33 Сурет – Балқыған тұздарда сұйық анодпен және катодпен металдарды электролиттік тазартуға арналған электролизер сұлбасы.

Қиын балқитын металдарды, олардың балқу нүктесінен төменгі температурада балқы­ған тұздарда электролиттік тазарту тиімді болды. Бұл титанға, циркониге, ниобиға, берилл­лийге және басқ. қатысты. Мысалы, хлоридті балқымаларда берилийдің электролизбен алы­нуын хлорлы бериллийдің сілтілі немесе сілтіліжерлі металдар тұздарымен қоспасынан жүргізеді, оның потенциалы берилий хлоридіне қарағанда біршама жоғары. Бұл қоспалармен ластанбаған бериллий алуға мүмкіндік береді. Электролит ретінде жеңіл балқушы қоспа алы­нады, ол теңдей салмақты мөлшердегі ВеCl₂ және NaCl тұрады. Бұл қоспа ВеCl₂–NaCl жүйесінде эвтектикаға жақын және балқу температурасы 250 ^оС жуық. ВеCl₂ ыдырау кернеуі NaCl салыстырғанда едәуір төмен, сондықтан катодта металдық бериллий басым бөлінеді, анодта – газ тәрізді (ЕВеCl₂ = 2,08 В; Е_NaCl = 3,15 В).

Бериллий электролизі 350 ^оС температурасында жүргізіледі, яғни оның балқу нүктесі­нен біраз төмен, және сондықтан металл катодта кристалдар түрінде бөлінеді. Элек­тро­ли­зер ас­бесттік қымтағышы бар никельдік қақпақпен жабдықталған никельді тигельден тұрады. Ти­гельдің қабырғасы катод ролін атқарады, ал фарфор өзек анод қызметін атқарады. Газ тәріздес хлор қақпақ арқылы құбыршамен кетеді. Металдық бериллийдің дендриді тигел қа­бырғасында шөгеді. Бериллий кристалдарын бөліп алады, суық суда, әлсіз күйдіргіш натр ерітінділерінде, азот қышқылында жуады. Ток бойынша бериллий шығысы – 60–65 %. Алынған бериллий кристалдарының қауышпалары брикеттерге престеледі және 1400 ^оС темпера­ту­рада, берилий оксидінен жасалған тигельдерде сутегі атмоферасында қайта балқытады. Ұшқыш қоспаларды аластау үшін бериллийді вакуумдық электрпеште қайта балқытады. Та­зар­тылған бериллий 99,8 % Ве тұрады.

Электролиттік тазартылған металдар бірқатар жағдайларда өзінің тазалығы бойынша жауапты салаларда қолдануға жарамды болады (электротехникада, электрондық техникада жә­не басқ.), бірақ оларды қосымша тазартуғада болады, мысалы вакуумда қайта балқытумен.

Ионалмастырушы және экстракциялық процестер

11.3 Ионалмастырушы процестердің негіздері

Сорбцияның гидрометаллургияда қолданылуы атомдық техниканың дамуымен байла­ныс­ты, бұл жерде оны жоғары тазалықты трансурандық элементтерді алу үшін қолданады. Соңғы 30–35 жылдың ішінде ионалмастырушы процестер гидрометаллургияда маңызды роль ат­қара бастады, бұл бірінші кезекте оның уран технологиясында кеңінен қолданылуымен бай­ланысты.

Шөгіндіге түсіру процесінен айырмашылығы, ион алмасудың қымбат реагенттер шығы­ны­ның болмауымен, жоғары талғамалылығы мен және бөліну тазалығымен; осы талғам­ды­лы­ғын ортаның рН өзгертумен, тотығу-тотықсыздану жағдайларын өзгертумен кешентүзумен икемді реттеу мүмкіндігінің болуымен; аппаратуралық жабдықталуының қарапайымдылығы мен жинақылығымен; автоматтандыруды кең қолданумен үздіксіз процесті жүзеге асыру мүмкіншілігімен, сорбенттің көп рет қолданылуымен және т. б. сипатталуында.

