Способ очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей солей элементов второй группы Советский патент 1990 года по МПК C02F1/42 B01J47/06 C02F1/42 C02F101/10 C02F103/00 

(21) (22) (46) (71) (72)

1

4651524/31-26

17.02.89

07.12.90. Бюл. № 45

МГУ им. М.В.Ломоносова

В.А.Иванов, В.Д.Тимофеевекая, В.И.Горшков и Т.В.Елисеева (53) 628.356.74(088.8) (56) Салдадзе К.М., Шейнин В.А. К вопросу очистки рассола от примесей катионов./Сб. Хроматография, ее теория и применение. - М.: Изд-во АН СССР, 1960, с. 33-37. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ ОТ ПРИМЕСЕЙ СОЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ВТОРОЙ ГРУППЫ

I(57) Изобретение относится к способу очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей

солей элементов второй группы и позволяет повысить экологическую чистоту способа за счет устранения образования послерегенерационных и проявочных сточных вод. Способ осуществляют путем предварительной подготовки полиакрилового или полиметакрило- вого катионита перед очисткой и его перевода в Na-форму, пропускания через катионит исходного раствора, нагретого до температуры, не превьша- ющей температуру кипения этого раствора, регенерации катионита. Подготовку катионита к очистке и его ре- генераЦию осуществляют путем обработки катионита исходным раствором при комнатной или более низкой температуре, но не ниже температуры его замерзания. 1 табл.;

сл

Изобретение относится к способу очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей солей элементов второй группы и позволяет повысить экологическую чистоту способа за счет устранения образования послерегенерационных и проявочных сточных вод. Способ осуществляют путем предварительной подготовки полиакрилового или полиметакрилового катионита перед очисткой и его перевода в NA-форму, пропускания через катионит исходного раствора, нагретого до температуры, не превышающей температуру кипения этого раствора, регенерации катионита. Подготовку катионита к очистке и его регенерацию осуществляют путем обработки катионита исходным раствором при комнатной или более низкой температуре, но не ниже температуры его замерзания. 1 табл.

Изобретение относится к способам очистки концентрированных растворов солей однозарядных катионов от при- , месей солей катионов второй группы и может быть использовано в химической .технологии, аналитической химии, водоподготовке.

Цель изобретения - повьшение экологической чистоты способа за счет устранения образования послерегенерационных и промывочных сточных вод.

Обрабатываемый раствор соли щелочного металла, содержащий примесь ионо в элементов второй группы, при повышенной температуре, не превьппа- ющей температуру кипения раствора, пропускают через полиакриловый или полиметакриловый катионит в Na-форме,

предварительно приведенньй в равно- . весие с исходным обрабатьшаемым раствором при комнатной или более низкой температуре, но не ниже темпе- ратуры их замерзания, при этом последующую регенерацию катионита осуществляют обрабатываемым раствором при этих же температурах.

Возможность осуществления предлагаемого способа очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов О.Т примеси катионов элементов второй группы связана с особенностяг ми равновесных свойств полиметакри- ловых и полиакриловых ионитов. Кар- боксильные катиониты проявляют повышенную селективность к многозарядным катионам, так что эффективно сорбио:

00

со

руют их даже из концентрированных placTBOpOB солей щелочных металлов. Кроме того, для к;арбоксильных кати- снитов указанного типа характерна значительная зависимость от температуры селективности к двухзарядным 1 атионам по сравнению с однозаряд- Йыми; с повышением температуры се 4ективность увеличивается. : При пропускании обрабатываемого jiacTBopa через катионит при повышен- F:oft температуре значительная доля емкости ионита насыщается двухза- Iядными катионами. В то же время при с.нижении температуры селективность I двухзарядным ионам снижается, и раствором того же состава, что и обрабатываемый, или раствором, в котором содержание двухзарядных катионов :астично снижено, можно удалить значительную часть двухзарядных ионов из ионита, обработанного на первой стадии процесса (при высокой темпе- фатуре), т.е. частично отрегенери- фовать ионит. При этом в регенерате Содержание двухзарядных ионов вьше, йем в исходном обрабатываемом растворе. При пропускании исходного раст фора при высокой температуре iLfon Через отрегенерированньй таким обра- $ом ионит происходит очистка этого |)аствора от двухзарядных катионов. Глубина очистки тем выше, чем больше азница температур в двух стадиях процесса Максимальное изменение тем Оературы ограничено температурами кипеция и замерзания растворов, : Таким образом, изменяя температуру, можно на одной колонне с иони- том, через которую пропускают раствор одного и того же состава, последовательно отбирать фракции раствора со значительно пониженным и значительно повьпденным (по сравнени с исходным) содержанием двухзарядных ионов и перерабатывать сколь угодно большое количество раствора. В предлагаемом способе отсутствует необходимость промывать ионит3 а также отсутствуют кислые и щелочные стоки

Поскольку ионит на всех стадиях остается в солевой форме, то изменение объема ионита в предлагаемом способе значительно меньше, чем в способе очистки с кислотно-щелочной регенерацией. В случае необходимости можно увеличивать глубину очистк или степень концентрирования приме

0

5

0

5

0

5

сей одним из известных приемов - каскадированием, методом параметрического перекачивания, использованием противоточных колонн,

П р и м е р 1. Влияние температуры на равновесные свойства карбоксильных катионитов.

Пример иллюстрирует влияние температуры на равновесные характеристики ионитов с карбоксильными обменными группами. Измеряют зависимости от температуры концентрационных констант (К) равновесия обмена двухзарядных и однозарядных катионов:

N01

0

5

К

«11 Ме где Y и X - эквивалентные доли соответствующих ионов металлов в равновесных фазах катионита и раствора, из раствора смеси 2,5 г-экв/л NaCl + + 0,08 г-экв/л CaCl с рН 7-10 на ка- тионитах различной структуры, содержащих карбоксильные обменные группы. Температура слабо влияет на равновесные характеристики полиамфолитов: иминодиацетатного АНКБ-50 и винилпи- ридинового с Ос -пиколиновыми группировками ВПК, а также карбоксильного катионита на основе стиролдивинил- бензольной матрицы КМД-1. В то же время с повышением температуры на полиметакриловых КБ-4 и КБ-4П2 и полиакриловым КБ-2 катионитах происходит сильное увеличение их селективности к кальцию. Сильное температурное изменение селективности наблюдается на этих катионитах также при различных соотношениях концентраций компонентов в растворе, а также для других элементов второй групцы. Зависимости К от температуры для растворов 2,5 г-экв/л NaCl + 0,08 г-экв/л 2,5 г-экв/л NaCl + 0,02 г- экв/л CaClg.; 2,5 г-экв/л NaCl + + 0,005 г-экв/л 2,5 г-экв/л NaCl 0,01 г-экв/л 2,5 г- экв/л NaCl + 0,08 г-экв/л MgCl показывают, что в рассматриваемом интервале температуры 13-95 С повышение температуры приводит к росту К в 1,7-3 раза. При этом доля емк ости, занимаемая в ионите двухзарядными катионами, увеличивается на 50-80%,

П р и м е р 2. Очистка концентрированных растворов NaCl и КС1 от мик5

ропримеси Са с регенерацией ионита .раствором исходного состава.

В примере демонтируется очистка концентрированных растворов NaCl и КС1 с рН 7-10 от примеси ионов и регенерацией ионита раствором исходного состава при комнатной температуре или при более низкой температуре, но не .температуры его замерзания Т.)ри.Для осуществления очистки используют термостатируемые ионообменные колонны диаметром 0,79-0,84 см с высотой слоя ионита 50-95 см (высота слоя ионита несколько изменяется в процессе каж,цого опыта по мере изменения его состава). Полная обменная емкость катионита (ПОЕ) и другие показатели очистки и регенерации в каждом опыте указаны в таблице.

Очистку раствора заданного состава осуществляют следующим образом. В начале процесса катионит равновесен обрабатываемым раствором при низкой температуре (3-15°С). Колонну термостатируют при высокой температуре Трдр (70-95°С) и через катионит пропускают со скоростью 1-3 мл/мин раствор того же состава. Выходящий и колонны раствор собирают фракциями. В некотором объеме фильтрата содержание ионов Са снижается по сравнению с исходным в несколько раз (объем очищенного раствора V в таблице указан до участка основного изменения состава раствора по мере его приближения к исходному). Степень очистки характеризуется величиной , равной отношению концентрации ионов его концентрации ( очищенном объеме. .

После завершения стадии очистки проводят регенерацию ионита. Для этого колонну термостатируют при низкой температуре и через ионит с той же скоростью пропускают раствор исходного состава. Фильтрат собирают фракциями. В начале регенерации концентрация кальция в фильтрате в 5-10 раз вьше, чем в исходном растворе, и по мере пропускания раствора концентрация кальция в фльтрате снижается, приближаясь к концентрации в исходном растворе. В процессе этой операции происходит вымывание из ионита избыточных, сорбировавшихся в горячей стадии процесса ионов кальция. Регенерацию продол18796

жают до того момента, пока из ионита десорбируется 95% избыточных ионов кальция (соответствующий объем Vpgr) На отрегенерированном таким образом ионите повторяют очистку исходного раствора при температуре Т p(jp , как описано.

Представленные в таблице данные 0 демонстрируют эффективность предлагаемого способа. В рассмотренных случаях на относительно небольших объектах суспензии ионита (25-55 мл) удается очистить значительные объ- 15 емы, растворов, снижая при этом концентрацию кальция в 3-10 раз. При этом оказывается возможным использовать способ даже для растворов NaCl и КС1 с концентрациями соответствен- 0 но 5 и 3 г-экв/л, близкими к предельным их растворимостям при комнатных температурах. В опыте 5 содержание микропримеси кальция в обрабатываемом растворе обусловлено раствори- 5 мостью СаСОд. Предлагаемым способом удается эффективно очищать раствор даже в этом случае. Сравнение результатов опытов 1 и 2 показывает, что при большем различии температур го- 0 рячей и холодной стадий процесса достигается большая глубина очистки

По сравнению с известным способом, согласно которому после пропускания обрабатьшаемого раствора через ка- 2 тионит осуществляют его обработку раствором КС1, промывку водой и регенерацию с помощью растворов NaOH или смеси NaOH и NaCl, в предлагаемом способе устранены затраты кис- Q Лоты и Щелочи на регенерацию, устранена операция промывки катионита водой, что, в свою очередь, предотвращает образование поелерегенерационных и промывочных сточных вод. При 5 эффективной очистке рассола хлорида натрия от примесей предлагаемый способ является экологическим чистым.

Формула изобретения

Способ очистки концентрированных растворов солей щелочных металлов от примесей солей элементов второй группы, включающий подготовку поли- акрилового или полиметакрилового катионита к очистке и перевод его в Na-форму, пропускание через катионит исходного раствора, нагретого до температуры, не превышающей температу|ру кипения этого раствора, последу- |ощую регенерацию катионита о т л и- ающийся тем, что,.с целью |повышения экологической чистоты способа за счет устранения образования Прслерегенерационных и промывочных

сточных вод, подготовку катионита к очистке и его последующую регенерацию осуществляют путем обработки катионита исходным раствором при температуре, ниже комнатной, но не ниже температуры его замерзания.