Способ обессоливания сульфатно-хлоридных растворов электродиализом

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО ПРИ КАБИНЕТЕ МИНИСТРОВ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(56) Авторское свидетельство СССР М 1757725, кл. ВОН) 61/44, 61/46, 1992.(54) СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ СУЛЬФАТНОХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗОМ(57) Настоящее изобретение относится к электродиализной технике и может быть использовано для опреснения воды и получения обеззараживающих и дезинфецирующих средств в различных отраслях промышленности.Способ включает обработку рассола соединением кальция (известью или хлористым кальцием),отделение получившегося осадка и обработку раствора электролизом в бездиафрагменном или диафрагменном электролизере с нерастворимыми электродами.Предлагаемый способ позволяет удалить на первой стадии большую часть сульфат ионов.Изобретение относится к электродиализной технике и может быть использовано для обессоливания воды и получения обеззараживающих средств в различных отраслях промышленности.Известны различные способы переработки сульфатно-хлоридных растворов в технологии диализного, обратноосмотического и ионнообменного обессоливания воды с дальнейшей утилизацией рассолов.Известна технология опреснения воды, при ее подогреве с кристаллизации СаЗО 4 и ЫаС 1 из рассолов Монгайт И.Л.,Текениди К.Д.,Ни-коладзе Г И. Очистка шахтных вод, М.,Недра,1978,с.138.Но данная технология очень энергоемка и не предусматривает переработку рассолов.Наиболее близким по технической сущности является способ снижения солесодержащих водных растворов, содержащих соли жесткости, методом электродиализа с получением дилюата и рассола, накпаливаемого в камере концентрирования, а также мембранный аппарат для его осуществления (Авторское свидетельство СССР Не 1757725, клВО 1 В 61/64, 61/46, 1992).По известной технологии получают концентрированные рассолы, однако переработка их не предусмотрена.Задачей настоящего изобретения является переработка рассола, полученного в результате электродиализа, в частности удаление на первой стадии большей части сульфат-ионов.Поставленная задача решается за счет, что рассол, образующийся в результате электродиализа,обрабатывают соединением кальция, отделяют получившийся осадок, а раствор подвергают электролизу.Как правило, при обессоливании воды получают дилюаты и рассолы, преимущественно содержащие следующие ионы С 1 -, 0 4 2, Са 2, На И К . Суммарная концентрация ионов может варьироваться от нескольких грамм на литр до десятков грамм на литр, а при обессоливании морской воды или при применении особых методов концентрирования суммарная концентрация ионов может превысить 100 г/л.В зависимости от состава исходной воды концентрация хлор-ионов и сульфат-ионов в рассоле варьируется в широких пределах, но очень редко встречаются рассолы, где соотношение хлорид -ионов резко, например в 10 раз, превышает концентрацию сульфат-ионов. Чаще всего эти соотношения варьируют в пределах 1 (0,5 - 5), Таким образом, сульфат-ионы всегда в значительном количестве присутствуют в рассолах.Именно высокая концентрация сульфат-ионов препятствует прямой утилизации рассолов методом электролиза. Прямой электролиз таких сульфат-содержащих растворов всегда сопровождается увеличением токовых нагрузок, а также ухудшением качества конечных продуктов, особенно при использовании диафрагмовых электролизеров.Таким образом, необходимо на первой стадии удалить максимальное количество сульфат-ионов. Это достигается введением в рассол соединения кальция. Наиболее целесообразно в качестве соединения кальция использовать известь или хлористый кальций.Принципиально, из огромной гаммы соединений кальция только эти два пригодны для осущест вления способа известь и хлористый кальций. При введении в рассол этих соединений в технологии участвуют как катионы, так и анионы.Катионы кальция способствуют выпадению в осадок сульфата кальция, а анионы гидроксила или хлор-ионы способствуют электролизу хлоридных растворов с образованием гипохлоритов или активного хлора.При использовании извести протекает основная реакцияА при использовании хлористого кальция протекает следующая основная реакция 042 СаС 12 СаЗО 4 2 С 1 Оба аниона ОН и С 1 не мешают процессу электролиза, а способствуют получению конечных продуктов - гипохлоритов. Отделение осадка от растворов можно проводить осветлением (отстаиванием) или фильтрацией. Возможно сочетание этих методов, при этом получается чистый сульфат кальция, который температурной обработкой может быть легко превращен в строительный или медицинский гипс, 2242Раствор с небольшим количеством сульфатов подвергают электролизу с целью получения газообразного хлора или гипохлоритов и щелочей.