Ионалмастыру процестерін бірқатар есептеді шешуде қолданады:

1) кедей ерітіндіден металдарды селективті бөліп алу;

2) бөліп алынатын металдың ерітіндісін шоғырландыру (мысалы, уранды ерітінділерден бөліп алу кезіндегі уран кенінің шаймалануы, металлургия өндірісінің тастанды ерітінділерінен түсті және сирек металдарды бөліп алу);

3) қасиеттері бойынша жақын элементтердің бөлінуі (СЖЭ) – Zr және Hf, Ni және Co және басқ.;

4) жоғары тазалықты және тұщытылған су алу;

5) әртүрлі өндіріс ерітінділерін қоспалардан тазарту, ақаба суларды зиянсыздандыру.

Ион алмасу – бұл екі электролит арасындағы иондардың алмасулары. Ион алмасу ионит пен ерітіндінің ион алмастыруының химиялық реакциясын көрсетеді.

Қосарлы алмасудың гетерогендік реакциясы келесі түрде көрсетіле алады:

RH + NaCl ↔ RNa + HCl , (86)

немесе

R₁OH + NaCl ↔ R₁Cl + NaOH , (87)

мұндағы R және R₁ – катионит пен аниониттің сәйкес матрицалары;

Н⁺ және ОН^- – қарсы иондар. Сызықпен қатты фазалар белгіленген.

Ион алмасу кезінде реакциялар екі фазаның шекарасында өтеді – қатты және сұйық. Ион алмасу, ерітіндіден сорбцияланған заряд белгісіндегі иондардың эквиваленттік мөлше­рінің ерітіндіге бөлінуімен жүреді. Кейбір жағдайларда ион алмасу адсорбциямен қатар өтеді. Ерітіндіден қандайда бір қосылыстың қатты затпен сіңірілу табиғатын анықтау күрделі болған жағдайда (ион­ алмасу немесе ад­сорб­ция), процесс жай «сорбция» деп аталады.

Ионалмастыру процесі металл иондарының концентрациясы 1 % немесе одан төмен болғанда күшті сұйытылған ерітінділермен жұмыс істеу кезінде тиімдірек болады.

Ионалмастырғыш материалдар – табиғи және жасанды, органикалық және орга­ни­калық емес, қатты және сұйық, суда және басқа еріткіштерде ерімейтін дерлік поли­элек­тролиттер, сулы ерітінділерде тұрақты тұздардың, қышқылдардың және сілтілердің дамыған бетті жоғарымолекулярлық заттары, олар өз құрамында ионогендік топтарға ие, ерітін­ділердегі ион­дармен алмасуға қабілетті. Катион- және анионалмастыру қасиеттерінің айқындалу қабі­леттіктері бойынша оларды сәйкес катиониттер және аниониттер деп атай­ды. Бұл екі топтан өз­ге амфолиттер болады, олар катиониттер мен аниониттердің қасиет­теріне бірмезгілде қатар ие болады .

Иониттер әртүрлі белгілері бойынша топтарға бөлінеді. Құрамы бойынша – ­ор­гани­калық емес және органикалық; дайындалу әдісі бойынша – табиғи және син­тетикалық.

Органикалық емес (бейорганикалық) иониты. Табиғи минералдық сорбенттер, жалпы ал­ғанда, ка­тионалмастырушы қасиетке ие. Бұл дала шпаты, сазды минералдар, әртүрлі шайыр­лардың туындылары, цеолиттер (алюмосиликаттар) және басқ. Бұл заттардың катион­алмастырушы қасиеттері, қағида бойынша, Na₂O ^. Al₂O₃ ^. nSiO₂ ^. mH₂O (мұндағы n және m – ауыс­палылар) типті алюмосиликаттарға шартталған. Цеолиттер, мысалы, кезектесетін крем­ниоттегілі (SiO₄^4-) және алюмооттегілі (AlO₄^5-) тетраэдрларда құрылған. Олар шыңдарында жалпы оттегілік атомдармен қосылысқан. Силикатты торда Si⁴⁺ ионының бір бөлігі Al³⁺ ал­мастырылған. Осының салдарынан цеолит торы теріс элек­тр зарядын әкеледі. Ол сілтілі жә­не сілтіліжер металдарының оң зарядтарымен орынын толтырады. Олардың иондары белгі­ленген орынға жайғаспайды және тор құрылымында еркін қозғалады. Торда қозғалыстағы оң ион­дардың қатысуының нәтижесінде цеолиттер катиондарды алмастыру қабілетіне ие бо­ла­ды. Табиғи анионалмастырушылар, мысалы, апатит [Ca₅(PO₄)₃]OH. OH^- тобы қарсы ион ро­лін атқарады.

