Способ извлечения ионов из раствора Советский патент 1984 года по МПК C02F1/48 C02F1/42 C02F103/34 

00 ND 00

05

со о: Изобретение относится к технологии ионообменной очистки растворов и может быть использовано в процессах обогащения полезных ископаемых ионообменными способами, в частности при извлечении из сточных вод цв тных металлов, а также в химической и других отраслях промышленности, где используются ионообменные процессы при очистке сточных вод для целей оборотного водоснабжения. Известен способ извлечения цветных металлов из сточных вод гидроме таллургических предприятий, заключа ющийся в том, что из сточных вод, образующихся в процессе производств молибдата аммония, при помощи ионитов извлекают молибден Г . Однако для этого способа характе на невысокая рабочая (динамическая) обменная емкость ионообменного мате риала, которая значительно ниже пол ной обменной емкости последнего,что приводит к увеличению времени, связанного с регенерацией ионообменног материала, и расхода воды на собственные нужды и, как следствие, повы шению себестоимости извлечения из сточных вод цветных металлов и других компонентов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изв чения ионов из раствора, который ос щестг.ляют при одновременном воздействии магнитного поля на исходный раствор и ионообменник 2j . Однако применение указанного спо соба для извлечения из сточных вод ряда ионов, например ионов тяжелых металлов, сопряжено со значительным энергозатратами. Целью изобретения является умень шение энергозатрат при извлечении ионов из растЕора. Цель достигается тем, что воздей ствие магнитного поля на раствор и . ионообменный материал осуществлят послойно, причем воздействие на каждый из слоев осуществляют в течение одинакового промежутка времени,взятого в интервале 0,5-36 ч. На фиг.1 приведена схема -установки для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - схема ионообменного фильтрования раствора. Установка содержит электромагнитные катушки 1-4, подключенные по параллельной схеме к выпрямительному устройству 5 постоянного тока, полюсные кольца 6-10 и сердечник 11, изготовленные из магнитомягкой стали корпус ионообменной колонны 12, изготовленный из немагнитного материала 13 толщиной 100 см. Для отбора проб предусмотрены специальные штуце ра 14, установленные по высоте колон ны, и пробоотборник 15. Для работы ионообменной колонны предусмотрены емкости 16 и 17, соответственно для регенерационного раствора и взрыхления, емкость 18 для дистиллированной воды, предназначенной для отмывки ионообменного материала от продуктов регенерации, а также трубопроводы 19-24. В процессе работы ионообменного фильтра сначала выполнялся контрольный опыт (пример 1), затем опыт по известному способу (пример 2), затем по предлагаемому способу (пример 3). Пример 1. Извлечение молибдена из сточных вод производства парамолибденового алюминия следующего состава: 18,8 мг-экВ/л, Си 9,5 мг-экВ/л; Са 35,6 мг-экВ/л; С1 41,5 Мг-экВ/л/ ВО 22,4 мг-зкВ/л. Выделение молибдена производили на анионите АН-1. Скорость фильтрации 5,5 м/ч. Взрыхление производили сточной водой, с интенсивностью 3,5 л/м. с в течение 15 мин. Регенерация производится 10%-ным раствором аммиака в течение 1ч, скорость пропуска регенерационного раствора 8,5 м/ч. Удельный расход отмывочной воды 4,5 MVM, скорость пропуска отмывочной воды 8,5 м/ч. При проведении эксперимента определяли рабочую.обменную емкость анионита АН-1 по Мо -иону. Пример 2. Технологические параметры фильтрации и состав сточных вод те же, что и в примере 1. Фильтрацию сточной жидкости через анионит вели при одновременном воздействии магнитного поля на исходную жидкость и ионообменник, т.е. при включенных электромагнитных кат тиках 1-4. Напряженность магнитного поля 3, А/м. Пример 3. Технологические параметры фильтрации и состав сточных вод те же, что и в примере 1. Фильтрацию сточной жидкости через анионит вели так же, как и в примере 2. Причем обработку фильтруемой жидкости и ионообменного материала i осуществляли послойно, воздействуя магнитным полем на каждый последукнций слой в течение 1,5ч. Время последней обработки принимали по проскоку в фильтрат иона в количестве 0,5-0,8 мг-экВ/л, что определялось при помощи анализа проб фильтрата, отобранных из штуцеров 14. При этом вначале включалась электромагнитная катушка. Затем после проскока Мо -иона в пробоотборном штуцере 14 первого слоя