RU2437841C1

RU2437841C1 - METHOD FOR PERFORMING ION-EXCHANGE SORPTION OF MOLYBDENUM ON ANIONITE VP-1 An

Info

Publication number: RU2437841C1
Application number: RU2010117475/05A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Константинович Спирин (RU); Эдуард Константинович Спирин; Леонид Владимирович Миськевич (RU); Леонид Владимирович Миськевич; Наталья Юрьевна Луговцова (RU); Наталья Юрьевна Луговцова; Елена Самвеловна Торосян (RU); Елена Самвеловна Торосян
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-12-27
Also published as: RU2010117475A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: to realise the method, an initial sorbent - anionite VP-1 An is divided into two fractions according to particle size, where the division boundaries are selected such that the coarse and fine fractions have equal effective weight. The treated stream of molybdenum stream is first passed through a fixed layer of the coarse fraction, and the stream combined on the target component is passed through a fixed layer of the fine fraction.

EFFECT: invention enables to increase efficiency of the sorption process and cut its duration.

4 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам адсорбции веществ на полидисперсных гранулированных ионитах, и может быть использовано при извлечении металлов, получении веществ высокой чистоты, в водоподготовке, при инженерной защите атмосферы от загрязнений, очистке промышленных и бытовых стоков.The invention relates to chemical technology, namely to methods for adsorption of substances on polydisperse granular ion exchangers, and can be used in the extraction of metals, the production of high purity substances, in water treatment, in the engineering protection of the atmosphere from pollution, in the treatment of industrial and domestic wastes.

Известен способ непрерывного контактирования жидкой фазы с зернистой твердой фазой, согласно которому твердую фазу перемещают в цилиндрическом аппарате снизу вверх и контактирование фаз ведут при помощи наложения пульсации [Авторское свидетельство №270696, B01J 8/08, 1969].A known method of continuous contacting the liquid phase with a granular solid phase, according to which the solid phase is moved in a cylindrical apparatus from the bottom up and the contacting of the phases is carried out by applying pulsation [Copyright certificate No. 270696, B01J 8/08, 1969].

Недостатками данного способа являются смешение транспортной влаги, с которой ионит загружают в колонну, с продукционным (товарным) раствором, выводимым из колонны, что приводит к разбавлению последнего и перемешиванию слоя ионита в значительной части объема колонны (в зоне загрузки свежего ионита), которые снижают эффективность ионного обмена.The disadvantages of this method are the mixing of transport moisture, with which the ion exchanger is loaded into the column, with the production (commodity) solution withdrawn from the column, which leads to dilution of the latter and mixing of the ion exchanger layer in a significant part of the column volume (in the fresh ion exchanger loading zone), which reduce ion exchange efficiency.

Известен также способ осуществления ионообменного процесса на гранулированных ионитах, включающий пропускание потока обрабатываемого раствора, пульпы или газа, образующихся при переработке руд цветных и редких металлов, через неподвижный слой ионообменного сорбента, с делением этого сорбента на крупную и мелкую фракции, причем обрабатываемый поток сначала фильтруют через крупную фракцию сорбента, а затем обедненный по целевому компоненту поток фильтруют через оставшуюся мелкую фракцию. При этом средний эффективный диаметр крупной фракции составляет 1,19-2,5 мм, а мелкой 0,63-0,67 мм [Авторское свидетельство №1791393, C02F 1/42, 1984].There is also known a method of implementing an ion-exchange process on granular ion exchangers, including passing a stream of a treated solution, pulp or gas generated during the processing of non-ferrous and rare metals, through a fixed layer of an ion-exchange sorbent, dividing this sorbent into coarse and fine fractions, and the processed stream is first filtered through the coarse fraction of the sorbent, and then the stream depleted in the target component, the filter is filtered through the remaining fine fraction. The average effective diameter of the coarse fraction is 1.19-2.5 mm, and the fine 0.63-0.67 mm [Copyright certificate No. 1791393, C02F 1/42, 1984].

