Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Сорбция микропримесей из растворов электролитов часто осложняется образованием коллоидов, мельчайших взвесей и
202
комплексных соединений, причем в последнем случае комплек-сообразующими реагентами являются продукты деструкции смолы. Установлено, например, что при содержании ионов Ре3+< 7 • 10~4% полной адсорбции последних Н-катионитами не наблюдается [66]. Обычным фильтрованием через Н-катионит нельзя из солей калия или натрия удалить микропримеси хрома, молибдена, вольфрама и др. По этой же причине большие затруднения представляет удаление из водных растворов солей щелочных металлов примесей циркония, титана, алюминия и других элементов, образующих в нейтральных и слабокислых растворах системы типа коллоидных. В таких случаях для частичной адсорбции коллоидных частиц обычно применяют относительно крупнопористые смолы типа вофатита Е [5].
ПРИМЕНЕНИЕ ИОНООБМЕННОГО МЕТОДА
В ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОСОБО ЧИСТЫХ ВЕЩЕСТВ
Все варианты применения ионообменного метода в технологии получения особо чистых веществ группируются вокруг нескольких способов: фронтальной хроматографии, опережающего электролита, отстающего электролита, деионизации неэлектролита в смешанном слое, элюентной хроматографии, адсорб-ционно-комплексообразовательной хроматографии и ионообменной экстракции. С помощью этих способов решается основная задача ионообменного метода получения особо чистых веществ—удаление определенной группы (от 10 и более) микропримесей из раствора, содержащего соединение основного компонента, при соотношении исходных концентраций макро- и микрокомпонентов 1 : 105 и меньше. В данном случае не требуется четкого разделения всех противоионов примесей, поэтому способы вытеснительной и элюентной хроматографии имеют меньшее значение.
Применение ионообменного метода в технологии получения особо чистых неорганических веществ связано с необходимостью выполнения целого ряда дополнительных технологических операций. Например, растворение исходного продукта с введением в раствор контрольного радиоактивного изотопа одной из примесей, упаривание особо чистых продукционных растворов, полученных с ионообменных колонн, кристаллизация очищенного вещества, регенерация ионита и маточных растворов, утилизация отходов от регенерации ионита (рис. 34). Все операции, связанные с фильтрованием рабочего раствора через ионит и обработкой особо чистых продукционных растворов, осуществляются в химически стерильных условиях, с использованием аппаратуры, изготовленной из полимерных материалов.
Для уменьшения химической деструкции ионообменных смол под воздействием растворенного в используемых растворах
203
кислорода операция растворения исходного вещества производится в атмосфере азота с применением растворителей, прошедших вакуумную дезаэрацию. Регенерационные растворы
8 в
Утилизация отходов
Рис. 34. Типовая технологическая схема получения особо чистых неорганических веществ методом ионного обмена:
/ и 16 — сильфонные насосы; 2— реактор для приготовления исходного раствора подвергаемого очистке вещества; з—ротаметр (нли двухсильфонный дозирующий насос); 4 — ионообменная колонка; 5—автоматический запорный клапан; 6 — счетное устройство (счетчик Гейгера—Мюллера); 7 —напорный бак рабочего раствора; 8 — воздушки с пылезащитными фильтрами типа ФПП; 9 — напорный бак для регенерациоииых растворов; 10 — напорный бак для особо чистого растворителя; И — колонка с активным углем; 12—приемный бак особо чистых продукционных растворов; 13 — выпарной аппарат из фторопласта; 14 — кристаллизатор с охлаждающей рубашкой, изготовленный из полипропилена; 15— фильтрующее приспособление; 17 — сборник отходов, содержащих контрольный радиоактивный изотоп.
также защищаются от обогащения кислородом воздуха, в частности, все напорные баки, питающие ионообменные колонны, сообщаются с резервуаром с азотом.
Использование ионообменных смол для глубокой очистки неорганических веществ приводит к появлению в продукцион-
204
ных растворах растворенной фракции смолы, количество которой зависит от вида ионита, растворителя и очищаемого продукта, а также условий ионного обмена. Удаление примесей органических веществ происходит при пропускании продукционных растворов через колонны с особо чистым активным углем и при кристаллизации очищенного продукта (рис. 34).
Необходимо отметить, что при глубокой очистке веществ методом ионного обмена кинетика процесса в колонне определяется исключительно диффузией в пленке раствора около зерна ионита [1, 3]. В этом случае возрастает роль гидродинамических факторов и в первую очередь степени турбулизации потока раствора. Очевидно, что чем более турбулентным является движение жидкости, тем легче осуществляется перенос ионов микропримесей из раствора к поверхности зерен ионита [3]. Поэтому для процессов глубокой очистки растворов рекомендуется применение длинных и узких колонн с соотношением длины к диаметру порядка 30—50 [3]. Для турбулизации потока можно использовать также многократную принудительную циркуляцию заданного объема электролита через колонну при помощи сильфонных или центробежных насосов. Граница длины колонн определяется не только сопротивлением слоя ионита, но и склонностью узких колонн к «пристенному эффекту», т. е. перемещению части рабочего раствора по периферии колонны, вдоль ее стенок, без контакта с ионитом. Этот эффект особенно заметен во время обмена, когда ионит сжимается [I, 4, 7]. Для устранения «пристенного эффекта» рекомендуется применять спаренные колонны и смолы однородного зернения [I]. Раствор, вытекающий из первой колонны, пропускается через узкий капилляр, переводящий острый, но искривленный фронт зоны в диффузионный, зато горизонтальный. Этот фронт зоны затем снова становится острым во второй колонне меньшего диаметра. Установлено [1, 5], что «пристенный эффект» появляется реже в колоннах, отношение диаметра которых к диаметру отдельного зерна ионита не ниже 40: 1.
