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

Новые мембранные технологии позволяют превращать соли в кислоты и щелочи с возможностью возвращения их в технологический процесс. Такие технологии разработаны для сернокислых солей щелочных металлов [1-4], в результате которых получают серную кислоту и щелочи. Однако большой объем литературы, посвященный мембранному электролизу, практически не содержит информации о рекуперации кислот и щелочей из многокомпонентных производственных растворов, содержащих минеральные соли металлов различной валентности и малодиссоциируемые соединения. Такими, например, являются фосфорнокислые растворы от сорбционной конверсии хибинского апатитового концентрата, содержащие кроме фосфорной кислоты различные количества Na 3 P 0 4 и/или K 3 PO 4 , ионов Mg, Ca, Sr, Al, Ti, Si, Mn, Fe, Th, U, F и лантаноидов (табл. 1), при переработке которых хотелось бы получить чистые растворы кислоты и щелочей. Таблица 1 Содержание РЗМ и других компонентов в растворе после сорбционной конверсии апатитового концентрата Содержание, мг-л"1 Y 2 O 3 Lа20з Ce203 Pr203 Nd203 Sm203 EU 2 O 3 Gd203 8,919 26,11 52,49 6,107 23,19 4,246 1,267 4,454 Содержание, мг-л"1 Tb2O3 Dy203 Но203 ЕГ 2 0 3 Tm203 Yb203 LU 2 O 3 Z T 2 O 3 0,460 2,155 0,324 0,819 0,00773 0,454 0,0475 131,1 Содержание, мг-л"1 Na20 К 2 О MgO CaO SrO AI 2 O 3 TiO2 Fe203 MnO Th02 UO 2 27480 21,59 8,768 2947 95,43 316,6 39,57 165,3 4,139 1,254 0,171 Содержание, мг-л"1 SiO2 P 2 O 5 F 324,5 131800 685 Техника мембранного электролиза позволяет в первую очередь экстрагировать из солевого раствора одновалентные ионы сильных электролитов Na+, K+, N 0 3", Cl" с получением одноосновных щелочей (NaOH, KOH) и одноосновных кислот (HN03, HCl). Вопрос о концентрировании в продуктах электролиза ионов более высоких валентностей и слабых электролитов, вроде H3PO4, остается открытым. Известно об исследовании электродиализной очистки фосфорной кислоты от переработки марроканского фосфоритового концентрата [5] в трёхкамерном электродиализаторе, снабжённом ионообменными мембранами. По аналогии и на основе имеющегося опыта [6] изучали электродиализ фосфорнокислых растворов, полученных при сорбционной конверсии хибинского апатитового концентрата. Процесс осуществляли в трёхкамерном электродиализаторе фильтр"прессного типа с анионо" и катионообменными мембранами по схеме: + (Pt) H 2 O, HAn, H 3 PO 4 ||МА-41|| солевой раствор ||МФ-4СК|| NaOH, KOH, KtOH, H 2 O, (Ti) -. При этом использовали отечественные мембраны: анионообменные МА-41 (R"(CH 3 ) 3 N+) или МА-40 (R-N+=N=N=) и катионообменные МФ-4СК (R-C 2 F 4 SO 3 ") или МК-40 (R-SO 3 "). Солевой раствор подавали в среднюю камеру электродиализатора, отделённую от анодной камеры анионообменной мембраной, а от катодной — катионообменной. На рисунке 1 представлена кинетика накопления в катодной камере NaOH из технологического раствора (1) и чистого раствора Na 3 PO 4 с повышенным содержанием натрия в пересчете на NaOH 40 (2) и 150 (3) г-л"1. Очевидно, что выход по току (ВТ) переноса катионов Na+ в католит из технологического раствора понижен за счет миграции сопутствующих катионов (сравнительные кривые 1 и 2). Положение кривой 3 указывает на возможность интенсификации процесса электродиализа с использованием более концентрированных растворов. При электродиализе технологического раствора выявлено образование на поверхности катионообменной мембраны со стороны солевого раствора и в католите осадка, идентифицируемого РФА как гидроксилапатит Са 5 (РО 4 ) 3 ОН, содержащий небольшое количество Са(ОН )2 (рис. 2). В дальнейшем накопление этого осадка на мембране может привести к ее «отравлению» — снижению транспортных характеристик. время, ч Рис. 1. Зависимость концентрирования NaOH из технологического (табл. 1) и модельных растворов Na 3 PO 4 ( 2 , 3 ), содержащих в пересчете на NaOH: 1 — 35; 2 — 40; 3 — 150 г-л"1при электродиализе с плотностью тока 7,5 А дм -2 Рис. 2. Мембрана МФ-4СК с налетом осадка Са 5 (РО 4 ) 3 ОН 353