Способ регенерации неорганических кислот Советский патент 1981 года по МПК B01D13/00 

1

Изобретение относится к способам регенерации неорганических кислот из кислотносолевых растворов методами диализа и электродиализа.

Известен способ регенерации азотной кислоты из кислотно-солевого раствора путем диализа в режиме противотока кислот- но-солевого раствора и воды с последующим электродиализом 1.

Раствор, содержащий, г/л: азотная кислота 484, карбоксильные кислоты 109, медь 6,1, ванадий 1,3, подвергается 4-стадийному диализу с инертными мембранами из пергаментной бумаги. В качестве регенерирующего раствора применяется вода, которая подается противоточно исходному раствору при объемном соотношении кислотно- j солевого раствора и воды, равном 1:2. После диализной обработки сбросной раствор, содержащий 46,6 г/л азотной кислоты, поступает в обессоливающие камеры многокамерного электродиализатора с чередующимися анионо- и катионообменными мембранами, а 20 регенерирующий раствор, содержащий 220 г/л азотной кислоты - в рассольные камеры. После электродиализа концентрация азотной кислоты снижается до 10,2 г/л, а регенерирующий раствор содержит, г/л: азотная кислота 238, карбоксильные кислоты 13,8, медь 3, ванадий 0,5. Коэффициент очистки азотной кислоты от карбоксильных кислот 3,9, от меди 1, от ванадия 1,3. Таким образом, указанным способом невозможно получить азотную кислоту (или другую неорганическую кислоту) достаточной степени чистоты.

Цель изобретения - повыщение чистоты извлекаемой кислоты при сохранении высокой степени регенерации.

Поставленная цель достигается способом регенерации неорганических кислот из кислотно-солевых растворов путем диализа в ре жиме противотока кислотно-солевого раствора и воды с последующим электродиализом, в котором диализ ведут с использованием анионообменных мембран, а электродиализ - с чередующимися анионообменными мембранами и биполярными мембранами или биполярными электродами.

При этом диализ ведут при объемном

соотнощении кислотно-солевого раствора

и воды 1:(0,9-1) до степени регенерации

65-75%, а электродиализ ведут при плотности тока 300-600 А/м и линейной скорости потока 3-8 см/с.

Указанный режим проведения диализа является оптимальным и приводит к повышению эффективности процесса. Основными показателями диализа являются относительная концентрация кислоты в регенерирующем растворе (оС), степень извлечения кислоты в регенерирующий раствор {) и коэффициент разделения кислоты и соли (k). Оценкой суммарного влияния трех основных показателей диализа на эффективность процесса служит величина g, причем g . При объемном соотношении кислотно-солевого раствора и воды 1:(0,9-1) и степени регенерации кислоты 65-75%.величина g, являющаяся критерием эффективности диализа, принимает максимальное значением, причем любой другой режим проведения диализа приводит к уменьшению значения g.

В случае проведения электродиализа при плотности тока ниже 300 А/м скорость процесса резко уменьшается; при плотности тока выше 600 А/м значительно ухудшаются электрохимические показатели электро диализа (выход по току и расход электроэнергии) .

Уменьшение линейной скорости потока растворов при электродиализе ниже 3 см/с приводит к ухудшению гидродинамических условий в камерах электродиализатора и, следовательно, к повышению расхода электроэнергии. Увеличение линейной скорости потока растворов выше 8 см/с приводит к повышению энергозатрат на перекачку растворов.

Технология способа состоит в следующем

Кислотно-солевой раствор подвергают диализу с анионообменными мембранами в режиме противотока кислотно-солевого раствора и воды при объемном соотношении кислотно-солевого раствора и воды 1:(0,9- 1) до степени регенерации кислоты 65-75% Полученные после диализа растворы подвергают электродиализу с чередующимися анионообменными мембранами биполярными мембранами или биполярными электродами

при плотности тока 300-600 А/м и линейной скорости потока 3-8 см/с.

Пример 1. Азотнокислый раствор, содержащий 201 г/л азотной кислоты и 22 г/л кальция, подвергают последовательно диализу и электродиализу. Диализ проводят на фильтрпрессном диализаторе с тремя анионообменными мембранами винилпиридинового типа, содержащими в композиции сополимер этиленпропиленового каучука, 2,5-мётилвинилпиридин и дивинилбензол, с рабочей площадью 100 см каждая. В качестве регенерирующего раствора используют воду, которая поступает в диализатор противотоком диализируемому раствору при объемном соотношении азотнокислого раствора и

воды 1:0,9, 1:0,95 и 1:1 до степени регенерации кислоты 65,70 и 75% и температуре 22°С. Объемы переработанного азотнокислого раствора в каждом опыте - 1 л. Полученные после диализа растворы подвергают электродиализу в 5-ти камерном фильтрпрессном электродиализаторе с чередующимися высокоосновными анионообменными мембранами МАЛ-2 и биполярными мембранами на основе ионитов КУ-2 и ЭДЭ-10П (по 2 щт. каждой). Рабочая

площадь одной мембраны 55 см.

