单程离子交换生产混合阳离子吸附剂制造技术

本发明专利技术涉及生产经过混合阳离子交换的吸附剂的改进方法，它涉及单程离子交换。将原料（未交换的）沸石用所需要的被弱吸附的和被强吸附的阳离子的组合的基本上化学计算量的和过量的溶液处理，使得所得到的沸石具有所需的混合阳离子组成，同时消耗较少量的被弱吸附的阳离子。离子交换后处理包括可任选的平衡步骤以确保得到均匀的吸附剂和可任选的洗涤步骤。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
单程离子交换生产混合阳离子吸附剂本专利技术涉及经过阳离子交换的吸附剂的生产方法，更具体地讲，本专利技术涉及生产经过阳离子交换的沸石吸附剂的一步连续离子交换法。已知有许多技术通过现有的钠和/或钾沸石的离子交换制造混合阳离子沸石例如钙-锂沸石。目前生产混合阳离子沸石的工艺需要一系列复杂并昂贵的连续的离子交换步骤，其中，“原料”(即未处理过的)沸石中的离子与其它离子交换，产生具有所需吸附剂性能的混合阳离子沸石产品。在先技术采用两种基本方法生产包含混合阳离子的离子交换材料。在第一个方法中，将原料(未处理过的)沸石批料与含有待引入该产品沸石的35离子的水溶液进行交换。调节该水溶液(本领域中称作“盐水”)的离子组成，使与在该混合阳离子沸石产品中所需的离子浓度相平衡。在第二个方法中，用快速并连续的逆流步骤代替了缓慢且效率低的分批交换步骤。在该方法中，将未处理的沸石与含有待引入产品沸石中的混合阳离子的盐水连续逆流交换。该盐水的离子组成又与该混合阳离子沸石产品中所需的离子浓度相平衡。该在先技术方法或者需要使用额外设备并耗时的多步骤程序，或者需要大量的盐水，这要浪费有用的阳离子。该在先技术方法见Chao5174979和Milton 2882244。本专利技术的目的在于提供用于生产吸附剂例如混合阳离子沸石20的一步离子交换法，该方法没有上述在先技术方法的一个或多个缺-->点。本专利技术的另一个目的是提供一种离子交换法，该方法允许将昂贵的阳离子的用量降低，并能减少在废盐水溶液中的有用阳离子的损失。本专利技术的又一个目的是提供制造经过混合阳离子交换的沸石的方法，该经过混合阳离子交换的沸石与由在先技术方法制得的相比，具有改进的(更均匀的)阳离子分布。本专利技术的再一个目的是提供一种阳离子交换法，与在先技术的方法相比，该方法能降低成本和操作时间。根据下面的说明、权利要求和附图，这些目的和其它目的对本领域技术人员将更易明了。本专利技术的方法在一个连续逆流离子交换的单独步骤中从可离子交换的吸附剂材料例如沸石中除去一种或多种离子，并将这些离子用两种或更多种所需离子代替。于是，基本上所有的可离子交换位点均被一种或多种不合需要的阳离子占据的“原料”沸石被转化成两种或更多种所需离子已置换大多数或基本上所有不合需要的阳离子的产品沸石。这通过在连续逆流接触器中用进给盐水离子交换来实现，所述盐水含有预定浓度的所需阳离子，其中，该盐水的离子组成与产品沸石不相平衡。该盐水含有基本上化学计算量的被较强地吸住的阳离子(一种或多种)，而被最弱地吸住的阳离子则以足以克服对于该阳离子不利的平衡和传质阻力的过量供给。平衡步骤(和加工阶段(process stage))可任选地设置以确保在产品沸石中均匀的阳离子分布。此外，可任选地设置洗涤步骤以在平衡步骤后(或若没有平衡步骤，在交换步骤后)洗涤该沸石。图1是说明本专利技术方法的流程图，包括可任选的平衡步骤和洗涤步骤。-->图2是说明本专利技术的洗涤步骤的流程图。