К недостаткам известного способа относится неопределенность: является ли данная граница деления ионита на крупную и мелкую фракции оптимальной, так как гранулометрический состав индивидуальных партий сорбентов значимо различен.The disadvantages of this method include the uncertainty: whether this border of the division of the ion exchanger into coarse and fine fractions is optimal, since the particle size distribution of individual batches of sorbents is significantly different.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа осуществления сорбционного процесса за счет оптимизации границы деления сорбента на мелкую и крупную фракции.The objective of the invention is to increase the efficiency of the method of implementing the sorption process by optimizing the boundary of the division of the sorbent into small and large fractions.

Поставленная задача достигается тем, что в способе осуществления сорбционного процесса на гранулированных ионитах путем пропускания обрабатываемого потока через неподвижный слой ионообменника, классифицированного на крупную и мелкую фракции, в указанной последовательности, в качестве параметра оптимизации выбирают равенство эффективных масс обмена (М) для крупной (Мк) и мелкой (Мм) фракций. Так как масса единичного зерна сорбента в приемлемом приближении пропорциональна кубу его диаметра (d), то эффективные массы отдельных классов (Mi), на которые разделен ионит, будут Mi=m/d³, где m - доля общей весовой массы анионита, которая приходится на каждый класс. То есть, М=М₁+М₂+М₃+…+Mi, а условием равенства эффективных масс будет Мм=Мк=М/2. При этом в случае необходимости граничный класс можно делить между фракциями.The problem is achieved in that in the method for implementing the sorption process on granular ion exchangers by passing the processed stream through a fixed bed of an ion exchanger classified into coarse and fine fractions, in the indicated sequence, the equality of effective exchange masses (M) for large (Mk ) and fine (mm) fractions. Since the mass of a single grain of the sorbent in an acceptable approximation is proportional to the cube of its diameter (d), the effective masses of the individual classes (Mi) into which the ion exchanger is divided will be Mi = m / d ³ , where m is the fraction of the total weight of the anion exchange resin, which is for each class. That is, M = M ₁ + M ₂ + M ₃ + ... + Mi, and the condition for equal effective masses is Mm = Mk = M / 2. Moreover, if necessary, the boundary class can be divided between fractions.

Пример 1 (по прототипу). 20 мл анионита ВП-1An в SO₄ ^2- форме гранулометрического состава (мм):Example 1 (prototype). 20 ml of VP-1An anion exchange resin in SO ₄ ^2- form of particle size distribution (mm):

КлассClass dc - средневзвешенный диаметр класса, ммdc - weighted average class diameter, mm m (массова доля класса, мм класса, % мас.)m (mass fraction of class, mm of class,% wt.) +0,42-0,5+ 0.42-0.5 0,470.47 3,33.3 +0,5-0,63+ 0.5-0.63 0,580.58 14,614.6 мелкая фракцияfine fraction +0,63-0,85+ 0.63-0.85 0,750.75 26,526.5 +0,85-1,00+ 0.85-1.00 0,930.93 17,817.8 +1,00-1,3+ 1.00-1.3 1,181.18 22,322.3 +1,3-1,5+ 1.3-1.5 1,411.41 7,27.2 крупная фракцияcoarse fraction +1,5-1,8+ 1.5-1.8 1,611,61 8,38.3

разделили на 2 фракции произвольно по классу 0,85 мм. Крупную фракцию поместили в колонку и через нее в течение 14 часов профильтрован 21 объем раствора с концентрацией молибдена 2,0 г/л. Затем этот, частично отработанный, молибденовый раствор профильтрован через оставшуюся мелкую фракцию анионита в течение 3,5 часов. Концентрация молибдена на выходе последнего объема составила 0,019 г/л. Суммарное время сорбции 14+3,5=17,5 ч.divided into 2 fractions arbitrarily in the class of 0.85 mm. A large fraction was placed in a column and 21 volumes of a solution with a molybdenum concentration of 2.0 g / L were filtered through it for 14 hours. Then this partially exhausted molybdenum solution was filtered through the remaining fine fraction of anion exchange resin for 3.5 hours. The concentration of molybdenum at the outlet of the last volume was 0.019 g / l. The total sorption time is 14 + 3.5 = 17.5 hours.

