Способ ионообменного извлечения ионов металлов из растворов

 

Использование: для выделения ионов металлов из растворов, в водоподготовке, при очистке растворов от примесей. Сущность способа: способ ионообменного извлечения заключается в сорбции ионов на катионообменнике с последующей десорбцией поглощенных ионов раствором хлорида , нитрата, сульфата или ацетата щелочного металла или аммония с концентрацией 1-8 моль/л при рН 2-8. В отработанный элюат вносят карбонат и/или гидроксид щелочного металла или аммония до рН 9-13, отделяют образовавшийся осадок , доводят рН раствора до 2-8 и используют повторно в следующем цикле на стадии десорбции. Способ позволяет уменьшить удельный расход реагентов и получать извлекаемые металлы в компактном, удобном для их дальнейшей переработки виде. 1 з.п. ф-лы.

(st)s В 01 J 39/00

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, "","« « „"„.,"-

К ПАТЕНТУ

1

ЬЭ

С>

С>

С)

1 (21) 5025905/26 (22) 05.02.92 (46) 07.09,93. Бюл. М 33-36 (75) Милютин В.В„Гелис В.М„Пензин P.À., Бардов А.И. Дрожко Е.Г, (73) Милютин В.В. (56) Егоров Е.В, и Макарова С,Б. Ионный обмен в радиохимии. М.: АИ, 1971 ° с.231.

Соболев И.А. и Хомчик А.М, Обезвреживание радиактивных отходов на централизованных пунктах, М,: Энергоатомиздат.

1983. с.60-61.

Тарковская И.А. Окисленный уголь.—

Киев: Наук. думка, 1981, с.37 — 41. (54) СПОСОБ ИОНООБМЕННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ (57) Использование: для выделения ионов металлов из растворов, в водоподготовке, Изобретение относится к химической технологии, конкретно к ионообменным способам выделения ионов из растворов. и может быть использовано для очистки растворов от примесей и при извлечении ценных компонентов.

Известны способы ионообменного извлечения ионов металлов, включающие их сорбцию на катионообменнике с последующей десорбцией поглощенных катионов раствором минеральной кислоты (1 и 2). Отработанный элюат отправляют на переработку или утилизацию.

Недостатками данного способа являются высокий удельный расход реагентов. а

„, ЯЫ „„2000141 С при очистке растворов от примесей. Сущность способа: способ ионообменного извлечения заключается в сорбции ионов на катионообменнике с последующей десорбцией поглощенных ионов раствором хлорида, нитрата. сульфата или ацетата щелочного металла или аммония с концентрацией 1-8 моль/л при рН 2-8, В отработанный элюат вносят карбонат и/или гидроксид щелочного металла или аммония до рН 9-13, отделяют образовавшийся осадок, доводят рН раствора до 2-8 и используют повторно в следующем цикле на стадии десо рбции. Способ позволяет уменьшить удельный расход реагентов и получать извлекаемые металлы в компактном, удобном для их дальнейшей переработки виде, 1 з.п. ф-лы. также их повышенная коррозионная активность, Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому эффекту является способ извлечения ионов металлов путем их сорбции на катионообменнике с последующей деформацией катионов растворами солей щелочных, щелочноземельных металлов или аммония (3, прототип).

Отработанный элюат направляют нэ выделение целевого компонента, а затем на утилизацию и захоронение.

Недостатками данного способа яслях гся высокий удельный расход реагентов, а также большое количество образующихся жидких отходов, подлежащих захороне« и.о

2000141

Цепью изобретения является уменьшение удельного расхода реагентов для проведения процесса десорбции.

Поставленная цель достигается за счет введения в отработанный регенерационный раствор карбоната и/или гидроксида щелочного металла или аммония до рН 9-12.

Образовавшиеся осадки гидроксидов и/или карбонатов металлов отделяют от раствора. доводят рН жидкой фазы до 2 — 8 и используют полученный раствор для десорбции в следующем цикле, Причем десорбцию ионов металлов с катионообменника проводят раствором хлорида, нитрата, сульфата или ацетата щелочного металла с концентрацией 1-8 моль/л и рН 2 — 8.

