Технология добычи калия из морской воды icon

Технология добычи калия из морской воды



Смотрите также:
9 класс
Контрольная работа № Тема: «давление жидкостей и газов»...
Углеводородокисляющие бактерии и ассимиляционный потенциал морской воды Северного Каспия 03. 02...
Технология бессточного производства питьевой воды...
Углеводородокисляющие бактерии и ассимиляционный потенциал морской воды Северного Каспия 03. 02...
Урок. Тема. Вода. Качество питьевой воды. Очистка воды...
Реферат: Изучено воздействие ксенобиотика (бихромата калия K2Cr2O7) на удаление взвешенного...
План факультативного занятия в 9 предпрофильном классе по теме: «массовая доля вещества в...
Задачи : образовательные: закрепить понятия раствор, кипение, конденсация, гидросфера...
Рукописный текст лекций, читанных проф. Никитинским Я. Я. с приложением чертежей и рисунков...
Правила оформления титульного листа докладов и рефератов...
Вам предлагаются задачи школьного тура олимпиады по химии...



скачать
ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ КАЛИЯ ИЗ МОРСКОЙ ВОДЫ

Беруашвили Ц.А., Цирамуа Ц.Ш., Такаишвили Н.В.

Тбилисский государственный университет им. И. Джавахишвили, Тбилиси, Грузия


ВВЕДЕНИЕ

Уникальные физико-химические свойства природных цеолитов избирательной адсорбции, ионообменные способности, также относительно низкая стоимость широко используются в различных отраслях для решения ряда технологических задач извлечения, разделения и концентрирования катионов растворенных в морской воде. В настоящее время порошкообразный и гранулирований Кл широко используется во многих схемах очистки сточных вод предприятий текстильной промышленности, производства искусственной кожи, бумажно-целлюлозных фабрик, очистки виноматериалов от бельковых помутнений и при фильтровании питьевой воды, как коагулянт [1].

Исследования последних лет в Японии, США, Китае, России и Грузии показывают перспективность сорбционных методов извлечения ионов металлов из морской воды [2]. Японские исследователи предлагают неорганические ионообменники на основе фосфата циркония или нитратные ионообменные смолы [3]. Для извлечения ценных металлов из морской воды и радионуклидов из природных вод, широко применяются различные сорбционные материалы: природные и искусственные ионообменники, комплексообразующие и модифицированные сорбенты [4]. Многолетних работах Российских и Грузинских ученых связанных с извлечением катионов из морской воды. предпочтение отдается природному цеолиту - Клиноптилолиту (Кл). Известно, что природные цеолиты Грузии селективные к целому ряду ионов щелочных и щелочноземельных, редких рассеянных и некоторых тяжелых металлов, которые можно извлекать из морской воды. Сопоставление полученных экспериментальных и литературных данных позволило сделать вывод, что Кл обладают достаточно выраженной селективностью по отношению к катионам больших размеров, в частности к K+, Rb+ и Cs+. Для исследования были использованы образцы К-та месторождений Дзегви (Хекордзула) и Тедзами, Грузия.

Калий незаменимая часть минеральных удобрений. Последние годы, в странах, где количество сильвинитовых руд для получения калийных удобрений ограничено, проявляется большой интерес к нетрадиционным методам их получения. В мире начали поиски новых технологий по переработке морской воды [5]. Нами было обнаружено, что система "морская вода –клиноптилолит" изменение температуры сорбции ведет к резкому изменению селективности сорбента к ионам калия. На основе обнаруженного эффекта нами предложена схема концентрирования калия из морской воды без использования химических реагентов. Процесс осуществляется в две ступени по каскадной схеме.

Эксперименты по концентрированию калия проведены каскадным и электродиализным методами с использованием модельных растворов и природной морской водой.

Кинетику сорбции ионов металлов в статических и динамических условиях из морской воды изучали на стендовой установке, состоящей из ряда колонок. Через колонки пропускали сперва холодную, а затем горячую морскую воду. Через определенный промежуток времени отбирали пробу концентрата и определяли содержание калия. Интенсивность перехода К+ контролировали по отсутствию в фильтрате содержания К+ . В фильтрате определяли также содержание Са, Nа и Мg. Достижения равновесия контролировалось совпадением двух последних данных о содержании катионов в растворе.

Изучения цеолитсодержащих свойств Кл-та проводили рентгеноспектральным методом. Образцы нагревались в течении 18-20 ч, при температуре в 350 º – 550 ºС.

Химические и микробиологические показатели качества морской воды определялись по международным стандартам (ISO) и в соответствии требованиям и рекомендациям Грузинского законодательства "Санитарные правила и нормы охраны прибрежных вод морей от загрязнения в местах водопользования населением №647, 2001 год". содержанием катионов К, Nа Са, Мg, Rb, Sr, и Cs определяли методами атомной абсорбции и пламенной фотометрии.

