專利名稱：一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磷酸法制備活性炭的工藝流程，尤其涉及一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝。
背景技術：
用磷酸作為活化劑生產(chǎn)活性炭稱為磷酸法活性炭。生產(chǎn)上使用的磷酸必須是高純度的熱法磷酸，為了控制活性炭的生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)過程中磷酸必須回收、循環(huán)使用。由于生產(chǎn)活性炭的基本原料木屑中含有鈣、鎂、鐵、鉀、鈉等雜質(zhì)，磷酸在反復循環(huán)使用一段時間后，磷酸溶液中便富集了以上金屬雜質(zhì)離子。當磷酸溶液中雜質(zhì)離子含量超過一定數(shù)值時 就會影響活性炭活化的質(zhì)量。為了確?；钚蕴抠|(zhì)量，有些活性炭公司把雜質(zhì)含量較高的磷酸溶液當廢酸處理；有些活性炭公司把雜質(zhì)含量較高的磷酸溶液簡單地用濃硫酸處理；而有些活性炭公司則把雜質(zhì)含量較高的磷酸溶液直接用離子交換法處理。木屑中含有鈣、鎂、鐵、鉀、鈉等雜質(zhì)。其中鈣、鎂約占雜質(zhì)總量70% ;鉀、鈉、鐵等約占雜質(zhì)總量30%?；钚蕴可a(chǎn)回收磷酸過程中木屑中含有鈣、鎂、鐵、鉀、鈉等雜質(zhì)大部分轉(zhuǎn)入磷酸溶液中，隨著磷酸循環(huán)使用，雜質(zhì)含量越來越高。雜質(zhì)含量高的磷酸對活性炭的活化質(zhì)量影響很大，為了確保活性炭的質(zhì)量，生產(chǎn)過程中必須嚴格控制好磷酸溶液的質(zhì)量。根據(jù)含雜磷酸的特性，含雜磷酸可以通過化學沉淀法或離子交換法精制?；瘜W沉淀法除雜就是用濃硫酸與含雜磷酸中的鈣離子反應形成硫酸鈣沉淀，然后再把硫酸鈣從磷酸溶液中分離出去。這種方法優(yōu)點是簡便而且硫酸價廉，缺點是只能除去含雜磷酸中的鈣離子，而且還會造成磷酸溶液中殘留少量的硫酸。離子交換法就是把含雜磷酸通過H型陽離子交換樹脂，除去陽離子雜質(zhì)后，樹脂必須用鹽酸再生。鹽酸價格高，因此再生成本高造成磷酸精制成本高。離子交換法還會造成磷酸濃度下降。因進入離子交換塔的含雜磷酸除雜后是用水洗出，洗出過程中水分帶入磷酸溶液使其濃度降低。對一個固定的離子交換塔而言，一個交換過程洗出用水量是固定的，所以一次交換處理量越大，得到的磷酸溶液平均濃度越高。磷酸法活性炭使用的磷酸溶液有一定的濃度要求，濃度太低的磷酸溶液必須通過蒸發(fā)水分濃縮到一定濃度后方可使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術化學沉淀法精制不徹底和離子交換法精制成本高、效率低的弊病，提供一種磷酸法制備活性炭中含雜磷酸精制純度高、高效、低成本的磷酸除雜工藝。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝，包括以下步驟I)在第一反應器往含雜磷酸溶液中加入過量的濃硫酸溶液，攪拌形成硫酸鈣沉淀；2)過濾分離出硫酸鈣雜質(zhì)，濾液送往第二反應器；3)往第二反應器加入磷酸鋇或氫氧化鋇使過量的硫酸形成硫酸鋇沉淀，過濾后得到初步精制的磷酸溶液；4)把以上初步精制的磷酸溶液通過H型陽離子交換樹脂，除去陽離子雜質(zhì)，得到最終精制的磷酸溶液。因樹脂內(nèi)不含鈣離子，因此這種陽離子樹脂使用后可以用稀硫酸再生而不用鹽酸再生，再生成本大幅降低，本發(fā)明進一步包括以下步驟5)將經(jīng)交換操作后的H型陽離子交換樹脂用稀硫酸進行再生。為了提高離子交換的精制效率，本發(fā)明使用的離子交換器為大長徑比(長徑比為·2(Γ60)，本發(fā)明進一步優(yōu)化，步驟4)中的離子交換是在離子交換樹脂塔中進行，所述離子交換塔為兩個或兩個以上的離子交換塔節(jié)相互串聯(lián)而成，每個離子交換塔節(jié)的直徑O. 2