如图1中所示，本专利技术方法将含有一种或多种不合需要的阳离子的原料吸附剂(101)转化成含有任何所希望有的阳离子组合的产品吸附剂(501)。本专利技术采用与一种含有计算量的所需混合阳离子的进给盐水组合物(1003)的一步连续逆流离子交换(在接触器1中)。该经过离子交换的吸附剂可被平衡(在阶段4)以达成通过该处的阳离子的均匀分布，并可将平衡过的吸附剂洗涤(在阶段5)以除去用过的盐水。该离子交换操作产生含有来自该进给盐水原不合需要的阳离子和未利用的阳离子的尾盐水(102)。一个可任选的回收装置(图1中表示为R1)可用于自该尾盐水(102)中回收一些未利用的特别贵的阳离子成分重新(通过液流801)用在该进给盐水组合物中。残余的低成本盐(802)可被废弃或用作它用。一个可任选的离子浓缩器(在图1中以Cl代表)可用于自用过的洗涤水(503)中回收残留的有用的盐(901)。将废水(902)弃去。下面将详细讨论本专利技术方法的各个步骤。A.离子交换如图1所示，本专利技术方法的第一(且仅仅是离子交換)步骤包括具有不合需要的一种阳离子或一组阳离子的原料吸附剂(101)的离子交换，将其转化成具有一组两种或更多种合乎需要的阳离子的产品吸附剂。该步骤在移动床逆流接触器1中进行。原料吸附剂(101)在接触器1的入口2进入，通过该接触器传输，并通过该接触器的出口3作为经过离子交换的吸附剂103离开。进给盐水组合物(1003)逆向于吸附剂(101)在盐水插入口3’进入该接触器中，所述进给盐水含有计算量的至少一种被选择性较强的阳离子(例如Ca)和至少一种被选择性不太强的阳离子(例如Li)以提供要引入35原料吸附剂(101)中的所需混合阳离子。该进给盐水流过接触器并-->与该吸附剂流接触，对该吸附剂进行离子交换。离子交换后，将该盐水(现所需阳离子已贫化)从该接触器的吸附剂加料端作为尾盐水(102)在盐水出口2’排出。该进给盐水中的阳离子通过以不同的速率的离子交换置换该吸附剂上的阳离子，所述速率取决于该吸附剂束缚特定离子的亲合力。在该进给盐水中被选择性最强的阳离子(例如Ca)在或者靠近该进给盐水(1003)的进入端3’处被迅速吸附进入该吸附剂颗粒中。若这些被选择性较强的阳离子到该沸石离开该接触器时已经以基本上化学计算的量存在，则该被较强地吸住的阳离子将置换适当比例的被选择性不太强的阳离子(例如Li)，使得在3从该接触器排出的经过离子交换的吸附剂具有合格的总阳离子组成。(“基本上化学计算的”指足以满足略多于补偿该阳离子的损失的所需沸石的组成需要的阳离子的量。)已与正在排出的吸附剂接触过的进给盐水将比较快地在阶段1中耗尽该被选择性较强的阳离子，于是将基本上只含有被选择性不太强的阳离子(例如Li以及不合需要的阳离子(例如Na))。通过在该盐水中以远远超过化学计量和平衡的量提供该被不太强地吸住的阳离子，当该进给盐水流向21时，能达到较快的离子交换。该关键阳离子的供给量一般应能使所加的阳离子的总当量大约在该吸附剂接纳它们的总容量的4-12倍范围内，优选大约6-9倍。(应当理解的是，若有两种以上所需阳离子，则基本上化学计算量将仍然35用于能被强力吸住的阳离子(一种或多种)，例如Ca和/或Mg和/或Sr。该被不太强地吸住的阳离子例如锂将是准备过量使用的那种阳离子。)因此，被选择性不太强的阳离子被束缚在该接触器的离盐水入口处3’较远的某些部位的吸附剂上。当该盐水在所有的其它离子均已被束缚在该吸附剂上之后流过接触剂时，来自进给盐水的被选择性最不强的阳离子类(例如Li)仍留在溶液中。