Ионообменного материала

При гидрометаллургической переработке концентратов для разложения и выщелачивания из них германия используют серную и соляную кислоты, растворы щелочей или карбонаты аммония и воду. При этом получаются растворы сложного химического состава с очень низкой концентрацией германия. Для извлечения германия из них применяют различные методы осаждения с применением таннина, дубового экстракта; осаждение на носителях и т. д. Все методы осаждения являются трудоемкими, связанными с расходом дорогих реагентов, с необходимостью фильтрации больших объемов разбавленных пульп. Многие из этих методов не являются избирательными и не дают возможности выделить германий в виде технической соли с минимальным содержанием примесей. В осадительных процессах наблюдаются большие потери ценного элемента. Многими из указанных недостатков не обладает метод ионного обмена. Метод применим к растворам, содержащим германий в широком интервале концентраций (от нескольких миллиграмм на литр до 2 г/л). Выбор ионита и условий ионообменного извлечения германия определяется составом растворов, их кислотностью. В производстве германия получаются сернокислые, солянокислые, щелочные и аммиачные (надсмольные воды) водные растворы GeCh, содержащие избыточное количество минеральной кислоты, щелочи, соды или аммиака.

В Советском Союзе также проведена большая работа по изысканию возможности извлечения золота из пульп и растворов методом ионного обмена. Некоторые вопросы ионообменного извлечения золота и других благородных металлов различных растворов подробно рассмотрены в работах И. Н. Плак-сина и С. А. Тэтару [46, 142].

Зачастую серебро в промышленных растворах сопутствует золоту, поэтому при разработке технологии ионообменного извлечения золота учитывают возможность извлечения серебра. Так, А. А. Пунишко и О. А. Шубина [151] изучали поведение серебра при сорбции анионитами AM и АН-18 из растворов от цианирования золотосодержащих руд. ПДОЕ по серебру в чистом синтетическом растворе цианистого серебра составила для анионита AM — 134,8 мг/л, или 1,25 мг-экв/г, для АН-18 соответственно 153,6, или 1,4 мг-экв/г. При сорбции серебра из многокомпонентных растворов емкость смол AM и АН-18 резко снижалась особенно в присутствии в растворе цинка. При содержании в растворе 30 мг/л цинка ПДОЕ смолы AM по серебру уменьшалась до 9,2 мг/г. Мышьяк и сурьма при наличии их в растворе до 10 мг/л, не оказывали заметного влияния на емкость по серебру и золоту.

Для переработки промывных растворов, полученных от производства металлических порошков ниобия и тантала, предложили способ ионообменного извлечения растворимой части эле-

В настоящее время для ионообменного извлечения молибдена из молибденсодержащих растворов предложен ряд способов. В производственной практике наиболее широко применяют слабоосновный анионит АН-1. Однако в силу физико-химических свойств его используют только в кислой среде (рН = 1,5^-3,0). В случае же щелочных растворов сложного состава могут использоваться сильноосновные аниониты.

«силы» кислоты или степени ее ионизации. Сопутствующие катионы при анионообменном поглощении рения (так называемый «противоионный эффект») оказывают определенное влияние на поглотительную способность анионита по рению. В работе [21, с. 70] сообщается об изменении емкости смолы по рению, которая возрастала с увеличением степени гидратации сопутствующих катионов. Высказанные теоретические предпосылки о поведении сопутствующих ионов при извлечении рения из промывной серной кислоты получили экспериментальное подтверждение [52, с. 95] и позволили объяснить селективные свойства смолы АН-21 по отношению к перренат-ионам. В результате исследований была разработана простая схема прямого ионообменного извлечения рения из промывной серной кислоты с использованием анионита АН-21 [284].

А. Л. Григорян и Ж. О. Ахвердян [236] исследовали возможность ионообменного извлечения меди из медноаммиачных растворов молибдата аммония. Оптимальные условия процесса: сорбент — КУ-1 или КУ-2 в Н-форме, рН исходного раствора — 10—11, объемная емкость 55—56 мг/л, элюент — 5%-ная H2SC>4. Извлечение меди составило 98—99%.

Из основных газов наиболее подробно изучена сорбция аммиака [345], разработан ряд способов его ионообменного извлечения катионитами в Н-форме1 и слабоосновными анионитами в ЗОгформе [158, с. 252]. В качестве условия эффективного извлечения аммиака подчеркивалась необходимость увлажнения смолы или газа. Было найдено [345], что равновесие в системе .устанавливалось в течение 4—6 ч при отсутствии влаги и в течение 15 мин при 10%-ном содержании воды в ионите. Большое влияние содержания влаги в катионите КУ-2 на сорбцию NH3 характеризует рис. 78 [345]. Величина ДОЕ [в % (по массе) от ПОЕ катионита] сильно зависит от содержания воды. За величину проскока принята концентрация NH3 0,004 мг/л. Максимальная величина ДОЕ равна 98—99% (по массе) от ПОЕ и достигается при содержании 20—23% (по массе) воды в ионите.