Синтетикалық органикалық емес сорбенттерге жасанды алынған қосылыстарды жат­қыза­ды: силикагелдер, пермутиттер, бірқатар металдардың қиын еритін оксидтері мен гид­рок­сидтері (алю­минидің, хромның, қалайының, цирконидің, титанның және басқ.). Силика­гель – су молекулаларының мөлшері әртүрлі болатын кремний диоксиді: SiO₂ ^. nH₂O. Оның қаң­қасының беті гидроксилдік топтармен жабылған

OH OH OH

– Si – O – Si – O – Si –.

Силикагельдердің катионалмастырушы қабілеттіктері сілтілі ортада гидроксильдік топ­тар сутегісінің металдар катиондарымен алмасу жолымен айқындалады.

Пермутиттер – катионалмастырушы сорбенттер – жасанды алюмо­силикаттар. Оларды алю­миний мен кремний құрамды қосылыстарды балқыту арқылы алады.

Органикалық иониттер. Ионалмастырушы шайырлар – ионалмастырушы қасиеттері бар жасанды жоғарымолекулярлы органикалық полиэлектролиттер.

Табиғи текті органикалық иониттерге жататындар: шымтезек, кейбір көмірлер, көмірді, шымтезекті, лигнинді және әртүрлі алынған целлюлозаны (ағаш, қағаз, мақта, мата, жеміс дә­не­гі) сульфирлеу және фос­форлау өнімдері. Оларды алдын ала химиялық өңдеуден өт­кіз­ген соң қолданады.

Металлургиялық процестерде қолдану тұрғысынан ең маңыздысы син­те­тикалық ионалмастырушы шайырлар – жоғарымолекулярлы кеуекті полимерлер. Олар матрицадан (қаңқадан) – оң немесе теріс заряд тасушы (қозғалыссыз иондар– полииондар), және қарсы иондардан (иондар Н⁺, ОН^-, Meⁿ⁺, А^m- және т.б) тұрады, соңғылар полиионның зарядының орынын толтырады және қозғалысты болады.

Олар ерітіндіде болатын басқа иондарменде алмасуға қабілетті – катиондармен. Белгіленген ион қарсы ионмен байланысты және сонымен бірге ионогендік топты құрады, оларды көбінесе активті немесе функционалдық топ деп атайды.

Иониттерді көбінесе қышқылдар немесе негіздер түрлерінде қолданбайды, ал оларды тұздық нысанға «зарядтайды». Катионит келесі түрде болғанда, мысалы, NaR немесе MgR₂. Ал анионит – RCl, R₂SO₄ және т.б. Бұл жағдайда электролиттің коиондарымен алмасушы қарсы иондар Na⁺, Mg²⁺, Cl^- және SO₄^2- болып табылады.

Активті топ болатындар: – SO₃Н, – SO₃Na, – COOH, – PO₃H₂, – AsO₃Na₂, – NH₃Cl, = NOH және басқ.

Электролиттер ерітінділерінде (дис­социация процесі) иондар түзу қабілеттігіне байла­ныс­ты, шайырларды, диссоциация дәрежесіне тәуелді әлсіздер және күштілер деп бөледі. Күш­ті қышқылдылар деп – PO₃H₂, – SO₃ топтары болатын катиониттерді, ал әлсіз қышқыл­ды деп – фенолдық топтарды – ОН және – СООН топтарын атайды.

Күшті негізді анионит­тер топтардан тұрады, мысалы – NR₃OH, жақсы диссоциацияланатын сирек аммонилі не­месе пи­ри­динді негіздер. Мұндай шайырлар аниондарды тек қышқыл емес, сонымен қатар сіл­тілі де орталарда алмастыруға қабілетті. Әлсіз негізді ани­о­ни­ттер бастапқы, қосарлы және үштікті аминотоптардан тұрады, олар әлсіз негіз болады және рН 7 төмен кезде ыдырайды.

Ионалмастырушы шайырларды синтездеу үшін органикалық қосылыстардың мономер­лік молекулалардың полимерлену немесе поликон­ден­сатталу про­цестерін қолданады. Бұл өза­ра әрекет молекулалардың көмірсутекті тізбектердің кеңістікті торының пайда болуына әке­леді.

