Способ регенерации неорганических кислот

ОЬ ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик я 865321Опубликовано 23.09.81. Бюллетень35Дата опубликования описания 25.09.81 по делан иэебретеиий и еткрнтий. А. Головня, А. Ф. Капустин, Н. М. Сми . И. Поленов, С. В. Головин, С. Д. Кабан Заяви ИИ НЕОРГАНИЧЕОТ 4) СПОСОБ РЕГЕНЕбретение относитсяи неорганических ких растворов методамиза,естен способ регенериз кислотно-солевогоализа в режиме противого раствора и водьектродиализом 1,Изо нера ци солевы родиал Изв кислоть тем ди но-соле щим элк с сло ид пособам регеиз кислотно- ализа и электции азотной раствора путока кислотс последуюРаствор, содержащий, г/л: азотная кислота 484, карбоксильные кислоты 109, медь 6,1, ванадий 1,3, подвергается 4-стадийному диализу с инертными мембранами из пергаментной бумаги. В качестве регенерирующего раствора применяется вода, которая подается противоточно исходному раствору при объемном соотношении кислотносолевого раствора и воды, равном 1:2. После диализной обработки сбросной раствор, содержащий 46,6 г/л азотной кислоты, поступает в обессоливающие камеры многокамерного электродиализатора с чередующимися анионо- и катионообменными мембранами, а регенерирующий раствор, содержащий 220 г/л азотной кислоты - в рассольные камеры. После электродиализа концентрация азотной кислоты снижается до 10,2 г/л, а регенерируюций раствор содержит, г/л: азотнаякислота 238, карбоксильные кислоты 13,8,медь 3, ванадий 0,5. Коэффициент очисткиазотной кислоты от карбоксильных кислот3,9, от меди -1, от ванадия 1,3, Таким образом, указанным способом невозможно получить азотную кислоту (или другую неорганическую кислоту) достаточной степеничистоты.Цель изобретения - повышение чистотыизвлекаемой кислоты при сохранении высокой степени регенерации,Поставленная цель достигается способомрегенерации неорганических кислот из кислотно-солевых растворов путем диализа в ре.жиме противотока кислотно-солевого растэ вора и воды с последующим электродиализом, в котором диализ ведут с использованием анионообменных мембран, а электродиализ - с чередующимися анионообменными мембранами и биполярными мембранами или биполярными электродами.20ри объемномс го растворарегенерации При этом диализ ведут п оотношении кислотно-солево и воды 1: (0,9 - 1) до степени865321 Таблица 1 Концентрация, г/л Коэф- фициПроцесс Азотнокислый раствор НЙО СаПримечание и точистки кислотыот соНМО Са ли Диализ 0 201 13,5 70 Объемное соотношение кислотно-соле 22 и н и 21,5 131 0,21 вого раствора иводы У 1;0,9 81 65 - 75/О, а электродиализ ведут при плотности тока 300 в 6 А/м и линейной скорости потока 3 - 8 см/с.Указанный режим проведения диализа является оптимальным и приводит к повышению эффективности процесса. Основными показателями диализа являются относительная концентрация кислоты в регенерирующем растворе (К), степень извлечения кислоты в регенерируюший раствор ц) и коэффициент разделения кислоты и соли (1). Оценкой суммарного влияния трех основных показателей диализа на эффективность процесса служит величина ц, причем Р = =. м к, При объемном соотношении кислотно-соленого раствора и воды 1: (0,9 - 1) и степени регенерации кислоты 65 - 75 О/о величина д, являющаяся критерием эффективности диализа, принимает максимальное значением, причем любой другой режим проведения диализа приводит к уменьшению значения р;.В случае проведения электродиализа при плотности тока ниже ЗООА/м скорость процесса резко уменьшается; при плотности тока выше 600 А/м значительно ухудшаются электрохимические показатели электродиализа (выход по току и расход электроэнергии).Уменьшение линейной скорости потока растворов при электродиализе ниже 3 см/с приводит к ухудшению гидродинамических условий в камерах электродиализатора и, следовательно, к повышению расхода электроэнергии. Увеличение линейной скорости потока растворов выше 8 см/с приводит к повышению энергозатрат на перекачку растворов.