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大孔树脂吸附法从卤水中提取碘的工艺研究
引 言
碘是卤族元素之一，亦是生命所必需的微量营养元素。广泛用于医药、染料、石油、有机合成和感光材料等工业部门的重要化工原料，同时也是一种常用的催化剂和化学分析试剂，更是人体和动植物中不可缺少的元素之一。但碘在大自然中很少，仅占地壳总重量的一千万分之一。
自然界中的碘是以化合物形式存在，碘的化合物大都溶于水，因此碘随水的流动而转移。淡水中的含碘量取决于流经地区岩石、土壤中的含碘量。降水的冲刷淋滤作用带走土壤中的碘并流进江、河、湖，最终汇入大海。
我国卤水资源极为丰富，并且很大数量尚未充分利用。
目前世界各国绝大部分碘是由海藻灰或智利硝石的母液，加入亚硫酸氢钠经还原制得。而我国在工业上曾采取淀粉法、活性炭法、溶剂萃取法和空气吹出法从某些海藻灰浸取液，地下卤水或制盐母液中提取碘。但空气吹出法耗电多，对能源的消耗很大，其它方法产率低，不适宜低温生产且必须建厂于原料集中的地方。这些都极大地限制了这些方法的广泛应用。寻找一种成本低、效果好的提碘方法势在必行。
七十年代初期国内就有人开始了对树脂吸附方法的研究，并已显露出许多独特的优点，大有逐步取代其它制碘方法的可能。
增加树脂的种类，增大吸附能力和进一步降低成本，以满足大量生产的需要是当前树脂吸附法中亟待解决的问题。
随着工业化的发展，不断研制出了使用寿命长、交换能力强、反应速度快等优点的新型树脂，为碘的提取创造了有利条件。
本实验采用阴离子树脂吸附法从卤水中提取碘。通过实验，考察并选择了提碘全过程的最佳条件，确定了工艺流程，提取了产品纯碘，为树脂法海水提碘的工业化生产提供了必要的数据。
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大孔树脂吸附法从卤水中提取碘的工艺研究
一、 文献综述
（一）概述
碘,是法国巴黎的一位药剂师别尔恩加尔特·库尔图阿在1811年从海藻中发现的。纯净的碘，是紫黑色有光泽的片状晶体，它的希腊文的原意，便是“紫色的”意思。碘
微溶于水,易溶于酒精、乙醚、氯仿、四氯化碳、二硫化碳等有机溶剂[1]，形成有色溶液。
碘是生命所必需的微量营养元素[2] 。广泛用于医药、染料、石油、有机合成和感光材料等工业部门的重要化工原料，同时也是一种常用的催化剂和化学分析试剂[3]。近年来，我国利用碘和钨的化合物--碘化钨，制成碘钨灯。大家知道，普通的白炽灯泡中的灯丝是用钨做的。通电时，灯丝温度越高，发光效率也越高。但是，温度高了，钨丝就更易挥发，寿命也就缩短。在碘钨灯中，钨丝上附着一层碘化钨。通电后，当灯丝温度高于1400℃，碘化钨就受热分解，变成碘与钨。钨留在灯丝上，而碘是极易升华的元素，便立即充满整个灯管。当钨丝上的钨受热蒸发，扩散到管壁上，若管壁温度高于200℃，碘即与钨作用生成碘化钨。碘化钨扩散到灯丝，又受热分解，钨粘附于钨丝，而碘又升华到灯管各部分。如此循环不已使钨丝保持原状，使用寿命也很长。碘钨灯具有体积小、光色好、寿命长等优点。
国外有关专家将碘作为抵抗核放射和电子辐射的最好朋友，也就是说，充足的碘能够在血液循环中帮助我们达到抵制辐射致癌的目地。它的作用主要是通过甲状腺激素表现出来的。其生理剂量的甲状腺可促进糖与脂肪的生物氧化，转移多余的脂肪，从这一方面说，它对减肥有一定的帮助。同时，碘还可以促进身体的适度发育，增强反应的敏捷性，预防智力过早迟钝。有很多地区的儿童因为缺碘而引起甲状腺疾病，俗称“大脖子”病。
碘在大自然中很少，仅占地壳总重量的一千万分之一。自然界中的碘是以化合物形式存在，碘的化合物大都溶于水，因此碘随水的流动而转移。淡水中的含碘量取决于流经地区岩石、土壤中的含碘量，降水的冲刷淋滤作用带走土壤中的碘并流进江、河、湖，最终汇入大海。卤水中碘含量很低，有大量的氯、溴离子共存。地下卤水中碘的含量是：25mg/L左右，所以总量巨大的卤水含碘极为丰富和稳定，素有“碘库”之称[4，5]。
（二）制碘工业的国内外研究进展
日苏美等国利用油田水、气田水提碘,其中碘含量10～60mg/l【6、7】。中国四川井卤含碘10～40mg/l，智利硝石矿中碘含量0.02％～1％，海藻中碘含量0.02％～0.5％（以干基计），海水中碘含量50微克/升—60微克/升，目前中国仍以海带为提碘原料,
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大孔树脂吸附法从卤水中提取碘的工艺研究