Пример 2. Введем критерий оптимизации сорбционного процесса (равенство эффективных масс Mi мелкой и крупной фракций). Масса единичного зерна ионита пропорциональна кубу его диаметра d. Если доля i-го класса, выраженная в массовых процентах (% мас.), будет m_i, то эффективную массу Mi можно представить как Mi=m*d³. Для сопоставления результатов примеров 1 и 2 используем анионит, аналогичный прототипу (ВП-1An):Example 2. We introduce a criterion for optimizing the sorption process (equality of the effective masses Mi of fine and coarse fractions). The mass of a single grain of ion exchanger is proportional to the cube of its diameter d. If the fraction of the ith class, expressed in mass percent (% wt.), Is m _i , then the effective mass Mi can be represented as Mi = m * d ³ . To compare the results of examples 1 and 2, we use anion exchange resin similar to the prototype (VP-1An):

dd d³ d ³ m, % ммm,% mm M=m/d³ M = m / d ³ 0,470.47 0,103820.10382 3,33.3 31,831.8 0,580.58 0,195110.19511 14,614.6 74,874.8 0,750.75 0,421870.42187 26,526.5 62,862.8 0,930.93 0,804360.80436 17,817.8 22,122.1 1,181.18 1,643031.64303 22,322.3 13,613.6 1,411.41 2,803222.80322 7,27.2 8,68.6 1,611,61 4,172884.17288 8,38.3 2,02.0

a. Если деление проводить по прототипу, т.е. по классу - 0,85 мм, то эффективные массы фракций будут равны: мелкой (31,8+74,8+62,8)=169,4; крупной (22,1+13,6+8,6+2,0)=46,3 усл.ед.a. If the division is carried out according to the prototype, i.e. the class is 0.85 mm, then the effective masses of the fractions will be equal to: fine (31.8 + 74.8 + 62.8) = 169.4; large (22.1 + 13.6 + 8.6 + 2.0) = 46.3 standard units

b. Деление по классу - 0,63 дает для мелкой фракции (31,8+74,8)=106,6, для крупной (62,8+22,1+13,6+8,6+2,0)=109,1 усл.ед.b. Division by class - 0.63 gives for the small fraction (31.8 + 74.8) = 106.6, for the large (62.8 + 22.1 + 13.6 + 8.6 + 2.0) = 109 , 1 conv.

c. Деление по классу - 0,5 дает Мм=31,8; Мк=183,9 усл.ед.c. Division by class - 0.5 gives Mm = 31.8; Mk = 183.9 srvc

Из приведенных данных видно, что при делении по классу - 0,63 мм обеспечивается равенство Мм и Мк с точностью 0,25%.From the above data it is seen that when dividing by the class of 0.63 mm, the equality of Mm and Mk is ensured with an accuracy of 0.25%.

Поэтому 20 мм того же анионита ВП-1An аналогичного состава разделили на две фракции по классу - 0,63 мм. Крупную фракцию (+0,63-1,8 мм) поместили в колонку, и через нее в течение 12 часов был пропущен 21 объем молибденового раствора с концентрацией Мо, равной 2,0 г/л. Затем этот, частично отработанный, молибденовый раствор был пропущен через оставшуюся мелкую фракцию в течение 3 часов. Концентрация молибдена на выходе последнего объема составила 0,017 г/л, суммарное время 15 часов. Выигрыш времени по сравнению с прототипом 17,5-15=2 ч (вариант b).Therefore, 20 mm of the same VP-1An anion exchange resin of a similar composition was divided into two fractions according to the class of 0.63 mm. A large fraction (+ 0.63-1.8 mm) was placed in the column, and 21 volumes of a molybdenum solution with a Mo concentration of 2.0 g / L were passed through it for 12 hours. Then this partially spent molybdenum solution was passed through the remaining fine fraction for 3 hours. The concentration of molybdenum at the outlet of the last volume was 0.017 g / l, the total time of 15 hours. The gain in time compared with the prototype 17.5-15 = 2 hours (option b).

