Сорбционный процесс золота

Сорбционный процесс золота Свойства ионообменных смол

Сорбция золота ионитами — новое прогрессивное направление в развитии золотоизвлекательной промышленности.
Как известно, ионитами называют нерастворимые твердые высокомолекулярные вещества, которые вследствие наличия в них ионогенныж (активных) групп способны поглощать из растворов электролитов положительно или отрицательно заряженные ионы в обмен на эквивалентные количества других ионов, имеющих заряд того же знака.
Ионообменными свойствами обладают очень многие природные и искусственные соединения. Однако по практическому значению первое место занимают иониты на основе синтетических смол — ионообменные смолы.
Макромолекула ионообменных смол состоит  из гибких переплетающихся нитей полимерных молекул, углеводородные цепи которых имеют поперечные связи — мостики, образующие матрицу (каркас) смолы. Матрица несет неподвижно закрепленные на ней заряженные группы — фиксированные ионы. Заряд фиксированных ионов нейтрализуется распределенными внутри смолы подвижными ионами противоположного знака, так называемыми противоионами. Фиксированные ионы связаны с противоионами. и образуют с ними ионогенные группы. Подвижность противоионов способствует вступлению их в реакцию обмена с ионами того же знака, находящимися в растворе. Матрица ионита с фиксированными отрицательными ионами представляет собой полианион, а с фиксированными положительными ионами — поликатион. Если фиксированные ионы несут отрицательный заряд, то ионит способен к обмену катионов и называется катионитом, если заряд положительный, то ионит способен к обмену анионов и называется анионитом.
При контактировании с растворами электролитов катиониты обменивают находящийся в их структуре противоион, например катиониты Н+, на эквивалентное количество другого катиона, находящегося в растворе:
 
HR+Na + Cl NaR + H + Cl
 
Аналогично аниониты при контактировании с растворами электролитов обменивают находящийся в их структуре противоион, например анион ОН-, на эквивалентное количество другого аниона, присутствующего в растворе:
 
ROH + Na + Сl   RCl+ Na + ОН.
 
В этих уравнениях через R обозначен каркас ионита; фаза ионита отмечена чертой.
На ионообменные свойства смолы большое влияние оказывает природа фиксированного иона. Наиболее часто в качестве фиксированных ионов служат у катионитов — SO3 , — COO , — РO²3 , у анионитов — NH3 , = NH2 , NH, N.
Очевидно, что ионный обмен может протекать только в условиях, когда ионогенная группа диссоциирована. По степени диссоциации ионо-генной группы, содержащей в качестве противоиона ион Н+ или ОН, ионообменные смолы делят на сильно- или слабокислотные катиониты и сильно- или слабоосновные аниониты.
Например, такие ионогенные группы как —SO3H или —РO3Н2, практически полностью диссоциированы в водных растворах. Поэтому катиониты, содержащие эти группы, являются сильнокислотными. Сильнокислотные катиониты способны к обмену катионами в широком интервале рН, т. е. в кислой, нейтральной и щелочной средах. Наоборот, катиониты, содержащие слабодиссоциирующую карбоксильную группу— СООН, являются слабокислотными. Они проявляют ионообменные свойства только в щелочной среде.
Сильноосновные аниониты способны к обмену анионами как в кислой, так и в щелочной среде; в качестве ионогенных групп они содержат хорошо диссоциирующие группы четвертичных аммониевых или пиридиниевых оснований или их солей.
Способность к ионному обмену у этих ионитов обусловлена тем, чт0 обладая слабоосновными свойствами, аминогруппы и пиридиновая группа в кислой среде присоединяют протон (подобно аммиаку), образуя с анионом кислоты соответствующую ионогенную группу.
 
Однако в щелочной и даже нейтральной среде  образовавшаяся соль гидролизует, теряя присоединенную молекулу кислоты, а следовательно, и способность к обмену анионов. Поэтому такие аниониты можно использовать лишь в кислых средах.
Помимо сильно- и слабоосновных анионитов существуют аниониты смешанной основности (полифункциональные). Такие аниониты содержат одновременно сильноосновные четвертичные аммониевые (или пиридиновые) группы и слабоосновные аминогруппы (или пиридиновые группы).
Ионообменные смолы синтезируют по реакциям полимеризации или поликонденсации мономерных молекул органических соединений. Ионогенные группы вводят в исходные мономеры или уже в готовую матрицу.
Широко распространено применение ионитов полимеризационного типа на основе стирола и дивинилбензола (ДВБ). Стирол и ДВБ сопо-лимеризуют, получая пространственный сополимер.
Дивинилбензол играет роль мостикообразователя, «сшивая» линейные цепи полистирола. Изменяя соотношение между количеством стирола и ДВБ, можо регулировать расстояние между поперечными связями (степень «сшивки») и тем самым изменять размеры ячеек смолы. В результате появляется возможность синтезировать смолы с различной степенью селективности по отношению к крупным и мелким ионам. Например, искусственно увеличивая степень поперечной сшивки (количество ДВБ), можно свести к минимуму обмен больших ионов при сохранении обмена малых ионов («ситовой» эффект).
Полученный сополимер стирола и ДВБ служит исходным сырьем для получения многих ионообменных смол.  При обработке его концентрированной серной кислотой получают сильнокислотный катионит, содержащий сульфогруппу — SO3H. Для получения анионитов сополимер хлорметилируют монохлормешловым эфиром.
 