O.5米、高2米。其中，所述離子交換樹脂塔為5-7個離子交換塔節(jié)相互串聯(lián)而成。為了提高過濾效率、實現(xiàn)快速過濾，本發(fā)明進一步優(yōu)化，步驟2)是通過板框壓濾機進行過濾。本發(fā)明的有益效果是先采用化學沉淀法往含雜磷酸中加稍過量的濃硫酸，使鈣離子形成硫酸鈣沉淀被過濾除去，然后繼續(xù)往含雜磷酸中加入磷酸鋇或氫氧化鋇使過量的硫酸形成硫酸鋇沉淀，過濾后得到初步精制的磷酸溶液。把以上初步精制的磷酸溶液通過大長徑比離子交換器與H型陽離子交換樹脂的H+離子進行離子交換，除去雜質(zhì)陽離子得到高純度磷酸溶液。因樹脂內(nèi)不含鈣離子，因此這種陽離子樹脂使用后可以用稀硫酸再生而不用鹽酸再生，再生成本大幅降低。另外由于含雜磷酸先除了鈣離子，一次交換再生過程可以精制更多的含雜磷酸，提高了離子交換器的使用效率，同時可以得到濃度更高的磷酸溶液。由于含雜磷酸中主要雜質(zhì)是鈣離子，在經(jīng)過化學沉淀法初步精制后其雜質(zhì)含量大大降低，因此離子交換塔一次精制含雜磷酸的數(shù)量大大增加，這樣就提高了離子交換塔的精制效率。
具體實施例方式為詳細說明本發(fā)明的技術內(nèi)容、構造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式詳予說明。含雜磷酸溶液:含有鈣、鎂、鐵、鉀、鈉等陽離子雜質(zhì)的磷酸溶液。初步精制的磷酸溶液:不含鈣離子，但含鎂、鐵、鉀、鈉等陽離子雜質(zhì)的磷酸溶液。離子交換樹脂塔:提供離子交換劑與溶液接觸空間，實現(xiàn)離子交換過程的裝置。多個離子交換塔節(jié)串聯(lián)起來組成一個大長徑比的離子交換樹脂塔。每個離子交換塔節(jié)直徑
O.2 O. 5米、高2米，包含2 10個塔節(jié)串聯(lián)，特別是5 7個塔節(jié)串聯(lián)組成一個離子交換塔。離子交換塔節(jié):離子交換器獨立單元。離子交換塔長徑比:離子交換塔高度(長度)與直徑的比例。離子交換法:就是樹脂上的可解離基團與溶液中的離子發(fā)生交換，溶液中的離子與樹脂上電性相反的基團發(fā)生親和，保留在樹脂上，而樹脂中的解離出的離子釋放到溶液，維持水溶液的電中性。交換達到一定程度后，再使用高濃度或者高洗滌強度的溶液將親和到樹脂上的離子再次交換出來，使離子交換樹脂得到再生離子交換樹脂一般呈現(xiàn)多孔狀或顆粒狀，其大小約為O. 5^1. Omm，其離子交換能力依其交換能力特征可分I.強酸型陽離子交換樹脂主要含有強酸性的反應基如磺酸基(一 S03H)，此離子交換樹脂可以交換所有的陽離子。2.弱酸型陽離子交換樹脂具有較弱的反應基如羧基(一 COOH基)，此離子交換樹脂僅可交換弱堿中的陽離子如Ca2+、Mg2+，對于強堿中的離子如Na+、K+等無法進行交換。本發(fā)明采用的H型陽離子交換樹脂為強酸型陽離子交換樹脂。特別是大孔強酸型陽離子交換樹脂，如DOOl等。實施例I 含雜磷酸I噸投入反應器I中，在攪拌下徐徐加入100公斤濃硫酸，形成大量的硫酸鈣沉淀。繼續(xù)攪拌I小時使硫酸鈣晶體變粗穩(wěn)定。用板框壓濾機過濾分離出硫酸鈣晶體，濾液送往反應器2中。在攪拌下往反應器2中加入10公斤固體磷酸鋇，繼續(xù)慢速攪拌2小時使溶液中硫酸根離子轉(zhuǎn)換成硫酸鋇沉淀。過濾得到初步精制的磷酸溶液。把以上初步精制的磷酸溶液800公斤慢慢注入直徑O. 2米、高8米的離子交換塔中，接著進水。收集流出的磷酸溶液。離子交換塔出口設有濃度在線檢測裝置，可以通過濃度檢測收集所需的磷酸溶液。初步精制的磷酸溶液流經(jīng)H型陽離子交換樹脂后雜質(zhì)陽離子被樹脂吸附，最終精制后的磷酸溶液相對純度達99. 2%。經(jīng)交換操作后的陽離子交換樹脂用200公斤8%的稀硫酸逆流再生。再用水洗出硫酸根。陽離子交換樹脂恢復成H型。當H型陽離子交換樹脂吸附了大量的陽離子雜質(zhì)后，就必須用酸進行再生。樹脂重新恢復到H型后方可進行下次精制。通常使用4 8%稀鹽酸溶液對失效的陽離子樹脂進行再生。由于失效的陽離子樹脂中不含鈣離子，本發(fā)明采用4 8%的硫酸溶液再生失效的陽離子樹脂，可以得到相同的效果。這樣用硫酸取代鹽酸后可以降低樹脂再生成本。實施例2含雜磷酸I噸投入反應器I中，在攪拌下徐徐加入100公斤濃硫酸，形成大量的硫酸鈣沉淀。繼續(xù)攪拌I小時使硫酸鈣晶體變粗穩(wěn)定。用板框壓濾機過濾分離出硫酸鈣晶體，濾液送往反應器2中。在攪拌下往反應器2中加入10公斤固體磷酸鋇，繼續(xù)慢速攪拌2小時使溶液中硫酸根離子轉(zhuǎn)換成硫酸鋇沉淀。過濾得到初步精制的磷酸溶液。把以上初步精制的磷酸溶液1000公斤慢慢注入直徑O. 