Аналогичную операцию совершили с мелкой и крупной фракциями в варианте с), т.е. при делении по классу - 0,5 мм: через крупную фракцию в течение 14 часов пропущен 21 объем раствора молибдена с концентрацией 2,0 г/л. Затем этот частично отработанный раствор профильтрован через мелкую фракцию в течение 3,5 часов. Хотя суммарное время процесса было то же, что и в прототипе, однако содержание молибдена на выходе последнего объема составило 0,102 г/л.A similar operation was performed with fine and coarse fractions in option c), i.e. when dividing by class - 0.5 mm: 21 volumes of a molybdenum solution with a concentration of 2.0 g / l were passed through a large fraction for 14 hours. Then this partially spent solution is filtered through a fine fraction for 3.5 hours. Although the total process time was the same as in the prototype, however, the molybdenum content at the outlet of the last volume was 0.102 g / l.

Пример 3. Партия анионита ВП-1An в сульфатной форме имеет следующие характеристики:Example 3. The batch of anion exchange resin VP-1An in sulfate form has the following characteristics:

КлассClass dd d³ d ³ m, % мас.m,% wt. МM +0,5-0,63+ 0.5-0.63 0,560.56 0,175620.17562 25,225,2 143,5143.5 мелкая фракция 143,5fine fraction 143.5 +0,63-0,85+ 0.63-0.85 0,740.74 0,405220.40522 30thirty 7474 +0,85-1,0+ 0.85-1.0 0,930.93 0,804360.80436 16,316.3 22,322.3 крупная фракцияcoarse fraction +1,0-1,5+ 1.0-1.5 1,301.30 2,197002,19700 25,325.3 11,511.5 108,5 усл.ед108.5 conventional units +1,5-1,8+ 1.5-1.8 1,631,63 4,330754,33075 3,23.2 0,70.7

От примеров 1 и 2 она отличается отсутствием класса - 0,5 мм и иным долевым составом классов.From examples 1 and 2, it differs in the absence of a class - 0.5 mm and a different fractional composition of the classes.

20 мл анионита указанного состава разделили на две фракции по классу 0,63 мм. Крупную фракцию (+0,63-1,8) поместили в колонку и через нее в течение 12 часов пропущен 21 объем молибденового раствора концентрации 2,0 г/л. Частично отработанный раствор пропустили через колонку с мелкой фракцией (+0,5-0,63) в течение 2,5 часов. На выходе последнего объема концентрация молибдена была 0,018 г/л. Общее время сорбции составило 12+2,5=14,5 часа.20 ml of anion exchange resin of the specified composition was divided into two fractions according to the class of 0.63 mm. A large fraction (+ 0.63-1.8) was placed in the column and 21 volumes of a molybdenum concentration of 2.0 g / L were passed through it for 12 hours. Partially spent solution was passed through a column with a fine fraction (+ 0.5-0.63) for 2.5 hours. At the output of the last volume, the molybdenum concentration was 0.018 g / l. The total sorption time was 12 + 2.5 = 14.5 hours.

При вышеприведенном гранулометрическом составе анионита получить равенство эффективных масс фракций не представляется возможным, т.к. М самой мелкой фракции (143,5 усл.ед.) больше суммы долей классов, составляющих крупную фракцию (74+22,3+11,5+0,7=108,5 усл. ед.). Поэтому оптимизацию по крупности проведем за счет мелкой фракции.With the above granulometric composition of anion exchange resin, it is not possible to obtain the equality of the effective masses of the fractions, because The smallest fraction (143.5 conventional units) is greater than the sum of the fractions of the classes that make up the large fraction (74 + 22.3 + 11.5 + 0.7 = 108.5 conventional units). Therefore, we will optimize by size due to the fine fraction.

