Способ извлечения йода из растворов

 

Изобретение предназначено для горнодобывающей и химической промышленности. Рассол с содержанием йода 35 г/м³ окисляют до элементарного йода, сорбируют на слабоосновном синтетическом анионите. Используют анионит, имеющий матрицу на основе сополимера нитрила акриловой кислоты и дивинилбензола, и функциональные группы - первичные амины (50%), вторичные амины (20%), третичный ароматический амин имидазолинного типа (30%). Йод десорбируют раствором NaOH. Концентрация йода в десорбате в непрерывном противочном режиме - 294 г/л. Изобретение также позволяет уменьшить расход реагентов, объем аппаратуры, трудо- и энергозатраты, снизить износ смолы. 3 табл.

Изобретение относится к технологии йода, в частности к технологии извлечения йода из природного сырья - подземных минерализованных вод (рассолов), базирующейся на применении ионообменных смол.

Известен ионообменный способ извлечения йода из природных рассолов, включающий стадию окисления йодид-иона каким-либо окислителем, стадию сорбции йода как на сильноосновных [1, 2], так и на слабоосновных [3], устойчивых к растворам щелочей, анионитах в хлоридной форме, стадию десорбции йода щелочными растворами и стадию выделения элементарного йода при помощи подкисления товарного десорбата до уровня рН, равного не менее 3.

Этот способ обладает рядом недостатков: сложность процесса, связанная с его многостадийностью, недостаточная эффективность протекания процесса десорбции. При этом наличие значительного количества остаточного йода на смоле уменьшает процесс его выхода и требует дополнительных отмывок смолы от последнего, что не позволяет получить концентрированные по йоду десорбаты. Вследствие этого требуется дополнительное концентрирование, включающее стадии повторного окисления йодид-иона, сорбции йода и его десорбции.

Предлагаемый способ обладает большими преимуществами по сравнению с сорбцией йода на сильноосновных ионитах [1, 2], несмотря на то, что сильноосновные иониты имеют более высокую емкость по йоду. Недостаток по уровню емкости слабоосновных смол полностью компенсируется достоинствами схемы десорбции йода со смол щелочными растворами, обеспечивая быстрый переход из йодид-иодатной формы к элементарному йоду путем подкисления товарного десорбата до рН≈3.

Тем не менее, проблема повышения емкостных характеристик для слабоосновных смол достаточно актуальна. Из проведенных ранее исследований [3] нам известно, что при подкислении товарного щелочного десорбата до рН≈3 йодидная и йодатная форма йода в растворе образуют элементарный йод, выпадающий в осадок, представляющий собой йод-пасту. Йод-паста затем перерабатывается в йодсодержащие продукты или в элементарный йод - кристаллический или прелированный, а в растворе после осаждения йод-пасты остается часть йода, растворимого в воде. Эта растворимая часть йода возвращается в процесс сорбции и этим самым еще снижает эффективную емкость смолы по йоду.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что процесс извлечения йода из растворов включает окисление йодид-ионов до элементарного йода, сорбцию последнего на синтетическом слабоосновном анионите, устойчивом к щелочным растворам, десорбцию йода раствором щелочи. Отличием является то, что в качестве сорбента используют слабоосновный анионит полиакрилатного типа, получаемый аминированием пористого сополимера акрилонитрила и дивинилбензола полиэтиленполиаминами (диэтилентриаминами и триэтилентетраминами). В качестве функциональных групп полиакрилатный анионит (ПАА) указанного типа содержит первичные алифатические амины (50%), вторичные алифатические амины (20%) и третичный ароматический амин имидазолинного типа (30%). ПАА позволяет максимально сорбировать йод из йодид-йодатных растворов, подкисленных до указанного выше значения рН среды, десорбировать его с помощью концентрированных растворов щелочей с минимальными потерями йода, удерживаемого на смоле, и характеризуется хорошими механическими качествами, необходимыми при многократном ее использовании.

Пример. Опыты проводились с использованием рассолов Тиманской впадины, отобранных при добыче нефти с глубины 2 км. Содержание йода 35 г/м³. После окисления йода до элементарного состояния проводили насыщение различных марок слабоосновных анионитов (AM - 3, АН - 511, ПАА) из этих рассолов. Результаты опытов по насыщению йодом образцов смол приведены в таблице 1.

Десорбцию йода осуществляли во всех случаях раствором гидроокиси натрия концентрацией 100 г/л. Концентрация йода в товарной фракции десорбата определяется концентрацией гидроокиси натрия, поэтому максимальная концентрация в вытекающих из колонны десорбатах во всех случаях была одинакова и составляла около 300 г/л. Однако средняя концентрация в десорбатах - та концентрация, которая должна получаться в непрерывном противоточном режиме работы колонны десорбции, резко отличается и определяется общей емкостью смолы по йоду (смотрите таблицу 2).

При осаждении элементарного йода установлено, что количество йода, возвращаемого в процессе с маточными растворами, снижается пропорционально количеству йода, находящегося в перерабатываемом десорбате. Например, количество йода, возвращаемого в процессе сорбции в случае применения смолы ПАА примерно в 8 раз меньше, чем в случае применения смолы AM-3.

Кроме того, при использовании высокоемкостной смолы соответственно снижается количество смолы, оборачиваемой в процессе производства, что, в свою очередь, обеспечивает снижение: а) износа смолы; б) расхода реагентов; в) объема аппаратуры; г) труда и энергозатрат.

Использованные в опытах слабоосновные смолы отличаются друг от друга как химическим составом матрицы, так качеством и количеством первичных, вторичных и третичных аминных групп (смотрите таблицу 3).

Таким образом, из таблицы 3 видно, что слабоосновный анионит ПАА, обладающий высокой емкостью по йоду, сравнимой с емкостью сильноосновных анионитов, отличается от других слабоосновных как строением матрицы, так и составом функциональных групп. Благодаря этим свойствам полиакрилатного анионита емкостные характеристики возрастают в несколько раз, в то время как способ десорбции и показатели десорбции остаются и сохраняют все преимущества слабоосновных анионитов: а) десорбцию проверяют раствором щелочи; б) степень десорбции составляет 100%; в) расход щелочи практически стехиометрический; г) щелочность растворов десорбатов рН≈8.

Концентрация йода в товарных десорбатах при осуществлении противоточного непрерывного процесса составляет около 300 г/л. Это обеспечивает максимальный единовременный выход йода в йод-пасту при осаждении элементарного йода путем простого подкисления раствора товарного десорбата.

Литература 1. Патент Японии 1511, кл. В 01 J 47/00, 1952.

2. Патент Японии 9258, кл. С 01 В 7/00, 1959.

3. Патент 2113402, С1, С 01 В 7/14, С 02 F 1/42, Р.Ф., БИ 17, 1998.

Формула изобретения

Способ извлечения йода из растворов, включающий окисление йодид-ионов до элементарного йода, сорбцию последнего на синтетическом слабоосновном анионите, устойчивом к щелочным растворам, десорбцию йода раствором щелочи, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют слабоосновный анионит, имеющий матрицу на основе сополимера нитрила акриловой кислоты и дивинилбензола, а в качестве функциональных групп анионит имеет первичные, вторичные алифатические амины, и третичный ароматический амин имидазолинного типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3