Для полного ионообменного извлечения NO2 необходимо, чтобы продукты реакции не разрушались. Это может быть достигнуто при использовании сильноосновных анионитов [346, 347]. Для полного извлечения 1 кг «нитрозных газов» необходимо 22 кг анионита Амберлит IRA-400. В присутствии HNO3 и слабоосновных анионитов типа АН-23, АИ-25 и Амберлит Щ-45 происходит разложение азотистой кислоты по реакции

что из отработанных растворов после ионообменного извлечения урана можно извлекать иттрий и редкие земли с помощью экстракции. Иттриевый концентрат, полученный в опытной установке, был богаче и лучшего качества. Затраты на его получение были ниже, чем по "прежнему способу. Была сооружена установка с применением Д2ЭГФК в качестве экстрагента и противоточных центробежных экстракторов для экстракции и реэкстракции. Она была пущена в октябре 1967 г.

Согласно схеме процесса, представленной на рис. 179, отработанный раствор после ионообменного извлечения урана с рН = 2

Ионитный фильтр- для Na-катионирования представляет собой цилиндрический аппарат. Внутри аппарата располагаются устройства для удержания слоя ионообменного материала, приема и отвода обрабатываемой воды и раствора для регенерации ионита и др. (рис.^-3.8). На корпусе фильтра имеются люки для загрузки ионита,

осмотра, ремонта аппарата и т.п. В нижней части корпуса располагается так называемое "ложное дно", на которое засыпается ионообменный материал. В ложном дне имеются отверстия для установки дренажных колпачков специальной конструкции, обеспечивающей отвод умягченной воды без потери ионообменного материала (рис. 3.9).

Рассмотрим в самом общем и схематичном виде протекание рабочего цикла в ионитном фильтре. Проведем мысленно вертикальный разрез загруженного в фильтр ионообменного материала и выделим в нем элементарную струйку, обрабатываемой воды, омывающую вертикальный ряд зерен ионита, причем для простоты наблюдения ограничимся десятью такими зернами. В действительности число зерен в ионитном фильтре огромно и расположены они далеко не строго вертикально одно над другим, так же как и путь элементарной струйки воды претерпевает различные отклонения от прямолинейного. Однако принятые условные допущения позволяют относительно правильно представить происходящие в фильтре процессы. Далее будем считать, что мы может видеть элементарную струйку воды, зерна ионита и находящиеся в них ионы. Тогда, если на протяжении рабочего цикла фильтра будем делать через некоторые промежутки фотоснимки этой элементарной струйки, получим ряд последовательных кадров, которые позволят показать, какие изменения происходят в обрабатываемой воде и в зернах ионита во время работы фильтра. Схематическое изображение шести таких кадров представлено на рис. 5.4.

Таким образом, на этом кадре различаются следующие три зоны состояния ионообменного материала:

Происходящее при этом взрыхление и перемешивание всех зон ионообменного материала позволяет затем получить некоторое количество обработанной воды нормального качества.

2. Засорение проходных сечений распределительных устройств (отверстий, щелей, пор) мелкими частицами ионообменного материала. При этом повышается гидравлическое сопротивление ионитного фильтра, что относительно легко может быть обнаружено обслуживающим персоналом. Засорение распределительной системы приводит в конечном итоге к необходимости разгрузки фильтра, промывке и чистке элементов устройства (иногда с разборкой и сборкой его деталей).

На равномерность распределения потоков воды и растворов реагентов в ионитном фильтре и на достаточно полный контакт их с зернами ионообменного материала оказывают влияние зернистость и однородность ионообменных материалов. Пылевидные частицы, имеющиеся в товарных ионитах, удаляются обычно во время пуска и наладки ио-нитных фильтров. При длительной эксплуатации ионитов из-за постепенного разрушения и измельчения их зерен всегда происходит в той или иной степени накопление в толще загрузки мелочи, которую необходимо периодически удалять. Это достигается при взрыхляющей промывке ионита, которая является обязательной операцией, предшествующей пропуску регенерационного раствора.

Для успешного выполнения процесса регенерации ионообменного материала, кроме обеспечения максимально полного контакта раствора с частицами ионита, необходимо направить ионный обмен в нужном направлении. Это зависит прежде всего от концентрации реагента в регенерацион-ном растворе. Как "уже указывалось выше, по мере прохождения регенерационного раствора через истощенный ионит раствор все в большей степени загрязняется удаляемыми из ионита вредными ионами, что приводит к торможению процесса регенерации ионита. Такой процесс своеобразного «отравления» регенерационного раствора можно в значительной степени ослабить, пропуская через истощенный ионит регенерационный раствор порциями с переменной концентрацией, не увеличивая при этом средний удельный расход реагента. Сначала пропускают первую порцию относительно мало концентрированного регенерационного раствора, в результате чего происходит лишь частичное вытеснение из истощенного ионита вредных катионов. Затем пропускают вторую порцию регенерационного раствора повышенной концентрации. Оптимальным решением в этих условиях является плавное изменение автоматическим регулятором концентрации реагента в регенерационном растворе.

Известно, что удельный вес одного и того же ионообменного материала изменяется в зависимости от его ионной формы. Как видно из данных табл. 1 и 2*, для катионита КУ-2 удельный вес различных ионных форм возрастает с увеличением эквивалентного веса поглощенных ионов, образуя следующий ряд:

Ионитные фильтры подразделяются по принципу действия на три типа: а)катионитные с обменными катионами натрия, водорода, аммония и др.; б)анионитные с обменными анионами гидроксила, хлора, карбоната идр.ив)смешанного действия с обменными катионами и анионами. Ионитные фильтры различают также по высоте загружаемого в них ионитового (ионообменного) материала.

Ёйями обессиливания конденсата на данной установке — состоянием ионообменного материала, величиной присоса охлаждающей воды, а также воздушной плотностью вакуумной системы.