Для концентрированию ионов калия из морской воды собрана модель электродиализной установки (ЭДУ), собранной три параллельно соеденионные камеры, составляющий 7-ми последовательно соединенных секций среднего размера. Пакет диализатного аппарата состоит из 30 диализных и 30 рассольных камер.


^ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Морская вода является источником минерального сырья, где вещества находятся в растворенном состоянии, что облегчает их добычу. Концентрация калия в океанских и морских водах весьма низкая, К тому же он находится в виде двойных солей, образуемых с натрием и магнием. Поэтому, извлечение, отделение и концентрирование соединений калия из морской воды химически и технологически сложная задача. Анализы воды Черного моря показали, что органолептические и химические показатели морской воды практический одинаковы для трех проб, взятых из разных мест акватории Батуми. Содержание ионов натрия находится на уровне 5000-5200 мг/л, магния 584-602 мг/л, калия в пределах 196- 218 мг/л а кальция 200,4-216,8мг/л. Микробиологические показатели качества воды и воды после эксперимента профильтрованной через слой цеолита показали, что микробиологические показатели исходной морской воды и фильтрата изменились. В пробах профильтрованных через Кл до 50% снизилось число сальмонелл и энтерококков, также в 2-3 порядка снизились индексы E.coli. Сделаны соответствующие анализы для контролирования процесса электродиализного концентрирования морской воды. Полученные результаты свидетельствуют, что электродиализный процесс для обработки морской воды, не оказывает отрицательного влияния на микробиологические показателей качества воды.

В исследованиях для расширения спектра действий и изучения селективности к катионам (Na, K, Ca, Mg, Sr), был использован природный и модифицированный Кл.

Результаты анализов по изучению Кл-та относится к высококремнистым цеолитам.(табл.1)

Содержание, %

SiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 H2O Si/Al

60,1 12,86 1,57 - 1,58 4,54 1,68 1,38 - 16,3 4,13

Табл.1. результаты химического анализа Клиноптилолита

В литературе представлен ряд селективности ионам металлов для Кл-та.

Cs>K>Sr=Ba>Ca>>Na>Li

В экспериментах получение данные с определением коэффициентов селективности совпадают с литературными данными - наивысшее значение селективности имеет Цезий, последующие Калий, Кальций и Магний.

Было проведено серии лабораторных и натурных исследований равновесия и динамики сорбции микрокомпонентов из морской воды и модельных растворов смесей солей натрия, калия, кальция и магния на Кл-ах.

Через термостатируемую колонку с Кл-ом в NH4+ - форме пропускали морскую воду, сначала при температуре 13-15оС до равновесия по иону калия, а затем при 70оС до равновесия по ионам калия. Выходящие фракции раствора анализировали на ионы натрия, магния, кальция и калия, и полученные результаты использовали как для оценки равновесных характеристик процессов сорбции и десорбции при разных значениях температуры, так и для анализа возможностей концентрирования и разделения в двухтемпературном динамическом процессе.

Результаты лабораторных испытаний по изучению кинетики ионообменного процесса показали, что в формировании характера ионообменного процесса важную роль играет размер, объем и поверхность гранул Кл, температура, время контакта, соотношение объема Кл к количеству раствора электролита. Изучение кинетических параметров процесса сорбции показали, что в исследованных образцах наблюдается различие в кинетике сорбции катионов по содержанию в морской воде. Кинетическая кривая, приведенная на рис.1 показывает, что скорость сорбции Na+ практически одинакова и не зависит от температуры.

Из-за высокой концентрации Na+ в морской воде равновесие наступает практически сразу.





Рис.1. Кинетика сорбции ионов Na+


Скорости процессов сорбции ионов, Sr2+ и Rb+, Cs+ из морской воды на Кл лимитируются внутренней диффузией в сорбенте. В статических условиях, при непрерывном перемешивании в течении 15-18 часов. фракция Кл-та с размерами частиц 2-2,5мм. контролировалось достижения равновесия совпадением двух последних данных о содержании катионов в растворе. исследованы изотермы соответствующие трем температурам: 20 ºC 40 ºC и 80 ºC.

В самом начале процесса, равновесие сорбции ионов магния и кальция наступает тоже сразу, равновесие сорбции ионов K, Rb и Cs наступает значительно позже. Время достижения равновесия для ионов стронция существенно выше, чем ионов K+ и Na+. После прогрева воды концентрация ионов калия резко возрастает, а сорбция ионов натрия не меняется. Двухтемпературная обработка Кл-та позволяет получать концентраты с содержанием ионов калия 5-6 раза больше, чем в исходной морской воде (рис.2).