流向盐水出口2’的盐水流现在含有与进给盐水一起被输入的所-->有的被选择性最不强的阳离子，外加已由原来在进给盐水中的被选择性强的阳离子从沸石流中置换的所有阳离子。在较靠近吸附剂入口2的接触器部分中，被选择性最不强的阳离子最后置换该原料吸附剂中被认为是不合需要的阳离子。大部分过量的被选择性最不强的阳离子类(除去传输损耗)将仍留在该盐水流中，并同从该原料吸附剂上置换的阳离子类一起出现在尾盐水(102)中。若该被选择性最不强的阳离子类是有用的，如在是锂的情况下，可将其相当一部分回收，然后将其加至进给盐水中重新使用。在图1中，不合需要的离子(例如钠)在回收装置R1中被从该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产经过混合阳离子交换的具有预定的阳离子组成的吸附剂的方法：由含有至少一种不合需要的离子的未交换过的吸附剂出发，将其用下列阳离子基本上置换所述至少一种不合需要的离子：（ｉ）至少一种被所述吸附剂弱吸附的合乎需要的阳离子：和（ｉｉ）至少一种被所述吸附剂强吸附的合乎需要的阳离子，该方法包括一步连续离子交换步骤，包括：使包含所述未交换过的吸附剂的吸附剂流与含有基本上化学计算量的所述被强吸附的阳离子和超过化学计算量的所述被弱吸附的阳离子的盐水流接触，所述各量的组合足以能从所述未 换过的吸附剂中置换不合乎需要的离子；产出具有所述预定的阳离子组成的经过混合阳离子交换的吸附剂。

【技术特征摘要】
US 1995-3-2 3986231.一种生产经过混合阳离子交换的具有预定的阳离子组成的吸附剂的方法：由含有至少一种不合需要的离子的未交换过的吸附剂出发，将其用下列阳离子基本上置换所述至少一种不合需要的离子：(i)至少一种被所述吸附剂弱吸附的合乎需要的阳离子：和(ii)至少一种被所述吸附剂强吸附的合乎需要的阳离子，该方法包括一步连续离子交换步骤，包括：使包含所述未交换过的吸附剂的吸附剂流与含有基本上化学计算量的所述被强吸附的阳离子和超过化学计算量的所述被弱吸附的阳离子的盐水流接触，所述各量的组合足以能从所述未交换过的吸附剂中置换不合乎需要的离子；产出具有所述预定的阳离子组成的经过混合阳离子交换的吸附剂。2.按照权利要求1的方法，其特征在于其中所述被强吸附的阳离子选自钙、镁和锶。3.按照权利要求1的方法，其特征在于其中所述被弱吸附的阳离子是锂。4.按照权利要求1的方法，其特征在于它还包括通过使所述吸附剂与包含所需阳离子的平衡水溶液接触足以确保该经过混合阳离子交换的吸附剂中阳离子均匀分布的一段时间而将所述经过阳离子交换的吸附剂平衡，由此产出平衡的混合阳离子交换的吸附剂。5.按照权利要求1的方法，其特征在于它还包括洗涤所述经过混合阳离子交换的吸附剂。6.按照权利要求4的方法，其特征在于它还包括2次洗涤所述的平衡过的吸附剂。7.权利要求1的方法，其特征在于其中所述的吸附剂是沸石。8.权利要求1的方法，其特征在于其中所述的不合乎需要的阳离子选自钠、钾及其混合物；所述的被弱吸附的阳离子是锂，而所述的被强吸附的阳离子选自钙、镁、锶和其至少两种的混合物。9.权利要求8的方法，其特征在于其中所述的经过离子交换的吸附剂含有不大于5％的钠。10.权利要求9的方法，其特征在于其中所述经过混合阳离子交换的吸附剂的交换的离子含量在5-95％锂之间，剩余...

【专利技术属性】
技术研发人员：FW利维特，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]