Способ получения иода

 

(72) Авторы изобретения

О. B. Лебедев, В. К. Фомин, В. M. Жуков и Г. А. Вахрушев (7}) Заявитель

1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ AOQA

Изобретение относится к получению йода, который широко используется в хиФ мической и медицинской промышленности.

Известен способ получения йода путем адсорбции элементарного йода из растворов актнвированным углем, десорбции йоВ да раствором щелочи с последующим выделением Йода из полученных йодных щелоков хлором при температуре 2025 С и перемешнвании (скорость мешало

10 ки 50-80 об/мин), полученные кристаллы отфильтровывают и сушат $1).

Известным способом получают кристаллы размером 10-50х20 мкм, площадью

110-1000 мкм, содержание йода в целевом продукте 98,2-98,9%. Малые размеры кристаллов приводят к тому, что время фильтрации 50 мм взвеси составляет

160-184 с.

Известен также способ. получения йода путем адсорбцни элементарного йода иэ растворов активированным углем, десорбции йода раствором щелочи, осаждения Nana нз полученного раствора раство»2 ром бихромата натрия в присутствии серной кислоты с последующим фильтрованием, промывкой и сушков,осадка. При применении в качестве сильного окислите ля для выделения йода иэ йодсодержащих щелоков бихромата натрия размеры кристаллов йода экспоне нциально увеличиваются при повышении температуры прсщесса, прямо пропорционально при увеличении сК0росТН мешалки и o6p&THo пропорцко» кальяо прк увеличении скорости подачи реагента. Прн температуре 20оС и

500 об/мин при изменении скорости йодачн реагента с 8,4 до 220 г/л ч длина образующихся кристаллов йода уменьшается с 172 до 52 мкм, а ширина с

87 до 19 мкм, площадь уменьшается с

15О00 до 988 мкм При температуре о

22 C н скорости подачи реагента 27,7З8,8 r/a.÷ с увеличением скорости мешапки с 300 до 2000 об/мин длина кристаллов возрастает с 44 до 200 мкм, ширяла - с 22 до 55 мкм, площадь — с

968 до 11ООО мкм . При изменении

Q 4 градуировочной сетке. Скорость фильтрации определяют путем фильтрования 50мл взвеси кристаллов йода, содержащей около 0 5 г кристаллов, на стеклянном фильттщательного перемешивания взвеси. Фильтрование производят под атмосферным давлением. О скорости фильтрования судят по времени, необходимом на фильтрацию

50 мл взвеси, при приведенных условиях фильтрования.

В табл. 1 приведены данные, полученные при выделеняи йода иэ йодных щелоков при расходах реагентов, равных их расходу в известном способе, а также сравнительные данные для известных способов выделения иода.

Влияние состава щелоков на скорость фильтрации и качество получаемого целе.вого продукта показано в табл. 2. .Ианные о влиянии расходов реагентов при их одновременной подаче в кристаллиэатор на скорость фильтрации кристаллов Йода и качество получаемого целевого продукта приведены в табл. 3.

Как видно из табл. 1, неибольшая скорость фильтрации и самое высокое содержание основного вещества в продукте достигается при одновременной подаче серной кислоты и бихромата натрия.

Из табл. 1 следует, что порядок подачи реагентов, т.е, серной кислоты и бихромата натрия, в кристаллиэатор является одним из главнейших фактсров, влияющих на скорость фильтрации и качества продукта. Оптимальным режимом выделения и кристаллизации йода следует признать одновременную подачу серной кислоты и бихромата натрия в раствор, содержащий йодид-ион. При этом получают наиболее крупные кристаллы йода. Они в

3-4 раза крупнее, .чем в известных способах, поэтому они быстрее отфильтровываются (время фильтрования сокращается при фильтрации одинакового объема пульпы), в отфильтрованном осадке удерживается меньше воды, при прессования йода вода полнее удаляется, а в готовом прсьдукте повышается содержание основного вещества и с .-.-.мается содержание других примесеа. Внесение в раствор йодида готовых мелких кристаллов йода в виде затравки" (перед проведением процесса кристаллизации) не влияет на величину получаемых «ристаллов Йода.

