СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЙОДА ИЗ ЖИДКОЙ ИЛИ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
METHOD OF IODINE EXTRACTION FROM LIQUID GAS PHASE

Изобретение предназначено для химической промышленности, относится к химии и технологии йода для его извлечения из природных и техногенных растворов или газовоздушной смеси активным углем.
Известен способ извлечения йода из минеральных вод сорбцией активным углем, причем уголь предварительно модифицируют ыфторсодержащим соединением. В качестве фторсодержащего соединения испоьзуют раствор плавиковой кислоты. [Авт. св. №1643451, МПК C01B 7/14].
Недостатком способа является использование раствора плавиковой кислоты.
2
3
2
3
Известен угольно-адсорбционный способ извлечения йода из рассолов с использованием активного угля КАД, полученного специальной обработкой каменноугольного обогащенного полукокса перегретым паром при T=800-1000°C, включающий сорбцию йода из жидкой фазы, десорбцию растворами щелочи (NaOH), соды (NaCO), сульфита натрия (NaSO), смеси сульфита натрия с щелочью, и отмывку водой [Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, йода и их соединений. -М.:Химия, 1979]. Этот способ выбран нами за прототип.
Угольно-адсорбционный способ обладает рядом недостатков:
- уголь в цикле сорбция-десорбция используется только 2-4 раза, что связано с низкой механической и химической устойчивостью твердых активных углей типа КАД;
- выделение йода из фазы угля проводят 10-15% раствором щелочи при температуре 90-100°C в течение 2-6 часов;
- отмывку угля ведут горячей водой. Остаточное содержание щелочи в промводе до 0,4%. Длительность процесса 36-48 часов;
- применение соды для десорбции йода сопровождается сильным вспениванием (газовыделением);
- сульфитная десорбция требует проводить процесс в кислотоупорной аппаратуре или добавлять щелочь для нейтрализации.
2
4
3
6
Известен способ очистки воздушных смесей от паров элементарного йода, который осуществляется сорбентом из торфа, полученным последовательной обработкой торфа растворами щелочей и Al(SO). [Патент 2085261 РФ, МПК B01D 53/02. Способ очистки газа от паров йода / Масленников Б.И.; Мазунова Т.И.; Гурко П.М. // Опубл. 27.07.1997.].
Недостатком предложенного технического решения является ограничение по скорости пропускания газа через сорбент 0,02-0,03 м/с и то, что работоспособность сорбента обеспечивается его постоянной влажностью 75-80%.
Технический результат предложенного изобретения заключается в том, что повышается степень очистки растворов и газовых смесей от йода за счет повышения адсорбционной емкости угля по йоду.
Технический результат достигается тем, что в качестве сорбента используют активный уголь, полученный из косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода, а для десорбции йода применяют 0,5-1 н. раствор щелочных реагентов при температуре 20-30°C, время контакта 1-3 часа, расход 4-6 V/V угля. В качестве щелочного реагента используют раствор гидроокиси аммония или смесь сульфита натрия и гидроокиси аммония или натрия.
Активный уголь (ВСК-4) [Патент РФ 2111923, C01B 31/10. Способ получения активного угля из косточек плодов и скорлупы орехов / Голубев В.П.; Мухин В.М.; Тамамьян А.Н. // Опубл. 27.05.1998.], полученный из дробленых косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутый двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода в интервале температур 40-750°C и 750-900°C.
2
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что процесс извлечения йода (I) осуществляется активным углем ВСК-4. Предлагаемый сорбент на основе косточек плодов и скорлупы орехов, подвергнутых двухстадийной карбонизации в потоке диоксида углерода, является экологически безвредным. Карбонизация косточкового сырья дает возможность получать плотный монолитный углеродный каркас с короткими неразветвленными каналами и микропорами 0,5-0,7 нм.
Короткие неразветвленные каналы способствуют эффективному удалению йода из фазы угля (ВСК-4) 0,5-1 н щелочными реагентами:
сульфитом натрия, смесями сульфита натрия со щелочными реагентами (аммония или натрия) при температуре 20-30°C за 1-3 часа 4-6 объемами на 99%. Снижение концентрации щелочи в десорбирующем растворе позволяет проводить эффективно отмывку угля водой при температуре 20-30°C за 30-60 минут 2-3 объемами на 100%.
2
Плотный углеродный каркас дает высокую механическую, химическую устойчивость активного угля ВСК-4 и обеспечивает эффективность и многократность его использования в технологическом цикле сорбции-десорбции йода (I).
3
Пример 1. Сравнение сорбционной способности активных углей. Опыты проводили в статических условиях контактирования навески угля (1 г) с объемом йодсодержащего раствора (дм) при соотношении 1:1000 в течение 5 часов при перемешивании и температуре 20-25°C.
Таблица 1
Физико-химические характеристики активных углей
Марка активного угля
Показатель
Ед. изм.
