Сорбція
Сорбція – це метод вилучення металів з розчинів, заснований на здатності синтетичних іонообмінних смол і деяких природних сорбентів поглинати (сорбувати) з пропускається через нього розчину іони металу, віддаючи в розчин еквівалентне число інших іонів того ж знака. Тому застосовувані в сорбционном процесі тверді частинки називають іонообмінниками або іонітами.
Іоніти – тверді високомолекулярні речовини. Вони мають тривимірну просторову структуру макромолекул. Цим пояснюється їхня низька розчинність. За знаком заряду обмінюються іонів іоніти поділяються на
катіоніти і аніоніти.
Кожен ионит складається з каркаса (матриці), пов’язаного валентними силами або силами кристалічної решітки. У матриці закріплені фіксовані іони, які створюють на ній позитивний або негативний заряд, компенсується зарядом рухомих іонів протилежного знака (противоионов). Протівоіони вільно переміщаються в порах іоніту і можуть бути замінені іншими противоионами.
Для наочності ионит можна порівняти з губкою, на нитках якої в окремих точках є надлишкова електричний заряд (фіксовані іони), в порах губки циркулюють протівоіони. Якщо губка занурюється в розчин, рухливі протівоіони можуть її покинути і перейти в розчин. Для збереження електронейтральності в губку обов’язково має увійти еквівалентну кількість інших іонів того ж знака.
Природні мінеральні іоніти являють собою, як правило,
кристалічні алюмо – або ферросілікати, жорстка решітка яких
несе надлишковий позитивний заряд. Характерними представниками їх є цеоліти і глауконіти.
Деякі алюмосилікати мають шарувату структуру, вони здатні до інтерламінарним (міжшаровими) набухання. Поглинена вода і здатні до обміну іони знаходяться між шарами (монтморилоніт).
Найбільшого поширення в промисловості набули синтетичні іонообмінні смоли. Їх каркас (так звана матриця) складається з неправильної високополімерної просторової сітки вуглеводневих ланцюгів (алкани і бензольні кільця). У певних місцях матриці закріплені активні йоногенних групи, здатні до дисоціації. У результаті дисоціації виходять фіксовані іони, прикріплені до матриці, і рухливі протівоіони, циркулюючі в порах матриці. Матриця іоніту гидрофобна, полістирол (основа багатьох смол) у воді не розчиняється.
Властивості синтетичних іонообмінних смол визначаються числом і типом активних груп, а також будовою матриці (в першу чергу – кількістю поперечних зв’язків). Число активних груп визначає повну ємність іоніту. Ємність іоніту і кількість поперечних зв’язків визначають ступінь набухання, від якої залежить рухливість противоионов, а, отже, і швидкість іонообмінних процесів. При великому числі поперечних зв’язків середній розмір пор може становити кілька ангстремів; при дуже малому числі поперечних
зв’язків він може бути в сотні разів більше (в набряклому стані).
Повітряно-сухі іоніти, що випускаються промисловістю, складаються з твердих гранул розміром від 0,5 до 4 мм. При зануренні у воду вони набухають. Швидкість іонного обміну визначається швидкістю дифузії в зерні іоніту.
На рис. 1.9 наведена загальна схема сорбційного концентрування металів з продуктивних розчинів після вилуговування.
Сорбція здійснюється шляхом послідовного пропускання розчину через спеціальні апарати, наповнені іонітом.
Для подальшої десорбції металів з іонітів (елюювання) застосовують розчини різних реагентів з високою концентрацією тих іонів, які були заміщені в сорбенті в процесі сорбції. Витягуваний метал при цьому переходить в новий, концентрований по металу розчин (елюат), а сорбент направляється знову в процес.
Елюат мають концентрацію металу в сотні разів вище, ніж у вихідних розчинах. Так, наприклад, при концентрації молібдену у вихідному розчині 0,2 – 0,3 г / л отримують Елюат з вмістом металу 80 – 100 г / л.
Пачукою являє собою циліндричний апарат діаметром 3-6 м
і висотою 10-20 м. У нижній частині знаходиться конічне днище з кутом конуса 60 ° для запобігання накопичення твердих частинок на днище. Для забезпечення зваженого стану пульпи і смоли встановлюється циркулятор з повітророзподільником. Діаметр циркулятора становить 10-20% діаметра Пачука, висота циркулятора – до 1/3 висоти шару пульпи, нижній край циркулятора встановлюється на відстані не більше 0,5 м від низу апарату. Для перемішування смоли і пульпи в циркулятор подається повітря в кількості 4-8 м3 / год на кожен кубометр пульпи.
Для організації противоточного руху смоли і пульпи у верхній частині Пачука встановлюються дренажні сітки, на які за допомогою ерліфтів подається суміш смоли і пульпи. Розчин з твердими частинками пульпи проходить через сітки в ящики, звідки самопливом переміщається в наступний апарат.
Частинки смоли скочуються з сітки назад в апарат або в жолоб, звідки переміщаються в інший апарат назустріч потоку пульпи.
Кількість сіток, що працюють на видачу пульпи і смоли, визначається відношенням часу перебування пульпи та смоли в апараті. Так, при відношенні часів 1: 5 з 12 сіток 10 працюють на видачу пульпи, а 2 – на видачу смоли. Для розподілу потоку пульпи по сітках використовуються або трубний, або щілинний подільники пульпи.
Смола з бункера періодично подається в нижню частину колони, у верхню частину колони через кільцевий розподільник подається регенеруючий розчин. У колоні організовується протитечійне рух смоли і регенеруючого розчину. Через заданий проміжок часу під конусне днище подається певний об’єм повітря. Повітря витісняє частина розчину вгору. Розчин піднімає шар смоли, частина його разом з регенеруючим розчином переливається через поріжок і подається на гуркіт, де регенеруючий розчин відділяється від смоли і повертається в колону, а смола направляється на сорбцію або в наступну колону, якщо регенерація здійснюється в каскаді з декількох колон КНСПР. У каскаді зберігається протитечійне рух смоли і регенеруючого розчину.
Ионообменная сорбція з використанням іонообмінних смол дозволяє вирішувати наступні завдання:
– Селективно витягувати метали з бідних розчинів і отримувати більш концентровані розчини видобутих металалому;
– Розділяти близькі за властивостями рідкоземельні елементи (цирконій, гафній та ін.);
– Знешкоджувати стічні води, очищаючи їх від різних шкідливих домішок;
витягувати метали з промислових стічних вод;
– Отримувати Високочисте і пом’якшену воду.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)