способ ионообменного извлечения галлия из щелочных растворов

Формула изобретения

Способ ионообменного извлечения галлия из щелочных растворов, включающий их контактирование с азотсодержащим комплексообразующим сорбентом, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения галлия, контактирование ведут с акриловым сорбентом, содержащим аминоспиртовые и сложноэфирные группы с формулой элементарного звена



где n 0,4 0,38;

m 0,002 0,04.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ионного обмена и может быть использовано в гидрометаллургии редких элементов для извлечения галлия из щелочных растворов и пульп, в частности глиноземного производства.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения галлия сорбцией азотсодержащим комплексообразующим сорбентом с оксимной группой, а также группами, способными образовывать хелатную связь с оксимными группами через галлий: например N < > NOH, NHOH и т.д.

Способ извлечения галлия из щелочных растворов заключается в контактировании раствора с сорбентом и последующей регенерации сорбента.

К недостаткам прототипа относится низкая степень извлечения галлия, кроме того, сорбент через несколько циклов (до 10 циклов) сорбции десорбции снижает свои показатели.

Задачей изобретения является интенсификация сорбционных процессов, связанная с поиском селективных к галлию и обладающих высокой емкостью сорбентов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе извлечения галлия сорбцией азотсодержащим комплексообразующим сорбентом, сорбцию проводят с использованием в качестве сорбента акрилового ионита с аминоспиртовыми и сложноэфирными группами.

Формула элементарного звена



Данный ионит получен на основе макропористого сополимера глицидилметакрилата с дивинилбензолом путем аминирования его диэтаноламином.

Методика синтеза ионита.

В колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают 500 мл 1%-ного водного раствора крахмала, затем прибавляют полимеризационную смесь, состоящую из 97 г глицидилметакрилата, 3 г дивинилбензола 1 г порофора ЧХ 3-57. Температуру поднимают сначала до 70^oC и реакционную массу выдерживают при 70^oC в течение 3 ч, затем температуру поднимают до 80^oC выдерживают при перемешивании в течение 3 ч. Затем маточник отжимают, сополимер промывают дистиллированной водой.

В колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают сополимер, 200 г диэтеноламина и выдерживают реакционную массу в течение 10 ч при температуре 90^oC, маточник отжимают, ионит промывают 5%-ной соляной кислотой и водой.

Выход 150 г анионита, мольная доля полимерных звеньев глицидилметакрилата п 0,4 0,38, мольная доля полимерных звеньев дивинилбензола m 0,002 - 0,04.

Полученный ионит химически и механически устойчив в щелочных и кислых средах, нерастворим в воде, нетоксичен, получается из доступных реагентов. Физико-химические показатели ионитов по способу-прототипу и заявляемому способу приведены в табл. 1.

Сущность способа состоит в следующем.

Исходный щелочной раствор, содержащий галлий 0,02 0,5 г/л, непрерывно пропускают через слой ионита в колонне с заданной скоростью (1 5 об./об. сорбента). После достижения равновесной емкости сорбента подачу раствора прекращают, избыточное количество раствора сливают и проводят десорбцию галлия соляно-кислым (0,5-2М) или серно-кислым (0,5-2М) растворами. Время контакта сорбента с десорбирующим раствором 3 4 ч, при этом в 1 1,5 объемах на единицу объема ионита концентрируется до 90% от поглощенного количества галлия. Отрегенерированный сорбент поступает на операцию обработки его сбросными сорбционными растворами для нейтрализации и возвращают на операцию сорбции. Далее товарный регенерат поступает на сорбционную перечистку на катионите КУ-2.

Аппаратурное оформление процесса и обвязка колонн при промышленном освоении может осуществляться известными способами (непрерывное, периодическое в аппаратах типа колонн, пачуков, КНСПР и т.д.).

Пример 1. Оценку сорбционных свойств по способу-прототипу и заявляемому проводили в сопоставимых условиях. Для сравнения взят образец анионита с аминоспиртовыми группами, полученного на стирольной основе.

