含鋁離子交換樹脂的再生工藝

雷亮，陶柱，江蕾，田丹 (武漢有機實業有限公司，湖北 武漢 430080)

1 含鋁離子交換樹脂再生工藝應用現狀

濕法磷酸在磷酸鹽或者磷肥等相關行業中的應用比較廣泛，與目前現有生產工藝特點進行結合。在濕法磷酸生產中，對大量金屬氧化物進行科學合理的引入，比較常見的氧化物包括：氧化鐵、氧化鎂等。涉及到的鋁離子會逐漸形成相對比較復雜的磷酸鹽，導致溶液自身黏度以及密度有明顯上升趨勢，會造成嚴重的堵塞影響，后續產品在加工時，會受到嚴重阻礙影響。鋁離子對于植物生長也會帶來嚴重影響，特別是在食品加工行業發展中，對于人體安全也會造成嚴重危害。在針對該問題進行分析時，要對濕法磷酸當中的鋁離子雜質進行有針對性脫除，對與其相關的再生工藝展開深入研究，與過去一系列研究經驗進行結合。大多數研究者在針對濕法磷酸當中涉及到的雜質離子進行脫除時，比較常見的方法包括結晶法以及液膜分離法等[1]。離子交換法在應用時，整個操作過程具有一定便利性，同時具有安全性和穩定性等優勢特點，所以在應用時受到了人們的廣泛關注和重視。

同時在新形勢背景下，我國科學技術的不斷進步和快速發展，離子交換法逐漸成熟，在很多領域中的應用相對比較廣泛，具有非常高的借鑒價值。比如含鐵磷酸凈化的整個研究成果相對比較良好，同時對離子交換樹脂凈化含鋁磷酸的動力學以及相關特殊機制展開深入研究，以此來實現對鋁離子雜質的有效脫除。交換樹脂再生可以被看作是離子交換樹脂凈化技術在應用時，非常重要的組成部分。因此要針對這種類型樹脂的再生系統展開深入分析，以此為基礎，能夠提出有針對性的再生利用手段。與再生工藝參數以及磷回收等進行結合，實現對其自身再生性能以及回收能力的合理判斷，這樣才能夠保證離子交換樹脂在濕法磷酸凈化中的合理利用。

2 含鋁離子交換樹脂再生工藝試驗設備與方法

2.1 實驗原料以及儀器設備

針對鋁離子交換樹脂再生工藝展開深入研究時，要與相關實驗操作進行結合，這樣能夠對該工藝手段的具體應用情況展開深入探究。陽離子交換樹脂自身的功能基團是-SO3H，全交換容量在經過測量之后為5.18 mmol/g，孔容為0.060 2 mL/g。自身比表面積是8.91 m2/g，自由水則是55.3%，平均口徑是27.02 nm。與樹脂吸附過程展開深入分析時，發現在整個過程中需要對含鋁磷酸進行合理利用，以熱法磷酸與十八水硫酸鋁模擬施法磷酸進行配置后，可以得出對應的含鋁磷酸[2]。在整個過程中需要對純樣品進行深入分析，在樹脂吸附之后，自由水呈現出干凈狀態時，其自身為29.05 mg/g。在實驗操作過程中，主要是以集熱式恒溫加熱磁力攪拌器以及電感耦合等離子體發射光譜儀等不同類型儀器設備為主。

2.2 實驗方法

在針對含鋁離子交換樹脂再生工藝展開研究時，要對其進行有針對性的實驗操作，這樣能夠根據實驗結果對該工藝手段的具體應用情況展開深入探究。在實驗操作中，首先要對交換樹脂進行再生處理，在脫附時，通常會以水洗、酸洗以及水洗工藝手段為主。要與實驗方案進行結合，實現對定量硫酸溶液科學合理的配置，嚴格按照現有固液比例，對一定量樹脂進行獲取和利用。在分別預熱之后，加入到反應釜當中對其進行攪拌，要保證整個攪拌過程的混合性和均勻性[3]。反應時間控制在40 min 左右即可，這樣能夠保證其自身處于完全反應狀態。在分離之后需要對液相取樣質量進行稱重，利用ICP-OES 對液相當中涉及到的鋁離子含量進行有針對性分析。同時對脫附率進行準確有效的計算，以脫附率為基礎，實現對溫度硫酸濃度以及固液比等變量的客觀分析。其次在交換樹脂當中的磷回收操作過程中，要嚴格按照現有的一系列設計要求，按照不同批次對其進行一級水洗、二級逆流水洗以及三級逆流水洗等。同時要針對分離之后的固相以及液相展開分別有針對性地稱量。對相關數據進行正確有效的記錄，同時取樣之后利，用相關方法進行處理，對洗滌前后的磷含量進行計算，以此來得出磷損失以及磷回收率。

2.3 含鋁樣品分析方法

首先在整個試驗操作過程中，要針對含鋁樣品進行分析時，向已經取好的樣品當中加入硝酸。在250 mL 容量瓶當中，需要對硝酸10 mL 進行加入，進接著加去離子水進行定容處理，同時要保證其均勻性[4]。從中獲取5 mL 溶液，在50 mL 容量瓶當中加入去離子水進行應用處理，同時搖勻之后待檢測。其自身取適量待測液利用ICP-OES 的方式，對樣品當中鋁質量分數進行準確有效的檢測。