Введение в отработанный десорбирующий раствор гидроксидэ и/или карбоната щелочного металла или аммония до рН 9-12 позволяет практически полностью выделить извлекаемые ионы в виде малорастворимых осадков их гидроксидов и/или карбонатов. При рН < 9 не происходит полного осаждения трудногидролизуемых элементов (например, кальция, магния и др.), а при рН > 13 происходит растворение гидроксидов (карбонатов) амфотерных металлов (алюминия, хрома и др.). После отделения жидкой.фазы от осадка и корректировки рН раствором минеральной кислоты до первоначального значения (от 2 до 8) состав раствора становится полностью идентичным составу исходного десорбирующего раствора и без всякой дополнительной корректировки может быть использован для десорбции в следующем цикле, При использовании других осадителей (хроматов, фосфатов, силикатов щелочных металлов) наблюдается постоянное изменение соста- ва десорбирующего раствора, направляемого в оборот, зэ счет накопления избыточных ионов-осадителей, что приводит к забиванию слоя катионита осадками.

Другим существенным признаком изобретения является использование для десорбции растворов солей щелочных металлов или аммония с рН 2-8. Использование растворов с рН < 2 приводит к увеличению расхода осадителя (гидроксида и/или карбоната щелочного металла или аммония) на нейтрализацию избыточной кислоты и к изменению состава десорбирующего раствора, а увеличение рН > 8 ведет к образованию осадков гидроксидов металлов На стадии десорбции, Наиболее целесообразно использование для десорбции растворов хлорида, нитрата, сульфата или ацетата щелочного металла, или аммония, Использование других солей нежелательно ввиду возможности образования осадков в процессе десорб5

55 ции, а также по экономическим соображениям.

При использовании растворов с концентрацией менее 1 моль/л наблюдается уменьшение степени десорбции и увеличение объема десорбирующего раствора. а увеличение концентрации выше 8 моль/л не приводит к заметному увеличению степени десорбции и экономически нецелесообразно.

Данный способ может быть использован для извлечения ионов металлов. образующих нерастворимые гидроксиды и/или карбонаты в диапазоне рН 9-13 как на неорганических сорбен ах. обладающих катионообменными свойствами (цеолиты, гидроксиды и фосфаты металлов и др.), так и на органических катионообменных смолах, с которых может быть осуществлена эффективная десорбция солями щелочных металлов или аммония.

Способ осуществляют следующим образом.

Раствор. содержащий извлекаемые ионы металла, контактирует в динамическом или статическом режиме с катионообмеником. После насыщения последний промывают и десорбируют ионы металла 18 моль/л раствором соли щелочного металла или аммония при рН 2 — 8. Отработанный регенерационный раствор собирают в отдельной емкости, добавляют в него карбонат и/или гидроксид щелочного металла или аммония до достижения рН 9-13 и перемешивают до окончания образования осадка. После этого осадок отделяют из раствора отстаиванием от раствора отстаиванием или фильтрацией, корректируют рН раствора до 2-8 раствором минеральной кислоты и испольэуютдля десорбции металлов с катионообменника в следующем цикле. Эффективность описываемого способа иллюстрируется нижеследующими примерами.

Пример 1., Извлечение ионов кальция и магния (умягчение воды). 10 см набухшего з сульфакатионита КУ-2 х 8 в Na-форме загружают в сорбционную колонку и пропускают через íего со скоростью 30--40 см /ч 8 л водопроводной воды состава, мг-экв/л: Na+

0,28 К 0,82; Mg 0,82; Са 2,10; CI 0,13;

S04 0,6: НСОз 2,57; рН 8, до полного насыщения по солям жесткости. Емкость смолы составила 2 мг/экв/см . Смолу промывают з дистиллированной водой и десорбируют ионы кальция и магния 200 см" 1 моль/л раствором NaCI. pH 8. Десорбэт собирают, добавляют в него 5.2 г МэгСО; !»» сухом виде) и 0,05 г NaOH (в виде раствор;» 10 моль/л) до рН 13. раствор г»епемец » н;»» »е»е»»ие 2 ч

2000141 и отстаивают образовавшийся осадок в течение 24 ч. Жидкую фазу после отстоя декантируют. корректируют рН до 8 1 моль/л раствором HCI и используют в следующем цикле. Емкость смолы в последующих 5 цик- 5 лах составила 1,8-2,0 мг-экв/см, Пример 2. Извлечение ионов кальция, магния и стронция. Через сорбционную колонку, заполненную 2 см природного кли ноптилолита в Na-форме, пропускают 1 л 10 водопроводной воды состава по примеру 1, дополнительно содержащей 10 Ки/л и радионуклида Sr. Процесс ведут до начала проскока по радиостронцию. После промывки сорбент подвергают десорбции рас- 15 твором 4 моль/л МайОз. рН 6, Десорбат(20 см ) собирают и добавляют в него 10 моль/л раствора NaOH до рН 13. После перемешивания и отстоя жидкую фазу отфильтровывают на нутч-фильтре, добавляют в нее 20 раствор НИОз до рН 6 и используют в следующем цикле. Емкость по солям жесткости и радиостронцию в последующих циклах оставалась неизменной, Пример 3. Извлечение ионов меди, 25