Стирол мен дивинилбензол негізінде алынған шайырлар кеңінен тараған, стиролды по­лимерлеу нәтижесінде сызықты полистирол пайда болады:

– СН₂ – СН– СН₂ –СН –СН₂ ­–СН – СН₂ –

| | |

Егерде дивинилбензол қосса, көлденең байланысты матрица алынады, яғни тігілген полимер:

…– СН₂ – СН –СН₂ –СН –СН₂­– СН – СН₂ –…

| | |

|

…– СН₂ –СН –СН₂ –СН –СН₂­–СН – СН₂ –CH –CH₂ –…

| | |

| |

… – СН–СН₂ –СН–СН₂­ –СН – СН₂ –…

|

Сополимер түйірлерін концентрленген күкірт қышқылымен өңдейді (суль­фи­рлейді), бұл кезде сульфоқышқылдар түзіледі – ионо­генді сульфотопты катиониттер – SO₃H.

Ионогендік топтар гидрофильді. Сумен жанасу кезінде бұл топтар еріп кетуге ұм­тылады. Су ерітіндісінде шайырлардың ерімеуіне көмірсутек тізбектерін байланыстыру үшін көлденең байланыстырғыштар енгізу арқылы жетеді. Көлденең байланыстар, немесе тігу дәрежесі депте атайды, құрамы шайырдың физикалық қасиетін анықтайды.

Сумен жанасу кезінде ионит ісінеді, бірақ суда және басқа ерітінділерде ерімей қалады.

…– СН₂ –СН – СН₂ –СН– СН₂­–СН – СН₂ –…

| | |

| |

SO₃H SO₃H

…– СН – СН ₂ – СН ­– СН₂ – СН –…

| |

|

… – СН–…

Тігілген полистиролдың түйірлерін хлорметилді эфирмен хлорлы сутегі және ката­лиза­тор­дың (ZnCl₂ немесе AlCl₃) қатысуымен өңдеген кезде келесі құрамдағы шайырды алады:

…– CH – CH₂ –… …– CH – CH₂ –…

| |

+ ClCH₂OCH₃ → + CH₃OH. (88)

|

CH₂Cl

Ширек аммонийлік негіздер топтарымен аниониттердің түзілуі сулы ерітіндіде немесе органикалық еріткіштерде, молекуласы өте үлкен емес және полимер торына ене алатын үштік аминдермен өңдеу кезінде өтеді. Триметиламинмен өзара әрекеті келесі реакциямен жүреді:

…– CH – CH₂ –… …– CH – CH₂–…

| |

+ N(CH₃)₃ → . (89)

CH₂Cl CH₂ – N ⁺– CH₃Cl^–

CH₃

Орташа мөлшерлі кеуекті минералды иониттер майда мөлшерлі иондарды ерітін­ділерден селективті сор­бциялайды. Ірі иондар бұл кезде ионит ішіне ене алмайды және тәжірибе жүзінде сорбцияланбайды. Бұл сорбенттің селективтігінің айқындалу нысан­дарының бірі. Синтетикалық шайырларда, дивинилбензол мөлшерін реттей отырып (көлденең байланыстарды), шайырдың ұяларының мөлшерлерін өзгертуге болады. Бұл «елеу эффектісі» есебінен қандайда бір анионды немесе катионды талғамды сорбциялайтын шай­ырлар алуға мүмкіндік береді. Мөлшерлері бойынша жақын иондарды бөлуді шайыр құра­мына белгілі бір ерекшелікті атомдық топтамаларды енгізу арқылы жүргізеді. Олар кейбір ион­дарға қатысты талғамды әрекеттенеді. Мысалы, өзінің құрамында SO₃^- тобы болатын ионит­тер, Ag⁺ иондарына үлкен қауышпалықта болады име­ют; COO^- топты иониттер, сілті­ліжерлі иондарға қауышпалы.

