Способ извлечения йода
IODINE EXTRACTION METHOD

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ, именно - к технологии получения йода из природных вод, используемого в фармацевтической и химической промышленности.
Заявляемый способ может быть использован для выделения йода как в лабораторной практике, так и в промышленности и пригоден и для периодических, и для непрерывных технологических методов.
-
Природные воды содержат йод в восстановленной форме (I) и зачастую имеют щелочную реакцию среды. Малые концентрации йодид-ионов (≈ 100-10 мг/л) и указанные факторы делают процесс извлечения йода достаточно сложным и экономически дорогостоящим.
2
3
-
На большинстве промышленных предприятий в основу получения йода положен классический технологический процесс, заключающийся в подкислении огромных объемов вод (1 кг йода содержится в ≈50 тоннах воды) до pH≈2,5, последующем окислении йодид-ионов различными окислителями (хлор или хлорная вода), отдувке образующегося йода воздухом. Газовый поток с йодом поступает в скруббер с раствором, содержащим восстановитель, например NaSO, где снова переходит в форму I и концентрируется в этой форме до содержания ≥30 г/л. Далее из концентрированного раствора путем повторного окисления йод выделяют в твердую фазу (Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, йода и их соединений. - М.: Химия, 1995, 432 с.).
Основные недостатки способа заключаются в следующем:
- большой расход кислоты, необходимой для подкисления воды (при pH воды, равном 6-7, расход серной кислоты составляет до 400-500 кг на 1 кг извлекаемого йода);
- подкисление воды предопределяет необходимость нейтрализации отработанной воды перед закачкой ее в подземные пласты;
- при подкислении образуются нафтеновые кислоты, загрязняющие фильтрационные системы и продукт.
Определенной разновидностью процесса является замена операции восстановления образующегося молекулярного йода на сорбцию на синтетическом анионите (Патент РФ №2235059, МПК C01B 7/14, опубл. 2004.08.27) или экстракцию индивидуальным или смешанным органическим растворителем (трибутилфосфат или его растворы в керосине) (Патент РФ №2331576, МПК C01B 7/14, опубл. 2008.08.20).
Однако и указанные способы реализуются при подкислении исходных минеральных источников. Кроме того, многостадийность процесса приводит к его усложнению. Операция десорбции йода с сорбента протекает не в полной мере, что требует дополнительных отмывок смолы от йода.
Известен способ извлечения йода, включающий предварительное окисление иодид - иона пероксидом водорода с последующей экстракцией чистым трибутилфосфатом (ТБФ) в присутствии серной кислоты при соотношении объема органической фазы к объему водной фазы 1:6. Извлечение йода в органическую фазу составляет 95% [авторское свидетельство СССР № 300058. Опубликовано 05.12.1974. Бюллетень №45].
Недостатками известного способа является необходимость предварительного подкисления воды, использование токсичного и пожароопасного экстрагента - ТБФ, длительность отделения экстрагента от исходной воды.
Наиболее близкими к предлагаемому способу по сущности технического решения (жидкость - жидкостная экстракция), является способ экстракционного извлечения йода из кислых растворов ТБФ в керосине 1:1 при соотношении объема органической фазы к объему водной фазы 1:20. Данный способ принят за прототип. В данном случае степень извлечения йода в экстракт составляет около 99% [авторское свидетельство СССР № 1161459, опубликовано 15.06.1985. Бюллетень №22]. Недостатками прототипа являются затрудненная экстракция галогенидов из разбавленных водных растворов, использование пожароопасного разбавителя (керосин), токсичного и пожароопасного экстрагента - ТБФ, трудности при реэкстракции йода.
Технической задачей изобретения является исключение из процесса пожароопасных органических экстрагентов (ТБФ) и разбавителей (керосин) и повышение степени извлечения целевого продукта (йода).
Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе подкисленный или нейтральный, или слабощелочной раствор, содержащий элементный йод, экстрагируют жидким (субкритическим) диоксидом углерода при температуре 0-20°С и избыточном давлении 50-200 атм. Диоксид углерода стабилизирует pH раствора на уровне 4-6 единиц.
Соотношение фаз воды и диоксида углерода составляет от 1:9 до 9:1 по объёму. Время контакта фаз 5 - 15 минут.
Извлечение йода в экстракт составляет 96-99%, остаточная концентрация йода в водной фазе не более 2,4 мг/л, насыщение углекислотной фазы при многократной противоточной экстракции до 0,7 г/л.
Способ осуществляется следующим образом.
2
2
Раствор, содержащий молекулярный йод, экстрагируют жидким диоксидом углерода в герметичном аппарате, при этом соотношение НО:СО составляет 1:9 - 9:1 по объему. Избыточное давление составляет 50-200 атм, что гарантирует нахождение диоксида углерода в жидком агрегатном состоянии. Температура составляет 0-20°С. Время контакта фаз 10 минут, продолжительность отстаивания 5 минут.
Конкретные условия реализации способа (давление, температура, степень извлечения) могут варьироваться исходя из состава и характеристик природной воды.
Содержание йода, а также степень его извлечения из воды определяли по методикам, известным и общепризнанным в данной области. При проведении подтверждающих экспериментов использовался экстрактор SFE-5000 (ЦКП НО «Арктика», САФУ).
Примеры, подтверждающие возможность выделения иода по предлагаемому методу, приведены в таблице 1.
Из приведённых примеров видно, что по предлагаемому способу возможно выделение йода из воды с высокой степенью извлечения и соответственно, низким остаточным содержанием йода.
Для реализации заявляемого способа может быть использовано стандартное оборудование.
Заявляемый способ является экологически безопасным, т.к. получаемый продукт не содержит органических растворителей, а в результате проведения процесса не образуется токсичных или трудно утилизируемых отходов или побочных продуктов.
Заявляемый способ может быть использован для выделения йода как в лабораторной практике, так и в промышленности и пригоден и для периодических, и для непрерывных технологических методов.
Таблица 1. Примеры, подтверждающие возможность осуществления способа извлечения йода
№/№ примера
Т, °С
Р, атм
рН
Объем водной фазы, л
Объем углекислотной фазы, л
Соотношение фаз (В:СО<sub>2</sub>)
Содержание иода в водной фазе, мг/л
Коэффициент распределения D
Степень извлечения R, %
До извлечения
После извлечения
1
20
80
7
2,5
2,5
1:1
126
14,5
7,7
88,5
2
20
100
4
1,25
3,75
1:3
63
0,8
27,4
98,8
3
20
150
9
4,5
0,5
9:1
63
8,7
56,2
86,2
4
20
200
7
0,5
4,5
1:9
31
н.о.*
>1000**
99,9(9)
5
10
100
4
0,5
4,5
1:9
126
7,3
1,8
94,2
6
10
150
7
2,5
2,5
1:1
31
4,2
6,3
86,3
7
10
200
9
4,5
0,5
9:1
63
14,7
29,6
76,7
8
0
50
4
0,5
4,5
1:9
126
22,2
0,5
82,4
9
0
150
7
1
4
1:5
31
1,1
6,7
96,4
10
0
200
9
4,375
0,625
7:1
63
18,6
16,7
70,5
Примечание: *н.о. - не обнаружено; ** Рассчитать не представляется возможным.