Использование ионнообменных смол при деминерализации жидких отходов производства кальцинированной соды Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 661.321.004.82

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОННООБМЕННЫХ СМОЛ ПРИ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ

© Л. Р. Курбангалеева, Р. Р. Даминев

Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке Россия, Республика Башкортостан, 453118 г. Стерлитамак, пр. Октября, 2. Тел./факс: +7 (3473) 24 25 12.

Е-mail: [email protected]

Приведены результаты исследования извлечения хлорид-ионов сильноосновным анионитом АВ-17-8 из осветленной части дистиллерной жидкости. Экспериментально определены значения обменной емкости и исследован химический состав раствора после регенерации анионита.

Ключевые слова: дистиллерная жидкость, анионит, сорбция, кальция дихлорид, регенерация.

Производство кальцинированной соды аммиачным способом характеризуется невысокой степенью использования сырья, в частности основного его вида - натрия хлорида (степень использования в производственных условиях не превышает 75 %).

На 1 т кальцинированной соды в виде отходов получается более 1 т кальция дихлорида и около 0.5 т натрия хлорида. Эти отходы называют дистиллерной жидкостью. Высокая концентрация в основном отходе производства кальцинированной соды -дистиллерной жидкости растворенных минеральных солей сброс ее в водоемы сможет значительно увеличить общую минерализацию, повысить ее жесткость и содержание в ней хлоридов. Такое загрязнение может сделать воду непригодной к использованию для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, для рыбного хозяйства и других нужд [1].

В условиях ужесточения требований к качеству сбрасываемых сточных вод, при высоком соле-содержании их, актуально использование отходов для получения новых продуктов и деминерализация сточных вод с последующим возвратом в производственный цикл.

Основным проявлением негативного воздействия на водные объекты высокоминерализованных сточных вод производства кальцинированной соды по аммиачному способу (метод Сольве) - дистиллерной жидкости являются большие объемы ее образования. Сокращение объемов сточных вод позволит снизить сброс ее в водоемы и накопление в шламонакопителях.

В настоящее время разработаны и внедрены процессы получения из дистиллерной жидкости кальция дихлорида и натрия хлорида методом выпаривания [2].

Получение кальция дихлорида основано на концентрировании дистиллерной жидкости в выпарных установках до 35 % масс. по кальцию дихлориду с кристаллизацией при этом из раствора примеси натрия хлорида, который затем выделяется из упаренной суспензии на центрифуге [3].

Часть дистиллерной жидкости предварительно карбонизуют и только после этого регулируют ее

сброс. Далее она сбрасывается в водоемы, расположенные неподалеку от действующих производств.

Величина необходимого разбавления может быть установлена путем соответствующих техникоэкономических подсчетов и сравнения стоимости устройства накопителя и дополнительных расходов, которые вызовет непосредственный сброс дистил-лерной жидкости на предприятиях, расположенных по течению ниже места сброса. Ориентировочное требуемое разбавление осветленной части дистил-лерной жидкости может составить 300-400 раз.

Применяемые технологии переработки, утилизации и использование дистиллерной жидкости решают проблему только отчасти, ввиду большого количества образующихся отходов. Вследствие этого, в основном происходит накопление отходов в шламонакопителях.

Широкое распространение в очистке сточных вод получили методы ионного обмена, осуществляемые с использованием ионитов природного и искусственного происхождения. Ионный обмен является практически осуществимым методом возвращения промывных вод, с помощью которого возвращается обессоленная вода, а сорбированные вещества извлекаются из ионообменных смол при регенерации [4].

В большинстве случаев использование ионообменных смол нельзя считать расходным материалом. Однако их не следует относить к категории капитальных вложений, так как они являются промежуточным звеном.

По литературным данным [5] слабоосновные аниониты способны к поглощению анионов только сильных кислот, таких, как серная, соляная, азотная, плавиковая и другие. Этими поглотителями анионы слабых кислот (например, угольная, кремниевая) практически не удерживается. Сильноосновные аниониты обладают способностью извлекать из раствора анионы не только сильных, но и слабых кислот. Эти аниониты обычно обладают более высокой стоимостью в сравнении со слабоосновными. Но, сильноосновные аниониты способны обменивать подвижные анионы в кислой, нейтральной и щелоч-

ІЖК 1998-4812 Вестник Башкирского университета. 2010. Т. 15. №4 1151

ной средах, а слабоосновные - только в кислой среде. Поскольку осветленная часть дистиллерной жидкости имеет высокую щелочность (рН = 11.0-11.3), то нами использован сильноосновной анионит.

Целью данной статьи является представление и анализ полученных нами экспериментальных доказательств сорбции хлорид-ионов анионитом. Особое внимание уделено выбору оптимальной сорбционной емкости ионита и определению оптимальных параметров регенерации ионитов с целью использования в дальнейшем растворов после регенерации на производстве.

