Усовершенствование технологий выделения йода из йодных соединений содержащихся в подземных соленых водах

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире йод используется в пищевой и фармацевтической промышленности, медицине и ветеринарии, производстве минеральных удобрений, применяется в химической промышленности в качестве катализатора, при получении некоторых особо чистых материалов, специального стекла и синтетических каучуков. Кроме того, йод является основным фактором для предотвращения эндемического зоба и других видов заболеваний. Поэтому для обеспечения потребности к йоду в республике приоритетной задачей становится разработка совершенной технологии получения йода в промышленных масштабах из основных источников, как подземные гидротермальные воды.
В мире, использованию йодсодержащих ресурсов для производства йода медицинского назначения, уделяется особое внимание. При этом разработка технологии получения йода для востребованной медицинской, пищевой и химической промышленности является одной из актуальных задач. При разработке технологии получения йода на основе подземных солевых вод, содержащих йодные соединения, необходимо обосновывать ряд, в том числе, научных решений в нижеприведенных направлениях: определение оптимальных технологических параметров кинетики и механизма окисления йодид- ионов в буровых водах в кислой среде; выбор окислителей для осаждения йода из йодных концентратов и определение оптимальных условий процесса, а также разработка технологии выделения молекулярного кристаллического йода.
В Республике для обспечения потребности йода в химической промышленности, связанной с медициной, фармацевтикой и ветеринарией, а также, пищевой промышленности для йодирования поваренной соли и для других целей, осуществляются целевые меры по разработке технологии выделения йода из йодных соединений, находящихся в составе подземных солевых вод. В третьем направлении Стратегии Действий развития Республики Узбекистан на 2017-2021 годы определены задачи, ориентированные на «дальнейшую модернизацию и диверсификацию промышленности путем перевода её на качественно новый уровень, направленный на опережающее развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов»1. В этом отношении, разработка технологии получения йода путем окисления йодных соединений в составе подземных солёных вод, воздушная десорбция полученного молекуряного йода, абсорбирование раствором щелочи и кристаллизация в кислой среде приобретает важное значение.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в указах Президента Республики Узбекистан УП-4707 от 4 марта 2015 года «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы», УП-4947 от 7 февраля 2017 года «Стратегия действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017-2021 годах» и Постановлением Президента Республики Узбекистан ПП-3236 от 23 августа 2017 года «О программе развития химической промышленности на 2017-2021 годы» и других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является разработка усовершенствованной технологии получения йода, годной к употреблению из йодных соединений, содержащихся в подземных гидротермальных водах.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
определены форма нахождения йода и количество йодсодержащих соединений в подземных гидротермальных водах скважины «Каттакум-2», «Учкызыл», «Кокайты» и «Уртабулак»;
доказана кинетика окисления ионов йода на основе результатов процесса окисления подземных гидротермальных вод различными окислителями;
определены оптимальные условия десорбции молекулярного йода в результате окисления йодсодержащих подземных гидротермальных вод воздухом с последующей абсорбцией раствором щелочи;
обоснованы технологические показатели окисления йодных соединений, полученных подкислением технологического абсорбционного раствора и кристаллизации молекулярного йода и его отделения;
разработана технология получения йода для удовлетворения медицинских и химических потребностей на основе йодсодержащих подземных гидротермальных солевых вод.
Выводы
1. Изучены содержание и формы нахождения йода в подземных гидротермальных водах скважины «Каттакум-2» Хаудагского месторождения. Установлено, что йод в водах находится в виде йодидов (68-70%), йодатов (12-14%), хлористого йода (8-10%) и в форме молекулярного йода (6-8%). Проведена математическая обработка общего содержания йода по экспериментальным данным. Полученные данные использованы для разработки усовершенствованной технологии извлечения йода из подземных вод.
2. Установлено, что для определения содержания йода и его природных соединений в йодсодержащих водах лучшими аналитическими методами являются титриметрический и потенциометрический методы анализа, отличающиеся простотой техники выполнения, достаточной чувствительностью, экспрессностью и дешевизной. Чувствительность определения йода и его соединений по титриметрическому методу составляет 0,01 мг/л, а по потенциометрическому - 0,02 мг/л. Относительные стандартные отклонения по двум методам составляют 4-5%. Отработана и использована методика контроля извлечения йода потенциометрическим методом применительно к данному объекту.
3. Для окисления соединений йода в исследуемых водах в качестве окислителей были испытаны персульфат натрия, нитрит натрия, гипохлорит кальция и перекись водорода. Получены данные о динамике окисления йодид-ионов перекисью водорода, нитритом натрия и гипохлоритом кальция. В результате сравнительного анализа окислителей, для окисления соединений йода предложены гипохлорит кальция и перекись водорода.
4. Таким образом, доказано, что увеличение минерализации подземных гидротермальных вод в месторождениях «Каттакум-2», «Учкызыл», «Кокайты» и «Уртабулак» при выделении йода из йодсодержащих соединений от 113 г/л до 283 г/л находится в пропорциональной зависимости от расхода количества раствора окислителей и серной кислоты, то есть расход окислителей повышается в 2,5 раза, а серной кислоты-в 1,5 раза.
5. Для осаждения элементарного йода из абсорбента в качестве окислителей были испытаны К2СГ2О7, КСЮ3, Н2О2, Са(СЮ)2, КМпО4 и NaNO2. Установлено, что нитрит натрия и перекись водорода обладают большей экологической безопасностью, доступностью и низкой стоимостью.
Полученные данные позволили оптимизировать технологические процессы.
6. На основании экспериментов и с применением прикладной программы MATLAB определено оптимальное значение рН=2,95 для раствора серной кислоты, которое позволяет выделить с абсорбента 85-90% кристаллического йода.
7. Установлены физико-химические свойства исследуемой гидротермальной воды Хаудагского месторождения и выявлено, что она имеет высокие показатели давления (28 атмосфер), температуры (76°С) и бромидной минерализации (220 г/л).
8. Установлено, что скорость окисления йодид-ионов до элементарного йода значительно превышает скорость окисления йода до йодат-ионов, в связи с чем, десорбция йода в воздушную фазу достигает 94%. Потенциометрическим и Уф-спектрофотометрическим методами установлены механизм выделения йода из растворов абсорбентов и роль окислителей в этом процессе.
9. Выбрана воздушно-десорбционная технологическая схема, включающая поглощение извлекаемого йода раствором щелочи концентрацией (5-8%) йода из гидротермальных подземных вод Хаудагского месторождения Сурхандарьинской области. Проведено усовершенствование способа выделения элементарного йода из исследуемых вод и абсорбентов. В результате достигнуто уменьшение остаточной концентрации йода в абсорбенте с 0,63-0,58 г/л до 0,2 г/л, что позволило дополнительно получить 49 кг йода.
10. Найдены оптимальный технологический режим усовершенствованной технологии извлечения йода из гидротермальных вод и параметры технологического оборудования, которые в дальнейшем подтверждены испытаниями на опытно-промышленной установке завода АООТ «Хаудаг» месторождения «Хаудаг». На основе этих испытаний предложена технология получения йода производительностью до 2,1 т йода в год.
11. Произведен технико-экономический расчет эффективности переработки получения йода из подземных гидротермальных соленых вод, который показал очевидную экономическую целесообразность переработки йода, так как себестоимость производства 1 кг йода по предлагаемой технологии составляет на мировом рынке 30 долларов США, то есть, 30x8200=246000 сум, что в 2,2 раза дешевле по сравнению с ввозимым из-за рубежа продуктом.