анионита, считая с верха колонны 12, включают электромагнитную катушку 2 и выключают катушку 1, далее после проскока -иона в пробоотборном штуцере второго слоя анионита включают электромагнитную катушку 3 (выключают катушку 2) и, наконец, после проскока МО -иона из третьего слоя анионита включают электромагнитную катуику 4 (выключают катушку 3). Напряженность магнитного поля та же, что и в примере 2. Изменение рабочей обменной емкости показано в таблице. Как видно из данных , приведенных в таблице, изменения рабочей обменно емкости ионитов по предлагаемому спо собу (примЕгр 3) и по известному (при мер 2) практически Одинаковы, а затраты электроэнергии в три раза мень ше, так как обработку раствора и ионообменного материала осуществляют послойно (в данном примере четыре слоя). Физико-химическая сущность явлеНИИ, наблюдаемых при извлечении ионов из раствора по предлагаемому спо собу, видна из схемы ионообменного фильтрования раствора (см.фиг.2), Ионы, находящиеся в исходном расгворе и подлежащие удалению, условно обозначены черными кружками, а ионы, находящиеся в ионной атмосфере молекул ионита, условно обозначенье белыми кружками. Задача ионитового фильтра заключается в осуществлении ионного обмена, в результате которого черные ионы переходят в ионную атмосферу к-лекул ионита, а взамен их в обрабатываемый раствор поступают и той же ионной атмосферы белые ионы. В начале рабочего цикла (ряд А) обмен черных ионов на белые протекает наиболее интенсивно с первой по ходу фильтрования раствора молекулой ионита (условно поперечный ряд 1). Далее у второй молекулы по ходу фильтрования этот обмен ослабевает, поскольку обтекающий ее раство уже имеет некоторое количество белы ионов. У третьей молекулы ионита обмен становится еще слабее и, наконец после третьей молекулы раствор не содержит черных ионов, т.е. все по лежащие удалению ионы адсорбированы ионитом. Через некоторый промежуток времен работы ионита (ряд 5) первый и второ ряды молекул ионита обменяли все находящиеся в их ионной атмосфере бел ионы на черные, и потому, хотя ион ный обмен с раствором у них продолжа т протекать, он не приводит к какимибо изменениям как этих молекул иониа, так и протекающего мимо них раствоа. Обмен же чёрных ионов раствора а белые ионы молекул.ионита переестился ниже и происходит теперь у ретьей, четвертой и пятой молекул. Таким образом, период работы ионитового фильтра (ряд 6) можно разделить на следующие три зоны состояния ионита: - первая зона (условно ьюлекулы 1 и 2) истощенного ионита, поскольку находящиеся в ней белые ионы использованы для обмена на черные ; вторая зона (условно молекулы 3-5) полезного обмена, так как в этой зоне начинается и заканчивается обмен черный на белые ионы/ третья зона (условно молекулы 6-10) зона неработавшего ионита. По мере работы ионитового фильтра (ряды В,Г и Д) зона истощенного ионита возрастает, заставляя работгиощую зону опускаться за счет зоны неработавшего ионита, и так далее до тех пор, пока зона истощения не распространится на все молекулы ионита от первой до десятой,, а выходящий рас,твор не будет содержать практически только черные ионы. По предлагаемому способу интенсификация ионообменных процессов достигается путем одновременного воздействия магнитного поля на исходный раствор и ионообменный материал в зоне полезного обмена (ряд А,молекулы 1-3, ряд В, молекулы 3-5, ряд В, молекулы 5-7, ряд Г, молекулы 7-9, ряд Д, молекулы 9 и 10). Величина зоны полезного обмена зависит от качественных показателей ис-. ходного раствора, типа ионита и технологического регламента работы ионообменного фильтра. Предлагаемый способ извлечения ионов из раствора по сравнению с известным позволяет: снизить в 3-8 раз pacxojoi электроэнергии, необходимой для питания намагничивакяцих устройств; уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты в среднем на 15-20%/ снизить себестоимость извлечения ионов из растворов в среднем на 20-25%.16

.-Г

fS

I.

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ ИЗ РАСТВОРА, включающий одновременное воздействие магнитного поля на'ис- ходный раствор и ионообменный материал, отличающи.йся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат, воздействие магнитного поля на раствор и ионообменный материал осуществляют послойно, причем воздействие на каждый из слоев осуществляют в течение одинакового промежутка времени, взятого в интервале 0,5-36 ч.

- Фи1.1