Способ разделения смесей веществ
О П И С А Н И Е 348029
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
М. Кл. В 01d 53/08
G 01п 3/08
Заявлено 06Х.1970 (№ 1428275/23-26) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 18.IV.1973. Бюллетень № 19
Дата опубликования описания 16.VII.1973
Комитет по делам изобретений и 0TKpblTNA ори Совете Министров
СССР
УДК 543.544.08 (088.8) Авторы изобретения
В. И. Горшков, А. Курбанов и Н. В. Аполонник
Заявитель Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ВЕЩЕСТВ
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 близких по свойствам веществ, например редкоземельных элементо в, извлечения ценных элементов из сбросных вод, извлечения тех или иных веществ из продуктов ядерных реакций и т. д.
Известен способ разделения смесей веществ ионным обменом, заключающийся в последовательном прапускан ии 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 вспомогательной секции колонны ионита с накоплением сильнее сор бируемого компонента.
Однако осуществление обращения 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.
С целью упрощения процесса и проведения его без использования вспомогательных ионов предлагается раствор разделяемой смеси пропускать 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.
На фиг. 1 схематически изображена про1р тивоточная колонна.
Противоточная колонна имеет две секции (I и !1). В колонне ионит и раствор двихкутся навстречу один другому. При этом ионит, насыщенный разделяемыми ионами
15 (обозначим их А и b), движется сверху вниз, и после выхода вз нижней части колонны его подают в верхнюю часть без какой-либо переработки.
Условия в секциях 1 и II подобраны так, 2р чтобы различались однократные равновесные коэффициенты разделения ат и атт. Коэффициент разделения определяется выражением: где n: V — эквивалентные доли сильнее сорбируемого;компонента смеси (пусть это будет компонент А), соответственно в раствоЗр ре и ионпте. аг и» : no ап
35
Для простоты рассмотрим случай, когда содержание компонента А в смеси мало. Тогда п((1 и Л ((1, и уравнение (1) имеет вид . Х: (2) п
Если состав исходной смеси по, то состав ионита (A<), выходящего из колонны, по крайней мере, в начале ее работы, будет равновесен составу поступающего:в колонну ра=т вора г" о — ссгпо (3)
Точно также условием равновесия будут связаны состав ионита, поступающего в верхнюю часть колонны, и состав раствора, выходящего из нее (и„):
Л, = апп». (4)
Из выражений (3) и (4) получим:
В зависимости от соотношения между ат и ап возможны два случая. !. ап )к,, тогда n»(no, и выходящий раствор ооедняется компонентом А. В этом слу«ае по мере дальнейшей раооты колонны компонент Л накапливается в средней части ее. 11осле достижения нужной степени обогащения можно отоирать на границе секреций
1 и i1 ооогащенный компонентом А раствор (состав его пп)по). верхнюю часть колонны будем называть разделительной, а нижнюю вспомогательной, в которой происходит извлечение обогащенного потока.
2. 11ри обратном соотношении коэффициентов разделения (ан(а,) из формулы (5) следует, что п„. (np, т. е. в колонне буде г 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, р ассмотренные схемы могут быть использованы для получения крайних по сорбируемости компонентов.
Общее во всех случаях то, что в той секции колонны, куда подают питающий раствор (вопомогательная секция), селективность ионита по отношению к извлекаемому компоненту должна быть меньше, чем в той секреции, из которой выводят отработанный раствор (разделительная секция).
Изменение равновесного коэффициента разделения компонентов смеси при ионном обмене может быть достигнуто в широких преде. лах путем изменения таких условий процесса, как концентрация раствора, рН раствора, 5
25 температура, состав растворителя, введение комплексообразующих реагентов.
Пример, Разделение смеси хлоридов Са- + и К+, 0,7 н. (по аниону) раствор разделяемой смеси (Са(1 + КС1) с соотношением нормальных концентраций Са - и К+ 1: 1:подают со скоростью 66 я г/час в нижнюю часть противоточной колонны (d 25 лл; II 200 сл).
Б верхнюю часть колонны со скоростью
23 лл/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 ионит снова направляют в,верхнюю ее часть.
Изменения условий, обеапечивающих разделение смеси, достигают изменением концентрации раствора, Для этого в середине колонны для разбавления раствора подают воду со скоростью 180 ял/час. Таким образом, в нижней части колонны поддерживают 0,7 и. концентрацию раствора разделяемой смеси, а в верхней 0,17 н. Соотнбшение равновесных коэффициентов разделения п при этих условиях составляет =2,35. Для
A(контроля за ходом процесса из отводов по высоте колонны отбирают пробы раствора и анализируют на содержание кольция трилонометрически, на содержание калия методом фотомет рии пламени.
На фиг. 2 показано распределение Са - + (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 СаС1, содержащего менее 0,01% КС!.
Максимальная производительность 13 мл/час
0,7 н. СаС1 .
Предмет изобlpетения
Способ разделения смесей веществ, очистки веществ и извлечения ценных ком понечтов 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 использования вспомогательных ионов, раствор разделяемой смеси пропускают противотоком к циркулирующему иониту, насыщенному разделяемыми ионами, в условиях, при которых селективность ионита по отношению к извлекаемому ком поненту во вспомогательной секции меньше, чем в раздел ительной.
