способ водоподготовки для гидрометаллургического выщелачивания руд и питьевого водоснабжения

Формула изобретения

1. Способ извлечения ионов ценных компонентов и очистки воды, включающий извлечение из нее посредством ионного обмена катионов и анионов солеобразующих элементов и комплексных соединений, отличающийся тем, что перед ионным обменом раствор подвергают облучению светом преимущественно в ультрафиолетовой области спектра, чем добиваются фотолиза воды и соответственно формирования в ней дополнительных гидроксил-ионов, ионов гидроксония, диоксида и перекиси водорода, а также подавления жизнедеятельности болезнетворных микроорганизмов, бактерий и уничтожения вирусов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор подвергают облучению в ультрафиолетововй области спектра в зоне перехода от анионитовой к катионитовой части ионита.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед ионным обменом наряду с фотолизом проводят электродиализ воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для извлечения ионов ценных компонентов из растворов, а также для очистки воды до кондиций, позволяющих использовать ее в бытовых (питьевых) целях.

Способ включает ионообменное концентрирование ионов ионитами. Новым является то, что раствор перед ионообменным концентрированием облучают светом преимущественно в ультрафиолетовом диапазоне, чем добиваются формирования неравновесного ионно-гидратного баланса, а также подавления жизнедеятельности болезнетворных микроорганизмов, бактерий и вирусов.

Известен способ извлечения ионов ценных компонентов из растворов и очистки воды, где осуществляют подачу ионосодержащих растворов в аппарат, содержащий ионообменный материал (ионит), который поглощает анионы и/или катионы и выделяют в раствор эквивалентное количество гидроксилионов, протонов или других анионов и/или катионов соответственно (Курс общей химии. М. Высшая школа, 1990, с.377-380).

Недостатком данного способа является недостаточно высокая скорость насыщения смолы, обусловленная постепенным достижением близкого к стабильному (равновесному) балансу концентраций ионов гидроксония, гидроксилиона и обмениваемых ионов, а также нестерильность, связанная с накоплением на поверхности зернышек смолы и в межзерновом пространстве органического материала, который является средой накопления и источником питания болезнетворных микроорганизмов и появлением их штаммов, устойчивых к неблагоприятным условиям среды обитания, и, следовательно, более опасных для здоровья человека.

Целью изобретения является повышение скорости насыщения ионита ионами и уменьшения попадания в очищенную воду болезнетворного биологического субстрата за счет опережающего облучения раствора светом преимущественно в ультрафиолетовом диапазоне, что обеспечивает за счет фотолиза воды и преобразования растворенного в ней двухатомарного кислорода в озон формирования в растворе дополнительных гидроксил-ионов, ионов гидроксония и диоксида (пероксида). Образование дополнительных ионов в растворе приводит (до их рекомбинации) к изменениям в локальных областях раствора к неравновесным ионно-обменным процессам. Кроме того, кванты электромагнитного излучения в ультрафиолетовой части спектра, обладая достаточно высокой энергией, передают в момент облучения ионам раствора в ближней к излучателю зоне импульс, чем также создается неравномерное распределение ионов в объеме раствора, а соответственно в последующем и на границе раздела фаз (смола-раствор). Неравновесные условия на границе раздела фаз повышают разность концентраций ионов в локальных зонах, а следовательно скорость диффузии обмениваемых ионов, и соответственно скорость ионного обмена и ионную емкость смолы. Воздействие коротковолнового ультрафиолетового излучения на микроорганизмы, бактерии и вирусы, как известно, вызывает угнетающий эффект, поэтому параллельно с повышением эффективности ионообменного процесса осуществляется и обеззараживание воды.

Способ осуществляется следующим образом.

Содержащая ионы вода (раствор) подается в ионообменную колонну, на входе в которую установлен источник света с излучением преимущественно в ультрафиолетовом диапазоне. При этом в ближнем к источнику слое раствора происходят следующие процессы:

1. Озонирование растворенного в воде кислорода.

2. Фотолиз воды с формированием перекиси водорода, частично диссоциирующей на протон, образующий ион гидроксония и диоксид (пероксид) водорода. Эти соединения нетоксичны и, главное, впоследствии рекомбинируют с образованием воды. Кроме того, происходит перевод части органического субстрата в форму сложных ионов.

3. Миграция ионов растворенных веществ в более глубокие слои.

4. Укрупнение гидратных оболочек ионов и уменьшение их экранирующего эффекта.

5. Обеззараживание воды.

Следующим этапом является поступление раствора с наличием дополнительных ионов в ионообменные колонны, содержащие необходимый набор ионообменных смол (ионитов).

За счет наличия сформированной неравновесной среды происходят следующие процессы на границе раздела фаз (твердая жидкая): усиление колебаний ионов ионита при взаимодействии с поляризующимися молекулами воды, гидратными ионами и ионами растворенных веществ; разрыв связи мобильного иона ионита с ионами матрицы и образование связи с соответствующими гидратными ионами и поляризованными молекулами воды при переходе в жидкую фазу; образование связи иона матрицы с гидратированным ионом противоположного знака, входящего в состав исходного раствора; противонаправленная миграция ионов ионита и поглощенных из раствора ионов в приповерхностных слоях зерен ионитов.

Конечным итогом изложенных выше процессов является обеззараженная и очищенная от ионов вода, достигаемым по сравнению с прототипом, меньшим удельным количеством ионитов за счет повышения скорости процесса и его сорбционной емкости.

Для усиления эффекта и обеспечения регенерации ионитов проводят мембранный электролиз (электродиализ) с продуцированием во втором случае гидроксил ионов для анионита и ионов гидроксония для катионита.

Причем в зависимости от ионного состава и газонасыщенности исходного раствора электродиализ как активирующий так и регенерирующий, целесообразно осуществлять или до фотолиза воды или после него.