Способ осуществления ионообменного процесса

 

! (72) Авторы изобретения

t

1

Государственный научно-исследоват щй и лроектный институт по обогащению руд цветных металлов "Казмеханобр" г

Н.Я. Любман, Г.К. Имангазиева, Ю.Н . Свядощ и О.Н. Чистякова (71) Заявитель б (54) СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИОНООБИЕННОГО

ПРОЦЕССА

Изобретение относится к способам осуществления ионообменного процесса и может быть использовано в цветной металлургии, в химической и пищевой промышленности, в теплоэнергетике и

1 очистке сточных вод.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ осуществления ионообменного процесса путем пропускания обрабатываемого раствора через неподвижный слой ионообменного материала супермагнитной модификации (1) .

НедоСтатком известного способа яв- 1з ляется ограниченность скорости процесса обработки растворов, которая обусловлена тем, что супермагнитный характер ионитов достигается и выявляется лишь при размере гранул не 2о менее 40 мкм. Такой размер частиц позволяет осуществить ионный обмен при объемной скорости лишь до 40 удельных объемов в-час.

Цель изобретения — ускорение процесса.

Поставленная цель достигается описываемым способом осуществления ионообменного процесса путем пропускания обрабатываемого раствора через неподвижный слой ионообменного материала, при этом ионообменный материал берут в виде объемного, проницаемого, пористого блока, состоящего из сферических частиц размером 0,2- 10 мкм при толщине рабочего слоя 10-40 мм, а в качестве объемных проницаемых пористых блоков берут трубы, диски, стержни, цилиндры, стаканы, тела сложной конфигурации.

Пример 1. Ионообменное изделие в виде трубы (высота 100 мм, внешний диаметр 110 мм, внутренний диаметр 72 мм) из сульфированного стиролдивинилбензольного сополимера, имеющего следующие параметры: удельная поверхность 121 м /г, объем пор

0,8 мг/г, коэффициент проницаемости

3 92358

1,8 !О см/с, содержание сульфогрупп

2,1 г-экв/л, помещают в стеклянный стакан, снабженный герметизирующей крышкой и уплотнительными резиновыми кольцами. Установку герметизируют с помощью зажимных болтов, при этом внутренняя полость ионообменного трубчатого изделия отделяется от наружной полости, образованной внешниии стенками ионообменного изделия 10 и внутренней поверхностью оргстеклянного стакана. При проведении операции сорбции обрабатываемый раствор поступает в наружную полость, просачиваясь через стенки ионообменного фильтра и выходит через верхний штуцер внутренней полости - прямое направление.

При промывке и элюации растворы поступают через нижний штуцер внут- 20 ренней полости и выходит через верхний штуцер наружной полости - обратное направление. Во всех опытах растворы подаются под напором 1 мм вод.ст.

Умягчение природной воды осущест- 2 вляют следующим образом.

Ионообменное изделие переводят в

Na-форму путем пропускания в прямом направлении 5 л 1Oi-ного раствора поваренной соли в течение 10 мин и от- З6 мывают 5 л деионизированной воды.

Исходную воду состава, г/л: хлориды 92, сульфаты 552, натрий + калий 210, кальций 102, магний 75, общее солесодержание 1320 пропускают в прямом направлении со скоростью

120 л/ч. Первые 90 л фильтрата содержат кальция + магния менее 1 мг/л.

8 последующих порциях фильтрата жест- кость постепенно нарастала и сравнялась с жесткостью исходной воды (11,3 мг/экв/л) на 110 л фильтрата.

Практически полная (983-ная) регенерация ионообменного фильтра достигается при пропускании через него в обратном направлении 1,6 л 10i-ного раствора йаСЕ со скоростью 120л/ч (время пропускания 7 мин} с последующей промывкой 2 л умягченной воды с той же скоростью и в том же направлении (8 мин).

Таким образом, продолжительность цикла сорбция-элюация составляет в данном случае менее 1 ч. Проведено S5

20 циклов сорбция-элюация, при которых получены полностью воспроизводимые результаты.

9 4

С помощью стандартного гранульного ионита КУ-2-8 соответствующая глубина очистки и регенерации достигается (при равном объеме загруженного ионита в колонну с h d = 3 : 1) при скорости пропускания очищаемого раствора и элюента 20 уд.об/ч (10,8 л/ч). Продолжительность цикла сорбция-элюация составляет 5,5 ч.

Пример 2. Очистку промсточной воды от меди проводят следующим образом: ионообменное трубчатое изделие переводят в Н-форму путем пропускания 1,5 л 104-ного раствора серной кислоты и отмывают водой до слабокислой (рНъ 5) реакции (скорости про.пускания 120 л/ч).

Исходный раствор содержит 1,5 г/л серной кислоты и 0,6 г/л меди. Этот раствор пропускают в прямом направлении со скоростью 120 л/ч через установку с ионообменным трубчатым фильтром.

Первые 60 л фильтрата содержат менее 0,5 мг/л меди. В последующих порцмях фильтрата содержание меди постепенно нарастает и к 70 л до" стигает 0,5 г/л.