ССРО – да дайындалған бірқатар шайырлар, еркінше атауларға ие (H, HO, BC). Кейбір белгілер шайырдың құрамын көрсетеді: СДВ – сти­рол-дивинилбензол; ЭДЭ – эти­лен­­­ди-а­мин-этиленхлоргидрин; ММГ– мела­мин-мочевина-гуанидин; ПФСК – парафенол­суль­фо­қыш­қыл; МСФ – моно­суль­­фат. Келесі әріптік және сандық белгілеулер таралған. Бірінші әріп шайырдың типін белгілейді: К – катионит, А – анионит; екіншісі – шайырдың функ­циясын: КУ – катио­нит универ­салды; КФ – катионит фосфорқышқылды; КБ – катионит буферлік; АВ – анионит жоғары негізді және т.б. Сандық белгілер, өндірістік серияның қатарлық нөмірін көрсетеді АВ-17, КУ-2, АН-1 және т.б. Кәдімгі қатарлық нөмірден кейінгі П әріпі немесе 1 саны қаңқаның макрокеуекті құрылымды екенін белгілейді, Г әріпі түйірдің нысанын сипаттайды (Г – гра­­­нулалы-түйірлі). Одан өзге, кейде санмен дивинилбензол пай­ызын белгілейді, мысалы КБ-2-10П – макрокеуекті буферлік кати­о­нит, құрамындағы ДВБ 10 %. Америкалық фирмалар көптеген аниониттерді “дауэкс” және “ам­­­берлит” атауымен шы­ға­рады. Бұл шайырлар атауындағы индекстер, көпіртүзушінің мөлшерін немесе шайыр­дың ірілігін көрсетеді. Басқа елдерде иониттерді әртүрлі атаулармен шығарады: вофатит, ле­ва­­тит (Германия), микион (Венгрия), ка­текс (Чехия), цеокарб (Анг­лия).

Әдебиет: 1 нег. [175- 183], 2 нег. [124-132, 186-193 ], 5 нег. [253-261], 6 нег. [185-193], 1 қос. [56-62]

Бақылау сұрақтары:

1. Металдар қандай тәртіпте катодта шөгеді және анодта ериді?

2. Электролиздің өту сатылары; электрохимиялық реакциялар және диффузиялық про­цесс жылдамдығы.

3. Екі катионның қалпына келуінің поляризациялық қисықтары және олардың раз­ряд­та­лы тәртібі.

4. Металдар иондарының біріккен разрядына деполяризацияның әсері .

5. Шекті токта разрядталушы қоспамен ластану дәрежесі.

6. Металдар иондарының біріккен заңдылықтары.

7. Ион алмасу реакциясының сұлбасын келтіріңіз.

8. Табиғи және жасанды текті органикалық емес иониттер.

9. Катионалмастырушы және анионалмастырушы шайырлар синтезі.

№ 12 дәріс: Ионалмастырушы шайырлардың негізгі сипаттамалары

Материалдардың ісінгіштігі (қабарлануы). Ауалы-құрғақ иониттер 0,5-тен 3–4 мм деінгі мөлшердегі қатты түйірлерден немесе моншақтардан тұрады. Иониттерді суға батыру кезінде ісіну жүреді, яғни судың белгілі бір мөлшері сіңіріледі (жұтылады). Ісіну шайырдың кеңістікті торының керілуімен және оның көлемінің ұлғаюымен жүреді. Ісінгіштік ионо­гендік топтар мен көлденең байланыстар санына тәуелді болады. Көлденең байланыстар са­нының өсуімен ісіну төмендейді (қаңқаның қатаңдығы артады). Ионит кеуектеріне судың енуі шайыр кеуектеріндегі иондардың гидратталуға ұмтылуымен шартталады. Ісінгіштік ісі­ну коэффициентімен сипатталады

K = , (90)

мұндағы V_і – ісінген шайырдың меншікті көлемі;

V_ш – ауалы-құрғақ күйдегі шайырдың меншікті көлемі.

Салмақтық ісіну – 1 кг құрғақ ионитпен сіңірілетін су мөлшері.

Иониттар сыйымдылығы. Иониттің алмасу сыйымдылығы, бір грамм немесе бір мил­ли­грамм шайырға келетін, активтік топтардың санымен анықталады. Те­о­риялық зерттеу­лерде сыйымдылықтың салмақты көрсетілуін қолданады. Оны, Н-нысандағы (кати­онит­тер үшін) немесе CI-нысанда (аниониттер үшін) 1 г құрғақ шайырға мг-экв есептейді.

