Адсорбент для глубокой очистки экстракционной фосфорной кислоты

• Автор: Семенов, Андрей Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Оглавление
Введение

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Тенденции мирового потребления фосфорной кислоты и характеристика выпускаемых типов кислот

1.2 Методы очистки экстракционной фосфорной кислоты

1.2.1. Методы осаждения

1.2.2. Частичная нейтрализация

1.2.3. Сорбционные методы

1.2.3. Экстракционные методы

1.2.4. Комбинированные методы

1.3 Способы получения и характеристика активных углей. Объемные и поверхностные свойства
1.3.1 Характеристика активных углей
1.3.2 Способы получения активных углей
1.3.3 Структура, объемные и поверхностные свойства активных углей
1.4 Адсорбционно-химическое взаимодействие в системе уголь -фосфорная кислота
1.5. Выводы и постановка задач исследования Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Реактивы и методики приготовления и исследования образцов
2.2 Приборы, методы исследования, методика эксперимента.
Схема установки для очистки ЭФК
2.3 Обработка экспериментальных данных
Глава 3. Исследование влияния способа получения на свойства активного угля
3.1 Влияние свойств сорбента на адсорбцию основных примесей в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты
3.2 Исследование направленного формирование свойств активного угля в процессе механохимической активации
Глава. 4 Влияние свойств угля на степень очистки экстракционной фосфорной кислоты от соединений кремния, фтора и полуторных оксидов металлов железа и алюминия
4.1 Влияние свойств угля на степень и скорость удаления соединений фтора и кремния при очистке ЭФК
4.2 Влияние угля на кристаллизационные процессы при очистке экстракционной фосфорной кислоты
Глава 5. Технологические основы разработки схемы получения угольного адсорбента и усовершенствование технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты
5.1 Выбор оборудования для проведения механохимической активации угля
5.2 Аппаратурное оформление процесса активации угля, принципиальная схема производства
5.3 Промышленная технология очистки экстракционной фосфорной кислоты
5.4 Компоновка комбинированной технологической схемы в оптимальном режиме её работы
5.5 Экологические, энергетические и ресурсосберегающие аспекты комбинированной технологической схемы
Выводы
Список литературы Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Фосфорная кислота имеет большое промышленное и хозяйственное значение. Ее используют в пищевой, химической и сельскохозяйственной, медицинской и других отраслях промышленности [1]. Соли фосфорной кислоты широко применяют в строительстве, различных областях техники [2-3].
Анализ статистических данных показывает, что с начала 80-х годов прошлого века наблюдается тенденция увеличения выпуска фосфорной кислоты квалифицированных марок [4], полученных очисткой экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК). Метод очистки ЭФК мировые производители рассматривают как серьезную альтернативу термическому способу получения фосфорной кислоты (ТФК) [5]. Себестоимость ТФК примерно в три раза выше [6], поскольку на ее производство расходуется в 3 - 4 раза больше тепла и примерно в 13 - 14 раз - электроэнергии [7]. Поэтому в Западной Европе и США основное количество технических и пищевых фосфатов производится на основе очищенной экстракционной фосфорной кислоты, а производство термической сокращается [7-8].
Известно, что ЭФК содержит примеси, количество и соотношение которых определяется качеством фосфатного сырья и способом её производства. Процесс получения очищенной фосфорной кислоты (ОФК) связан, прежде всего, с необходимостью удаления фтористых соединений, характеризующихся высокой токсичностью и коррозионной активностью. Способность фтор ионов в виде лигандов образовывать многочисленные комплексные соединения А1, Ре, 81, Са и др. рассматривается [9] в основе комплексной очистки от многих других элементов.
Основной проблемой является получение высокочистых сортов фосфорной кислоты и ее солей. Высокая стоимость пищевых марок фосфорной кислоты, полученной из дорогостоящей термической, делает необходимым поиск путей получения чистых марок фосфорных кислот известными методами очистки более дешевой ЭФК [8-9].

В технологических схемах, где в одном циркуляционном контуре располагаются концентратор-дефторатор и адсорбционная колонна с углем, такие взаимодейсвия следует рассматривать в трехфазной системе, где газовая фаза - теплоноситель [126]. Применение комбинации отдувки газовым теплоносителем и адсорбции на углях [33-34, 126] приводило к изменению скорости удаления соединений фтора в газовую фазу. Авторами [33, 126] при использовании активных углей наблюдалось увеличение скорости выделения паров фтористоводородной кислоты и уменьшение скорости выделения паров кремнефторидов. При этом степень очистки ЭФК за счет применения адсорбента увеличилась на 20-50%.
Анализ состава жидкой и газовой фаз [126] свидетельствует о том, что при контакте ЭФК с горячим теплоносителем разложение комплексных соединений фтора может проходить по двум направлениям:
• разложение кремнефтористоводородной, фторфосфорной кислот с удалением в газовую фазу преимущественно НР и
• постепенное замещение иона фтора в
кремнефтористоводородной кислоте и комплексах на ее основе на гидроксил-ион и ступенчатый гидролиз с образованием твердой фазы и удалением в газовую фазу НР.
В первом случае на поверхности адсорбента выделяются фосфаты и сульфаты, присутствующие в ЭФК в виде МеР„(Н804)т и МеРп(НР04)т, а во втором - кремнийсодержащие комплексы типа Ме2(81Р5)з(ОН), где Ме - Ре, А1, Са [126].
Разложение фторсодержащей кислоты и солей на ее основе, находящихся в ЭФК в растворенном виде, а так же фторфосфорной кислоты не сопровождается выпадением мелкодисперсного гелеобразного осадка [127]. Соединения типа хНР-у8Ю2, кремний содержащие комплексы алюминия, кальция, железа и др., трудно удаляющиеся в газовую фазу, находятся в ЭФК в растворенной форме, как и стойкие комплексные фториды с трехвалентными металлами, например алюминием