Для этого 20 мм того же анионита делим между крупной и мелкой фракциями исходя из следующих соображений. Определим сумму Мм+Мк=143,5+108,5=252 усл.ед. Мм будет равно Мк при М/2=252/2=126 усл.ед.For this, 20 mm of the same anion exchange resin is divided between coarse and fine fractions based on the following considerations. Define the sum of Mm + Mk = 143.5 + 108.5 = 252 srvc. Mm will be equal to MK at M / 2 = 252/2 = 126 srvc.

Из M=m/d³ имеем m=M*d³ и для мелкой фракции получаем m=126*0,17562=22% мас. Т.е. для уравнения Мм и Мк нужно: 25,2-22=3,2% мас. мелкой фракции включить в состав.From M = m / d ³ we have m = M * d ³ and for the fine fraction we get m = 126 * 0.17562 = 22% wt. Those. for the equation Mm and Mk you need: 25.2-22 = 3.2% wt. fine fractions included in the composition.

КлассClass dd d³ d ³ mm M=m/d³ M = m / d ³ +0,5-0,63+ 0.5-0.63 0,560.56 0,175620.17562 22,022.0 126,0126.0 мелкая фракцияfine fraction +0,5-0,63+ 0.5-0.63 0,560.56 0,175620.17562 3,23.2 18,518.5 +0,63-0,85+ 0.63-0.85 0,740.74 0,405220.40522 30thirty 7474 крупнаяlarge +0,85-1,0+ 0.85-1.0 0,930.93 0,804360.80436 16,316.3 20,320.3 фракцияfraction +1,0-1,5+ 1.0-1.5 1,301.30 2,197002,19700 25,325.3 11,511.5 +1,5-1,8+ 1.5-1.8 1,631,63 4,330754,33075 3,23.2 0,70.7

Через крупную фракцию за 10 часов пропустили 21 объем раствора, который затем был пропущен через мелкую фракцию в течение 2,5 часа. Концентрация Мо на выходе последнего объема - 0,018 г/л, суммарное время сорбции 10+2,5=12,5 часа; то есть уравнивание эффективных масс крупной и мелкой фракций позволило оптимизировать сорбционный процесс и сократить за счет этого суммарную стадию ионного обмена с 14,5 до 12,5 часов.In 10 hours, 21 volumes of the solution were passed through the coarse fraction, which was then passed through the coarse fraction for 2.5 hours. The concentration of Mo at the outlet of the last volume is 0.018 g / l, the total sorption time is 10 + 2.5 = 12.5 hours; that is, equalization of the effective masses of coarse and fine fractions made it possible to optimize the sorption process and thereby reduce the total stage of ion exchange from 14.5 to 12.5 hours.

Таким образом, предлагаемый способ ускорения сорбционного процесса для молибдена на ионите ВП-1An путем пропускания обрабатываемого потока через неподвижный слой разделенного по крупности на две фракции анионита, сначала через крупную фракцию, а затем обедненный по молибдену поток - через мелкую, причем граница деления выбирается так, чтобы эффективные массы обеих фракций были равны друг другу, обеспечивает уменьшение общего времени процесса сорбции на 15-40%.Thus, the proposed method of accelerating the sorption process for molybdenum on VP-1An ion exchanger by passing the processed stream through a fixed layer of anion exchange resin divided into two fractions, first through a large fraction, and then through a shallow molybdenum depleted stream, the fission boundary being chosen as follows so that the effective masses of both fractions are equal to each other, provides a decrease in the total time of the sorption process by 15-40%.

Claims

The method of carrying out the ion-exchange process of sorption of molybdenum on VP-1 An anionite, divided into two fractions by size, first passing a stream through a fixed layer of a large fraction and then depleted in the target component of the stream through a fixed layer of a fine fraction, characterized in that the fission boundaries chosen in such a way that the effective masses of coarse and fine fractions are equal to each other.