Технология способа состоит в следующем Кислотно-солевой раствор подвергают диализу с анионообменными мембранами в режиме противотока кислотно-солевого раствора и воды при объемном соотношении кислотно-солевого раствора и воды 1:(0,9 - 1) до степени регенерации кислоты 65 - 75/о Полученные после диализа растворы подвер. гают электродиализу с чередующимися анионообменными мембранами биполярными мембранами или биполярными электродами 5 1 о 15 го 25 эо Э 5 40 при плотности тока 300 - 600 А/ми линейной скорости потока 3 - 8 см/с,Пример 1. Азотнокислый раствор, содержащий 201 г/л азотной кислоты и 22 г/лкальция, подвергают последовательно диализу и электродиализу, Диализ проводят нафильтрпрессном диализаторе с тремя анионообменными мембранами винилпиридиновоготипа, содержащими в композиции сополимерэтиленпропиленового каучука, 2,5-метилвинилпиридин и дивинилбензол, с рабочейплощадью 100 см каждая. В качестве регенерирующего раствора используют воду,которая поступает в диализатор противотоком диализируемому раствору при объемномсоотношении азотнокислого раствора иводы 1:0,9, 1:0,95 и 1:1 до степени регенерации кислоты 65,70 и 75 О/, и температуре 22 С. Объемы переработанного азотнокислого раствора в каждом опыте - 1 л.Полученные после диализа растворы подвергают электродиализу в 5-ти камерномфильтрпрессном электродиализаторе с чередующимися высокоосновными анионообменными мембранами МАЛ - 2 и биполярнымимембранами на основе ионитов КУ - 2 иЭДЭ - 10 П (по 2 шт. каждой), Рабочаяплощадь одной мембраны 55 см.Первая камера электродиализатора ограничена анодом и анионообменной мембраной, вторая - анионообменной и биполярной мембранами, третья - биполярной ианионообменной мембранами, четвертаяанионообменной и биполярной мембранами,пятая - биполярной мембраной и катодом.Регенерирующий и отработанный азотнокислый растворы, полученные после диализа, поступают на переработку в камеры 1,3и 2,4 соответственно, и их перерабатываютв режиме циркуляции при плотности тока 300, 450 и 600 А/м и линейной скоростипотока 3, 5 и 8 см/с. В качестве католита (камера 5) используют 1 М раствор гидроокисинатрия, Катод изготовлен из нержавстали,анод - из платинированного титана. Температура процесса 22 - 30 С.Полученные данные процессов диализаи электродиализа по примеру 1 представленыв табл. 1,Примечание Процесс кислоты от соли раствор НИО Са" НМО, Са" Электродиализ 21,5 131 021 24 178 0,24 70 13 6 То же 201 22 0 0 Ч = 1:0,95Р = 702 Диализ 21,75 141 0,231 4 , 5 60 Элек тродиализ 1) = 450 А/м 21,75 141 0,23 24 179 0,25 60 О = 5 см/с У = 1:1 0 0 22 201 Диализ 21,7 151 0,2816 Электродиализ О = 600 А/м 151 0,28 21,7 50 6,5 6 24 179 0,25 О = 8 см/с Та блица 2 Концентрация, г/л Ко эффициенточист Примечание Время,чПроцесс Регенерирующийраствор Сернокислый растворки кислоты отсоли Н 80. й Н 0, й Р = 65 Ж 25 0 150 Диализ Ч = 1:0,9 97,5 0,4 24,6 18 47 Электроди- ализ О = 300 А/м 97,5 0,4 24,6 52 П р и м е р 2. Сернокислый раствор, содержащий 150 г/л серной кислоты и 25 г/л Х 1, подвергают последовательно диализу и электродиализу, как и в примере 1, с той лишь разницей, что биполярные мембраны Степень регенерации кислоты Рпри диализе 657., плотность тока О 300 А/м, линейная скорость О 3 см/с заменяют на биполярные электроды, которые представляют собой титановые листы покрытые с анодной стороны слоем платины.Полученные данные по примеру 2 представлены в табл. 2.ки кислоты отсоли 1 О = 3 см/с 0,47 133 27 14 То же Ч = 1:0,95 7030 0105 0,44 150 Диализ 24,520 47 Электродиализ 0 = 450 А/м 105 0,44 132 0,47 0 0 112,5 0,55 24,5 45 0 =5 см/с 27 Ч = 1:1 25 150 Диализ Р= 757,24,538 24 47 Электродиализ О = 600 А/м 112,5 0,55 134 0,48 24,5 38 О = 8 см/с 26,5 Как следует табл. 1 и 2, предлагаемый способ регенерации неорганических кислот из кислотно-солевых растворов позволяет значительно повысить чистоту получаемой кислоты при сохранении высокой степени регенерации по сравнению с известным способом. При этом только совокупность отличительных признаков приводит к достижению поставленной цели. В случае замены одной стадии способа на стадию известного 40 способа (например, проведение диализа с инертными мембранами в режиме противо- тока или проведение электродиализа с катионообменными и анионообменными мембранами) чистота получаемой кислоты оказывается неудовлетворительной.