация кальция не превышает 0,002 н., а в ионите стронций и натрий занимают соответственно 16 и 85% его емкости. Из этой зоны непрерывно или

5 периодически выводится с раствором или ионитом смесь сконцентрированного стронция с натрием указанных составов.

Производительность составляет 4,5- 9 мг-экв стронция в 1 ч (190-400 мг стронция в 1 ч).

® Выводимый из первой колонны ионит, состав которого близок к равновесному с исходным раствором смеси NaCl, СаСЬ и SrCb, направляют во вторую противоточ- ную колонну, по принципу и условиям ра5 боты аналогичную первой, в которой стронций вытесняют пропусканием через ионит раствора смеси 2,5 н. NaCl и 0,073 н СаСЬ.

Из колонны на верхнем ее конце выво0 дят раствор смеси NaCl, СаСЬ и ЗгСЬ с концентрациями, близкими к концентрациям в исходном обрабатываемом растворе. Этот раствор направляют на подпитывание первой разделительной колонны.

Выводимый из колонны ионит, содержа5 ние натрия, кальция и стронция в котором соответственно 50, 50 и сО, 1% от обменной емкости, регенерируют, замещая кальций на натрий.

Степень извлечения стронция составляет более 98%.

0 Пример 2. Регенерация ионита карбонатом натрия.

Этот и следующий примеры иллюстрируют, как осуществить регенерацию ионита, необходимого для проведения процесса,

5 описанного в примере 1.

0,5 л ионита, содержащего 50% натрия, 50% кальция и 0,1% стронция (содержание от обменной емкости), обрабатывают в статическом реакторе с перемешиванием 3 л насыщенного раствора каро боната натрия. Образующийся осадок карбоната кальция отмывают от ионита регенерирующим раствором, раствор отфильтровывают от осадка и возвращают на регенерацию ионита. После четырех-пятикратной обработки ионита насыщенным раствором

5 карбоната натрия, циркулирующим в указанном цикле регенерации, ионит переходит в №+-форму. Образуется 45 г карбоната кальция.

Отрегенерированный ионит промывают раствором хлорида натрия, полученным в разделительной колонне (колонна 1).

Пример 3. Регенерация ионита растворами хлорида натрия и карбоната натрия,

Ионит, содержащий 50% натрия, 50% кальция и 0,1 % стронция (содержание от обменной емкости), в противоточ- ной колонне, по конструкции, принципу и условиям работы аналогичной описанным в примере 1, обрабатывают 2,5 н. раствором хлорида натрия, полученным в разделительной колонне 1 в примере 1, с соотношением потоков фаз 20 л раствора на 1 л исходной суспензии ионита. Из колонны выходит раствор, среднее содержание каль- ция в котором составляет 0,5 н., и ионит в смешанной натрий-кальциевой форме, содержащий 20% (от полной обменной емкости) кальция.

Далее этот ионит обрабатывают в ста- тическом реакторе насыщенным раствором карбоната натрия (условия обработки те же, что и в примере 2), переводя его в №+-форму.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет непрерывно извлекать более 98% стронция из высокоминерализованных растворов, содержащих в качестве макрокомпонентов хлориды натрия и кальция, и осуществлять практически полную очистку этих растворов от стронция. Извлекаемый стронций получается в виде раствора, содержащего сконцентрированный хлорид стронция и хлорид натрия и очищенного от кальция. При этом в качестве побочных продуктов получаются раствор хлорида натрия, очищенный от двухзарядных ионов, а также карбонат кальция.

Пример 4. Регенерация ионита раствором хлорида натрия.

Ионит, содержащий 50% натрия, 50% кальция и 0,1% стронция (содержание от отменной емкости), в противоточ- ной колонне, по конструкции, принципу и условиям работы аналогичной описанной в примере 1, обрабатывают 2,58 н. раствором хлорида натрия при соотношении потоков фаз 40 л раствора на 1 л суспензии ионита (средняя объемная скорость ионита 75 мл/ч, раствора 3,0 л/ч).

Из колонны выходит раствор, средняя концентрация кальция в котором составляет 0,035 н., и ионит, степень регенерации которого составляет 96%.

5

0

5

0

0

5

Пример 5. Выводимый из колонны 1 ионит, равновесный с исходным обрабатываемым раствором смеси 2,5 н. хлорида натрия, 0,07 н. хлорида кальция и 0,01 н. хлорида стронция с рН 8,5, направляют в противо- точную колонну, принцип работы и параметры которой аналогичны описанным в примере 1. Через ионит в колонне пропускают раствор смеси 2,5 н. хлорида натрия и 0,080 н. хлорида кальция. Ионит, выводимый из колонны, содержит соответственно 50% (от обменной емкости) ионов натрия, 50% ионов кальция и менее 0,1% стронция (содержание стронция меньше чувствительности пламенно-фотометрического метода анализа вытесненного из ионита раствора). На верхнем конце колонны выходит раствор смеси хлоридов натрия, кальция и стронция с концентрациями, совпадающими с концентрациями этих компонентов (в пределах точности пламенно-фотометрического метода анализа) в исходном обрабатываемом растворе. Этот раствор добавляют к растворх, подаваемому в колонну 1. Степень извлечения стронция составляет более 98%.

Как видно из приведенных примеров, проведение способа извлечения стронция в предлагаемом режиме позволяет непрерывно извлекать более 98% сронция из высокоминерализованных растворов, что на 40% превышает показатели известного способа.

Кроме того, данный способ позволяет снизить расходы кислоты и щелочи на регенерацию сорбентов.

Формула изобретения

1.Способ извлечения стронция из высокоминерализованных растворов с рН 7-10, содержащих натрий и кальций, включающий их пропускание через карбоксильный катионит в противоточны.х колоннах, элюи- рование стронция из катионита и его регенерацию, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения стронция, элюирование стронция ведут раствором смеси хлорида натрия и кальция концентрациями, равными концентрациям натрия, стронция и кальция в исходном растворе, после чего элюат смешивают с исходным раствором, регенерацию катионита ведут насыщенным раствором хлорида или карбоната натрия.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что регенерацию ведут 2,5-2,6 н. раствором карбоната или хлорида натрия.

Питание рост- вор НаС1+СаС1г + Srrts

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к извлечению стронция из природных высокоминерализованных вод, продуктов их переработки, сточных вод предприятий, использующих высокоминерализованные природные воды, для очистки этих растворов от стронция и его последующего использования и позволяет на 40% повысить степень его извлечения. Сущность способа заключается в том, что обрабатываемый раствор с PH 7-10 пропускают через карбоксильный катионит в противоточной колонне, концентрируя стронций и очищая от кальция, вытесняют стронций из обработанного ионита раствором смеси хлоридов натрия и кальция с концентрациями, равными концентрациям натрия и двухзарядных ионов в обрабатываемом растворе. Затем ионит регенерируют 2,5-2,6 н.растворами хлорида или карбоната натрия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Ионит RHa

Pacm6op Had

f

Раствор

MaCl CaClz+SrClz

Рег енераци.о«н«е omKodfrt, содержание Cot+

ф/Ъсрво, /VaClf + CrtW

Регенериру - тщцй pacm /

8op