Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

нитратных отходов. Наиболее разработаны варианты извлечения из них некоторых ценных компонентов, но регенерация использованных при этом реагентов практически не решена. Проведены исследования по примеру авторских разработок [3, 4] электродиализной рекуперации и концентрирования фтористоводородной кислоты, а также азотной кислоты и гидроксидов церия и/или лантана из технологических растворов, пригодных для повторного использования и реализации. Электродиализ осуществляли в 3-камерном электродиализаторе фильтр-прессного типа с выбранными в результате предварительных тестирований (рис. 1) анионо- (МА-40) и катионообменными (МК-40 или МФ-4СК) мембранами с удовлетворительными коррозионными свойствами по схеме: + (Pt) HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 Na+, K+, Ca2+, NO 3 -, Cl-, SO 4 2- ||MX|| NaOH, KOH, (Ti) - с ожидаемой итоговой реакцией: NaNO3 + KNO 3 + 2 H 2 O ± 2e ^ I/ 2 O 2 1 + HNO 3 + NaOH + КОН + H 2 T. анод анолит католит катод Электродиализу в межмембранном пространстве (средней камере) электродиализатора подвергали солевые растворы, содержащие (г/л): 57-147 Na+; 4-14 K+; 2-0,09 Са2+; 142-305 NO 3 -; 2-4 Cl-; до 45 SO 4 2-. время, сутки врем я, сутки б Рис. 1. Изменение массы (%) катионообменных мембран в щелочном растворе NaOH с KOH (а) и анионообменных — в растворе HNO3 (б) различных концентраций (г/л) при температуре 40 оС а Задача исследования заключалась в изучении кинетики переноса основных ионов раствора Na, K+, NO3-,Cl-, SO42- через ионообменные мембраны с целью определения наиболее оптимальных условий процесса. Эти условия должны обеспечить максимальное извлечение Na+, K+, NO3-и Cl-в концентрируемые растворы кислот и щелочей с наименьшими энергозатратами. Процесс осуществляли в периодическом режиме при непрерывной циркуляции анолита, солевого раствора и католита в соответствующих контурах. При этом первоначально для стартового ускорения электродиализа в качестве анолита использовали подкисленную, а католита — подщелоченную воду. При пропускании электрического тока от 1 до 3 А разогрев электролитов составлял соответственно от 26 до 32 оС. В процессе электродиализа контролировали содержание основных компонентов в потоках электролитов и изменение объемов последних. Предварительными опытами было установлена необходимость глубокой очистки растворов от Ca2+ до содержания менее 0,1 г/л во избежание образования в катодной камере на катионообменной мембране осадка гидроксида Ca(OH )2 (рис. 2). Замечено, что в примембранном осадке при этом накапливаются щелочноземельные и амфотерные элементы, в то время как щелочные металлы Na+и K+эффективно мигрируют через мембрану. Представленые кинетические изменения концентраций рекуперированных HNO 3 и NaOH (рис. 3) указывают на возможность концентрирования в едином цикле кислоты примерно до 750 г/л HNO 3 , а щелочи до 600 г/л NaOH и более. Достижению высоких показателей способствует сокращение соотношения потоков анолита Va и католита V относительно солевого раствора средней камеры VCK, выраженное в первоначальных объемах циркулирующих растворов: V CK: Va= 1 : 0,5-1,0 и VCK : V = 1 : 0,4-0,6. В процессе электродиализа объем солевого раствора в средней камере сокращается, а объемы анолита и католита в разной степени возрастают, поскольку ионы переносятся через мембраны с гидратной оболочкой, количество воды в которой обусловлено рядом факторов: от свойств мембраны до типа ионов, состава электролитов и силы тока. Средний перенос воды с нитрат-ионами составляет 2,5 моль Н20/моль HNO3, а с катионами натрия и калия в среднем 0,25 моль Н20/моль NaOH. Таким образом, процесс электродиализа сопровождается убылью объема обессоливаемого раствора средней камеры за счет уноса воды с мигрирующими ионами. Соответственно, объем анолита и католита повышается, если этот перенос воды превышает ее разряд на электродах с образованием газообразных кислорода и водорода. Проведение электродиализа при силе тока 1-3 А и напряжении 4-10 В обеспечивает извлечение из солевого раствора более 99 % ионов с выходом по току около 50-70 %. При этом производительность по миграции ионов и концентрированию кислоты, как и щелочи, составляет около 1 кг/м2ч при удельном расходе электроэнергии ~ 7,5 кВт ч/кг. Более высокое концентрирование рекуперируемых реагентов в периодическом процессе сопровождается снижением выхода по току и увеличением энергозатрат. Улучшению параметров электродиализа способствуют повышение в солевом растворе концентрации целевых компонентов (Na+, K+, NO 3 -) и снижение остальных, примесных. Так, предварительная очистка от кальция обеспечивает снижение содержания в солевом растворе сульфат-иона и снижение его извлечения 350