Толық алмасу сыйымдылығы (ПОЕ) иониттің барлық активті орталықтарының толты­рылуы жағдайындағы сорбцияланған иондар мөлшерін көрсетеді. Динамикалық сыйым­ды­лық (ДОЕ) шайыр массасының бірлігімен, электролит ерітіндісімен жанасу кезіндегі динами­калық режимде (сүзумен) собцияланатын ионның шайырдың қабаты арқылы секіруіне дей­інгі сорбцияланған иондардың мөлшерін көрсетеді. Ста­ти­калық сыйымдылық (СОЕ) қабыл­дан­ған жағдайларда берілген электролит ерітіндісімен статикалық жанасудағы шайыр бірлі­гімен сорбцияланатын. СОЕ нақты жағдайларда тепе-теңдік күйіне әсер етуші факторлар қо­сындысына тәуелді. Жұмысшы сыйымдылық (РОЕ) нақты технологиялық жағдайларда шай­ыр массасының (көлемінің) бірлігімен сорбцияланған иондардың мөлшерін көрсетеді. СОЕ мен ДОЕ мәндері ПОЕ мәнінен төмен және ионитті таңдауға негіз бола алады.

Иониттер сыйымдылығын тәжірибелік анықтау үшін ста­тикалық (араластыру жағдай­ларында ерітіндімен түйісу кезінде), жәнеде дина­микалық әдістер (ерітіндінің колонна арқы­лы белгіленген шайыр қабатымен өтуі кезінде) қолданылады. Дина­микалық жағдайлардағы ал­ма­су сыйымдылығын анықтау үшін “шығыс” қисығы тұрғызылады. Ол сүзіндідегі алма­сушы иондар концентрациясының өткізілген ерітінді көлеміне тәуелділігін көрсетеді (34, а сурет).

Координата осьтерімен және шығатын қисықпен шектелетін аудан (S₁+S₂), толық дина­микалық алмасу сыйымдылығына (ПДОЕ) сәйкес келеді; S₁ ауданы секіруге дейінгі динами­калық алмасу сыйымдылығына сәйкес (ДОЕ). Ол сіңірілген ионның оның сүзіндіде пайда болған кезеңіне дейінгі мөлшерін көрсетеді.

Шайырда сіңірілген (жұтылған) ионды десорбциялау процесі элюирлеу деп аталады. Ко­лоннада динамикалық жағдайларда элюирлеуді жүргізу кезіндегі шығыс қисығы 34, б су­ретте көрсетілгендей түрде болады. Нәтижесінде, бастапқы ерітіндідегіге қарағанда, метал­дың концентрациясы 100 ретке жоғары болатын элюаттар алынады.

Шайырлардың талғамалықтығы. Шайырлардағы иондық алмасу иондардың ерітіндіден ионитке және бірмезгілде иондардың иониттен ерітіндіге тасымалдануы нәтижесінде өтеді. Ал­ма­сатын иондар бірдей гидратталмайтындықтан, алмасу кезінде шайырдың көлемі өзге­реді. Осының нәтижесінде шайыр кеуектеріндегі осмотикалық қысымда өзгереді. Осмо­ти­калық қысымдардың алмасуға дейінгі және кейінгі айырмалары ионит матрицасының керілуінің немесе сығылуның серпімді күштері теңескен кезде, иониттің ісінуі тоқтайды. Бұл қысымның шамасы 300– 400 ат және оданда жоғары бола алады. Ісіну қысымының жоғары­лауы және гидратталған иондар көлемінің айырмасының артуы ерітіндіден бөлініп алынатын иондарға қатынасы бойынша шайырдың селективтігінің ұлғаюына әкеледі. Шайырлардың талғамалықтығына иониттердің кеуектерінің мөлшері де әсер етеді. Бұл жағдайда, алдында айтылып кеткен, «елеу эффектісі» маңызды роль атқарады. Қасиеттері бойынша жақын ион­дарды элюирлеу сатыларындада бөлуге болады. Көпвалентті иондар, валеттігі төмендерге қа­ра­ғанда, барынша талғамалықты сорбцияланады. Сульфокатиониттер үшін, мысалы, ка­ти­ондардың шайырға деген қауышпалығы олардың зарядының келесі қатармен өсуімен жоға­рылайды: Na⁺ < Ca²⁺ < Al³⁺ < Th⁴⁺ .