Иэ табл. 2 следует, что состав раствора, содержащего йодиды, стщественно

3 80838 темпеьатчзы от 15 до 60 С при

800об/мин и скорости подачи реагенга"

28,9-45,5 гlл ч длина полученных кристаллов йода увеличивается с 88 до

188 мкм шрща с 55 до 99 мкм, 5 ре Шотта М 1 диаме,„.,ом 30 мм по„е площадь — с 4840 до 15345 мкм (2).

Недостатками этого способа является милая скорость фильтрации (время, необходимое иа фвиьтрацию 50 мл взвеси составляет 86-165 с) и низкое содержа- 1р ние основного вещества в продукте 98,7.99 1%.

11ель изобретения — повышение скорости фильтрации и увеличение содержания основного вещества в продукте. !5

Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения йода, заключающимся в адсорбции элементарного йода из растворов активированным углем, десорбции йода раствором щелочи, осаждением йода из полученного раствора при одновременной подаче бихромата натрия и серной кислоты, в количествах 0,350,39 т и 1,0-1,5 т соответственно на

1 т йодид-иона с последующим фильтрованием, промывкой и сушкой осадка.

Отличия предлагаемого способа заключаются в том, что осаждение ведут при .одновременной подаче бихромата натрия и серной кислоты в количествах 0,350,39 т и 1,0-1,5 т, соответственно, на

1 т йодид-иона.

Целесообразность выбранных режимов и операций подтверждается исследованиями... результаты которых приведены ниже.

Методика эксперимента следующая.

В лабораторный стеклянный реактор с мешалкой заливают 0,25 л йодных щелоков, полученных нри десорбции йодида с активированного угля 40%ным раствором

40 едкого натра в промышленных условиях на действующем оборудовании йодного цеха. Концентрация йодидов в исследуемом растворе составляет 20,1 кг/м . Температуру в реакторе пощярживают равной

20 С, Процесс проводят при включенной о 45 пропеллерной мешалке, число оборотов60 об/мин. Серную кислоту квалификации чда" применяют в виде раствсров, содержащих 51 и 93 масс.% основного вещества бихром&г натрия квалификация ч в виде 25%-наго раствора в воде и в

51%-ной серной кислоте. Скорость подачи реагентов поддерживают в пределах 2040 кг/ч иа 1 м р&ствсра1 что соответст» вует средним ее значениям в известном способе. Полученные кристаллы йода помещают иа предметное стекло микроскопа

МБИ-1 для определения их размеров по

808389 не влияет на результагыпроцесса, т.е. на скорость фильтрации полученных кристал- . лов и содержание основного вещества в продукте. Изменение щелочности расгвара йодидов не влияет также на выход крясгаллов иэ раствора. Увеличение концентрации йодидов в исходном растворе увеличивает выход кристаллов на 4-8%, что вполне объяснимо, так как остаточная концентрация йода в маточном растворе постоянно не зависит or растворимости в нем элементарного йода.

По данным табл. 3 одновременное доэирование серной кислоты и бнхромата натрия в кристаллиэатор не является един-

35 ственным фактором, влияющим на скорость фильтрации и содержание основного вещества в продукте. Другими существенными факторами, влияющими на процесс и качество получаемого продукта являются рас- М ходы реагентов, т.е. серной кислоты и бихромата натрия, при дозировке их через общий дозатор или в.смешанном растворе, содержащем воду, серную кислоту и бихромат натрия. Положительный эффект, по >> сравнению с известным достигается при условии дозирования на 1 т йодид.-иона, содержащегося в растворе, залитом в крисгалпизатор, в следутощих количествах: серной кислоты — ог 1,0 до 1,5 т, а би- З0 хромата натрия — от 0,35 до 0,39 т, в пересчете на 100%-ные реагенты. Вне этих интервалов получаются менее крупные кристаллы и менее качественный целевой продукт вследствие изменения усло- З вий образования и роста кристаллов. В указанных интервалах расходов реагентов получают в 3-6 раэ более крупные крисгаллы, чем по известному способу, и в

