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Application of the central composite design and response surface methodology to remove arsenic from industrial phosphorus by oxidation

Authors

  • Ren Yongsheng,

    Corresponding author
    1. Department of Environmental and Biological Engineering, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, PR China
    2. Department of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, PR China
    • Department of Environmental and Biological Engineering, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, PR China.
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  • Li Jun,

    1. Department of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, PR China
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  • Duan Xiaoxiao

    1. Department of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, PR China
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Abstract

Oxidation is applied to remove arsenic from industrial phosphorus, and nitric acid is chosen as the main oxidant and molysite (Fe3+) as the oxidation intensifier to oxidise arsenic selectively prior to oxidise phosphorus. The central composite design (CCD) and response surface methodology (RSM) are applied to this purification process. The factors considered for experimental design are the concentration of nitric acid, stirring rate, the mass ratio of iron to arsenic, and the volume ratio of nitric acid to phosphorus. The significant factors are optimised using a 24 full factorial CCD of orthogonal type. The quadratic models between the responses and the independent parameters are built. The response surface models are tested with analysis of variance (ANOVA) and the optimal conditions are found: 12.5% for the concentration of nitric acid, 80 for the mass ratio of iron to arsenic, 319 rpm for stirring rate, and 3.14 for the volume ratio of nitric acid to phosphorus with the prediction of 99.9996% of the arsenic removal ratio (ARR) and 74.64% of phosphorus yield (PY). The experimental results indicate that oxidation could remove almost all arsenic from industrial phosphorus, which could prepare low arsenic phosphoric products.

L'oxydation est utilisée pour éliminer l'arsenic des phosphores industriels. On choisit l'acide nitrique comme oxydant principal et le molysite (Fe3+) comme promoteur d'oxydation afin d'oxyder sélectivement l'arsenic avant d'oxyder le phosphore. Le plan central composite (PCC) et la méthode de surface de réponse (MSP) sont appliqués à ce processus de purification. Les facteurs pris en compte dans le plan expérimental sont la concentration d'acide nitrique, la vitesse d'agitation, le rapport de masse du fer par rapport à l'arsenic et le rapport de volume entre l'acide nitrique et le phosphore. Les facteurs importants sont optimisés grâce à un plan central composite de type orthogonal à 24 facteurs entiers. Les modèles quadratiques sont établis entre les réponses et les paramètres indépendants. Les modèles de surface de réponse ont été évalués grâce à l'analyse de la variance (ANOVA) et les conditions optimales suivantes ont été trouvées: une concentration d'acide nitrique de 12,5%, un rapport de masse du fer par rapport à l'arsenic de 80, une vitesse d'agitation de 319 rotations par minute et un rapport de volume de l'acide nitrique par rapport au phosphore de 3,14 avec un taux d'élimination de l'arsenic (TEA) estimé à 99,9996% et une production de phosphore de 74,64% (PP). Les résultats expérimentaux indiquent que l'oxydation peut éliminer presque tout l'arsenic contenu dans les phosphores industriels, ce qui permettrait d'obtenir des produits phosphoriques pauvres en arsenic. © 2010 Canadian Society for Chemical Engineering

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