Спосіб електродеіонізаційного вилучення іонів ni(ii) з багатокомпонентних розбавлених розчинів

Спосіб електродеіонізаційного вилучення іонів Ni(II) з багатокомпонентних розбавлених розчинів, який включає селективне поглинання іонів нікелю на фоні іонів жорсткості іонообмінними матеріала 3 38803 Спосіб реалізовано в десятикамерному електродіалізаторі з послідовним чергуванням камер концентрування та знесолення, відділених аніонобмінними та катіонобмінними мембранами. Технологічний розчин, що містить 0,645-1,19г/л важких металів, прокачується в циклі з швидкістю 0,15-0,3л/хв. через камери знесолення та ванну накопичення промивних вод. В процесі електродіалізу при напрузі 4В в камерах концентрування відбувається збільшення вмісту іонів в 50-100 раз, звідки концентрований розчин потрапляє в гальванічну ванну для подальшої переробки електролізом. Основним недоліком способу є низька ступінь очищення діалізату (10%) в циклічному процесі. Головним напрямком реалізації способу є концентрування іонів в ваннах накопичення для подальшої переробки прямим електролізом. Спосіб не є ефективним для очищення дуже розбавлених розчинів (до 100мг/л) в прямоточному режимі, що пов'язано з високими енерговитратами та дифузійними обмеженнями в розчинах з низьким вмістом компоненту, що вилучається. В основу даної корисної моделі покладено завдання підвищення продуктивності електрохімічного очищення при реалізації селективного вилучення іонів металу з розбавлених (до 100мг/л) багатокомпонентних розчинів в безперервному прямоточному режимі. Це завдання вирішується шляхом використання іонообмінного наповнювача з оптимізованими поглинальними властивостями в камері знесолення і встановленням умов його оптимального застосування в процесі очищення ні 4 кельвмісного розчину низької концентрації (до 1моль/м 3). Особливість способу полягає в тому, що при попусканні в безперервному режимі через камеру знесолення розбавленого розчину, іони Ni (II) селективно поглинаються іонообмінними частками неорганічного іоніту на основі гідрофосфату цирконію в присутності інши х двозарядних іонів металів (наприклад, іонів жорсткості) і не виходять за межі іонообмінного фронту, а при одночасному накладанні електричного струму поглинуті іони мігрують до камери концентрування. Цим забезпечується зростання електропровідності в комірці, підвищення ступеня вилучення та швидкості переносу іонів до камери концентрування, а також продуктивності очищення з одночасним зменшенням енерговитрат. Запропонований спосіб очищення методом електродеіонізації (ЕДІ) відрізняється тим, що використано іонообмінний наповнювач камери знесолення, в якості якого запропоновано суміш селективного високогідратованого неорганічного іоніту на основі гідрофосфату цирконію та сильнокислотного сульфокатіоніту з низьким вмістом зшиваючого агенту. Застосування селективного неорганічного іоніту в ЕДІ апаратах потребує контролю кислотності середовища, що забезпечується наявністю в іонообмінній суміші сильнокислотного катіоніту, завдяки якому підтримується кислотний баланс та висока швидкість переносу іонів в камері знесолення, зменшується осадоутворення продуктів гідролізу. Характеристики іонітів наведені в Таблиці 1. Таблиця 1 Фізико-хімічні характеристики іонообмінних матеріалів (ІОМ) Іонообмінний матеріал рК Сильно-кислотний сульфокатіоніт 1,2 Гідрофосфат цирконію 2,5 4,6 Розмір гра- Вологість, Функціональні Повна обмін- Коефіцієнт дифузії іона ємність, нів Ni (II), D * 10-11, м 2/с нул, мм % групи i моль/м 3 0,3 0,6 75 -SO3H 600 2,42 85 -Н2РО4-НРО42 1150 4,17 В ході процесу на поверхні іонообмінної мембрани з боку анодної камери та на аноді відбувається електроліз води, при якому генеруються протони, здатні вступати в реакцію іонного обміну з поглинутими іонами Ni (II). Це призводить до регенерації іоніту та дає можливість проводити процес безперервно. Запропонований спосіб очищення розведених розчинів має такі переваги щодо прототипу: сумісне застосування іонообмінних матеріалів різної природи дозволяє в прямоточному режимі селективно видалити з багатокомпонентних розбавлених розчинів іони Ni (II) (концентрація 0,21моль/м 3), підвищує електропровідність та перенос іонів до камери концентрування, зменшує дифузійні обмеження завдяки