100-200 раз более крупные,. чем по спо- 40 собу, применяемому в промышленности, т.е. при выделении йода хлором, что обеспечивает повышение скорости (сн ижен ие времени) фильтрования и повъаиение качества целевого продукта. Применение совместной дозировки реагентов и расходов их в найденных интервалах увеличивает выход йода в виде кристаллов до 9599%, что примерно на 10% выше, чем:в известном и не менее, чем в способе с выделением йода газообразным хлором.

В указанных интервалах получен целевой продукт реактивной квалификации чистый по ГОСТ 4159-61„содержащий основного вещества 99,5-99,9 масс.% хлоридов и бромидов — менее 0,015 масс.% и нелетучего остатка — м нее 0,05 масс.%, вне указанных интервалов дозировки реа,гентов, а также при их раздельной дозировке, получается готовый продукт 1 или

2 сорта, технический, по ГОСТ 545-71, как и при выделении йода хлором в промышленных аппаратах.

Как следует иэ вышеприведенных данных, предлагаемый способ позволяет повысить скорость фильтрации до 40-53 с н довести содержание основного вещества в целевом продукте до 99,5-99,9%.

Пример Для проверки полученных в лабораторных условиях результатов проведены промышленные испытания По выделению Rona из йодиых щелоков на дейст. вующем кристаллизаторе с рабочим объемом 4,3 м . Кристаллиэатор иредставляЭ ег собой вертикальный цилиндрический сосуд с коническим днищем и лопастной мешалкой с числом оборотов 6080 об/мин. В крисгалпизатор эакачивают 4,3 м щелоков, содержащих йодид-ион.

Шелока предварительно отстаивают в о» стойниках йодного цеха. В щелоках определяют концентрацию иодид-иона и щелочей, в пересчете на едкий нагр. Затем по формулам, указанным выше, рассчитывают необходимое количество серной кислоты и бихромата натрия. Бихромат натрия растворяют в воде. Затем при включенной мешалке за 20-30 мин дозируют совместно реагенты в кристаплизаторе.

После перемешивания в течение 0,81,0 ч и отстаивания, кристаллы отделиют на нутч-фильтре or маточного раствора, промывают водой и прессуют на гидропрессе при давлении 500-600 атм дпя удаления воды и получения таблеток. Полученные таблетки йода подвергают дроблению и анализу.

В табл. 4 приведены результаты промышленных испытаний по выделению йоAB.

Иэ табл. 4 следует, что результаты исследований, проведенные в лабораторном кристаллизагоре, удовлетвсрительно воспроизводятся на действующем промышленном оборудовании йодного цеха, г.е. при совместной дозировке реагентов в количествах укаэанных в табл. 3, получаются более крупные кристаллы, чем в известных способах (табл. 4 по и. 4 и цн. 2 и 3). Это позволяет сократить иродопжительность фильтрации и получить готовый цродукт повышенного качества на том же самом технологическом оборудованиир ыа котором получали только тех нический йод, в том числе типовые крисгалпиэаторы с тихоходными мешалками, с исключением дополнительных энергозатрат

808359 на нагревение содержимого кристаллизатора, охлаждение и вращение быстроходиой мешалки.

Таблица

OC ед ржание в целевом укте, %

Сп овия выд

Пло км по 1): а) минимально б) максимально i0 10

50 20

988 165

15345 86

98,7

52 19

155 99 б) максимально

99,1

48000 52

300 160

99,6

160 100

99,0

16000 88

150 100

90 98,8

12600

150 100 15000

85 99,0

° 92 98,8

170 100 14ОС

130 110 14300

91 98,9

При выделении хларом в промышленном реактаре

2 По прототипу t2)

a) минимально

При одновременной подаче серной кислоты и бихромата натрия в кристаллизатор

4 Подача раствора бихромата натрия в подкисленный раствор в катализаторе

5 Подача в кристаллизаторе сначала раствора бихромата натрия, а затем серной кислоты

