Двухтемпературная безреагентная ионообменная очистка хлорида лития от примесей
Аннотация
Освоение природного гидроминерального сырья с целью выделения лития сталкивается с проблемой его отделения и очистки от сопутствующих соединений натрия, магния, кальция и других веществ. Смешанные растворы образуются и при регенерации лития из тех или иных использованных продуктов. При решении такого рода задач часто используют ионный обмен. Но в традиционных ионообменных процессах приходится использовать вспомогательные реагенты для их регенерации. В настоящей работе рассмотрена возможность использования техники безреагентного двухтемпературного ионного обмена для очистки лития от ионов первой и второй групп. Предложена и экспериментально подтверждена схема безреагентной очистки 1 н раствора LiCl от примесей CaCl2 и KCl, включающая последовательные операции двухтемпературной ионообменной очистки от CaCl2 методом параметрического перекачивания на полиметакриловом катионите и последующей двухтемпературной ионообменной очистки от КCl методом параметрического перекачивания на синтетическом цеолите А. Определена величина дифференциальной энтальпии обмена ионов кальция на ион лития из раствора состава 1.0 н LiCl – 0.02 н KCl – 0.01 н СаСl2, составившая 7.7 кДж/г-экв. Показано, что при повышении температуры селективность обмена ионов лития и калия на цеолитах А и Х значительно снижается. Этот эффект характеризуется высокими значениями дифференциальной энтальпии обмена ~ -20 кДж/г-экв.
Скачивания
Литература
Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gorshkov V.I., Drozdova N.V. The role of temperature in ion exchange processes of separation and purification. J. Radioanal. Nucl. Chem. 1996; 208(1): 23-45.
Khamizov R.Kh., Ivanov V.A., Tikhonov N.A. Dual temperature methods of separation and concentration of elements in ion exchange columns, in: Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances (Ed.: A.K. SenGupta). Taylor & Francis Group, CRC Press, 2010; 20: 171-232.
Khamizov R.Kh., Ivanov V.A., Madani A.A. Dual-temperature ion ex-change: a review. React. Func. Polym. 2010; 70(8): 521-530.
Weiss D.E., Bolto B.A., McNeill R., Macpherson A.S., Suidak R., Swinton E.A., Willis D. An ion-exchange process with thertal regeneration. V. Multistage operation. Aust. J. Chem. 1966; 19(6): 791-796.
Battaerd H.A.J., Blesing N.V., Bolto B.A., Cjpe A.F.G.,Weis D.E., Willis D., Worboys I.C. An ion-exchange process with thertal regeneration. VIII. Preliminary pilot plant results for the partial demineralization of bracksh waters. Desalination. 1973; 13(13); 217-237.
Bolto B.A., Eppinder K., Macpherson A.S., Sindak R., Weiss D.E., Willis I.C. An ion-exchange process with thermal re-generation. IX. A new type of rapidly react-ing ion-exchange resin. Desalination. 1973; 13(13): 269-285.
Bolto B.A., Weiss D.E. The thermal regeneration of ion-exchange resins. In: Ion Exchange and Solvent Extraction. Series of Advances (Eds.: J.A.Marinsky and Y.Marcus). Marcel Dekker, Inc. New-York-Basel-Hong Kong. 1977; 7: 221-289.
Stephens G.K. Thermally regenerated ion-exchangers. In: Ion exchange for pollu-tion control. CRC Press. Inc. 1979; 1: 129-143.
Bolto B.A., Eldridge R.J., Eppinger K.H., Jackson M.B. Improved resins for ion exchange with thermal regeneration. React. Polym. 1984; 2(1-2): 5-12.
Swinton E.A., Bolto B.A., Eldridge R.J., Nadebaum P.R., Coldrey P.C. The pre-sent status of continuous ion exchange using magnetic micro-resins. In.: Ion exchange technology. (Eds.: Naden D. and Streat M.) London: Ellis Horwood Ltd. 1984; 542-563.
Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gorshkov V.I., Eliseeva T.V. Sposob ochistki koncentrirovanny`x rastvorov solej shhelochny`x metallov ot primesej solej e`lementov vtoroj gruppy`. Avt. svid. SSSR, № 1611879, prior.17.02.89. (In Russ.).
Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gorshkov V.I., Eliseeva T.V. Umyagchenie i glubokaya ochistka koncentrirovanny`x rastvorov solej shhelochny`x metallov ot primesej e`lementov vtoroj gruppy`, osno-vannaya na zavisimosti selektivnosti karboksil`ny`x kationitov ot temperatury`. Vy`sokochist. veshhestva. 1990; 4(2): 133-139. (In Russ.)
Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gorshkov V.I. Ion-exchаnge separation of alkali and alkaline earth ions in concentrated solutions based on temperature changes. Re-act. Polym. 1992; 17(1): 101-107.
Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gorshkov V.I., Drozdova N.V. The role of temperature in ion exchange processes of separation and purification. J. Radioanal. Nucl. Chem. 1996; 208(1): 23-45.
Ivanov V.A., Karpyuk E.A., Gavlina O.T., Kargov S.I. Superheated solutions in dual-temperature ion exchange separations. React. Func. Polym. 2018; 122(1): 107-115.
Khamizov R.Kh., Fokina O.V., Sen-yavin M.M. Sposob izvlecheniya broma iz morskoj vody`. Patent RF № 1726387. pri-or.12.04.90. (In Russ.)
Khamizov R.Kh., Fokina O.V., Ivanov V.A., Gorshkov V.I. Sposob izvlech-eniya broma iz morskoj vody`. Avt. cvid. SSSR. № 1728133, prior.12.04.90. (In Russ.)
Fokina O.V., Khamizov R.Kh. Ravnovesie obmena Br- i Cl- na sil`noosnovny`x anionitax. Izvestiya AN. Ser. Xim. 1994; 12: 2083-2089. (in Russ.).
Khamizov R.Kh, Muraviev D.N., Warshawsky A. Recovery of valuable miner-als from seawater by ion exchange and sorption methods. In: Ion Exchange and Solvent Extraction. Series of Advances. (Eds.: J.A.Marinsky and Y.Marcus). Marcel Dek-ker, Inc. New-York-Basel-Hong Kong. 1995; 12: 93-148.
Nozhov A.M., Khamizov R.Kh., Fokina O.V., Shhurova M.V., Tixonov N.A. Ispol`zovanie vliyaniya temperatury` na ravnovesie i dinamiku obmena galogenidov na sil`noosnovnom anionite dlya bezrea-gentnogo razdeleniya ix smesej. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2001; 1(3): 457-465. (in Russ.).
Nozhov A.M., Kosobryukhova O.M., Khamizov R.Kh. Bezreagentnoe koncentrirovanie iodidov v prirodny`x rastvorax neizotermicheskimi ionoobmenny`mi metodami. Soobshhenie 1. Ravnovesie obmena ionov J- i Cl- na anionite AV-17. Sorbtsionnye i khromato-graficheskie protsessy. 2003; 3(2): 159-168. (in Russ.)
Breck D.W. Zeolite Molecular Sieves. Willey & Sons. 1974. 782 p.
Tolmachev A.M. Issledovanie ceolitov kak selektivny`x ionoobmennikov dlya razdeleniya veshhestv i izotopov. Sb.: Sovremenny`e problemy` fizicheskoj ximii. T. 10. (Red.: Gerasimov Ya.I., Akishin P.A. i Gorshkova V.I.). M.: MGU. 1978. S. 134-190. (in Russ.)
Chelishhev N.V., Volodin V.F., Kryukov V.L. Ionoobmenny`e svojstva prirodny`x vy`sokokremnisty`x ceolitov. M.: Nauka. 1988. 128 p. (in Russ.)
Abe M. Ion exchange selectivities of inorganic ion exchangers. In: Ion Exchange and Solvent Extraction. Series of Advances. V.12. (Edited by Marinsky J.A. and Marcus Y.). New-York-Basel-Hong Kong: Marcel Dekker, Inc. 1995: 381-440.