Иониттердің тұрақтылығы. Механикалық күштер ионит түйірлерінің өзара үйкелісіне және аппарат қабырғасына үйкелісіне, кен бөлшектеріне түсетін соққыға байланысты. Соны­мен қатар ионитті бір иондық нысаннан екіншісіне өткізу кезіндегі ісіну шамасының күрт өз­ге­ру нәтижесінеде байланысты, мысалы, регенерация сатысында. Ортаның әсері сулы немесе сулы-органикалық ерітінділерде болатын химиялық заттардың ионитке әрекетінде айқын­далады. Сорбенттердің химиялық тұрақтылығын иониттің ПОЕ өзгерісі, ионитпен жанасқан­нан кейінгі ерітіндінің қышқылдығы, ионит массасының жоғалымы бойынша баға­лайды. Ауада және сулы ерітінділерде қыздыру кезінде ионит түйірлерінің бұзылуы, активті топтар­дың бөлінуі, демек сыйымдылықтың кемуі мүмкіндікті. Аниониттердің термиялық тұрақ­тылығы жалпы жағдайда, катиониттермен салыстырғанда төмен. Оларды 60 ^оС жоғары тем­пе­ратураларда қолданбаған жөн, әсіресе ОН-нысанда. Катиониттердің ішінде ең тұрақ­тысы КУ-2 және КБ-4 болып табылады, оларды 130–180 ^оС температураларда қолдануға бо­лады. Бір­қатар жағдайлардағы радиоактивтік сәулелену иониттердің сыйымдылығын, ісін­гіштігін және ерігіштігін өзгертеді. Сульфоқышқылды катиониттер, аниониттер мен кар­боксильді ка­тиониттерге қарағанда, жоғары Ра­диа­циялық тұрақтылық көрсетеді.

Иониттер тығыздығы бойынша айырмашылықты болады. Сорбенттер тығыздығы бас­тап­қы мономерлердің қасиеттеріне, олардың матрицадағы қатынастарына, жәнеде функ­цио­нал­дық топтар мен қарсы иондар табиғатына тәуелді. Тығыздық көбінесе, ионалмасу про­цесін анықтаушы, ең маңызды фактор болады. Мысалы, егер сорбция пульпадан (қойырпақ) жүр­гізілсе, онда тығыздықтарының айырмасы аз болған кезде, шайырдың пульпадан бөлінуі өз бетінше өте алады.

Ион алмасудың тепе-теңдігі. Ион алмасу кезіндегі бөліп алу реакциясын келесідей жа­зуға болады:

Z _В ^. A + Z_A ^. B ↔ Z_A ^.B + Z_В ^. А, (91)

мұндағы А және В – алмасатын иондар; Z_A және Z_B – олардың зарядтары.

Ион алмасу реакциясының тепе-теңдік константасы келесі түрде болады:

, (92)

мұн­дағы a_A және a_B – иондар активтілігі.

Бірнеше ұйғарындылар жасайық. Зарядтарының шамасы әртүрлі иондардың алмасу жағдайларын қарастыратындықтан, алмасу реакциясын мольмен емес, эквивален­тпен бе­рейік. Бұл жағдайда реакция теңдеуі стехиометриялық коэффициенттерсіз жазылады. Одан өзге, бір ионды бөліп алу екіншісін ығыстыруды бағдарлайды. Демек, фазалардағы эквива­ленттер саны барлық уақытта тұрақты болып қалады. Онда фазалардағы концент­ра­ци­яларды, фазаларды (суды, еріткішті) анықтайтын заттарды есепке алмастан, эквиваленттік үлестерде табуға болады.

(93)

, (94)

мұндағы c – моляльдықтағы концентрация, Z₁ және Z₂ – алмасатын иондар заряды.

Айталық, иондар коэффициенттерінің активтілігі бірге тең және А иондарының концен­тра­циясын В иондарының концентрациясы арқылы жазайық.

Онда (92) аламыз:

(95)

. (96)

Бұл ион алмасудың изотермасының теңдеуі (35 суреткеқ.).

Егер , онда (96) теңдеуінен, аламыз. Бұл А затының жүйеде жоқтығын көрсетеді. кезінде (96) теңдеу келесі түрге енеді:

, (97)

яғни изотерманың бастапқы бөлімшесі Бертло-Нернс­ттің тарату заңына дәл келеді.