Классификация ионитов

СОРБЦИОННАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПРОДУКТИВНЫХ РАСТВОРОВ

Сернокислотный способ подземного выщелачивания приводит к растворению, помимо урановых, и других минералов руд и вмещающих пород, что вызывает загрязнение продуктивных растворов балластными примесями – железом, кальцием, магнием, алюминием, кремнием. Кроме того, примеси содержатся в пластовых водах (кальций, магний, хлор и другие).

Кроме балластных примесей в продуктивные растворы переходит ряд сопутствующих урану ценных элементов, таких как молибден, рений, скандий, ванадий, иттрий, редкоземельные элементы.

Создание большого ассортимента ионообменных материалов со специфическими для каждого конкретного случая их применения свойствами позволило широко и эффективно использовать сорбционные методы в гидрометаллургии при переработке моно- и полиметаллических руд, процессах концентрирования, разделения и очистки тяжелых, цветных и благородных металлов, в процессах очистки сточных вод и сбросных вредных газов, в фармакологии, медицине и др.

Классификация ионитов

Используемые в сорбционной технологии ионообменные материалы можно классифицировать по их структуре и свойствам на ряд групп или классов.

По структуре – на гелевые и пористые.

Гелевые иониты характеризуются большей объемной обменной емкостью, чем пористые, но уступают им по осмотической стабильности, механической прочности. Представители гелевых ионитов - аниониты АМ, АМП, ВП-1А, ВП-3А.

Пористые иониты характеризуются высокой набухаемостью, лучшими кинетическими свойствами, менее подвержены отравлению органическими ионами. Представители – АМ-п, АМП-п, ВП-1Ап и др.

По характеру обмена ионов – на анионообменные, катионообменные и комплексообразующие иониты.

Анионообменные иониты (аниониты) имеют в своем составе анионообменные функциональные группы -. Аниониты в результате реакции ионного обмена способны извлекать из технологических сред полезные компоненты, находящиеся в виде комплексных анионов. Конкурентами являются обычные анионы – нитрат-, хлорид-, сульфат-, бисульфат-ионы и др. Причем, конкурирующее действие их характеризуется разной степенью сродства к сорбенту. Аниониты (сильноосновные, слабоосновные) являются самым обширным классом ионообменных материалов.

Катионообменные иониты (катиониты) имеют в своем составе катионообменные группы - -ОН, -СООН или –SO3Н. Катиониты в результате реакции ионного обмена способны извлекать из технологических сред полезные компоненты, находящиеся в виде катионов. Поэтому катиониты обладают меньшей селективностью по отношению к извлекаемому компоненту, чем аниониты, несмотря на это катиониты широко используются в гидрометаллургии редких и цветных металлов, в водоподготовке, при извлечении ценных элементов из сточных вод и т.д.

Катиониты (сульфатные, фосфатные, карбонатные с полистирольной и полиакриловой матрицей) – достаточно широкий класс ионообменных материалов.

Комплексообразующие иониты (амфолиты) имеют в своем составе функциональные ионообменные группы двух типов - анионообменные и катионообменные.
Амфолиты способны извлекать из технологических сред полезные компоненты, находящиеся как в анионной, так и в катионной форме, например, уран. Широко используются при ионообменном извлечении ванадия, вольфрама, платиновых, цветных и редких металлов.
Амфолиты, также как аниониты и катиониты, могут иметь полистирольную, полигетероциклическую или полиакриловую матрицы.

Согласно научной классификации академика Б.Н. Никольского иониты разделяют на четыре класса, каждый из которых включает в себя как катиониты, так и аниониты.

К первому классу относятся иониты, проявляющие свойства сильных кислот (катиониты) или сильных оснований (аниониты). Характерной особенностью их является то, что обменная емкость их по отношению к различным извлекаемым ионам максимальна и постоянна в широком интервале значений рН среды. Основные представители этого класса - сульфостирольный катионит КУ-2 Сильноосновные аниониты являются сополимерами стирола и дивинилбензола с четвертичными аминогруппами -АМ, АМП. IRA-400.

Ко второму классу относятся иониты, проявляющие свойства слабых кислот (катиониты) и слабых оснований (аниониты). Обменная емкость их по отношению к извлекаемым ионам максимальна только при определенном значении величины рН рабочей среды – высоком для катионитов и низком для анионитов. К этому классу относятся ионит СГ-1, аниониты АН-2ф, ЭДЭ-10п, ВП-1п и др.

К третьему классу относятся иониты, проявляющие свойства смеси сильной и слабой кислот (катиониты) и смеси сильного и слабого основания (аниониты). Характерной особенностью их является наличие двух предельных значений обменной емкости для низкой и высокой величины рН рабочей среды.

К четвертому классу относятся иониты, проявляю-щие свойства смеси многих кислот (катиониты) и смеси многих оснований (аниониты). Характерной особенностью их является постепенное увеличение обменной емкости по отношению к извлекаемым ионам по мере увеличения значения рН среды.
Основные требования, предъявляемые к ионитам
- Полная нерастворимость ионитов в воде и водных растворах.
- Высокая химическая стойкость в растворах солей, кислот, оснований, окислительно-восстановительной среде, при резкой смене среды.
- Наличие достаточно высокой обменной емкости и селективности по извлекаемому компоненту.

- Высокая механическая прочность зерен ионита