活性炭纤维布在精制磷酸脱色的应用

第53卷第2期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 2 2024年2月 Liaoning Chemical Industry February，2024
收稿日期： 2022-12-05
活性炭纤维布在精制磷酸脱色的应用
刘燕琴，廖秋实，田承涛，肖林波，吴越，薛娟娟，黄琴，孟洋，张芷紫
（湖北三宁化工股份有限公司，湖北 宜昌 443206）
摘 要：在湿法磷酸生产的42%~48%的磷酸提纯精制磷酸时，还需要对萃取出的75%磷酸进行脱色处理。

一般采用活性炭颗粒、树脂、双氧水对磷酸进行脱色，活性纤维布在磷酸脱色中应用较少。

活性炭纤维布是一种由含碳材料制成的、外观呈黑色、内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。

随着活性炭纤维布制造业发展，活性纤维布在磷酸脱色中应用具有很好的 前景。

关 键 词：活性炭纤维布；湿法磷酸；精制提纯；脱色
中图分类号：TQ126.35 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）02-0241-03
湿法磷酸精制有脱色工序[1]，生产过程存在颜色较深、不能满足高品质精制磷酸的产品要求的问题，因此有必要对其进行脱色处理[2]。

目前装置使用过氧化氢、树脂结合的方法对浓缩湿法磷酸进行脱色，以前也使用过粉末活性炭脱色。

双氧水脱色工艺操作简单、成本低廉、不引入其他杂质。

生产中双氧水可以作为第一步脱色的优质选择[3]。

本课题主要是探讨双氧水脱色后进一步脱色的脱色剂的选型，具有吸附作用的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝、沸石分子筛、吸附树脂。

目前生产中选取的是吸附树脂作为第二步脱色剂，树脂脱色有树脂易粉化、会污染产品等问题。

活性炭分为粉末活性炭、颗粒活性炭、纤维状活性炭。

活性炭是一种经特殊处理的炭，具有无数细小孔隙，表面积巨大，每克活性炭的表面积为
500~1 500 m 2。

活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能，粉末活性炭、颗粒活性炭具有广谱吸附脱色效果，但其孔径分布中只有很少一部分与待脱色料液中发色基团和助色基团的粒径相匹配，因此其选择性较差，利用率低，浪费大[4-5]。

活性炭纤维属窄谱吸附脱色，这一特点决定了其具有极强的选择性，若配型适合（活性炭纤维的孔径绝大多数与待脱色料液中发色基团和助色基团的粒径相匹配），其将有极高的利用率[6]。

活性炭纤维的特殊结构决定了其比表面积远大于粉末活性炭的比表面积，因此，活性炭纤维对液体中的分子型发色基团和助色基团的吸附速度和吸附量均远大于粉末活性炭，并且由于活性炭纤维具
有极快的解吸再生速度，使其能多次重复使用[7]。

1 试验过程
1.1 小试
对比不同型号的活性炭纤维布脱色效果，筛选得到效果最佳的活性炭纤维布。

1.1.1 活性炭纤维布选型
1）取相同质量活性炭纤维布。

2）取相同体积的75%磷酸。

3）将活性炭纤维布与75%磷酸充分接触，并搅拌，脱色相同时间。

4）过滤混合液，将活性炭纤维布脱落的毛绒 滤除。

5）将脱色后滤液与脱色前的75%磷酸进行 对比。

1.1.2 分析方法
以蒸馏水作参比，用1 cm 比色皿于最大吸收波长（455 nm）处测定磷酸吸光度，并以A 0-A 1计算色度差。

其中A 0为脱色前磷酸的吸光度，A 1为脱色后磷酸的吸光度[8]。

1.1.3 小试结果
活性炭纤维布选型表如表1所示。

表1 活性炭纤维布选型表
项目 原样
1#
2#
3#
4#
5#
8#
9#
吸光度
0.387 0.236 0.16 0.126 0.052
0.077 0.16
0.174
色度/黑曾 96.75 59.00 40.00 31.50 13.00 19.25
40.00 43.50
242 辽 宁 化 工 2024年2月
从表1中实验数据可知，4#
活性炭纤维布脱色效果最佳。

1.2 现场试验
中试装置为3台9芯 20-222/C 的过滤器，每台过滤器内可装 9支 50.80 cm 活性炭纤维模块， 3台过滤器材质为SUS304，与料液接触部分喷涂聚四氟乙烯。

中试装置前后设有取样口、流量计，通
过中试试验，可以进一步考察4#
活性炭纤维布的脱色效果、活性炭纤维布的再生效果。

2 结果与讨论
2.1 进料60 L ·h -1
不同运行时间进出料色度差
进料60 L ·h -1
不同运行时间进出料色度差如图1
所示。

图1 进料60 L ·h -1不同运行时间进出料色度差
从图1中实验数据可知，进料60 L ·h -1
时脱色
效果明显，脱色效果能维持31 h，平均色度差 20黑曾。

