Способ извлечения рубидия из подземных промышленных вод
METHOD OF EXTRACTING RUBIDIUM FROM UNDERGROUND INDUSTRIAL WATER

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способам извлечения щелочных металлов из гидроминерального сырья, и может быть использовано для извлечения рубидия из попутных пластовых промышленных вод нефтегазоконденсатных месторождений.
Известен способ извлечения рубидия из водных сред, включающий использование в качестве ионообменника фенолоформальдегидной смолы (см. Шелковникова Л.А. Ионообменные свойства сорбентов фенольного типа при разделении смесей щелочных металлов: дисс. канд. хим. наук. - М., 2012). Способ позволяет селективно извлекать рубидий. Недостатком способа является низкая степень извлечения и высокая температура процесса (60-70°С).
Известен способ селективного извлечения рубидия, включающий использование неорганических ионообменников на основе смешанных ферроцианидов, полученных замораживанием и последующим оттаиванием исходных коагулятов (см. Неорганические материалы. Изв. АН СССР, 1968, №6, с. 914-919). Обладая высокой емкостью обмена к ионам рубидия, они хорошо извлекают его из воды. Недостаток способа: невозможность десорбции рубидия, сорбент подвергают термическому разложению и выщелачиванию рубидия в водный раствор с последующим выделением его осадительным методом, т.е. сорбент используется только один раз.
Известен способ извлечения рубидия из высокоминерализованных вод с использованием смешанного ферроцианида никеля и калия (см. а.с. СССР №552105, опубл. 30.03.77). Способ позволяет провести процессы сорбции и десорбции рубидия и обеспечивает высокую сорбционную способность сорбента. Недостатком способа является сложность процессов десорбции и регенерации сорбента в связи с использованием для десорбции нестабильного окислительного раствора -гипохлорита кальция, а для регенерации - раствора тиосульфата натрия с высоким содержанием хлорида калия, что приводит к ухудшению качества получаемого продукта.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ извлечения хлорида рубидия из минерализованных водных растворов (см. патент РФ №2040565, опубл. 25.07.1995), включающий сорбцию рубидия на неорганическом сорбенте (ферроцианид меди и калия) и последующую обработку сорбента с извлечением рубидия в раствор и получением хлорида рубидия. Обработку сорбента ведут в две стадии, на первой стадии раствором хлора во фторсодержащем органическом растворителе (Ф-12 или Ф-13), на второй концентрированным водным раствором этилового или изопропилового спирта с последующей его отгонкой упариванием и повторным использованием.
Недостатками способа являются: низкая степень извлечения рубидия при его низких концентрациях, невозможность многократного использования сорбента и сложность процесса десорбции рубидия. Наличие калия в матрице сорбента и преимущественный его переход в раствор при окислительной десорбции вместе с рубидием приводит к снижению качества получаемой продукции.
Задачей изобретения является создание способа извлечения рубидия из подземных промышленных вод, обеспечивающего повышение степени извлечения рубидия при его низких концентрациях, увеличение кратности использования сорбента и упрощение процесса десорбции рубидия.
Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения рубидия из подземных промышленных вод сорбцию рубидия осуществляют на фосфате титана в натриевой форме (ФТ-Na), десорбцию рубидия проводят раствором соляной кислоты, десорбционный раствор выпаривают, осадок обрабатывают спирто-кислотным раствором (СКР), содержащим, масс. %: этиловый спирт - 75-79, соляная кислота - 21-25; раствор фильтруют и упаривают с получением хлорида рубидия и спирто-кислотного раствора для повторного использования.
При обработке осадка хлорида рубидия, содержащего примеси хлорида калия, спирто-кислотным раствором, хлорид рубидия переходит в жидкую фазу, а осадок можно переработать с получением хлорида калия.
Увеличение доли соляной кислоты выше 25 масс. % или снижение доли этилового спирта ниже 75 масс. % приводит к росту растворимости хлорида калия в СКР, в результате чего возрастает содержание хлорида калия в получаемом продукте.
Увеличение доли этилового спирта в СКР выше 79 масс. % или снижение доли соляной кислоты ниже 21 масс. % приводит к уменьшению растворимости солей, в т.ч. хлорида рубидия и увеличению объема СКР.
Использование СКР при заданных соотношениях компонентов обеспечивает эффективное выщелачивание хлорида рубидия из осадка, содержащего хлорид калия. Растворимость хлорида рубидия в таком растворе превышает растворимость хлорида калия более, чем в 70 раз.
В заявленном способе используют:
- спирт этиловый по ГОСТ Р 55878-2013;
- кислота соляная по ГОСТ 3118-77;
3
- сорбент ФТ-Na с насыпной плотностью 0,63 г/см.
Сущность заявляемого изобретения описывается следующим примером.
+
+
Извлечение рубидия проводят из модельных растворов при соотношении K : Rb = 150, содержащих, г/л:
- раствор 1 - NaCl - 15,0; KCl - 2,0; RbCl - 0,005;
- раствор 2 - NaCl - 15,0; KCl - 49,0; RbCl - 0,25.
Для извлечения рубидия раствор пропускают через ионообменную колонку с внутренним диаметром 0,7 см, заполненную сорбентом ФТ-Na на высоту 30 см, масса сорбента - 7 г. Скорость прохождения раствора через сорбент поддерживают перистальтическим насосом. Раствор на выходе из колонки анализируют на содержание рубидия. После насыщения сорбента колонку отключают, промывают двумя колоночными объемами дистиллированной воды. Десорбцию рубидия осуществляют 3-4 КО раствора соляной кислоты (1 моль/л) в режиме циркуляции. Полученный раствор десорбента выпаривают, осадок солей обрабатывают раствором СКР, содержащим 75-79 масс. % этилового спирта и 21-25 масс. % соляной кислоты, до полного растворения хлорида рубидия. Раствор отделяют от осадка хлорида калия фильтрованием и упаривают с получением хлорида рубидия и спирто-кислотного раствора. Последний после корректировки состава направляют на повторное использование для выщелачивания хлорида рубидия. Сорбент после десорбции промывают водой и регенерируют раствором NaOH.
Полная ионообменная емкость сорбента ФТ-Na по рубидию составляет 2,8-3,2 мг-экв/г.
Показатели процесса извлечения рубидия из минерализованных вод приведены в таблице.
Как видно из таблицы, использование предлагаемого способа позволяет повысить степень извлечения рубидия из минерализованных вод при низких концентрациях рубидия на 15,3-17,8%, увеличить кратность использования сорбента в 8-9 раз, упростить процесс десорбции рубидия за счет снижения количества стадий процесса десорбции (в прототипе - 3, в предлагаемом - 1) и объемов реагентов, используемых для десорбции рубидия и регенерации сорбента, в 3,1-3,5 раза. При этом исключается необходимость проведения окисления-восстановления процесса матрицы сорбента.
Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет осуществить эффективное извлечение рубидия из подземных промышленных вод с низкими содержаниями рубидия с получением хлорида рубидия.