Экспериментальная часть

В качестве объекта исследований применяли осветленную часть дистиллерной жидкости. Концентрацию хлорид-ионов в растворах анализировали меркуриметрическим методом. Регенерацию анионитов, сорбировавших хлорид-ионов осуществляли промыванием 5%-ным раствором натрия гидроксида и водой. Для эксперимента использовали анионит АВ-17-8. Проведена работа по определению статической емкости, динамику сорбции данного анионита по отношению к осветленной части дистиллерной жидкости.

В статических условиях опыты проводили следующим образом: навеску анионита помещали в коническую колбу вместимостью 250 мл и заливали осветленной частью дистиллерной жидкости, выдерживали 6 часов при периодическом перемешивании.

Сорбционную емкость g (мэкв/г) сухого ионита вычисляли по формуле:

§ = V • (С0 -Cp)/Эсг- m (1)

где: V - объем раствора, л; Эс1- = 35.45 мг/мэкв; т -масса сухого ионита, г; С0 - исходная концентрация хлорид-ионов в растворе, мг/л; Ср - равновесная концентрация хлорид-ионов в растворе, мг/л.

Степень извлечения хлорид-ионов П (%) вычисляли по формуле:

п = (С0 -Ср)/С0 (2)

Сорбционная емкость по отношению к хлорид-ионам из рассмотренного анионита АВ-17-8 составляет 0.36 мэкв/г и степень извлечения - в среднем 47%.

Динамику сорбции хлорид-ионов исследовали путем пропускания осветленной части дистиллер-ной жидкости через колонку с анионитом (высота

слоя 26 см; объем набухшей смолы 130 мл). На входе и на выходе из колонки через определенное время измеряли концентрацию хлорид-ионов и водородный показатель в элюате.

Экспериментальные результаты приведены в табл. 1.

Как видно из экспериментальных данных (табл. 1), наблюдается уменьшение в осветленной части дистиллерной жидкости хлорид-ионов, а также снижение водородного показателя. Увеличение количества ионита позволит повысить степень деминерализации жидких отходов. При этом количество используемых ионообменных смол должно быть оптимальным обеспечивающим нормальную работу установок следующих стадий очистки (мембраны). Таким образом, при использование анионитов можно уменьшить минерализацию жидких отходов содового производства и в совокупности с другими способами очистки (электрохимические, мембранные) [5] полностью проводить деминерализацию сточных вод с последующим возвратом в производственный цикл.

Регенерацию анионита проводили 10%-ным раствором гидроокиси натрия и промывали водой при периодическом измерении хлорид, кальций, магний, сульфат-ионов в регенерационных растворах.

Результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав раствора после регенерации анионита

Массовая концентрация, мг/л № Эксперимента

1 2 3

С1- 4520 4520 4220

Са2+ 44 56 29

Мв2+ 26 16 13

8042- 4 6 6

Согласно результатам анализов содержание хлорид-ионов составляет 4500 мг/л; ионов кальция 50 мг/л; ионов магния 20 мг/л, сульфат-ионов 6 мг/л.

При таком содержании хлорид-ионов утилизация регенерирующего раствора становится целесообразной с практической и экономической точек зрения. В качестве одного из способов утилизации предполагается использование этих растворов для гашения извести (получение известкового молока).

Таблица 1

Динамика сорбции хлорид-ионов анионитом АВ-17-8 осветленной части дистиллерной жидкости

Наименование пробы

рН

Масс.конц. С1 , мг/л

Исходная проба - осветленная часть ^ ^ 122170

дистиллерной жидкости Элюат после 1 ступени очистки 6.1 75080

Элюат после 2 ступени очистки 6.2 42420

Элюат после 3 ступени очистки 6.7 17100

Выводы

Исследована статическая сорбция анионитом АВ-17-8 хлорид-ионов из осветленной части дистиллерной жидкости. Изучена динамическая сорбция ионов кальция и хлора на анионите АВ-17-8 с последующей регенерацией раствором натрия гидроксида.

Полученные данные подтверждают о возможность применения анионита для деминерализации осветленной части дистиллерной жидкости, а также использование регенерирующих растворов для гашения извести.

ЛИТЕРАТУРА

1. Токарева Е. В., Чеснокова В. В. Пути сокращения отходов содового производства. Обзор. инф. Сер. Содовая промышленность. М.: НИИТЭХИМ, 1988.

2. Ткач Г. А., Шапорев В. П., Титов В. М. Производство соды по малоотходной технологии. Харьков: ХГПУ, 1998. 429 с.

3. Позин М. Е. Технология минеральных солей, окислов (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот). Л.: Химия, 1974. 792 с.

4. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия, 1983. 250 с.

5. Самуэльсон О. Ионообменные разделения в аналитической химии. Л.: Химия, 1966. 416 с.

6. Дытнерский Ю. И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. М.: Химия, 1975. 232 с.

Поступила в редакцию 15.10.2010 г.