2.2 进料100 L ·h -1
不同运行时间进出料色度差
进料100 L ·h -1
不同运行时间进出料色度差如 图2
所示。

图2 进料100 L ·h -1不同运行时间进出料色度差
从图2中实验数据可知，进料100 L ·h -1
时脱色
效果明显，脱色效果能维持22 h，平均色度差 7.5 黑曾。

2.3 进料200 L ·h -1
不同运行时间进出料色度差
进料200 L ·h -1
不同运行时间进出料色度差如 图3
所示。

图3 进料200 L ·h -1不同运行时间进出料色度差
从图3中实验数据可知，进料200 L ·h -1
时脱色效果明显，脱色效果能维持20 h，平均色度差 5 黑曾。

2.4 进料300 L ·h -1
不同运行时间进出料色度差
进料300 L ·h -1
不同运行时间进出料色度差如 图4
所示。

图4 进料300 L ·h -1不同运行时间进出料色度差
从图4中实验数据可知，进料300 L ·h -1
时脱色
效果明显，脱色效果能维持20 h，平均色度差 4 黑曾。

3 应用结论
3.1 活性炭纤维布的脱色效果
进料60 L ·h -1
时脱色效果明显，脱色效果能维
持31 h，平均色度差20黑曾。

进料100 L ·h -1
时脱色效果明显，脱色效果能维持22 h，平均色度差
7.5黑曾。

进料200 L ·h -1
时脱色效果明显，脱色效
果能维持20 h，平均色度差5黑曾。

进料300 L ·h
-1
第53卷第2期 刘燕琴，等：活性炭纤维布在精制磷酸脱色的应用 243
时脱色效果明显，脱色效果能维持20 h，平均色度差4黑曾。

3.2 活性炭纤维布的再生方法
活性炭纤维布再生操作简单，热水或者蒸汽再生10 min。

3.3 活性炭纤维布的再生前后数据
从多次实验数据来看，再生后，脱色效果可以保证。

4 总结评价
磷矿的加工方式主要有湿法和热法。

湿法磷加工是指使用强酸（主要为硫酸，少部分为硝酸、盐酸）分解磷矿制备湿法磷酸，再基于湿法磷酸生产磷肥、饲料磷酸钙盐、工业磷酸等产品的技术方法。

热法磷加工是指使用电炉法将磷矿中的磷还原为磷单质（黄磷），基于黄磷再生产热法磷酸或其他化工产品的技术路线。

热法磷酸能耗高以及国内湿法磷酸净化技术的发展，目前基于湿法磷酸生产工业磷酸、食品级磷酸、电子级磷酸盐技术日益强大，2018年湿法磷酸净化生产的工业磷酸产量约为100万t[9-11]。

脱色作为其中重要工序，技术的更新换代也显得尤为重要。

活性炭纤维[12-14]的特殊结构决定了其比表面积远大于粉末活性炭的比表面积，因此，活性炭纤维对液体中的分子型发色基团和助色基团的吸附速度和吸附量均远大于粉末活性炭，并且由于活性炭纤维具有极快的解吸再生速度，使其能多次重复使用。

经过小试、中试试验，发现活性炭纤维布应用于精制磷酸脱色具有可行性，脱色效果明显，再生操作简单，再生后脱色效果可以保证。

参考文献：
［1］齐亚兵，张思敬. 湿法磷酸净化技术研究新进展及应用现状[J]. 应用化工，2022，51（9）：2798-2804.
［2］陈爱民，宗吉发，戴日全.一种净化湿法磷酸的制备方法：CN109399591A[P].2019-03-01.
［3］李翠莲，杨云碧. 湿法磷酸净化技术及发展[J]. 资源节约与环保， 2019（3）：4．
［4］吴雪艳，王开学，陈接胜. 多孔炭材料的制备[J]. 化学进展，2012，24（Z1）：262-274.
［5］张庆武，吴亚征，潘军. 一种新型过滤装置在脱色工艺上的应用[J].
过滤与分离，2004（4）：40-41．
［6］徐炜，刘晟杰.一种高吸附活性炭纤维织物：CN216231038U[P].
2022-04-08．
［7］（德）凯利（Kienle，H.），（德）巴德（Bader，E.）.活性炭及其工业应用[M]. （魏同成译）.北京：中国环境科学出版社，1990. ［8］江甜.活性炭的工业应用[J].化工设计通讯，2018，44 （12）：70-71. ［9］李翠莲，杨云碧. 湿法磷酸净化技术及发展[J]. 资源节约与环保，2019（3）：4．
［10］堃
方竹，杨文娟，彭桦，等. 湿法磷酸净化技术概述[J]. 云南化
工，2021，48（11）：29-30．
［11］何宾宾，魏立军，谢德龙，等. 中国湿法磷加工产业现状与可持续发展[J]. 无机盐工业，2020，52（1）：1-4．
［12］缪黎燕，缪黎丽，邵敏强，等.一种可设计性强的高性能纤维毡：CN212400490U[P]. 2021-01-26.
［13］曹伟伟，朱波，乔琨，等.一种活性炭纤维毡及其制备方法和应用：CN110626010A[P]. 2019-12-31.
［14］曹伟伟，朱波，乔琨，等.一种活性炭纤维毡：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。