Практически полная (983-ная) регенерация ионообменного фильтра достигается при пропускании через него s обратном направлении 1 л

201-ной серной кислоты со скоростью

120 л/ч (время пропускания 0,5 мин) с последующей промывкой водой с той же скоростью в том же направлении (2 мин). Средняя концентрация меди в элюате 41 г/л.

Таким образом, продолжительность полного цикла сорбция-элюация в данном случае составляет 38 мин.

Проведено !5 циклов сорбции-элюации, при этом получены полностью воспроизводимые результаты.

С помощью стандартного гранульного катионита КУ-2-8 соответствующая глубина очистки и регенерации достигалась (при равном объеме загруженного ионита в колонну с h : :d = 3 : 1) при скорости пропускания очищаемого раствора и элюента 10 уд.об/ч (5,4 л/ч), Продолжительность цикла сорбция-элюация составляет 7,5 ч.

Пример 3. Ионообменные из-„ делия в виде свечевого фильтра (высота 160 мм, толщина стенок и днища

15 мм, из пирокатехин-формальдегидного полимера, имеющего следующие па923589 6

Тираж 577 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 раметры: удельная поверхность

182 м /г, объем пор 1,1 мг/г коэффициент проницаемости 4,1 10 см/с, содержание гидроксильных групп

3,7 г-экв/л, помещают в открытую сверху .оргстеклянную емкость, снабженную патрубком с надетой на него резиновой прокладкой. Свечевой фильтр открытым концом плотно насаживается на резиновую прокладку, что обеспе- 10 чивает полную герметизацию внутренней поло"ти свечевого фильтра. К патрубку подведены линии вакуума (для отсоса рабочих жидкостей) и сжатого воздуха (для продувки фильтра, когда 15 в этом возникает необходимость).

Объем емкости 25 л.

Очистку сернокислого раствора от мышьяка проводят следующим образом:

5 л исходного раствора (промывная . 2е серная кислота Джезказганского горнометаллургического комбината) состава, г/л серная кислота 270; .мышьяк 2,4; железо О, 2; цинк 0,6 заливают в емкость.

С помощью вакуума 0,5 атм кислоту 25 прокачивэют через свечевой фильтр и собирают в приемную емкость. Скорость .протекания раствора через фильтр 300 л/ч. Вся кислота прошла через ионообменный фильтр за 2 мин.. 30

Первые 4 л фильтрата содержат менее 20 мг/л мышьяка при, концентрации серной кислоты 260 г/л, следующие 2 л

300 мг/л при концентрации серной кислоты 270 г/и. Среднее содержание мышьяка в объединенном фильтрате

83 мг/л, серной кислоты 265 г/л.

В емкость заливают 20 л горячей (70 С) воды и прокачивают через све" чевой фильтр с помощью вакуума <0 . 0,5 атм, скорость протекания раствора через фильтр 300 л/ч. Содержание мыаьяка в первых 5 л фильтрата составляет 2,9 г/л, серной кислоты f,5 r/ë. Из этого раствора мышьяк 4з осаждают известковым молоком. В последующих 5 л фильтрата содержание мышьяка составило 0,2 г/л серной кислоты 0,1 г/л (раствор бедный элюат используют в начале следующего цик- gp ла элюации) . Последующие 10 л фильтрата содержат 0,02 г/л мышьяка и менее 0,01 г/л серной кислоты (промводы - оборотные растворы).

Всего проведено 20 циклов сорбции-элюации с получением полностью

ВНИИПИ Заказ 2663/11 воспроизводимых результатов. Для поддержания производительности фильтра на заданном уровне на 5, 15, 20 циклах осуществляется воздушная продувка с. выводом шламовых частиц в промывную воду. .С помощью гранулированного пирокатехин-формальдегидного поликомплексона, полученного в аналогичных условиях синтеза, соответствующая глубина очистки и регенерации достигается (при равном объеме загруженного ионита, фракция 0,1-0,2 мм, в колонну с h : d = 3 : 1) при скорости пропускания очищаемого раствора и элюента (воды) 20 уд.об/ч (10,8 л/ч). Ilpoдолжительность цикла сорбция-элюация составляет 5 ч.

Таким образом, предлагаемый спо" соб обеспечивает значительную интенсификацию ионообменных процессов в 10-20 раз упрощает их аппаратурное оформление, облегчает выбор конструкционных материалов. Вместе с тем пред лагаемый способ позволяет наряду с ионообменной сорбцией решать задачу глубокой очистки растворов от взвешенных частиц. Стоимость умягчения

1 м воды (от исходного содержания

3 ионов кальция 50 мг/л до 0,5 мг/л) составляет,в предлагаемом способе

1,5-2 коп., в стандартных схемах (неподвижный слой сорбента) она составляет 25-30 коп,, а в предлагаемом способе 12-,15 коп.

Формула изобретения

1. Способ осуществления ионообменного процесса путем пропускания обрабатываемого раствора через неподвижный слой ионообменного материала, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса, ионообменный материал берут в виде объемного, проницаемого, пористого блока, состоящего иэ сферических частиц размером 0,2-10 мкм при толщине рабоче,го слоя 10-40 мм.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве объемных, проницаемых, пористых блоков берут трубы, диски, стержни, цилиндры,стаканы, тела сложной конфигурации..

Источники информации," принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 497027, кл. B 01 0 15/04, 1975.