поглинанню іонів іонообмінними часточками, реалізація очищення в прямоточного режиму дає можливість зменшити об'єми вторинних токсичних розчинів, підвищує продуктивність, при якій вихід за струмом є максимально наближеним до теоретично можливого. Приклади, що ілюструють корисну модель Спосіб реалізовано в електродеіонізаційному апараті висотою 160мм (Фіг.), який складається з трьох камер (1, 2, 3), відокремлених одна від одної гомогенними катіонообмінними мембранами Nafion-117 (4). Ефективна площа мембран складає 24см 2. В центральному відділенні (1 - камера знесолювання) розміщено суміш іонообмінників з товщиною шар у 1см. За допомогою перистальтичних насосів (5) в катодній камері циркулює розчин 1М НСl (6), а в анодній - 2М H2SO4 (7). Для процесу ЕДІ очищення використано модельний розчин, що містив: Ni (II) -0,2-0,5моль/м 3, Са (II) - 1,1моль/м 3, Mg (II) - 0,5моль/м 3. Швидкість прокачування розчину - 0,01-0,1л/хв. Приклади реалізації способу приведені в Таблиці 2. Використовування IOМ в камері знесолення підвищує 5 38803 ступінь очищення розчину, а збільшення фракції селективного неорганічного іоніту значно збільшує селективність видалення іонів Ni (II) в порівнянні з 6 іонами Са (II) (зростання значення CCa/CNi в діалізаті по відношенню до вихідного розчину). Таблиця 2 Показники ЕДІ очищення розбавлених багатокомпонентних розчинів Сульфокатіоніт : неорг. катіоніт Без ІОМ 1:0 0:1 1:1 1:2 і, А/м 2 Е, В 33 36 20 33 33 12 5 8 6 9 Концентрація, мг/л Вихідна Концентрат Діалізат Ступінь очищення, % 12 58 40 15 15 120 1120 250 702 640 11,4 56 12,0 2,3 4,5 CCa/CNi 5 12 65 82 70 Вихідне Діалізат 5 1 1,5 4,4 4,5 5,3 1,2 3,2 5,9 7,8 Позначення в Таблиці: і - густина струм у, CCa/CNi - співвідношення концентрацій іонів Са(ІІ) та Ni(ІІ) в розчині. Встановлені оптимальні умови прямоточного вилучення токсичних іонів Ni(ІІ) з розбавлених багатокомпонентних розчинів, при яких концентрація цих іонів в діалізаті не перевищує значень гранично допустимих концентрацій. Основні показники процесу наведені в Таблиці 3. Таблиця 3 ЕДІ вилучення іонів Ni (II) з багатокомпонентних розчинів в оптимізованих умовах Концентрація іонів Ni(ІІ), мг/л ВТреальн / ВТмах W, Вт ч / л концентрат діалізат Ступінь вилучення, % Е, В і, А/м 2 NNi, моль/м 2 с 5 25 35 0,55 0,83 0,50 95 6 36 4,89 × 10-6 6,04 × 10-6 65 0,30 0,80 0,88 98 7 47 110 0,11 0,83 1,33 99 8 58 1,01× 10- 5 1,02 ×10- 5 150 0,12 0,98 1,87 99 Позначення в Таблиці: NNi - потік іонів Ni(ІІ) в католіт, ВТреальн / ВТмах - відношення реального виходу за струмом до максимально можливого, W - енерговитрати. Застосування змішаного шару іонітів збільшує в 3 рази потік іонів нікелю (ІІ) в катодну камеру, а також підвищує ступінь вилучення іонів з розчину в порівнянні з електродіалізом. Запропонований спосіб може знайти застосування для вилучення зі розчинів промивних вод іонів нікелю (II) як індивідуально, так і в якості складового модуля систем переробки стоків. Спосіб відрізняється простотою та дозволяє здійснити очищення розведений розчинів до рівня ГДК в безперервному, прямоточному режимі. Джерела інформації: 1. Лебедев К. Б., Антонов В. Н., Озеров А. И. Очистка и контроль сточных вод предприятий цветной металлургии. - М: Металлургия, 1983, с.191. 2. Пат. 7267777 США МКИ C02F 1/62 C02F 101/20 Method for the removal of contaminant metal. Pavel Koren, Igal Raz, Robert Asimov, Rami Noach, Irena Trounkovsky (Veracon Metal Ltd). - Заявл. 11.06.2003; Опубл. 11.09.2007. - 10с. 3. Гребенюк В. Д. Мазо А. А. Обессоливание воды ионитами. М Химия, 1980, 481с. 4. Пат. 4652352 США МКИ C01G 53/00 (20060101); С25С 001/00 Process and apparatus for recovering metals from dilute solutions. Saieva; Carl J. (Ozone Park, NY). - Заявл. 04.11.1985; Опубл. 24.03.1887. - 11с. 5. Пат. 4882018 США, МПК С25С 1/00 Electrolytic demetallization of dilute solution using ion exchange resins. Richard P. Tison (USA), General Motors Corporation. - №4882018; Заявл. 5.04.1988; Опубл. 21.11.1989. - 8с. 6. Пат. 3766049 США, МКИ B01d 013/02 Recovery of metal from rinse solutions Smith; Jack D. (Boston, MA). - Заявл. 26.08.1971; Опубл. 16.10.1973. - 5c. 7 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 38803 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601