Способ ионообменного извлечения ионов металлов из растворов

БР Е АТЕНТ С С Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(56) Егоров Е.В, и Макарова С,Б. Ионныйобмен 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) Испметалло ользование: для выделения ионов в 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 являюся высокий удельный расход реагентов. ЯЫ 2000141 С от примесей. Сущонообменного изсорбции ионов на ледующей десорбв раствором хлорита или ацетата ммония с концент- Н 2-8, В отработанкарбонат и/или талла или аммония разовавшийся осаа до 2-8 и испольующем цикле на б позволяет умень- агентов и получать компактном, удобереработки виде, 1 при очистке растворов ность способа: способ и влечения заключается в катионообменнике с пос цией поглощенных ионо да, нитрата, сульфа щелочного металла или а рацией 1-8 моль/л при р ный элюат вносят гидроксид щелочного ме до рН 9-13, отделяют об док, доводят рН раствор зуют повторно в след стадиидесорбции. Спосо шить удельный расход ре извлекаемые металлы в ном для их дальнейшей и 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 яепяк гся высокий удельный расход реагентов, а также большое количество образующихся жидких отходов, подлежащих захоронени оЦепью 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 рН9 не происходит полного осаждения трудногидролизуемых элементов(например, кальция, магния и др,), а при рН13 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 осэдителей (хроматов, фосфатов, силикатов щелочных металлов) наблюдается постоянное изменение соста- ва десорбирующего раствооа, 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 рН2 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 рН8 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 лесорб 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ции, а также по экономическим соображениям.При использовании растворов с концентрацией менее 1 моль/л наблюдается уменьшение степени десорбции и увеличение обьема 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 сорбенах, 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 1- 8 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 используютдля десорбции металлов с катионообменника в следующем цикле. Эффективность описываемого способа иллюстрируется нижеследующими примерами.П р и м е р 1, Извлечение ионов кальция и магния (умягчение воды). 10 см набухшегозсульфакатионита КУх 8 в Ма-форме загружают в сорбционную колонку и пропускают через него со скоростью 30-40 см /ч 8 л водопроводной воры состава, мг-экв/л: йа+ 0,28 К 0,82; М 9 0,82; Са 2,10; С 1 0,13;504 0,6: НСОз 2,57; рН 8, до полного насыщения по солям жесткости, Емкость смолы составила 2 мг/экв/см . Смолу промываютздистиллированной водой и десорбируют ионы кальция и магния 200 см 1 моль/л раствором МаС 1, рН 8. Десорбэт собирают, добавляют в него 5,2 г Мэ 2 СОзв сухом виде) и 0,05 г МэОН (в виде раствор з 10 моль/л) до рН 13, раствор пеоемецин; с г.цение 2 чи отстаивают образовавшийся осадок в течение 24 ч, Жидкую фазу после отстоя декантируют. корректируют рН до 8 1 моль/лраствором НС и используют в следующемцикле, Емкость смолы в последуюзщих 5 циклах составила 1,8-2,0 мг-экв/см,П р и м е р 2. Извлечение ионов кальция,магния и стронция, Через сорбционную колонку, заполненную 2 см природного клиноптилолита в Ма-форме, пропускают 1 л 10водопроводной воды состава по примеру 1,дополнительно содержащей - 10 Ки/л ирадионуклида Яг. Процесс ведут до началапроскока по радиостронцию, После промывки сорбент подвергают десорбции раствором 4 моль/л МайОз. рН 6, Десорбат(20см) собирают и добавляют в него 1 О моль/лраствора МаОН до рН 13. После перемешивания и отстоя жидкую фазу отфильтровывают на нутч-фильтре, добавляют в нее 20раствор НИОз до рН 6 и используют в следующем цикле, Емкость по солям жесткости и радиостронцию в последующихциклах оставалась неизменной,П р и м е р 3. Извлечение ионов меди, 255 г сульфоугля марки СКв К-формеконтактирует в статических условиях с 200см 0,1 моль/л раствора СОЯ 04. рН 4,5 взтечение 24 ч. Емкость катионита составила2,2 мг-зкв/г. Далее сорбент промывают водой и десорбируют медь 6 моль/л раствором ацетата калия. рН 4,0 (корректировкараствором уксусной кислоты) тремя порциями по 25 см . Десорбат собирают, добавлязют раствор карбоната натрия до рН 10,5, 35отделяют осадок фильтрацией, в фильтратдобавляют раствор уксусной кислоты до рН4 и используют его для десорбции меди вследующем цикле.П р и м е р 4. Извлечение ионов железа. 40Через сорбционную колонку, заполненную 3 см сульфофенольного катизонита КУ зв ИН 4-форме. пропускают 200 см растворанитрата железа с концентрацией 0,1моль/л, рН 3, Емкость смолы - 3,8 мг-экв/г. 45После промывки десорбируют железо 8моль/л раствором нитрата аммония, рН 2(корректировка раствором НАВОЗ), десорбатсобирают и добавляют в него 256-й растворгидроксида аммония до рН 9. Выпавший 50осадок отфильтровывают, в фильтратдобавляют раствор азотной кислоты до рН 2 ииспользуют для десорбции железа в следующем цикле.П р и м е р 5, Извлечение ионов лантана. 55Через сорбционную колонку, заполненную 5 см фосфата титана сферической грвзнуляции в Г 4 Н 4-форме, пропускают 500 см0,1 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 Н 230 д до рН 3 и используют ь следующем цикле.При осуществлении предлагаемого способа по примерам 1-5 степень осаждения ионов металлов в десорбате составила 95- 99 6. Обьем образующихся осадков в зависимости от природы металла и осадителя состарлял 2-10 от объема элюата. После высушивания 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, в 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 одновалентных 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, а реагенты-осади- тели (карбонаты и/или гидроксиды щелочных металлов или аммония) расходуются лишь для осаждения ионов металлов, для чего необходим не богре 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,Ф о р мул а и э обре те н и я 1. Способ ионообменного извлечения ионов металлов из растворов, включающий их сорбцию на катионообменнике и десорбцию ионов металлов солевым раствором, отл ича ю щийся тем, чтодесорбцию ведут раствором соли щелочного металла или вммония при рН 2-8, после чего в полученный элюат 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 в цикл на стадию десорбции.2000141 Составитель В.МалютинРедактор М,Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш Тираж Подписное НПО " Поиск " Роспатента113035,Москва.Ж. Раушская наб., 4/5 Заказ 3056 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин 101 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щи й с я тем, что десорбцию ионов ведут раствором хлорида нитрата, сульфата или ацетата щелочного металла или аммония с концентрацией 1-8 мольл,