СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ВЕЩЕСТВ Советский патент 1972 года по МПК B01D53/08 G01N3/08 

Изобретение относится к способам разделения смесей веществ, очистки веществ и извлечения ценных компонентов из смесей ионным обменом и может быть использовано в гидрометаллургии, в технологии получения чистых веществ, для разделения близ-ких по свойствам веществ, например редкоземельных элементов, извлечения ценных элементов из сбросных вод, извлечения тех или иных взществ из продуктов ядерных реакций и т. д.

Известен способ разделения смесей веществ иопным обменом, заключающийся в последовательном пропускании раствора разделяемой смеси через вспомогательную и разделительную секции колонны, в одной из которых осуществляют фронтальное разделение смеси с получением слабее сорбируемого компонента, в другой-вытеснение разделяемых ионов из полученного во вспомогателыюй секции колонны ионита с накоплением сильнее сорбируемого компонента.

Однако осуществление обращевия обогащенных ПОТОКОВ с помощью вспомогательных ионов приводит к затратам реактивов, к дополнительным операциям регенерации ионита и вспомогательного электролита, к циркуляции в системе дополнительного количества ионита.

ПИЯ его без использования вспомогательных ионов предлагается раствор разделяемой смеси пропускать противотоком к циркулирующему иониту, насыщенному разделяемыми

нона.ми, в условиях, при которых селективность ионпта по отношению к извлекаемому компоненту во вспомогательной секции меньше, чем в разделительной.

На фиг. 1 схематически изображена противоточная колонна.

Противоточная колонна имеет две секции (I и II). В колонне ионпт и раствор движутся навстречу один другому. При этом ионит, насыщенный разделяемыми ионами

(обозначим их А п Б), движется сверху вниз, п после выхода нижней части колонны его подают в верхнюю часть без какой-либо переработки. Условия в секциях I и II подобраны так,

чтобы различались однократные равновесные коэффициенты разделения ai и ац. Коэффициент разделения определяется выражением:

//( - «),,.

(ТЬ (

где п и N - эквивалентные доли сильнее сорбируемого 1ко.мпонента смеси (пусть это будет компонент А), соответственно в растворе и ионнте. Для тростоты рассмотрим случай, когда содержание -компонента А в смеси мало. Тогда и , и уравнение (1) имеет вид -.(2) Если состав исходной смесн «о, то состав нонита (Ло), выходящего из колонны, по крайней мере, в начале ее работы, будет равновесен составу поступающего в колонну расЛо ai«o.(3) Точно также условием равновесия будут связаны состав ионита, поступающего в верхнюю часть колонны, и состав раствора ходящего из нее (як): NO - «ii«KИз выражений (3) и (4) получим: В зависимости от соотношения между ai и осп возможны два случая. 1.ttj, c6i , тогда Пк.По, и выходящий раствор ооедняется компонентом А. В этом случае 1ПО мере дальнейшей работы колонны компонент А на-капливается в средней части ее. После достил ;енця нужной степени обогащения можно отбирать на границе секций 1 и 11 обогащенный колгпонентом А раствор (состав его ). Верхнюю часть колонны будем называть разделительной, а нижнюю вспомогательной, в которой происходит извлечение обогащенного потока. 2.При обратном соотношении коэффициентов разделения (cxj, а ) из формулы (5) следует, что , т. е. в колонне будет накапливаться компонент Б. Описанные процессы могут быть использованы для извлечения одного из компонентов смеси - сильнее сорбируемого в первом случае и слабее сорбируемого во втором. ЕслИ. смесь содержит более двух веществ, рассмотренные схемы могут быть использованы для получения -крайних по сорбируемости компонеь тов. Общее во всех случаях то, что в той секции колонны, куда подают питающий раствор (вспомогательная секция), селективность ионита ПО отношению к извлекаемому 1компоненту должна быть меньше, чем в той секции, из которой выводят отработанный раствор (разделительная се-кция). Изменение равновесного коэффициента разделения компонентов смеси при ионном обмене может быть достигнуто в широких пределах путем изменения таких условий процесса, как концентрация раствора, рН раствора. температура, состав растворителя, введение комплексообразующих реагентов. Пример. Разделение смеси хлоридов Са и . 0,7 н. (по аниону) раствор разделяемой смеси (CaLb-fKCl) с соотношением нормальных концентраций подают со скоростью 66 мл/час в нижнюю часть inpoтивоточной .колонны (d 25 мм; Н 200 см). в верхнюю часть колонны со скоростью 23 мл/час направляют катионит КУ-2 (диаметр зерен 0,25-0,50 мм}, который движется сверху вниз противотоком к раствору, при этом выходящий из нижней части колонны яонит снова направляют в верхнюю ее часть. Изменения условий, обеспечивающих разделение смеси, достигают изменением концентрации раствора. Для этого в середине колонны для разбавления раствора подают воду со скоростью 180 мл/час. Таким образом, в нижней части колонны поддерживают 0,7 н. концентрацию раствора разделяемой смеси, а в верхней 0,17 н. Соотнощение равновесных коэффициентов разделения при этих условиях составляет 2,35. Для контроля за ходом процесса из отводов по высоте КОЛОННЫ отбирают -пробы раствора и анализируют на содержание «ольция трилонометрически, на содержание калия методом фотометрии пламени. На фиг. 2 -показано распределение Са2+ (сплошная линия) и К+ (пунктир) по высоте колонны через различные (промежутки времени (а - исходное распределение, б - через 1 сутки, в - через 3 суток). Как следует из приведенных кривых, при выбранных условиях уже через 3 суток из средней части -колонны отбирают раствор чистого СаСЬ, содержащего менее 0,01% КС. Максимальная производительность 13 мл/час 0,7 н. СаСЬ. Иредмет изобретения Способ разделения смесей веществ, очистки -веществ и извлечения ценных компонентов из смесей ионным обменом путем последовательного пропускания -раствора разделяемой смеси через вспомогательную и разделительную секции колонны, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и проведения его без и-спользования вспомогательных ионов, раствор разделяемой смеси пропускают противотоком к циркулирующему иониту, насыщенному разделяемыми ионами, в условиях, при которых селективность ионита по отношению к извлекаемому компоненту во вспомогательной секции меньше, чем в разделительной.

ИонитРастбор

(Р.-- i