活性炭纖維布在精制磷酸脫色的應用

收稿日期： 2022-12-05

作者簡介： 劉燕琴（1987-），女，湖北省宜昌枝江市人，化工工藝中級職稱，碩士，2021年畢業于湖北大學化學工程與工藝專業，研究方向：磷化工工藝技術。

摘""""" 要：在濕法磷酸生產的42%～48%的磷酸提純精制磷酸時，還需要對萃取出的75%磷酸進行脫色處理。一般采用活性炭顆粒、樹脂、雙氧水對磷酸進行脫色，活性纖維布在磷酸脫色中應用較少。活性炭纖維布是一種由含碳材料制成的、外觀呈黑色、內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料。 隨著活性炭纖維布制造業發展，活性纖維布在磷酸脫色中應用具有很好的" 前景。

關" 鍵" 詞：活性炭纖維布；濕法磷酸；精制提純；脫色

中圖分類號：TQ126.35"""" 文獻標識碼： A"""" 文章編號： 1004-0935（2024）02-0241-03

濕法磷酸精制有脫色工序[1]，生產過程存在顏色較深、不能滿足高品質精制磷酸的產品要求的問題，因此有必要對其進行脫色處理[2]。目前裝置使用過氧化氫、樹脂結合的方法對濃縮濕法磷酸進行脫色，以前也使用過粉末活性炭脫色。雙氧水脫色工藝操作簡單、成本低廉、不引入其他雜質。生產中雙氧水可以作為第一步脫色的優質選擇[3]。

本課題主要是探討雙氧水脫色后進一步脫色的脫色劑的選型，具有吸附作用的吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁、沸石分子篩、吸附樹脂。目前生產中選取的是吸附樹脂作為第二步脫色劑，樹脂脫色有樹脂易粉化、會污染產品等問題。

活性炭分為粉末活性炭、顆粒活性炭、纖維狀活性炭。活性炭是一種經特殊處理的炭，具有無數細小孔隙，表面積巨大，每克活性炭的表面積為500～1 500 m2。活性炭有很強的物理吸附和化學吸附功能，粉末活性炭、顆粒活性炭具有廣譜吸附脫色效果，但其孔徑分布中只有很少一部分與待脫色料液中發色基團和助色基團的粒徑相匹配，因此其選擇性較差，利用率低，浪費大[4-5]。

活性炭纖維屬窄譜吸附脫色，這一特點決定了其具有極強的選擇性，若配型適合（活性炭纖維的孔徑絕大多數與待脫色料液中發色基團和助色基團的粒徑相匹配），其將有極高的利用率[6]。

活性炭纖維的特殊結構決定了其比表面積遠大于粉末活性炭的比表面積，因此，活性炭纖維對液體中的分子型發色基團和助色基團的吸附速度和吸附量均遠大于粉末活性炭，并且由于活性炭纖維具有極快的解吸再生速度，使其能多次重復使用[7]。

1" 試驗過程

1.1" 小試

對比不同型號的活性炭纖維布脫色效果，篩選得到效果最佳的活性炭纖維布。

1.1.1" 活性炭纖維布選型

1）取相同質量活性炭纖維布。

2）取相同體積的75%磷酸。

3）將活性炭纖維布與75%磷酸充分接觸，并攪拌，脫色相同時間。

4）過濾混合液，將活性炭纖維布脫落的毛絨" 濾除。

5）將脫色后濾液與脫色前的75%磷酸進行"" 對比。

1.1.2" 分析方法

以蒸餾水作參比，用1 cm 比色皿于最大吸收波長（455 nm）處測定磷酸吸光度，并以A0-A1計算色度差。其中A0為脫色前磷酸的吸光度，A1為脫色后磷酸的吸光度[8]。"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""" 1.1.3 "小試結果

活性炭纖維布選型表如表1所示。

從表1中實驗數據可知，4#活性炭纖維布脫色效果最佳。

1.2" 現場試驗

中試裝置為3臺9芯 20-222/C 的過濾器，每臺過濾器內可裝 9支 50.80 cm活性炭纖維模塊，" 3臺過濾器材質為SUS304，與料液接觸部分噴涂聚四氟乙烯。中試裝置前后設有取樣口、流量計，通過中試試驗，可以進一步考察4#活性炭纖維布的脫色效果、活性炭纖維布的再生效果。

