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碳酸锶是生产电视机显像管、计算机显示器的重要原料,还被广泛用于磁性材料、陶瓷、涂料的制造,产品用途涉及电子、化工和冶金等十多个行业。生产碳酸锶的主要原料是天青石,生产工艺主要有复分解转化法和碳还原法,其中碳还原法占主导地位,但是在碳还原法工艺中,硫化锶黑灰浸取工段产生的大量含锶废渣,不仅污染环境,而且造成锶资源的浪费,已严重制约了碳还原法生产碳酸锶工艺的良性发展。
目前,碳酸锶废渣绝大部分作为工业固废堆放,极少量作为公路路基填料,不但会造成二次污染,还会浪费其中的锶资源。因此,对碳酸锶废渣进行盐酸浸取、对工艺参数进行研究并回收其中的锶盐产品,为解决碳酸锶废渣的环境污染和资源浪费等问题提供新思路和技术支撑。
本文着重研究了碳酸锶废渣的盐酸浸取工艺流程和参数优化、酸浸尾气的处理及浸取所得氯化锶的纯化与精制,主要实验内容和结果如下:
1.在碳酸锶废渣的盐酸浸取实验中,首先,设计单因素条件择优实验考察了盐酸(1:1)用量、初始固液质量比、浸取温度、浸取时间、中和pH、中和时间等工艺参数对碳酸锶废渣酸浸结果的影响。称取100.0g碳酸锶废渣进行浸取实验并得出结论:当盐酸(1:1)用量180mL、初始固液质量比1:6、浸取时间2.0h、浸取温度为常温、中和时间2.0h、中和pH≈9.0时,浸取液中锶含量14.24g,锶回收率76.85%。然后,通过正交试验选择最佳工艺参数组合:对于100.0g碳酸锶废渣,当盐酸(1:1)用量225mL、初始固液质量比1:6、浸取温度为45℃、浸取时间3.0h、中和pH≈9.0、中和时间1.0h时,浸取液中锶含量13.25g,锶回收率71.52%。最后,以正交试验所得最佳工艺参数组合作为验证实验条件,做两组平行的全流程实验,浸取液中平均锶含量13.51g,锶的平均回收率为72.90%。通过分析、对比单因素条件择优试验和正交试验得出的各参数可知:盐酸(1:1)用量过大,锶渣中的硅酸盐溶出后形成溶胶或凝胶,影响过滤性能、吸附浸取液,进而影响锶的回收率,盐酸(1:1)用量过小,浸取不充分;初始固液质量比适中时,浸取效果较好;浸取温度、浸取时间、中和pH和中和时间均会不同程度地影响浸取效果。
2.以硝酸铁溶液为酸浸尾气中硫化氢气体的吸收剂、氧化剂,以空气中的氧气为Fe(Ⅲ)的再生剂,酸浸尾气中的硫化氢气体被选择性氧化为硫磺,经XRD检测,表明所得硫磺为S8。当硝酸铁浓度0.5mol/L、反应温度30℃时,得到的硫磺纯度最高(99.38%),在该条件下,得到1g硫磺时损失硝酸铁的量(以Fe2O3计)为0.0137g;当硝酸铁浓度0.5mol/L,反应温度50℃时,得到1g硫磺而损失硝酸铁的量(以Fe2O3计)为0.0071g,此条件下硫磺纯度为99.29%。可见,温度对硫磺纯度的影响不大,但是硝酸铁的损失量随着温度的升高明显降低。
3.碳酸锶废渣酸浸液经蒸发、结晶,在40℃过滤,固相中氯化锶76.59%、氯化钙9.085%,该固相再经水溶后,按其中所含钙离子物质的量1:1加入氢氧化锶固体并加热至沸腾,使钙离子转化为氢氧化钙沉淀,以实现氯化锶的精制。滤去氢氧化钙沉淀后,液相为纯度较高的氯化锶溶液。将40℃过滤所得液相继续冷却至室温、结晶,过滤后固相主要为氯化钙,含氯化锶8.485%,将此固相返回浸取液中,回收其中的氯化锶;液相为氯化钙溶液,用以回收氯化钙产品。实验研究发现:酸浸液经蒸发、结晶,过滤时,温度对固相中氯化锶的纯度和收率影响较大。随着过滤温度的升高,固相中氯化锶的纯度升高、收率下降。综合考虑氯化锶的纯度和收率,确定过滤温度为40℃;在精制氯化锶时,使用氢氧化锶沉淀氯化钙,除钙效果显著,精制后氯化锶溶液中氯化钙含量仅为0.1641%,硅含量(以SiO2计)降低至0.04794%。