Механохимическое модифицирование углеродных материалов для очистки экстракционной фосфорной кислоты

• Автор: Пухов, Илья Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 216 с. : ил.

1.1 Требования к качеству фосфорной кислоты

1.2 Развитие технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты в России

1.3 Выбор промышленных адсорбентов, пригодных для очистки ЭФК

1.4 Основные тенденции развития способов производства, активации и модифицирования углеродных материалов

1.5 Постановка задачи на исследование

Глава 2 Сырье и методики экспериментов

2.1 Исходное сырье

2.2 Оборудование и лабораторные установки

2.3 Методики экспериментов Глава 3 Физикохимические основы отдувки фтористых соединений из раствора ЭФК и адсорбционной очистки ЭФК на углеродных материалах

3.1. Ионный состав экстракционной фосфорной кислоты

3.2 Закономерности дефторирования ЭФК методом отдувки при концентрировании

3.3 Закономерности адсорбционной очистки ЭФК на углеродных материалах
3.3.1 Свойства углеродных адсорбентов
3.3.2 Исследование эффективности очистки ЭФК на углеродных материалах . ч
3.4 Выводы по главе 3 4 Глава 4 Физикохимические основы механохимичсского 6 модифицирования углеродных материалов для очистки ЭФК
4.1 Механохимическое модифицирование древесного угля
4.2 Механохимическое модифицирование сажи П4
4.3 Механохимическое модифицирование графита
4.4 Выводы по главе 4 3 Глава 5 Выбор и обоснование технологической схемы 5 получения очищенной фосфорной кислоты
5.1 Исследование процесса отдувки фтористых соединений, 5 совмещенного с адсорбцией на углеродных материалах
5.2 Исходные данные для проектирования схемы комбинированной 9 очистки ЭФК
5.3 Оптимизация технологии получения ОФК в зависимости от 8 назначения
5.4 Выводы по главе 5
Список литературы


Полученный экстракт подают на реэкстракцию водой и извлекают очищенную фосфорную кислоту, которую подают на доочистку в пенный аппарат, где в результате прямого контактирования с топочными газами при температуре С происходит доочистка кислоты от фтора и ее концентрирование до содержания Н3Р , при этом очищаемая фосфорная кислота циркулирует через дефтораторконцентратор до достижения необходимой степени отгонки соединений фтора. Способ позволяет на стадии экстракции частично очистить кислоту от алюминия и железа, а на стадии, отдувки от соединений фтора и кремния. Нужно отметить, что при отдувке фтористых соединений очистка происходит в основном от фтора, находящегося в виде фтористоводородной кислоты и тетрафторида кремния, при этом комплексные соединения фтора с кремнием, железом, алюминием остаются в фосфорной кислоте и препятствуют получению высококачественных продуктов . Движущая сила процесса отгонки фтористых газов определяется концентрацией в растворе молекул ЯЯЖ, 7. После дефторирования концентрация фторидиона, контролируемая с помощью фторселективного электрода, снижается до уровня, соответствующего пищевой кислоте. Примечательно, что при хранении обесфторенной ЭФК концентрация фторидиона существенно возрастает, а также наблюдается выпадение осадка . Из указанных данных можно сделать вывод, что лишь часть фтора присутствует в ЭФК в форме ЯЯ. Фтор в растворе ЭФК присутствует в виде физически растворенного газа НИ, фторидиона К, образующегося при диссоциации слабой плавиковой кислоты, физически растворенного тетрафторида кремния, но основное его количество находится в химически связанной форме в виде фторкомплексов с кремнием, алюминием и железом 8, ,. НРН2РРНРРН 1. В указанной работе отмечается, что точных значений констант ионизации ещ не получено. Четкая позиция относительно устойчивости и силы образующихся кислот в публикациях отсутствует. В работе Рысса упоминается, что фторфосфорные кислоты не стабильны и подвергаются гидролизу, особенно быстро при повышенной температуре. Авторы работы 8 отмечают стабильность фторфосфорных кислот, образованных концентрированной фосфорной кислотой. Следовательно, скорость гидролиза фторфосфорных кислот влияет на скорость отдувки фтористых газов. Далее рассмотрим строение и условия существования фторидных комплексов металлов, в частности, алюминия и железа как наиболее распространенных элементов в ЭФК. Важными факторами, определяющими форму существования комплекса, являются соотношение между компонентами и раствора. Например, в работе указывается, что область существования Кер ограничивается пределами от 2. КИР 7. Н3. ЬЕе0Н Ю. АЧтот . Рис. Алюминий также образует в водных растворах комплексные соединения со фтором. В водных растворах с , менее 5. А1НгО обычно обозначаемый как А1и. При выше 6. А1ОН. Если к системе добавить фторид, то четыре эквивалентные молекулы воды из гексагидрата заместятся фторидионом с формированием А4 Н2. На рис. Экстракционная фосфорная кислота представляет собой сложную многокомпонентную гетерогенную систему, поэтому изучение строения соединений примесей в растворе становится еще более сложной задачей. В растворах ЭФКалюминий образует с фтором комплексы типа А1РХ. Авторы работы отмечают присутствие комплексов Л и А1Р2. Константа устойчивости комплекса А1Р6 составляет ю 8. В работе 9 приводятся доказательства того, что в растворе ЭФК алюминий может присутствовать в виде А1Рг,А1РА2 и более сложных комплексах с фосфорной кислотой А1РН3Р3и, А1Н2Р2, А1НгР2 В статье указывается, что железо образует комплексы РеР и РеРА. По всей видимости, с фосфорной кислотой железо, как и алюминий, будет образовывать фосфатные и фторфосфатные комплексы . А1РЯХ А1РХ. Г 1. РеР РеР1 Р 1. Особое положение с точки зрения строения комплексных соединений в растворе ЭФК занимают фторкремниевые соединения по той причине, что кремний может удаляться как в газовую фазу, так и выпадать в осадок в виде кремнегеля. Поскольку связь 5 Т7 в кислой среде относительно устойчива, то кремний в растворе ЭФК существует, повидимому, в форме иона ЗТ7 и фторкремниевых кислот продуктов его частичного гидролиза . ЯРрАр ЯРрр Р 1. Так как константы устойчивости фторкомплексов имеют значения порядка 5 , то весь фтор будет химически связан во фторидные комплексы алюминия, железа и кремния. Поэтому для осуществления дефторирования из ЭФК, необходимо обеспечить протекание гидролиза фторидных комплексов с высокой скоростью.