Способ сорбционного извлечения бора из растворов Советский патент 1982 года по МПК B01J39/02 C01B35/00 

Изобретение относится к способу извлечения бора из растворов и может быть использовано в технологии его получения, а также в технологии очистки растворимых веществ от примесей бора. Известен сорбционный способ извлечения бора из растворов с использованием органических ионообменников и сорбентов (ЭДЭ-Юп, АН-2Ф, АН-31, АВ-17, СБ-1 и де.) til. Недостаток способа состоит в том, что он не позволяет достаточно полно извлекать бор из растворов сложного солевого состава ввиду слабой селективности органических ионообменников по отношению к ионам бора. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ сорбционного извлечения бора из растворов, включающий про.цессы многоцикличного контактирования последних с неорганическими сорбентами на основе гидрюксидов металлов, элюирование бо ра щелочными растворами и его выделе ние из элюатов соединениями одноили двухвалентных металлов с образованием труднорастворимых боратов эти металлов и маточного раствора. По данному способу извлечения бора проводят путем пропускания раствора через слой неорганического сорбента (криогранулировачной гидроокиси циркония) , злюирования бора 1н. раствором натриевой щелочи и последующего осаждения бора из злюата солями или окисью кальция в виде бората кальция t2 . Недостаток этого способа заключается в низкой степени прямого извлечения бора вследствие того, что в маточном растворе после осаждения бората кальция остается значительное количество -растворенного .бора (около 2,5-3 г/л в пересчете на ВО), что приводит к образованию борсодержащих отходов. Цел|, изобретения - повышение степени извлечения бора из растворов, увеличение концентрации бора в элюатах и создание безотходной технологии бора. Поставленная цель достигается тем, способе сорбционного извлечения бора из растворов, включающем многоцикличное контактирование . последних с неорганическ 1ми сорбентами на основе гидроксидов металлов, , элюирование бора щелочными растворами и его выделение из элюатов соединениями одно- или двухвалентных металлов с образованием труднораствори мых боратов этих металлов и маточного раствора, последний от предыдущего цикла подвергают контактированию с сорбентом перед элюированием бора в последующем цикле. Технология способа состоит в следующем. Борсодержащий раствор пропускают через слой неорганического сорбента, в качестве которого используют гидроксиды металлов, например криограну лированный гидроксид циркония или смешанные гидроксиды магния и никеля Поглощенный бор элюируют раствором натриевой щелочи с концентрацией 1 г-моль/л. Из полученного элюата бор осаждают в виде малорастворимого бората металла, например кальция, магния или натрия. За счет частичной растворимости боратов металлов в маточном растворе остается значительное количество ионов бора (2,7-2,8 г ).

Концентрация

0,30 во;, г/л

ДОЕ/ мг 25,8

10,13

1,07

22,53

45,1

35,2

59,0 Данный раствор пропускают через слой сорбента перед операцией десорбции бора в последующем цикле работы сорбента, проводя его донасыщение бором, что, в конечном итоге, приводит к значительному увеличению степени извлечения бора из растворов и его концентрирования в элюатах. Возможность осуществления этой операции обусловлена способностью неорганических сорбентов на основе ZrOrj и гидроокисей Мд и Ni повышать обменную емкость по мере увеличения концентрации ионов бора в растворах, поступающих на сорбцию. В табл.1 представлена зависимость значений динамической обменной емкости до проскока (ДОЕ) и полной динамической обменной емкости (ПДОЕ) от концентрации ионов ВО в растворе для сорбента на основе гидроокисей магния и никеля с мольным отношением Mg-N ,8. Таблица 1 -зг

ПДОЕ, мг 32,5

После проведения данной операции, которая по времени занимает около 0,05-0,1 от времени прохождения основной операции сорбции, десорбируют бор 1н. щелочными растворами и из полученного элюата выделяют труднорастворимые бораты металлов, например кальция, магния или натрия.

Маточный раствор после отделения осадка боратов металловнаправляют на операцию донасыщения сорбента перед элюированием бора в следукхцем цикле. -

47,3

62,0

84,2

Операция донасыщения занимает мало времени, так как объем оборотного маточного раствора составляет лишь 4-10% от объема исходного раствора. В целом предлагаемый способ обеспечивает поступление в готовый продукт всего бора, сорбированного в каждом цикле из исходного раствора, и устраняет жидкие борсодержащие отходы.