2米、高10米的離子交換塔中，接著進水。收集流出的磷酸溶液。離子交換塔出口設有濃度在線檢測裝置，可以通過濃度檢測收集所需的磷酸溶液。初步精制的磷酸溶液流經(jīng)H型陽離子交換樹脂后雜質(zhì)陽離子被樹脂吸附，最終精制后的磷酸溶液相對純度達99. 3%。實施例3含雜磷酸I噸投入反應器I中，在攪拌下徐徐加入100公斤濃硫酸，形成大量的硫酸鈣沉淀。繼續(xù)攪拌I小時使硫酸鈣晶體變粗穩(wěn)定。用板框壓濾機過濾分離出硫酸鈣晶體，濾液送往反應器2中。在攪拌下往反應器2中加入10公斤固體磷酸鋇，繼續(xù)慢速攪拌2小時使溶液中硫酸根離子轉(zhuǎn)換成硫酸鋇沉淀。過濾得到初步精制的磷酸溶液。
把以上初步精制的磷酸溶液4000公斤慢慢注入直徑O. 4米、高12米的離子交換塔中，接著進水。收集流出的磷酸溶液。離子交換塔出口設有濃度在線檢測裝置，可以通過濃度檢測收集所需的磷酸溶液。初步精制的磷酸溶液流經(jīng)H型陽離子交換樹脂后雜質(zhì)陽離子被樹脂吸附，最終精制后的磷酸溶液相對純度達99. 2%。本發(fā)明先采用化學沉淀法往含雜磷酸中加稍過量的濃硫酸，使鈣離子形成硫酸鈣沉淀被過濾除去，然后繼續(xù)往含雜磷酸中加入磷酸鋇或氫氧化鋇使過量的硫酸形成硫酸鋇沉淀，過濾后得到初步精制的磷酸溶液。把以上初步精制的磷酸溶液通過大長徑比離子交換器與H型陽離子交換樹脂的H+離子進行離子交換，除去雜質(zhì)陽離子得到高純度磷酸溶液。因樹脂內(nèi)不含鈣離子，因此這種陽離子樹脂使用后可以用稀硫酸再生而不用鹽酸再生，再生成本大幅降低。另外由于含雜磷酸先除了鈣離子，一次交換再生過程可以精制更多的含雜磷酸，提高了離子交換器的使用效率，同時可以得到濃度更高的磷酸溶液。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領 域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝，其特征在于，包括以下步驟 1)在第一反應器往含雜磷酸溶液中加入過量的濃硫酸溶液，攪拌形成硫酸鈣沉淀； 2)過濾分離出硫酸鈣雜質(zhì)，濾液送往第二反應器； 3)往第二反應器加入磷酸鋇或氫氧化鋇使過量的硫酸形成硫酸鋇沉淀，過濾后得到初步精制的磷酸溶液； 4)把以上初步精制的磷酸溶液通過H型陽離子交換樹脂，除去陽離子雜質(zhì)，得到除雜的磷酸溶液。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝，其特征在于，進一步包括以下步驟 5)將經(jīng)交換操作后的H型陽離子交換樹脂用稀硫酸進行再生。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝，其特征在于，步驟4)中的離子交換是在離子交換樹脂塔中進行，所述離子交換塔為兩個或兩個以上的離子交換塔節(jié)相互串聯(lián)而成，每個離子交換塔節(jié)的直徑O. 2 O. 5米、高2米。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝，其特征在于，所述離子交換樹脂塔為5-7個離子交換塔節(jié)相互串聯(lián)而成。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝，其特征在于，步驟2)是通過板框壓濾機進行過濾。
全文摘要
本發(fā)明公開一種磷酸法制備活性炭中的磷酸除雜工藝，包括以下步驟1)在第一反應器往含雜磷酸溶液中加入過量的濃硫酸溶液，攪拌形成硫酸鈣沉淀；2)過濾分離出硫酸鈣雜質(zhì)，濾液送往第二反應器；3)往第二反應器加入磷酸鋇或氫氧化鋇使過量的硫酸形成硫酸鋇沉淀，過濾后得到初步精制的磷酸溶液；4)把以上初步精制的磷酸溶液通過H型陽離子交換樹脂，除去陽離子雜質(zhì)，得到最終精制的磷酸溶液。本發(fā)明的有益效果是由于含雜磷酸先除了鈣離子，一次交換再生過程可以精制更多的含雜磷酸，提高了離子交換器的使用效率，同時可以得到濃度更高的磷酸溶液。
文檔編號C01B31/12GK102838113SQ201210318729
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日2012年8月31日
發(fā)明者王升錦, 王承輝, 李建華 申請人:福建遠翔化工有限公司