П р и м е р 3. Азотнокислый раствор, имеющий состав, как и в примере 1, подвергают последовательно диализу при объемном соотношении азотнокислого раствора и воды 1:0,95 до степени регенерации кислоты 70% и электродиализу. Полученные после диализа растворы подвергают зяектродиализу в пятикамерном фильтрпрессном электродиализаторе с чередующимися высокоосновными анионообменными мембранами МАЛи катионообменными мембранами МКЛ(по две шт, каждой). Рабочая площадь одной мембраны 55 см. Первая камера электродиализатора ограничена анодом и катионообменной мембраной, вторая - катионо- и анионообменной мембранами, третья анионо- и катионообменной мембранами, четвертая - катионо- и анионообменной мембранами, пятая - анионообменной мембраной и катодом.Регенерирующий и отработанный азотно- кислые растворы, полученные после диализа, поступают в камеры 2, 4 и 1, 3, 5 соответственно и перерабатываются в режиме циркуляции при плотности тока 450 А/м и линейной скорости потока 5 см/с. Температура процесса, материалы катода и анода как и в примере 1,Полученные данные по примеру 3 представлены в табл. 3.865321 10 Таблица 3 Концентрация, г/л Примечание Коэффициенточистки Регенерирующийраствор Азотнокислыйраствор Время,чПроцесс кислоты от соли НМО, Са Навоз Са Ч= 1:0,95 201 22 Диализ Р = 70 Е 0,23 60 21,75 141 14,5 О= 450 А/мО 5 см/с 0,239,4 60 21,75 141 6 12,9 170 Электродиализ Таблица 4 Концентрация, г/л Коэффициенточистки Примечание Регенерирующийраствор Азотнокислыйраствор Процесс Время,чкислоты от соли НМОз Са ННОЕ Саф Ч =1:0,95 0 0 201 22 60 14 Р=70 Е 141 12 2,5 Электродиализ В =450 А/м 60 14 141 8 6 15,5 169 7,3 У =5 см/с То же 4Как следует из табл. 4, чистота получаемой азотной кислоты также оказывается неудовлетворительной (коэффициент очистки 2,5).Таким образом, использование предлагаемого способа регенерации неорганических О кислот из кислотно-солевых растворов обеспечивает повышение чистоты получаемой кислоты в 20 - 40 раз по сравнению с известным способом (при примерно одинаковых расходах энергии),формула изобретения Как следует из данных, представленных в табл. 3, чистота получаемой азотной кислоты оказывается неудовлетворительной (коэффициент очистки 2).П р и м е р 4. Азотнокислый раствор, имеющий состав, как и в примере 1, подвергают последовательно диализу и электродиализу. Диализ проводят, как и в примере 3,Предлагаемый способ может быть использован для регенерации кислот из технологино в качестве мембран используют инертные 20диафрагмы из пергаментной бумаги, Полученные после диализа растворы подвергают электродиализу, как и в примере 3, при плотности тока 450 А/м 2 и линейной скорости потока 5 см/с.Полученные данные по примеру 4 пред ставлены в табл. 4. ческих и сбросных растворов гидрометаллургических предприятий различных отраслейпромышленности. 1. Способ регенерации неорганических кислот из кислотно-солевых растворов путем диализа в режиме противотока кислотно-солевого раствора и воды с последующим электродиализом, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты извлекаемой кислоты при сохранении высокой степени ре865321 12 11генерации, диализ ведут с использованием анионообменных мембран, а электродиализ - с чередуюшимися анионообменными мембранами и биполярными мембранами или биполярными электродами,2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диализ ведут при объемном соотношении кислотио-солевого раствора и воды 1: (0,9 -1) до степени регенерации 65 - 75 о/о, а электродиализ ведут при плотности тока 300 - 600 А/м и линейной скорости потока 3 - 8 см(с. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3673068, кл. 204 - 180,опублик. 1973.Редактор С. Родикова Заказ 7917/10 Составитель О. Зобнин Техред А. Бойкас Корректор У. Пономаренко Тираж 709 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. Проектная, 4