[发明专利]磷酸废液的回收方法

说明书

技术领域

本发明属于化工分离技术领域，特别涉及一种低浓度磷酸废液的处理和回收方法。

背景技术

磷酸，包括多聚磷酸，是较为常见的溶剂。在使用磷酸的过程中会产生含有磷酸的废液。特别是在PBO纤维的生产过程中会产生大量的低浓度磷酸废液。

PBO纤维又称亚苯基苯并双噁唑纤维，苯撑苯并二噁唑纤维。PBO纤维产品的强度可以达到5.8GPa，模量180GPa；耐热温度达到600℃，极限氧指数68，在火焰中不燃烧、不收缩，耐热性和难燃性高于其它任何一种有机纤维。主要用于耐热产业纺织品和纤维增强材料。PBO纤维的制备分为复合盐制备、聚合物合成、纺丝三个阶段。复合盐由单体盐、对苯二甲酸、添加剂制成。单体盐为二氨基间苯二酚盐酸盐。复合盐和多聚磷酸、五氧化二磷混合，在搅拌加热的状态下进行缩聚，缩聚完成后的聚合物进入双螺杆挤出机挤出，在喷头进行一次拉伸成型。而后经过洗涤，除去纤维中的磷酸，经干燥后卷绕成型。

在PBO纤维的生产过程中，洗脱磷酸会产生大量的磷酸浓度很低的废液。处理并回收废液中的磷酸，不仅可以有效地降低磷酸消耗，降低成本，而且有助于环境保护。

此外对于其它使用大量使用磷酸，并产生磷酸废液的生产过程，也需要对磷酸废液进行回收利用。

磷酸废液的回收一般采用化学沉淀法或者生物方法除去。化学方法最终产物为磷酸钙等磷酸盐，磷酸不能直接回收利用。而生物方法生产周期长，并且同样也存在磷酸不能直接回收利用的不足之处。

除了化学沉淀法和生物法以外，磷酸废液还可以采用蒸发等汽化方法除去水分进行回收利用。但是对于浓度很稀的磷酸水溶液，水分的蒸发量很大，因而能源消耗大，成本较高。如果采用减压蒸发，由于操作环境的压力降低，促使物料的沸点降低，可以采用较低的操作温度，从而减少能源消耗。但是对于浓度较低的磷酸废液，即使采用减压蒸馏，仍然需要大量汽化水分，能源消耗仍然较大。

离子交换是一种能源消耗较低的新型分离方法，特别适用于浓度较低的情况。

与传统的化学沉淀、生物和蒸发方法相比，离子交换法，具有成本低，操作简单，被分离的磷酸可以回收再利用的优点。并且离子交换树脂容易再生，可以重复使用。

离子交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料。离子交换树脂不溶于酸、碱溶液、水以及各种有机溶剂，为不熔融的多孔性固体。每个树脂颗粒都由交联的具有三维空间立体结构的网络骨架构成，在骨架上连接着许多较为活泼的功能基。这种功能基能离解出离子，可以与周围离子进行交换。离子交换树脂的单元结构由三部分组成：不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能性基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。

按交联聚合物的不同，离子交换树脂可以分为苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、脲醛系、氯乙烯系等。按照形态，可以分为凝胶型和大孔型。按照官能团的性质又可以分为强酸、弱酸、强碱、弱碱、螯合、酸碱两性和氧化还原型等七类。

离子交换反应是可逆的，因此离子交换树脂可以通过交换和再生反复利用。弱碱性阴离子交换树脂只能在酸性或者中性溶液中发生离子交换，可以使用碳酸钠和氨水进行再生；强碱性阴离子交换树脂在酸性、碱性和中性条件下进行离子交换反应，使用强碱进行再生。弱酸性阳离子交换树脂只能在碱性、中性或者弱酸性溶液中进行离子交换；强酸性阳离子交换树脂可以在酸性和碱性溶液中均可以进行离子交换。离子交换采用的设备主要有搅拌槽、固定床和移动床三种。

日本Nippon Gosei公司(立邦公司)在日本专利JP07155607中提出了一种回收磷酸的方法：废磷酸催化剂进入萃取塔，在搅拌的条件下将磷酸萃取分离，然后过滤，再使用强酸性离子交换树脂除去金属离子。将回收并纯化的磷酸用于水合反应。

日本神钢环境舒立净公司申请的中国专利CN200510090241中提出了一种处理和回收含磷酸废水的处理方法。该方法的过程为：在呈酸性的状态下，废液与阴离子交换树脂接触，使废液中的硝酸离子、碘离子等其它离子进行离子交换，然后再次与阴离子交换树脂进行接触，使磷酸离子与阴离子交换树脂进行离子交换，回收磷酸离子。

发明内容

本发明涉及的工艺方法适合处理和回收低浓度磷酸废液，废液不含有影响循环使用的除磷酸和水以外的其它可溶性杂质。