Первая камера электродиализатора ограничена анодом и анионообменной мембраной, вторая - анио.нообменной и биполярной мембранами, третья - биполярной и анионообменной мембранами, четвертая -

анионообменной и биполярной мембранами, пятая - биполярной мембраной и катодом. Регенерирующий и отработанный азотнокислый растворы, полученные после диализа, поступают на переработку в камеры 1,3

5 и 2,4 соответственно, и их перерабатывают в режиме циркуляции при плотности тока 300, 450 и 600 А/м и линейной скорости потока 3, 5 и 8 см/с. В качестве католита (камера 5) используют IM раствор гидроокиси натрия. Катод изготовлен из нержавстали,

анод - из платинированного титана. Температура процесса 22-30°С.

Полученные данные процессов диализа и электродиализа по примеру 1 представлены в табл. 1.

Таблица 1

Продолжение табл. 1

При мер 2. Сернокислый раствор, содержащий 150 г/л серной кислоты и 25 г/л Ni , подвергают последовательно диализу и электродиализу, как и в-примере 1, с той лишь разницей, 4to биполярные мембраны

Электроди52

ализ

заменяют на биполярные электроды, которые представляют собой титановые листы покрытые с анодной стороны слоем платины. Полученные данные по примеру 2 представлены в табл. 2.

Таблица 2

47

D ЗООА/м

24,697,5 0,4

Как следует табл. 1 и 2, предлагаемый способ регенерации неорганических кислот из кислотно-солевых растворов позволяет значительно повысить чистоту получаемой кислоты при сохранении высокой степени регенерации по сравнению с известным способом. При этом только совокупность отличительных признаков приводит к достижению поставленной цели. В случае замены одной стадии способа на стадию известного способа (например, проведение диализа с инертными мембранами в режиме противотока или проведение электродиализа с катионообменными и анионообменными мембранами) чистота получаемой кислоты оказывается неудовлетворительной.

Пример 3. Азотнокислый раствор, имеющий состав, как и в примере 1, подвергают последовательно диализу при объемном соотношении азотнокислого раствора и воды 1:0,95 до степени регенерации кислоты и электродиализу. Полученные после диализа растворы подвергают электродиализу в

Продолжение табл. 2

пятикамерном фильтрпрессном электродиализаторе с чередующимися высокоосновными анионообменными мембранами МАЛ-2 и катионообменными мембранами МКЛ-1 (по две шт. каждой). Рабочая площадь одной мембраны 55 ал. Первая камера электродиализатора ограничена анодом и катионообменной мембраной, вторая - катионо- и анионообменной мембранами, третья - анионо- и катионообменной мембранами, четвертая - катионо- и анионообменной мембранами, пятая - анионообменной мембраной и катодом.

Регенерирующий и отработанный азотнокислые растворы, полученные после диализа, поступают в камеры 2, 4 и 1, 3, 5 соответственно и перерабатываются в режиме циркуляции при плотности тока 450 Л/м и линейной скорости потока 5 см/с. Температура процесса, материалы катода и анода J как и в примере 1.

Полученные данные по примеру 3 представлены в табл. 3. Как следует из табл. 4, чистота получаемой азотной кислоты также оказывается неудовлетворительной (коэффициент очистки 2,5). Таким образом, использование предлагаемого способа регенерации неорганических кислот из кислотно-солевых растворов обеспечивает повышение чистоты получаемой кислоты в 20-40 раз по сравнению с известным способом (при примерно одинаковых расходах энергии). Предлагаемый способ может быть использован для регенерации кислот из технологиТаблица 3 50 S5 ческих и сбросных растворов гидрометаллургических предприятий различных отраслей промышленности. Формула изобретения 1. Способ регенерации неорганических кислот из кислотно-солевых растворов путем диализа в режиме противотока кислотно-солевого раствора и воды с последуюш,им электродиализом, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты извлекаемой кислоты при сохранении высокой степени ре11генерации, диализ ведут с использованием анионообменных мембран, а электродиаЛИЗ - с чередующимися анионообменными мембранами и биполярными мембранами или биполярными электродами. 2. Способ по п. 1, отлица1ещийся тем,s что диализ ведут при объемном соотношении кислотно-солевого раствора и воды 1:(0,9- 12 1) до степени регенерации 65-75%, а электродиализ ведут при плотности тока 300- 600 А/м и линейной скорости потока 3- 8 см/с. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3673068, кл. 204-180, опублик. 1973.