Влияние примесных компонентов на осаждение солей кальция в процессе очистки фосфорной кислоты на анионите методом удерживания кислоты

Аннотация

Метод удерживания кислоты в сорбенте (Acid Reatardation) является эффективным способом для разделения смесей кислот и солей, основанным на различии в размерах молекул кислот и гидратированных ионных пар солевых компонентов, образующихся в сильно концентрированных растворах. Метод заключается в том, что раствор смеси компонентов с общим анионом пропускается через колонку с гелевым анионитом, находящимся в той же анионной форме, что позволяет исключить ионный обмен. На первом этапе процесса кислота задерживается внутри нанопор сорбента, в то время как раствор солей проходит через слой. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не прекратится удерживание кислоты, и она не появится на выходе из колонки. Далее осуществляется второй этап – вытеснение кислоты промывкой слоя в колонке водой (классический метод) или специальным промывочным раствором (модифицированный метод). При этом на выходе получается раствор чистой кислоты с высокой концентрацией. В настоящей работе анализируются результаты эксперимента по очистке промышленной экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), содержащей большое количество примесей, модифицированным методом, в котором использование раствора разбавленной фосфорной кислоты в качестве вытесняющего раствора позволяет предотвратить осаждение солей кальция. Для исследования влияния промывочного раствора на процесс осаждения в работе сформулирована математическая модель химического равновесия в системе из ограниченного числа компонентов ЭФК, которая позволяет рассчитать молекулярный и ионный состав смеси в зависимости от концентраций входных веществ, в том числе определить количество вещества в осадке. Показано, что в случае, когда в исходном растворе находятся только соли кальция и фосфорная кислота, концентрации промывочного раствора 0.1 моль/дм³ по фосфорной кислоте достаточно, чтобы предотвратить осаждение, и этот эффект обусловлен образованием более растворимых кислых солей. Если в растворе также присутствуют соли других металлов, в частности алюминия и железа, то как предсказывает модель, механизм образования кислых солей не объясняет отсутствия осадкообразования. Для этого потребовалась бы концентрация промывочного раствора не менее 0.13 моль/дм³. Результаты моделирования позволяют сделать вывод, что в системе имеются другие механизмы, препятствующие осаждению. Одним из таких механизмов может являться эффект изотермического пересыщения в слое ионита.