从地下卤水中也提取少量碘。工业产品有碘化钾、碘化钠、碘化银、碘酸钾等。1983年世界碘产量约12.7kt。
生产方法：从油田水、气田水、卤水、海带浸泡液等原料中提取碘的方法有：空气吹出、碘化铜沉淀和用活性炭等。所有这些方法第一步都是将原料液中的碘离子氧化成游离态碘分子，然后采用不同方法使其与料液分离。
空气吹出法：适用于处理含碘量较高的卤水。如四川井卤制硼酸后的母液，含碘量 400mg/l，先加酸酸化，氯气氧化，用空气吹出游离碘，并以二氧化硫水溶液吸收，再通氯气氧化析出碘，精制得产品。
碘化铜沉淀法：将酸性卤水与硫酸铜、硫酸亚铁反应,沉淀出碘化亚铜,经分离、干燥、蒸馏得游离碘。该法铜耗量大，且需采用复杂的工艺和设备回收铜，工业上很少采用；活性炭吸附法：这是从卤水中提碘最早采用的方法。卤水先酸化，通氯气氧化，游离碘用活性炭吸附，再用碱液浸泡或煮沸活性炭，使制成碘化钠溶液，同时也使活性炭再生以便循环使用，再酸化通氯析出碘，精制得产品。从天然硝石矿中浸取硝石时得到的母液含有钠的碘化物和碘酸盐，用亚硫酸氢钠或亚硫酸钠处理能得到游离碘。
国外在海藻中提取碘的方法主要是氧化—离子交换法，由于海藻产量有限，碘的收率约为60%，所以碘的常量不多【8】。而我国在工业上曾采取淀粉法、活性炭法、溶剂萃取法和空气吹出法从某些海藻灰浸取液，地下卤水或制盐母液中提取碘。但空气吹出法耗电多，对能源的消耗很大，其它方法产率低，不适宜低温生产且必须建厂于原料集中的地方。这些都极大地限制了这些方法的广泛应用。寻找一种成本低、效果好的提碘方法势在必行。
[9]
（三）制碘工业的发展趋势
在地下卤水溶液中加入复合氧化剂作为氧化反应氧化剂，用空气吹出其中的分子碘，然后用含SO2酸性溶液吸收，吸收液的pH值在1～6之间，再加入双氧水，使碘析出，过滤和分离，得成品碘。本实验提取碘的原料，选择地下卤水中碘的含量通常为20～30mg/L。如选用复合氧化剂，可以提高氧化剂的效率，经试验，加入五氧化二钒后的双氧水，可降低30％左右的氧化剂用量。可以对低含量的碘进行提取，扩大了提取碘的原料的选择范围。我国科研人员从七十年代初期就开始了对树脂吸附方法的研究。吸附树脂多为苯乙烯型或2-甲基丙烯酸酯型,理化性质稳定,不溶于水、酸、碱及常用有机溶剂
[10]
。大孔吸附树脂既能通过表面作用和形成氢键来产生吸附作用,同时其本身的多孔状
结构又具有筛选作用,吸附和过筛作用以及本身的极性使得大孔吸附树脂具有吸附、富集、分离不同母核结构化合物的功能[11-14]。该法耗电、耗煤极少，设备简单，操作方便，
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大孔树脂吸附法从卤水中提取碘的工艺研究
易于实现机械化、自动化，又适宜低温生产，且只要求原料相对集中。因此这种方法一出现就引起了行家们的普遍关注。现在该方法已取代其它方法成为工业制碘的主要方法。但从前的研究仅限于普通树脂717型和201×7型。曾经还有人用南开大学化工厂生产的D201大孔树脂提取过卤水中的碘，但这几种树脂的吸附量不是很大，成本相对较高。随着工业化的发展，使用寿命长、交换能力强、反应速度快等优点的新型树脂不断的被研制，为碘的提取创造了有利条件[16]。其中大孔吸附树脂是一类新型的非离子型高分子吸附剂，树脂通常依其极性分为非极性、弱极性、极性三类，树脂的结构一般为苯乙烯、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、丙烯酸或氧化氮类。树脂吸附性
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能的优劣是由其化学和物理结构决定的。
（四）本实验的研究方法
本实验主要通过大孔强酸性苯乙烯系高分子弱极性阳离子交换树脂(D61型)吸附法提取卤水中的碘
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。通过对酸化条件、氧化条件、流速、解吸及再生条件的不同选择，
寻找出吸附、解吸及不同树脂再生的最佳条件，确定生产碘素的工艺流程，为树脂法提碘的工业化生产提供必要的可用数据。
（五）本实验研究的目的和意义
我国卤水资源十分丰富，尚有85%未被利用。为了综合利用卤水，开发卤水资源，解决目前缺碘问题，并进一步降低碘产品成本，研究树脂吸附法提取海水中碘的技术具有非常重要的意义。
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