Полученный хлорметилированный сополимер аминируют, получая различные типы анионитов. Основность анионита зависит при этом от типа применяемого амина. При аминировании аммиаком, первичными или вторичными аминами получают слабоосновные аниониты . Часть образующихся третичных аминогрупп взаимодействует с хлорметильными группами других молекул сополимера, давая группы солей четвертичных аммониевых оснований. Поэтому в получаемых этим способом смолах наряду со слабоосновнымн группами содержится 10— 20 % сильноосновных групп. При использовании третичных аминов получают сильноосновные аниониты. Применяя смесь аминов различной основности, можно получить аниониты смешанной основности.
Большое распространение получили ионоообменные смолы с четко выраженными физическими порами — макропористые иониты. Их получают введением в реакционную массу в процессе полимеризации какого-либо инертного органического растворителя (например, высших углеводородов или спиртов), который захватывается массой, а затем удаляется отгонкой уже из пространственного сополимера. Представляя собой как бы затвердевшую губку, такие иониты имеют развитую внутреннюю поверхность, достигающую 40—60 м² на 1 г ионита против 0,1—0,2 м² для обычных (гелевых) ионитов. Благодаря наличию крупных пор и каналов, облегчающих диффузию ионов к активным центрам, макропористые иониты отличаются повышенными кинетическими свойствами.
Обычно ионообменные смолы получают в виде гранул правильной сферической формы размером от 0,5 до 3 мм.
 
При погружении в воду иониты набухают, поглощая определённое количество воды. Проникновение воды в ионит обусловлено стремлением ионов, находящихся в смоле, к гидратации (можно считать, что ионит представляет собой высоко концентрированный раствор, стрема-щийся разбавиться). Набухание сопровождается растяжением пространственной сетки смолы и увеличением ее объема, что облегчает проникновение ионов внутрь зерна ионита и ускоряет ионный обмен. Способность ионита к набуханию зависит от числа ионогенных групп и степени сшивки матрицы. Чем больше ионогенных групп и чем меньше степень сшивки (жесткость каркаса), тем сильнее набухает нонит. Набухание зависит также от концентрации раствора, причем в концентрированных растворах оно слабее, чем в разбавленных; характеризуется коэффициентом набухания, равным отношению удельного объема набухшей смолы к удельному объему смолы в воздушносухой форме. Коэффициент набухания может колебаться в довольно широких пределах. Так, для ионитов на основе стирола и ДВБ он изменяется от 1,5—2 для сильносшитых смол (15—20 % ДВБ) до 5—10 для слабо-сшитых (0,5—2% ДВБ).
 
Одна из наиболее важных характеристик ионита — его   обменная емкость, т. е. количество ионов, которое может быть поглощено единицей массы ионита. Различают полную, равновесную и рабочую обменные емкости.
Полная обменная емкость характеризует максимальное количество ионов, которое может быть поглощено смолой при полном насыщении всех способных к обмену ионогенных групп, и определяется концентрацией ионогенных групп в смоле. Для полифункциональных смол различают полную обменную емкость по отдельным типам активных групп. Очевидно, что для каждого ионита полная обменная емкость есть величина постоянная. Ее обычно выражают в миллиграмм-эквивалентах на 1 г ионита в воздушно-сухом состоянии.
 
Равновесная обменная емкость — это количество ионов определенного вида, поглощенных смолой, находящейся в равновесии с раствором определенного состава. Равновесная обменная емкость — величина не постоянная, она зависит от состава раствора (концентрации извлекаемого иона, присутствия примесей и т. д.). Ее обычно определяют статическим методом: навеску ионита выдерживают в контакте с раствором определенного состава в течение времени, достаточного для установления равновесия, после чего определяют количество поглощенного иона. Равновесную обменную емкость выражают в миллиграмм-эквивалентах или в миллиграммах извлеченного компонента на 1 г ионита в воздушносухом состоянии.
В реальных технологических процессах равновесие между ионитом и раствором обычно не достигается. В этом случае пользуются понятием рабочей емкости, понимая под ней содержание извлекаемого компонента, например, золота, в ионите в конкретных условиях сорбции. Рабочую емкость выражают в тех же единицах, что и равновесную обменную емкость.
Вы читаете, статья на тему Сорбционный процесс золота

Добавить комментарий

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>