3 含鋁離子交換樹脂再生工藝實驗結果與分析

3.1 再生次數

與實驗結果進行結合分析時，發現在再生次數方面，自由水為25%，固液質量比是0.3，而反應溫度為50 ℃時，在40 min的條件下能夠實現多次反應。在根據反應之后的情況進行分析，硫酸溶液當中的Al 離子含量能夠得到有效控制。根據相關研究結果可以看出脫附反應一直到第4 次時，硫酸溶液當中Al 離子含量已經呈現出將近于0 的狀態。將樹脂當中初始Al離子含量作為標準時，與其進行對比分析，第4 次Al 離子脫附率有明顯下降趨勢[5]。能夠下降到2%以內，第6 次脫附率直接下降到0.12%。此時樹脂當中的自由水大概是0.716 mg/g。與物料成本進行綜合分析，將脫附6 次看作脫附結束。對物料進行計算分析時，可以看出現有條件下Al 離子自身的總脫附率能夠達到93.52%。由此可以看出，在經過一系列脫附之后，仍然會存有部分Al 離子。

3.2 工藝參數對再生效果的影響

通過水洗酸洗以及水洗工藝手段的合理利用，能夠對各種不同類型工藝條件下脫附率以及脫附量進行準確有效的計算和對比分析。第1 次水洗對于脫附的影響相對比較小，并不納入到討論范圍當中。通過實驗操作，對于酸洗以及第2 輪水洗結果展開對比分析，在實驗當中使用的樹脂初始自由水是29.05 mg/g。

3.2.1 硫酸濃度對脫附的影響

與現階段的實驗條件進行結合，將溫度控制在50 ℃，固液質量比控制在1.0:1.1。自由水設置為15%、20%以及25%和30%、35%。根據實驗操作結果，可以看出硫酸濃度自身出現的一系列變化，對于鋁離子的脫附率而言會產生明顯影響。濃酸硫酸濃度水平相對比較低時，整個效果相對比較明顯。在整個酸洗中，脫附率有明顯增加時，硫酸濃度也會呈現出持續增加的狀態。在自由水達到30%是基本上處于相對比較穩定的狀態。在酸洗過程中，硫酸濃度自身的上升，對于水洗步驟當中的脫脫附率而言，具有非常重要的提升作用，可以將這種情況看作是酸洗步驟當中有殘留硫酸而引起對濃硫酸濃度過高。對樹脂氧化會產生破壞影響，基于此，展開綜合分析，確定自由水控制在25%時，硫酸濃度最合適，對于脫附量而言，現有的規律基本上能夠與脫附率達成一致。

3.2.2 溫度對脫附的影響

與現有實驗條件進行結合，將實驗條件設定成固液質量比為1.0:1.1，自由水為25%，溫度梯度控制在30 ℃、40 ℃、75 ℃、60 ℃以及70 ℃。在不同溫度條件下，對AI 離子脫附率進行對比分析，根據相關實驗結果可以看出溫度的不斷上升，脫附率在42%附近位置處，會產生一系列波動。由此可以看出溫度對于AI 離子脫附率能夠產生的影響相對比較小，但是與其自身反應速率進行綜合分析之后，確定50 ℃為最佳反應溫度。

3.2.3 固液質量比對脫附的影響

在針對工業質量比對與脫附會產生的影響展開深入探究，將實驗條件設定為自由水為25%。溫度控制在50 ℃，對工業質量比進行有效控制，分別將其控制在1.0:6.6、1.0:3.3、1.00:6.65、1.0:1.1 以及1:0.825。與不同固液質量比的條件進行結合，對AI離子脫附率帶來的一系列影響展開實驗探究，根據實驗結果，脫附率會隨著固液質量比的不斷提升，呈現出系列下降趨勢，能夠滿足現階段一般規律。也就是再生液相對比較多，再生效果也會越來越理想。對于酸洗之后的水洗而言，固液質量比的改變，并沒有帶來任何明顯影響。與洗水用量以及高效利用等相關因素條件進行綜合分析，將1.0:1.1 看作最佳固液質量比。

3.3 磷的回收

在整個獨立實驗操作過程中，對多級逆流水洗工藝手段進行合理利用，能夠對含鋁離子交換樹脂當中，磷具體回收情況展開深入探究。在實驗操作過程中，將溫度控制在50 ℃，固液質量比控制在1.0:1.1。經過多次間接實驗模擬操作之后，可以得到一級水洗、二級逆流水洗、以及三級逆流水洗。此時，磷的回收率分別是93.04%、95.75%以及98.12%。與三極逆流水洗條件下，與磷的回收情況進行結合時，發現該工藝手段能夠直接實現對磷損失量的有效控制，將其控制在2%以下。與洗水用量以及工藝復雜等相關因素條件進行結合，發現在實踐中并沒有提出更高要求，所以并不需要對洗滌級數進行提升。

4 結語

與現有一系列技術手段、實驗操作原理等相關因素進行結合，針對含鋁離子樹脂脫附過程涉及到的工藝參數以及磷回收展開深入探究。在經過一系列實驗操作以及對比分析之后，確定最優再生工藝條件是溫度控制在50 ℃、自由水為25%，整個攪拌轉速控制在100 r/min。而固液質量比則控制在1.0:1.1。在該條件背景下能夠實現對樹脂脫附率的有效提升。經過磷回收實驗操作之后，發現磷回收率有明顯上升趨勢。在實驗操作中，分別對一級水洗、二級逆流水洗以及三級逆流水洗展開深入探究。根據實驗操作結果，發現在三級逆流條件下，能夠實現對磷損失量的有效控制，將其控制在2%范圍之內，以此來達到良好的脫附效果。