КАД (каменноугольный)
ВСК-4 (косточка)
Фракционный состав
мм
1,0-3,5
0,1-1,5
Прочность при истирании
%
60
>80
Насыпная плотность
г/дм<sup>3</sup>
350-400
410
Предельный объем адсорбционного пространства
см<sup>3</sup>/г
1,01
>0,85
Массовая доля золы
% не более
9-14
2,0
Удельная поверхность микропор
м<sup>2</sup>/г
350-850
-
Объем микропор
см<sup>3</sup>/г
0,292
0,4
Влажность
%
10
13
Адсорбционная способность по йоду в растворе 1 г/л
г/г
1,03
1,0
Адсорбционная способность по йоду в растворе 0,15 г/л
г/г
-
0,118
Пример 2. Выделение йода из фазы сорбента в динамических условиях (десорбция). Насыщение угля йодом проводили в статических условиях при температуре 20-30°C. Десорбирующий раствор подавали сверху вниз в стеклянную колонку, заполненную углем, насыщенным йодом.
Таблица 2
Марка угля
Содержание йода, мг/л
Условия
Показатели
Температура, °С
Время, ч
Реагент
Выход десорбата, V/V
Содержание йода, %
Полнота десорбции, %
Вид
Концентрация
%
N, г-экв./л
КАД (прототип)
250-520
90
4-6
NaOH
10-15
2,5-3,5
-
20/35
99
ВСК-4
510
20-30
3
NaOH
2
0,5
6
27,0
99
ВСК-4
445
20-30
3
NaOH
1
0,25
6
27,0
99
ВСК-4
330
20-30
1
NH<sub>4</sub>OH
1,6
0,5
6
26,1
99
ВСК-4
330
20-30
1
Na<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>
3,1
0,5
4
32,6
99
ВСК-4
415
20-30
2
Na<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>+NaOH
2+3,1
0,5+0,5
6
26,8
99
ВСК-4
330
20-30
1
Na<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>+NH<sub>4</sub>OH
2+3,1
0,5+0,5
5
26,1
99
Пример 3. Отмывка угля после десорбции йода в динамических условиях.
Таблица 3
Марка угля
Остаточное содержание щелочи
Условия
Показатели
Вид
N, г-экв./л
Температура, °C
Время, ч
Выход десорбата, V/V
Содержание йода, %
Полнота десорбции, %
КАД
(прототип)
NaOH
2,5-3,5
>60
40
-20
0,1
100
ВСК-4
NaOH
0,26
20-30
1
3
0,09
100
ВСК-4
NaOH
0,35
20-30
1
3
0,13
100
ВСК-4
NaOH
0,5
20-30
0,5
3
0,23
100
ВСК-4
NaOH
0,5
20-30
0,5
2
0,24
100
ВСК-4
NH<sub>4</sub>OH
0,45
20-30
0,5
3
0,14
100
ВСК-4
NH<sub>4</sub>OH
0,45
20-30
0,5
2
0,22
100
р-ра
угля
2
3
Пример 4. Ресурсные испытания угля ВСК-4 в цикле сорбция-десорбция йода. Сорбцию йода проводили из йодсодержащих технологических растворов в стеклянных колонках. Скорость фильтрации раствора 8,85 м/ч, удельная нагрузка раствора составляла 33,9 V/V, температура 25°C. Десорбцию проводили раствором 0,5 н. NaSO+0,5 н. NaOH при температуре 25°C в течение двух часов шестью объемами раствора на объем угля.
Результаты циклических испытаний процесса сорбции-десорбции представлены в таблице.
Таблица 4
Показатели
Ед. измерения
Уголь ВСК-4
Исходный
После 8 цикла
Предельный объем адсорбционного пространства
см<sup>3</sup>/г
1,30
1.34
Адсорбционная способность по йоду в растворе 0,2 г/л
г/г
0,557
0,525
Полнота десорбции йода 6 V/V раствора раствором 0,5 н. Na<sub>2</sub>SO<sub>3</sub>+0,5 н. NaOH
%
99,8
99,0
Проведенные испытания показали, что активный уголь ВСК-4 после 8 циклов сорбции-десорбции сохраняет сорбционную способность, не теряет емкость по йоду.
Физико-химические характеристики исходного угля и прошедшего 8 циклов сорбции-десорбции представлены в таблице.
Таблица 5
Фракционный состав
Уголь ВСК-4
Исходный
После 8 цикла
-0,4 мм
0,04
0,12
+0,4 мм
1,97
1,51
+0,63 мм
43,63
42,23
+1,0-1,6 мм
54,36
56,14
Фракционный состав угля практически не изменился.
3
Пример 5. Поглощение йода из газовоздушной смеси проводили при скорости потока 3 дм/мин (0,1 м/с).
Таблица 6
Марка сорбента
Температура, °C
Характеристика сорбента
Содержание йода в сорбенте, г/г
Тип
Средний диаметр, мм
Прототип
25
Торф
1,3
0,106
ВСК-4
40
Косточка
1,2
1,06
Изобретение позволит ликвидировать потери йода в технологическом цикле производства, исключить загрязнение окружающей среды и воздушного бассейна и сделать процесс более экономичным и безопасным. Также позволит снизить температуру процесса с 90°C до 25°C, концентрацию десорбирующих реагентов с 2,5-3 н. до 0,5 н., расход реагента в 7 раз, расход воды в 10 раз на стадии десорбции и отмывки.