6 Подача в кристаллизатор сначала 20%, от расчетного, серной кислоты, а затем раствора бихромата натрия в

80%. от расчетного количества серной киспоты

7 То же {подачу раствора бихромата натрия в серной кислоте осуществляют в 2 приема равнйми частями) 8 Подача сначала 30% бихромата натрия в виде paciaapa в воде, а затем смеси оставшихся 70% бихромата натрия со

100% серной кислоты (односременно) 9 То же (дозировку смеси бихромата натрия с серной кислотой осуществляют в три приема равными дозами) В табл. 5 приведено сравнение технй- ко-экономических показателей предлагаемого способа с известным.

110 184 98,2

1000 160 98,9

16500 84 98,9

Продолжение табл. 1

10 То же, что и в п. 4, но с внесением затравки" кристаллов йода размером 10х20 мкм перед подачей раствора бихромата натрия в количестве

10 вес.% выделяемых из раствора кристаллов йода

150 110

16500

99,1

11 То же, что и в и. 6, но с внесением затравки по п. 10, т.е. 10%, кристаллы затравки размером 10х20 мкм, в момент после начала подачи раствора бихромата натрия в серной кислоте.

140 110 15400 80

98,9

П р и и е ч а н и я: Температура в опытах, кроме опыта 2, составляет 25-28®C.

Расчетное количество твердого бихромата натрия, в расчете на 100%-ный для папучения, смеси, растворяют в 51%-ной серной кислом. Отдельные кристаллы превышают указанные в таблипе значения: по аирине в %,: - 2 раза, по длине в 2-3 раза и хорошо видны невооруженным глазом.

Таба яиа 2

1,S

1,5

1,S

0,0

3,5

8

1,5

0,О

1,25

1,50

3,5

П р ы.м е ч а н ы.a:. Изменеиыв ыонцентраиыы ываыаов ароизвоавтщ аобавненыем в «о сиеаувммя раствор аоаыаа нагрея, Изменение аевочност», в нв. ресчвзв на еакый ыазр, ыроызводнтся-аобаваеыием в ысснеауемай раствор соответственно еакого ветра ыая серной насвотм, с учэ» том toro, ио ноаные щеаоыа с ыоняеизрацней щеаоеи awse

1 .мФ

3,5 н /и в ыроызвоасзве se ырымеиявтся, Температура во аре мя онмтов составаяла g2 С.

50,3

20,1

82,0

20,1

20,1

20,1

20,1

20 1

20,1

1,20

le20

1,20

1,10»

1,25

1,35

О,Ф7

0,37

0.37

0,37

0,37

0,37

0,37

0,37

0,37

88,9

85,0

88,1

80,1

91,2

82,1

80,0

89,9

80,1

42 98,9

44 99,8

48 997

52 99,Е

51 98, 6

52 89,6

49 99,5

63 99Е

50 897

808389

Табинна 3

17О

0,9

0,38

100 87,3 79, 90,9

Техн нче- сккй,2 софт ко

ГОСТ 548-71 ь,о

160 98,0 62 99,8 .

О,З7

@ ыйм

ГОСТ 4189-61

О 37 . 800

0 37 310

21О 97 1

170 96,8

125 90,1

ЧнотыЮ ао

ГОСТ 4189-61

1,8Î

Чистый ко

ГОСТ 4189-61

160 042 160 Техн нческнй

1 с. но ГОСТ

848-71 Текинческий

1 с. ао ГОСТ

848-71

110 68,2

0 32 190

0 38 зьо

81, 998 еъ(истый в

ГОСТ 4189-6

Тв же

1,25

15 О 98,1

1,28 0,37 500

1,28 0,39 320

1,68 0,42 210

99,9

99,7.