1 г ионита залили 200 мл раствора, содержащего 500 мг/л галлия при концентрации гидроксида натрия 50, 100, 200 г/л. Время контакта 7 ч при перемешивании. Данные приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, сорбционная емкость по галлию акрилового сорбента, содержащего аминоспиртовые и сложноэфирные группы в щелочной среде, по сравнению с прототипом в 1,7 6 раз выше. Чем выше содержание гидроксида натрия в растворе, тем эта разница в сорбционной емкости значительнее. Сорбент, имеющий аминоспиртовые группы, но полученный на полистирольной основе, имеет очень низкие сорбционные емкости по галлию.

Пример 2. Проведена оценка сорбционных свойств из раствора, содержащего 20 мг/л галлия, при соотношении веса смолы (г) к объему раствора (мл) 1:500 и времени контакта 7 ч при перемешивании. Концентрация щелочи колебалась от pH 8 до 200 г/л. Данные приведены в табл.3.

Как видно из данных табл. 3, с увеличением концентрации щелочи в растворе ионит в известном способе существенно теряет сорбционную емкость по галлию, а предлагаемый ионит на 80% сохраняет свои показатели.

Пример 3. Была проведена в статических условиях сорбция галлия из промводы гидрата окиси алюминия глиноземного производства. Состав раствора, г/л: Ga₂O₃ 0,04; Na₂O 31,0; Al₂O₃ - 9,1; V₂O₅ 0,04. Соотношение объемов набухшего в воде ионита и раствора 1:250, время контакта 24 ч, в том числе 7 ч при перемешивании, комнатная температура.

Пример 4. Проведена в статических условиях сорбция галлия из подшламовых вод, содержащих, г/л: Ga 0,020; Na₂O 12,0; Al₂O₃ - 6,3; (раствор N 1) и Ga 0,010; Na₂O 8,7; Al₂O₃ 4,0; (раствор N 2). Время контакта 24 ч при перемешивании 7 ч, соотношение объемов набухшего в воде ионита и раствора 1:250.

Данные примеров 3 и 4 приведены в табл.4.

Как видно из табл. 4, сорбционная емкость предлагаемого ионита по галлию из промводы выше, чем у прототипа, причем прототип сорбирует алюминий в 4 раза выше, чем предлагаемый ионит, т.е. предлагаемый ионит является более селективным по отношению к галлию, чем известный ионит.

Из подшламовой воды глиноземного производства предлагаемый ионит также лучше сорбирует галлий, чем известный сорбент.

Пример 5. Предлагаемый сорбент и прототип были проверены в циклах сорбции и десорбции.

Сорбция галлия из подшламовой воды, содержащей Ga 0,020 г/л; Na₂O 12,0 г/л; Al₂O₃ 6,3 г/л, была проведена в статических условиях. Время контакта 24 ч при перемешивании 7 ч, соотношение объемов набухшего в воде ионита и раствора 1:250.

Десорбцию проводили раствором соляной кислоты 15 17 г/л. Сорбент перед сорбцией промывали водой до pH 2-3.

Данные приведены в табл.5.

Как видно из табл. 5, предлагаемый сорбент имеет сорбционную емкость по галлию после 30 циклов сорбции десорбции на том же уровне, а у прототипа сорбционная емкость снизилась в 3 раза.

Таким образом, использование для сорбции галлия из щелочных растворов нового акрилатного сорбента с аминоэтанольными и сложноэфирными группами позволяет:

повысить эффективность сорбционного извлечения галлия из растворов в широком диапазоне концентрации щелочи при различном содержании галлия в рабочем растворе;

повысить селективность процесса сорбционного извлечения галлия;

снизить единовременную загрузку сорбента;

достичь высокой степени концентрирования галлия в элюате;

обеспечить стабильность сорбционных свойств при работе сорбента в циклах "сорбция десорбция".