Designing an efficient fluorine recovery strategy for Wet-Process phosphoric acid purification by disclosing competitive complexation behavior between fluorine species and metal cations

磷酸 化学 金属 阳离子聚合 离解(化学) 无机化学 剥离(纤维) 水溶液中的金属离子 杂质 水解 有机化学 材料科学 复合材料
作者
Binbin He,Yuanzhi Zhu,Yun Zu,Yunxiang Nie,Yi Mei
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:320: 124219-124219 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.124219
摘要

Fluorine (F) is a high-value resource that has been overlooked in the production of wet process phosphoric acid (WPA) due to its high susceptibility to complexation with metal cationic impurities, hindering F efficient recovery and subsequent phosphoric acid purification. This paper firstly emphasizes on investigating the competitive complexation behavior between F species and metal cations (M = Al3+, Fe3+, Ca2+ and Mg2+) by designing a series of F-containing model solutions (as HF and/or H2SiF6) with fixed combinations of metal cations. The results reveal that the complexation ability between metal cations and “free” F- species from HF dissociation and/or SiF62- hydrolysis follows the order: Al3+ > Fe3+ > Ca2+ > Mg2+. DFT calculation further confirms that the acid-soluble AlF4- and FeF3 species with lower binding energies are the main obstacle to difficult recovery of F species in the WPA. Given the above facts, an efficient F recovery strategy is proposed by increasing initial F concentration (as HF and H2SiF6) in industrial WPA for preferentially removing metal impurities in the forms of M−F precipitates (e.g., AlF3 and CaF2), according to the variations in distributions of M−F species under different n(F)/n(M) ratios predicted through establishment of mathematical models. The ultimate F recovery rate is greater than 95% by stripping process when initial HF concentration added is about 7.49 mol/L. This novel strategy has been successfully applied in phosphoric acid purification process.
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