Рис.2. Зависимость концентрации ионов К+ от времени


При увеличении температуры происходит десорбция калия из-за того, что селективность Кл-та к калию уменьшается с увеличением температуры. Ионы магния и кальция ведут себя противоположным образом, их сорбция увеличивается, а концентрация на выходе падает с повышением температуры. Выявляется противоположный характер температурной зависимости селективности Кл-та к ионам калия по сравнению с ионами кальция и магния. При проведении двухступенчатого двухтемпературного процесса концентрирования морской воды, с каждой ступенью содержание ионов калия в концентрате возрастает, а содержание мешающих компонентов - кальция и магния - падает.

На основе экспериментальных данных построены адсорбционные изотермы a=ƒ(c) для систем “Kл-Ca2+” и “Kл-K+. Величины адсорбции рассчитывали по известной в литературе формуле(1):

(1)

где C0 – начальная а Cр –равновесная концентрация раствора мг-экв/л, V – объем раствора, m – масса цеолита выраженная в граммах.





Относительные концентрации компонентов

ступени

Na+

Mg2+

Ca2+

K+

( K+)max

1

1

0.85

0.65

2.1

2.5

2

1

0.80

0.55

3.5

3.8

3

1

0.78

0.48

5.8

6.2



В Таблице 2 приведены значения средних и максимальных относительных концентраций компонентов в растворах после соответствующих ступеней каскадного процесса.


Табл. 2. Составы концентратов в трех ступенях концентрирования и разделения катионов в морской воде двухтемпературным каскадным методом



Относительные концентрации компонентов

ступени

Na+

Mg2+

Ca2+

K+

( K+)max

1

1

0.85

0.65

2.1

2.5

2

1

0.80

0.55

3.5

3.8

3

1

0.78

0.48

5.8

6.2

.

Из этих данных можно определить оптимальное количество ступеней для концентрирования калия из морской воды двухтемпературным режимом в различных вариантах на твердой фазе. При извлечении калия в виде калийсодержащего цеолитного композита целесообразно проводить концентрирование двухтемпературным режимом в две ступени.

Для более полного выявления закономерностей процесса извлечения калия изучали кинетику обмена различных технологических процессов по концентрированию калия в морской воде электродиализным методом (ЭДА) с использованием ионообменной катионитовой мембраны марки МК-40.

В процессе через ионообменные мембраны в принципе переносятся ионы всех солей, находящихся морской воде, (рис.3). Интересно было бы выяснить, в какой пропорции переносится одновалентный ион калия по отношению к ионам остальных солей. Ион калия, обладая очень большой активностью переноситься интенсивнее, чем остальные. Процентное содержание калия в рассоле увеличивается.



Рис.3. Изменение концентрации катионов K, Na, Ca, Mg


Во всех десяти проведённых циклах по концентрированию морской воды степень концентрирования β= Скон / Снач находилась в пределах - по ионам калия 3,8 - 4,4мг-экв/л по ионам натрия 1,87 – 2,87 мг-экв/л, т.е. значение селективности по ионам калия значительно выше, чем по ионам натрия. Установлено, что динамические мембраны могут быть использованы для концентрирования и разделения содержащих катионов из морской воды


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При изучении кинетики сорбции ионов металлов из морской воды в статических и динамических условиях установлены:

  • выраженные сорбционные свойства Кл-та по отношению микробов общей патогенны - снизилось число энтерококков, лактозоположительных кишечных палочек и сальмонелл.

  • динамическая обменная емкость Кл– 2,2 -2,3 мг. экв/г

  • статическая обменная емкость Кл – 1,97 мг. экв/г

  • оптимальные рабочие размеры клиноптилолита - 2 ÷2,5мм.

  • влияние разных примесей в составе морской воды

  • закономерности двухтемпературного режима

  • время достижения равновесия по отношению катионов калия

  • характер влияния температуры на ионообменный процесс

Технология концентрирования калия из морской воды для получения калийсодержащего минерального удобрения протекает без использования химических реагентов.

Разработанная технология получения нового вида калийных удобрений запатентована в Грузии (Патент U-802).

Данная работа исполняется в рамках Проекта Международного Научно Технического Центра (МНТЦ ) G – 1302.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Robinson S. M., Kent T. E., Amold W. D. In natural Zeolites Brockport, New York, 1993 p579-586

[2] Muraviev D., Khamizov R. Ecologically-clean ion exchange technologies//Proceedings of Environmental Strategies for the 21-st Century/An Asia Pacific Conference, 8-10 April 1998, Singapore.

[3] Хамизов Р.Х., Бутенко Т.Ю., Вебер М.Л., Зайцева Е.В. Кинетика сорбции ионов металлов из морской воды на клиноптилолите// Известия АН СССР. Сер.Хим.-1990.- N 2.- С.263-267.

[4] Ю. И. Тарасевич, ж. Химия и технология воды, 1998 т.20 №1. с 42-52

[5] Г. В. Мясоедова, Рос. Хим. Ж. (ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева) 2006, т1, №5 с 55-61




Скачать 96,76 Kb.
оставить комментарий
Дата23.01.2012
Размер96,76 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх