Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК) широко применяется в производстве удобрений, пищевой промышленности и других отраслях. Однако её использование осложняется высоким содержанием примесей — кремния, фтора, железа и алюминия. Эти вещества ухудшают качество конечного продукта, поэтому их удаление — важная задача.
Учёные из Ивановского государственного химико-технологического университета исследовали, как модификация угольных сорбентов влияет на эффективность очистки фосфорной кислоты. В статье разберём ключевые выводы их работы.
Почему фосфорную кислоту нужно очищать?
Фосфорную кислоту получают двумя основными способами:
- Термическим (чистый продукт, но дорогой метод).
- Экстракционным (дешевле, но содержит до 15% примесей).
Основные загрязнители ЭФК:
- Фтор (образует устойчивые комплексы с металлами).
- Кремний (в виде кремнегеля и силикатов).
- Железо и алюминий (связывают фтор, мешая его удалению).
Без очистки эти примеси снижают качество кислоты, что ограничивает её применение.
Как очищают фосфорную кислоту?
Существует несколько методов очистки:
- Отдувка газовым теплоносителем (удаление летучих соединений).
- Сорбция (поглощение примесей углём или другими материалами).
- Экстракция растворителями.
- Осаждение примесей в виде нерастворимых солей.
В данном исследовании учёные сосредоточились на комбинации отдувки и сорбции, используя модифицированные угли.
Роль угольных сорбентов в очистке
Активированный уголь — эффективный адсорбент благодаря:
- Высокой пористости.
- Устойчивости в кислой среде (pH 2–10).
- Способности связывать металлы и кремний.
Однако его свойства можно улучшить за счёт модификации:
- Обработка фосфорной кислотой (H₃PO₄) — увеличивает содержание кислотных групп на поверхности.
- Обработка гидроксидом натрия (NaOH) — повышает щелочные свойства.
Результаты эксперимента
Учёные сравнили несколько типов сорбентов:
- Обычный уголь БАУ.
- Уголь БАУ, модифицированный H₃PO₄.
- Уголь БАУ, модифицированный NaOH.
- Сульфоуголь КУ-11 (содержит серу).
Эффективность очистки
| Примесь | Исходное содержание (%) | Остаток после очистки (%) |
| Фтор (F) | 1,33 | 0,14–0,25 |
| Железо (Fe₂O₃) | 0,55 | 0,10–0,45 |
| Алюминий (Al₂O₃) | 0,63 | 0,26–0,53 |
| Кремний (SiO₂) | 0,68 | 0,002–0,10 |
Выводы:
- Лучше всего удаляет фтор уголь, модифицированный H₃PO₄.
- Наибольшая очистка от кремния — при обработке угля NaOH (остаток всего 0,002%).
- Сульфоуголь КУ-11 показал высокую эффективность против железа и алюминия.
Почему модификация улучшает сорбцию?
- Кислотная обработка (H₃PO₄) создаёт на поверхности угля дополнительные фосфатные группы, которые связывают катионы металлов (Fe³⁺, Al³⁺).
- Щелочная обработка (NaOH) способствует удалению кремния, так как он лучше сорбируется в щелочной среде.
- Сера в сульфоугле усиливает взаимодействие с фторидными комплексами.
Исследование подтвердило, что модификация угля значительно повышает степень очистки фосфорной кислоты:
- Кислотная обработка лучше удаляет фтор и металлы.
- Щелочная обработка эффективна против кремния.
- Сульфоуголь демонстрирует высокую сорбционную активность.
Эти данные могут быть полезны для оптимизации промышленных методов очистки фосфорной кислоты, что позволит получать более чистый продукт для различных отраслей.