2" 結果與討論

2.1" 進料60 L·h-1不同運行時間進出料色度差

進料60 L·h-1不同運行時間進出料色度差如圖1所示。

從圖1中實驗數據可知，進料60 L·h-1時脫色效果明顯，脫色效果能維持31 h，平均色度差"""" 20黑曾。

2.2" 進料100 L·h-1不同運行時間進出料色度差

進料100 L·h-1不同運行時間進出料色度差如 圖2所示。

從圖2中實驗數據可知，進料100 L·h-1時脫色效果明顯，脫色效果能維持22 h，平均色度差""" 7.5 黑曾。

2.3" 進料200 L·h-1不同運行時間進出料色度差

進料200 L·h-1不同運行時間進出料色度差如 圖3所示。

從圖3中實驗數據可知，進料200 L·h-1時脫色效果明顯，脫色效果能維持20 h，平均色度差""""" 5 黑曾。

2.4" 進料300 L·h-1不同運行時間進出料色度差

進料300 L·h-1不同運行時間進出料色度差如 圖4所示。

從圖4中實驗數據可知，進料300 L·h-1時脫色效果明顯，脫色效果能維持20 h，平均色度差""""" 4 黑曾。

3" 應用結論

3.1" 活性炭纖維布的脫色效果

進料60 L·h-1時脫色效果明顯，脫色效果能維持31 h，平均色度差20黑曾。進料100 L·h-1時脫色效果明顯，脫色效果能維持22 h，平均色度差" 7.5黑曾。進料200 L·h-1時脫色效果明顯，脫色效果能維持20 h，平均色度差5黑曾。進料300 L·h-1時脫色效果明顯，脫色效果能維持20 h，平均色度差4黑曾。

3.2" 活性炭纖維布的再生方法

活性炭纖維布再生操作簡單，熱水或者蒸汽再生10 min。

3.3" 活性炭纖維布的再生前后數據

從多次實驗數據來看，再生后，脫色效果可以保證。

4" 總結評價

磷礦的加工方式主要有濕法和熱法。 濕法磷加工是指使用強酸（主要為硫酸，少部分為硝酸、鹽酸）分解磷礦制備濕法磷酸，再基于濕法磷酸生產磷肥、飼料磷酸鈣鹽、工業磷酸等產品的技術方法。

熱法磷加工是指使用電爐法將磷礦中的磷還原為磷單質（黃磷），基于黃磷再生產熱法磷酸或其他化工產品的技術路線。

熱法磷酸能耗高以及國內濕法磷酸凈化技術的發展，目前基于濕法磷酸生產工業磷酸、食品級磷酸、電子級磷酸鹽技術日益強大，2018年濕法磷酸凈化生產的工業磷酸產量約為100萬t [9-11]。

脫色作為其中重要工序，技術的更新換代也顯得尤為重要。 活性炭纖維[12-14]的特殊結構決定了其比表面積遠大于粉末活性炭的比表面積，因此，活性炭纖維對液體中的分子型發色基團和助色基團的吸附速度和吸附量均遠大于粉末活性炭，并且由于活性炭纖維具有極快的解吸再生速度，使其能多次重復使用。

經過小試、中試試驗，發現活性炭纖維布應用于精制磷酸脫色具有可行性，脫色效果明顯，再生操作簡單，再生后脫色效果可以保證。

參考文獻：

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［14］曹偉偉，朱波，喬琨，等.一種活性炭纖維氈：CN211416521U[P]. 2020-09-04.

Application of Activated Carbon Fiber Cloth in

Decolorization of Refined Phosphoric Acid

LIU Yanqin， LIAO Qiushi， TIAN Chengtao ， XIAO Linbo ， WU Yue，

XUE Juanjuan， HUANG Qin ， MENG Yang ， ZHANG Zhizi

（Hubei Sanning Chemical Co.， Ltd.， Yichang Hubei 443206， China）

Abstract：" When 42% ～ 48% of phosphoric acid produced by wet process is purified and refined， 75% of the extracted phosphoric acid needs to be decolorized. Generally， activated carbon particles， resin and hydrogen peroxide are used to decolorize phosphoric acid， and the activated fiber cloth is seldom used in the decolorization of phosphoric acid. The activated carbon fiber cloth is a kind of microcrystalline carbon material with developed internal pore structure， large specific surface area and strong adsorption capacity. With the development of activated carbon fiber cloth manufacturing industry， the application of activated carbon fiber cloth in phosphoric acid decolorization has a good prospect.

Key words： Activated carbon fiber cloth; WET process phosphoric acid; Purification; Decolorization