5 r сульфоугля марки СК-1 в К-форме контактирует в статических условиях с 200 см 0,1 моль/л раствора СоЯОа рН 4.5 s з течение 24 ч. Емкость катионита составила

2,2 мг-зкв/г. Далее сорбент промывают во- 30 дой и десорбируют медь 6 моль/л раствором ацетата калия. рН 4,0 (корректировка раствором уксусной кислоты) тремя порциями по 25 см . Десорбат собирают, добавляз ют раствор карбоната натрия до рН 10,5, 35 отделяют осадок фильтрацией, в фильтрат добавляют раствор уксусной кислоты до рН

4 и используют его для десорбции меди в следующем цикле.

Пример 4. Извлечение ионов железа. 40

Через сорбционную колонку, заполненную 3 см сульфофенольного катиднита КУ-1 з в NH4-форме. пропускают 200 см раствора нитрата железа с концентрацией 0,1 моль/л, рН 3, Емкость смолы — 3,8мг-экв/г. 45

После промывки десорбируют железо 8 моль/л раствором нитрата аммония, рН 2 (корректировка раствором НИОз), десорбат собирают и добавляют в него 25 -й раствор гидроксида аммония до рН 9. Выпавший 50 осадок отфильтровывают, в фильтратдобавляют раствор азотной кислоты до рН 2 и используют для десорбции железа в следующем цикле.

Пример 5. Извлечение ионов лантанэ. 55

Через сорбционную колонку, заполненную 5 см фосфата титана сферической грвз нуляции в NH4-форме, пропускают 500 см

0,1 моль/л раствора хлорида, лантана, рН 3, После промывки лантан десорбируют 4 моль/л раствором сульфата аммония, рН 3 (корректировка серной кислотой).

Десорбат собирают и добавляют в него насыщенный раствор карбоната аммония до рН 11. Раствор отделяют от осадка фильтрацией, в фильтрат добавляют раствор

HzS04 до рН 3 и используют ь следующем цикле.

При осуществлении предлагаемого способа по примерам 1-5 степень осаждения ионов металлов в десорбате составила 9599 . Обьем образующихся осадков в зависимости от природы металла и осэдителя состэрлял 2-10Я от обьемэ элюата. После высушивэния объем осадков гидроксидов и/или карбонатов металлов уменьшается еще в 10-25 раэ.

По способу-прототипу десорбат, содержащий ионы извлекаемых металлов, направляют либо на переработку, либо на утилизацию тем или иным способом, а для десорбции металла в следующем цикле готовят новую порцию раствора, В связи с тем что для полной десорбции ионов 2-ух — 4-ех валентных металлов необходим большой избыток одновэлентных ионов-вытеснителй (не менее 300-500 от стехиометрии), это приводит к значительному расходу реагентов. При осуществлении процесса по данному способу избыточное ионы-вытеснители используются повторно, э реагенты-осадители (карбонаты и/или гидроксиды щелочных металлов или аммония) расходуются лишь для осаждения ионов металлов, для чего необходим не бо ре 5-10 -й избыток реагентов от стехиометрии реакции осаждения соответствующего гидроксида и/или карбоната.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа заключаются в уменьшении удельного расхода реагентов при проведении операции десорбции и получении извлекаемых металлов компактном и удобном для их дальнейшей переработки виде, Формула изобретения

1. Способ ионообменного извлечения ионов металлов из растворов, включающий их сорбцию нэ катионообменнике и десорбцию ионов металлов солевым раствором, от л и чэ ю щийс я тем, что десорбцию ведут раствором соли щелочного металла или аммония при рН 2-8, после чего в полученный элюэт добавляют карбонат и/или гидроксид щелочного металла или аммония до достижения рН 9-13 соответственно, отделяют образовавшийся осадок, вновь доводят рН до 2-8 и возвращают его е цикл на стадию десорбции.

2000141

Составитель В.Малютин

Редактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш

Тираж Подписное

НПО " Поиск " Роспатента

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Заказ 3056

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагл1л н; 101

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что десорбцию ионов ведут раствором хлорида нитрата, сульфата или ацетата щелочного металла или аммония с концентрацией 1-8 моль/л,