Воздушно-сухие иониты, выпускаемые промышленностью, состоят из твердых гранул или бусин размером от 0,5 до 3—4 мм. При погружении в воду иониты набухают вследствие поглощения определенного количества воды. Набухание сопровождается растяжением пространственной сетки смолы и увеличением ее объема (иногда в несколько раз). Способность к набуханию зависит от числа ионогенных групп и поперечных связок. С увеличением числа поперечных связок набухаемость уменьшается (возрастает жесткость каркаса). В случае жесткой структуры стремление к набуханию может привести к растрескиванию смолы.
Проникновение воды в поры ионита обусловлено стремлением ионов, находящихся в порах смолы в высокой концентрации, к гидратации. Набухание характеризуется коэффициентом набухания, равным отношению удельного объема набухшей смолы к удельному объему смолы в исходной форме.
Кроме того, определяют «весовое набухание» — количество поглощенной воды на 1 г сухого ионита.
2 Обменная емкость (или ионообменная способность) смолы
Полная обменная емкость (ПОЕ) характеризует максимальное количество ионов, которое может быть поглощено смолой при ее насыщении. Это постоянная для данной смолы величина, которую можно определить либо в статических, либо в динамических условиях.
Динамическая (рабочая) обменная емкость (ДОЕ) — количество ионов, поглощенных смолой при фильтрации раствора через слой ее до проскока сорбируемого иона.
Рабочая емкость определяется по выходной кривой (Рисунок 78). Она также не является постоянной величиной — зависит от скорости пропускания раствора через смолу, величины зерен смолы и состава раствора.
Площадь, ограниченная выходной кривой и осями координат (S1+S2), отвечает полной динамической обменной емкости (ПДОЕ), площадь S1 соответствует рабочей емкости (до проскока).
Процесс десорбции поглощенного на смоле иона называют элюированием. При осуществлении элюирования в динамических условиях (в колонне) выходная кривая элюирования имеет вид, показанный на рис. 7.2. В результате элюирования поглощенных ионов, если смола достаточно «нагружена», получают элюаты с концентрацией металла в 100 и более раз выше, чем в исходных растворах. Так, например, при исходной концентрации молибдена 0,2—0,3 г/л получают элюаты с содержанием 80-100 г/л Мо (т.е. концентрирование в 300-500 раз). Из растворов содержащих 0,5-2 г/л U, получают растворы с содержание 60-70 г/л U.
Рисунок 78 - Рабочая емкость, кривая элюирования
Операции сорбции и регенерации можно проводить в одних и тех же аппаратах (колоннах) без перегрузки смолы. При использовании низкоосновных смол снижаются капитальные и эксплуатационные затраты в сравнении с применением активированных углей и смол типа АМ-2Б и "Россион-12".
19.3.2 Сорбционное оборудование
Принципиально оборудование для проведения сорбционного процесса извлечения благородных металлов одинаково для смол и углей. Это колонны разного объема, выполненные из различных материалов в зависимости от агрессивности применяемых выщелачивающих растворов. Например, для цианидных растворов используют обычную углеродистую сталь.
Большой объем перерабатываемых продуктивных растворов определяет высокие скорости потока растворов в колоннах, достигающие 60 м3/ч на 1 м2 поперечного сечения колонны.
Обычно в цикле сорбционного извлечения золота из продуктивных растворов для более полного насыщения сорбента процесс проводят непрерывно в трех колоннах в противоточном режиме: растворы поступают в колонну № 1, проходят последовательно далее колонны № 2 и № 3, а сорбент (уголь, смола), свежий или отрегенерированный, загружают в колонну № 3 и затем последовательно порциями перегружают из колонны № 3 до колонны № 1.
Насыщенный золотом сорбент выводят из колонны № 1, объединенный раствор после выхода из колонны № 3 направляют в оборот на кучное выщелачивание после доукрепления реагентами. Насыщенная смола из колонны № 1 поступает в цикл элюирования — регенерации — выделения золота в виде чернового металла.
Элюирование или десорбцию золота с насыщенной смолы проводят в таких же аппаратах-колоннах с обработкой смол различными десорбирующими растворами. Так, для селективной десорбции золота используют растворы тиомочевины (80-90 г/л) в серной кислоте (20-30 г/л) при температуре 60 °С.
Кроме того, в случае высокого содержания примесей в рудах и продуктивных растворах осуществляют селективную десорбцию примесей:
• меди, цинка и никеля — растворами серной кислоты перед десорбцией золота;
• серосодержащих примесей — растворами едкого натра после десорбции золота перед возвращением смолы на стадию сорбционного извлечения.
В этом и заключается регенерация ионообменной смолы, т.е. восстановление ее сорбционных способностей для обеспечения высоких показателей работы в сорбционном процессе извлечения золота из продуктивных растворов.
Растворы после десорбции золота в зависимости от содержания его на смоле имеют концентрацию по золоту от 0,5 до 2 г/л и вступают в стадию выделения товарного продукта — чернового металлического золота. Эта стадия включает в себя следующие операции:
• осаждение гидратов растворами едкого натра и фильтрация осадка с возвратом растворов тиомочевины на стадию десорбции золота;
• удаление примесей из осадка посредством обработки раствором серной или азотной кислоты;
• сушка осадка, смешивание с флюсами и плавка в печах при температуре 1200 °С с получением слитков чернового металлического золота (серебра) или их сплава — сплава Доре.