В бездиафрагменнь 1 х электролизерах с нерастворимыми электродами величина рН изменяется незначительно в среднем на 0,1 - 0,5 единиц с получением смеси гипохлоритов.В диафрагменных электролизерах можно разделить продукты электродных реакций, в частности получить газообразный хлор и щелочи ЫаОН, Са(ОН) 2 в виде Целевых продуктов.Состав рассола или целесообразность получения того или иного конечного продукта обуславливает выбор типа электролизера.Гипохлориты могут быть использованы, например в качестве обеззараживающий растворов при очистке сточных вод или в качестве дезинфицирующего средства.Таким образом, технология эффективна только при последовательном осуществлении следующих четырех операций- обработка рассола известью или хлористым кальцием- электролиз фильтрата. Способ осуществляют следующим образом.Сульфатно-хлориднь 1 й раствор с содержанием хлорид-ионов 7,2 г/л и сульфат-ионов 8,1 г/л подвергали электродиализу в электродиализа-торе мембранного типа до конечного солесодержания 0,5 г/л. Рабочая поверхность мембран - 0,07 м 2. Количество мембранных пар в пакете -35 шт. Напряжение на аппарате - 80 в. Плотность тока - 127 А/м 2.1 литр рассола с содержанием хлорид-ионов 16 г/л и сульфат-ионов 18,2 г/л смешивали с 600 мл 10-ного известкового раствора в те-чение 10 мин. Осадок отфильтровывали и анализировали. Полученный продукт представлял собой сульфат кальция с чистотой свыше 99. Остаточная концентрация сульфат-ионов в растворе - 1,6 г/л, концентра-ция хлоридов - 10 г/л.По первому варианту 500 мл раствора подвергали электролизу в бездиафрагменном электролизере с анодом из ОРТА и катодом из нержавеющей стали при плотности тока 0,2 А/см 2. Длительность обработки -30 мин, В результате обработки получена смесь гипохлоритов натрия и кальция с концентрацией гипохлорит-ионов 0,5 мг/л.По второму варианту 500 мл того же раствора подвергали электролизу при тех же условиях. Отличие заключалось в том, что использовался диафрагменный электролизер, в качестве диафрагмы применена мембрана МК-40 Из анодной зоны выделялся газообразный хлор, а в катодной камере концентрировалась щелочь.1 литр рассола с содержанием хлорид-ионов 16 г/л и сульфат-ионов 18,2 г/л смешивали с 70 г гранулированного хлористого кальция в течение 10 мин. Осадок отфильтровывали и анализировали. Полученный продукт представлял собой сульфат кальция с чистотой свыше 99 . Остаточная концентрация сульфат-ионов в растворе - 1,9 г/л, концентра-ция хлорид-ионов - 54 г/л, По первому варианту 500 мл раствора подвергали электролизу в бездиафрагменном электролизере с анодом из ОРТА и катодом из нержавеющей стали при плотности тока 0,2 А/ см 2, длительность обработки -30 мин. В результате обработки получена смесь гипохлоритов натрия и кальция с концентрацией гипохлорит-ионов 2,7 г/л.По второму варианту 500 мл того же раствора подвергали электролизу при тех же условиях. Отличие заключалось в том, что использовался диафрагменный электролизер с мембраной МК-4 О в качестве диафрагмы. Из анодной зоны выделялся газообразный хлор, а в катодной камере концентрировалась щелочь, Таким образом, предложенный способ позволяет утилизировать рассолы, получаемые в результате электродиализа, с образованием сульфата кальция, который температурной обработкой может быть превращен в строительный или медицинский гипс, и следующих продуктов либо смеси хлоридов и гипохлорита, либо газообразного хлора и щелочи.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обессоливания сульфатно-хлоридных растворов электродиализом с получением дилюата и рассола, отличающийся тем, что рассол обрабатывают соединением кальция, отделяют осадок,а раствор подвергают электролизу. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рассол обрабатывают известью. 3. Способ по п.1 отличающийся тем, что рассол обрабатывают хлористым кальцием. 4, Способ по п.1, отличающийся тем, что электролиз проводят в бездиафрагменных электролизерах с нерастворимыми электродами,5. Способ по п. 1 отличающийся тем, что электролиз проводят в диафрагменных электролизерах с нерастворимыми электродами.Верстка Казпатент, исполнитель Е.А.Хасбиева Ответственный за выпуск Э.З Фаизова