Сравнительные данные по эффективности извлечения бора из растворов известным и предлагаемым способами представлены в табл.2. 33,64,0733,7 Mq (OH) i (OH)b ,(Mg:Ni)1,8),1

Пример 1. Через колонку с 10,8 -г ZrOf пропускают при рН 7,7 2,23 л природной веды следугацего состава, мг/л: Li 5,7; ,565; К 1978; Rb 0,68; 320 ;Са 5 52 О Sri 542; В 50 (ВО 177); С1 77600; Вг- 208; J 31,9; HCO 12,9

Раствор пропускают через колонку до полного проскока ионов бора в фильтрат (ДОЕ 33,6 мг ). Затем через колонку пропускают 0,085 л оборотного раствора, полученного в предыдущем цикле после осаждения бората кальция (концентрация бора 2,83 г ПДОЕ 52,7 мг ). Десорбцию бора с сорбента проводят раствором состава г/л: NaOH 40 и , 1,14 (фракция раствора после десорбции в предыдущем цикле с концентрацией по BO/i менее 2,5 г/л, концентрация NaOH в нем доведена до 1н.)- Этот раствор в количестве 0,1 л пропускают через колонку со скоростью О , 8 м/ч В целевой фракции раствора объемом 0,088 л концентрация бора составляет 6,39 г , Оставшийся бор вымывают из состава сорбента 1н. раствором NaOH (эту фракцию раствора используют для приготовления десорбирующего раствора, предназначенного для следующего цикла). Раствор целевой фракции нейтрализуют НС1 до рН 9,5, после чего проводят выделение из него бората кальция известным методом путем добавления CaClrj и выдержки смеси в течение 48 ч для кристаллизации .

Количество выделенного бора сос.гавляет 0,335 г в расчете на ВО, остаточная концентрация бора в матрчнике после отделения соли 2,7 г . Раствор после осаждения бората кальция направляют на повторную сорбцию бора в следующем цикле работы сорТаблица 2

бента. Выход бора в борат кальция с учетом сорбции бора из основного и оборотного растворов составляет .87,8% от его количества, поглощенного из природной воды.

Пример 2. Через 13 г сорбента, состав которого характеризуется мольным отношением Мд (ОН )-Ы i (ОН )п 1,86, со скоростью 2 м/ч пропускают при рН 7,8 3,5 л природной воды состава, аналогичного приведенному в примере 1, в котором концентрация ВО составляет 258 мг/л.

Раствор пропускают через колонку до полного проскока ионов бора в фильтрат (ДОЕ 30,5 мг ). Затем через коло-нку пропускают 0,085 л оборотного раствора, полученного в предыдущем цикле после осаждения бората кальция с концентрацией бора в нем 2,7 г , Общее насьощение сорбента ионами бората достигает 4.6,2мг . Десорбцию бора с сорбента проводят раствором состава г/л: NaOH 40 и 1,25 (фракция раствора после десорбции в предыду дем цикле с концентрацией по ВО менее 2,5 г/л, концентрация NaOH в нем доведена до 1н.). Этот раствор в количестве 0,1л пропускают Через колонку со скоростью 0,8 м/ч. В целевой фракции объемом 0,085 л. концентрация бора составляет 7,00 г В.. Оставшийся бор вымывают из состава сорбента 1н, раствором NaOH, для десорбции затрачивается 0,10 л этого раствора, концентрация во; в фильтрате 1,0 г/л (эту фракцию раствора используют для приготовления десорбирунадего раствора, предназначенного для следующего цикла).

Затем по примеру 1 выделяют борат кальция. Количество бора в нем составляет 0,352 г в расчете на ВО, Ос52,76,3987,8 46,27,0089,0 1аточная концентрация бора в маточнике после отделения соли 2,70 гВОл Раствор после осаждения бората кальция направляют на повторную сорбцию бори в следующем цикле работы сорбен та . Выход б.ора в борат кальция с уча том сорбции бора из основного и оборотного растворив 89%. Результат испытаний предлагаемого способа показывает, что он позволяет извлекать бор из слабо концентрированных растворов, например , из ПРИРОДНЫХ вод, без их предварительной упаоки, ПРИ его использовании степень прямого выхода бора в готовый продукт повышается в 2,3-2,6 раза, а концентрация 6opai в элюатах - в 1,5-1,6 раза по сравнению с известным способом. Кроме того, он дает возможность практически полное ью устранить жидкие борсодержащие отхО ДЫ. . Предлагаемый способ может найти применение при извлечении бора из природных вод и рассолов, а также в технологии очистки различных растворов от ггримеси бора. Формула изобретения Способ сорбционного извлечения бора из растворов, включающий многоцикличное контактирование последних с неорганическими сорбентами на основе гидроксидов метсшлов, элюирование бора щелочными растворами-и его выделение из элюатов соединениями одно- или двухвсшентных металлов с образованием труднорастворимых боратов этих металлов и маточного раствора,, о тличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения .бора из растворов и его концентрирования в элюатах, а также создания безотходной технологии его выделения, маточный раствор от предыдущего цикла подвергают контактированию с сорбентом перед элюированием бора в последующем цикле. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Изв. АН Туркменской ССР. Сер. физ.-тех.,хим. и геолог, наук, 1977, -1, с.64-68. 2.Авторское свидетельство СССР 655413, кл. В 01 J 20/06, 1977.