99,3

210 97,1

180 96,7

120 91,2 ю

»»

Те ®нческкй"

1 с. но ГОСТ

848-71 Л р к и е ч а н н я; Температура в крксталлкзаторе составляет 22-27 С. Содержанке йодндсв в щелоках составляет 20,8 хгlм Ь. Содержанке щелочи в щелоках, в аересчете нв едкий катр, составляет 1,55 хг/м, По оаытяым данным, в том

Ъ чксие н но данным as табл. 1-3 выведенъ формулы или расчета онтнмаиь нъсс расходов серной ккслоты к бкхромата натрия арк выделеннн йжа нэ щелоков разных составов: 4(1,22-1,23) М С + (1>О-1 38 4 ф f В"

* (О, 38-0,39) М ф где 4 - расход 100%ной серной кислоты, ark

6» »расход 100%-био бнхромата натрии, хнч

1(- объем хрксталлкзатсра, зазиынюки4но расте4фим4р м 3

С - содержанке аеиочя в христаиикзаторе, в аересчете на ".лина катр, хх /м i

3 у- содержанке йонидов в растворе, ag/м

1,22 - 1,23., 1,0; 1,381 0,38 - 0 39 - вкснернменталъиыв коафф3щкемтыа

13 1астаЕ@"4

ГОСТ.

4169Ф3

Совместная лавировка серной кислоты - 1э85 Ч бнхромата катркк«0,37, т

20,3 1,3

390 250 97500 42 96 0 99 8

20,3 1 3

8ьцвиюяке йока хлором 1

30 20 600 168 95 0

3- 179 08

Выделение Aces хромом (1 j

30 20 600 166 9415

Раздельнаа дознровха: сериал кислота,, s затем, цесаедоаа тельно, бкхромат нат» рка вконкчествах no известному снособу 140 70 9800

4 1799 0 в

98 Вз 99,1

Таблица 6

Скорость фильтрации

Врема, необходимое на фнльтрецюэ одна о к того ме объема нульиы

Качество целевого аройукта

Увелкчиваетса s 1,5 - 2 раза

Сокраааетса s 3,,8-2 рааа

Сайерйаиие йааа исвьаиаатса йо 99,6-99,9%, вместо Вайа тевиичесаого (1 ила 3 осот) колучаетси Вод реактикиыЦ . квааификацив чистый - ea всем ксхааателим технических

ggRosQL

Сокращаются иа 1,18:10 Лы.., Возрастает с 66 йо 9698% s зависимости at концентрации Вейайов и ксхоаком растворе

Эиергозатр&ты на 1 Г целевого иродухта

Выкай Всйа, в виде кристалл<в, в % от теоретического количества

Применяемое оборудование

Размеры кристаллов Вода

Себестоимость целеваго арсйухта квалификации чистыВ

Саециаижсе сберудовакие ке: иримеикетса

Увеличение в 3--6 раз

Сиюкаетск в 1,52 рава

Техн к%в

98,1 екаЭ 3 саре FOE

64571 Техивч

98е3 саВВ ° 2 ссрт ГОСЗ

646-71 Те иевчв-. ю саре ИЗБ ваЬ7Ю

808359

Составитель В. Кириленко

Редактер В. Матюхина Техред Т.Маточка Корректор Н.Бабинец

° ВВЭ ЮВЮ

Заказ 32/18 Тираж 516 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Поектная, 4

Формула изобретения

Способ получения йода путем адсорбции элементарного йода из раствора активированным углем, десорбции йода раст вором щелочи, осаждения йода из полученного раствора раствором бихромата натрия в присутствии серной кислоты с последующим фильтрованием, промывкой и сушкой осадка, о т. л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения скорости фильтрации и повышения содержания основного вещества в продукте, осаждение ведут при одновременной подаче бихромата натрия и серной кислоты, в количествах 0,35-0,39 т и 1,0-1,5 т соот-: ветственно на 1 т йодид-иона.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ксензенко В. И. и Стасиневич Ll.C.

Технология йода н брома, М., "Госхимиз10 дат". 1960, с. 232.

2, "Журнал прикладной химии, 1976, М. 49, с. 298-301 (прототип).