Tarasevich Yu.I., Polyakov V.E. Ionoobmenny`e ravnovesiya i teploty` ionnogo obmena na klinoptilolite s uchastiem odnozaryadny`x ionov. Teoret. e`ksper. chimiya. 1996; 32(5): 315-319. (in Russ.)
T. Armbruster. Clinoptilolite-heulandite: application and basic research. In: Zeolites and mesoporous materials at the dawn of 21st century: Proceedings of the 13th International Zeolite Conference, Mont-pellier, France. (Eds.: A.Galarneau, F.DiRenzo, F.Fajula and J.Vedrine). Elsevier. Amsterdam. 2001; 13-27.
Khamizov R.Kh., Melixov S., Novikova V., Skovy`ra V. Sposob polu-cheniya kalijnogo mineral`nogo udobreniya na osnove klinoptilolita. Patent RF № 2006495. prior. 28.06.91. (in Russ.).
Khamizov R.Kh. Fiziko-ximicheskie osnovy` kompleksnogo osvoeniya miner-al`ny`x resursov vod okeana. Diss. ... dokt. chim. nauk. M.. GEOXI RAN. 1998. 355 p.(in Russ.).
Gavlina O.T., Timofeevskaya V.D., Ivanov V.A., Gorshkov V.I. Dvuxtemperaturny`e bezreagentny`e processy` ionoobmennogo razdeleniya s ispol`zovaniem ceolitov. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2001; 1(3): 337-343. (in Russ.)
Ivanov V.A., Timofeevskaya V.D., Gavlina O.T., Gorshkov V.I. Dual-temperature reagent-less ion-exchange sepa-ration of alkali metal salts on zeolites. Mi-crop. Mesopor. Mater. 2003; 65(2-3): 257-265.
Leavitt F.W. Thermally-driven ion-exchange process for lithium recovery. US Patent. 5681477. Date of patent 28.10.1997.
Bonner O.D., Smith L.L. The effect of temperature on ion-exchange equilibria. I. The sodium-hydrogen and cupric-hydrogen exchanges. J. Phys. Chem. 1957; 61(12): 1614-1617.
Matorina A.A., Popov A.N. Vliyanie temperatury` na sostoyanie ionoobmennogo ravnovesiya. II Temperaturny`e izmeneniya ionoomennoj adsorbcii na sul`fosmolax. Zh. fiz. chimii. 1958; 32(12); 2772-2779. (in Russ.)
Bonner O.D., Pruett R.R. The effect of temperature on ion-exchange equilibria. III. Exchanges involving some divalent ions. J. Phys. Chem. 1959; 63(9): 1420-1423.
Kraus K.A., Raridom R.J. Tempera-ture dependence of some cation exchange equilibria in the range 0 to 200оC. J. Phys. Chem. 1959; 65(11); 1901-1907.
Kraus K.A., Raridon R.J., Holсomb D.L. Anion exchange studies: XXVI. A col-umn method for measurement of ion ex-chаnge equilibria at higt temperature. Tem-perature coefficient of the Br- - Cl- exchange reaction. J. Chromatogr. 1960; 3: 178-189.
Bonner O.D., Dickel C., Brummer H. The temperature and counter-ion depency of cation exchange equlibria. J. Phys. Chem. 1960; 25: 81-89.
Boyd G.E., Vaslow F., Lindenbaum S. Calorimetric determinations of the heats of ion-exchange reactions. I. Heats of exchange of the alkali metal cations in variosly cross-linked polysterene sulfonates. J. Phys. Chem. 1964; 68(3): 590-595.
Ivanov V.A., Gavlina O. T., Il-yukhina E.A., Gorshkov V.I. The temperature dependence of the exchange enthalpy of calcium and sodium ions on polymethacrylic and polyacrylic cationites. Russ. J. Phys. Chem. A. 2007; 81(11): 1723-1727.
Ivanov V.A., Karpyuk E.A., Gavlina O.T., Kargov S.I. The role of the dependence of the enthalpy of ion exchange on tempera-ture in predicting the behavior of ion-exchange systems. Russ. J. Phys. Chem. A. 2019; 93(10): 1923-193
