一种采用锶盐残渣制备工业碳酸锶的新方法

摘要

一种采用锶盐残渣制备工业碳酸锶的新方法。本发明具体工艺过程包括以下步骤：破碎，酸溶，分离，除杂，碳化。用粉碎机将锶残渣粉碎，将锶渣中加入热水搅拌成浆后加酸溶解，不溶物分离出去后，母液中加入碱除去大量钙杂质，过滤所得滤液经碳化，得碳酸锶沉淀，沉淀经漂洗，过滤烘干得碳酸锶成品。此工艺简单，操作方便，变废为宝，既保护了环境，又是对锶资源的充分利用。

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程和化工技术领域，具体涉及一种锶盐残渣的综合回收利用方法，尤其是一种采用锶盐残渣制备工业碳酸锶的新方法。

背景技术

碳粉还原天青石水浸取锶盐的方法会产生大量的废渣，这些废渣深埋或直接暴露在外，遇到雨水浸湿，生成碱性物质使土壤和地下水碱化，严重破坏生态环境。据统计每生产一吨SrCO₃产生2.5吨浸取渣。这部分废渣主要是SrS、SrCO₃、SrSO₄、SrSiO₃、C、CaO、煤石矸等。这些废渣中还有高达20%以上锶没有得到利用，所以回收利用锶盐渣既解决了大量锶渣对环境的污染问题，又提高了锶资源的利用率。

发明内容

本发明的目的在于保护生态环境，节约锶资源，变废为宝，利用锶盐残渣生产出工业碳酸锶，创造出更大的经济价值。

本发明的提供的技术方案为：

一种采用锶盐残渣制备工业碳酸锶的新方法，包括以下步骤：

（1）将锶盐残渣进行破碎，将破碎后的锶盐残渣用热水打浆，形成料浆；

（2）步骤（1）所得料浆用盐酸溶解锶盐，盐酸加入量使料浆pH＜3，不断搅拌料浆0.5~1小时后静置反应3-5小时；

（3）步骤（2）反应后的料浆中加入锶盐残渣中和过量的盐酸，锶盐残渣加入量使料浆pH调至5.8~6.2；

（4）将步骤（3）所得料浆过滤，加热滤液，不断搅拌下向热的滤液中加入NaOH，热过滤分离沉淀，得锶母液；

（5）将步骤（4）所得锶母液中加入碳酸氢铵至碳酸锶沉淀完全，静置过滤得碳酸锶沉淀，将沉淀漂洗，过滤，烘干得到成品碳酸锶。

优选地，本发明所述的一种采用锶盐残渣制备工业碳酸锶的新方法中，步骤（1）所述的锶残渣破碎是用粉碎机将锶残渣粉碎，使其全部通过80目筛。

优选地，步骤（1）中热水的温度范围为70℃~80℃。

优选地，步骤（1）中锶盐残渣重量与加入热水体积的重量体积比为1：2~3，其中，重量单位为g，体积单位为mL。

优选地，步骤（2）所得料浆固液重量体积比为0.1-0.3g/ml。

优选地，步骤（4）中滤液加热温度为90℃以上。

优选地，步骤（4）中NaOH加入的摩尔量为溶液中Ca²⁺离子摩尔总量的2.4-3.0倍。

优选地，步骤（5）中漂洗的次数为1~3次。

优选地，步骤（5）中碳酸氢铵加入的摩尔量为溶液中锶的摩尔总量的2.2-2.4倍。

优选地，步骤（2）中所述盐酸浓度为30%。

本发明的原理为：

通过酸把可溶性锶盐溶解分离出来，再加入工业NaOH把杂质Ca²⁺沉淀过滤出去，得到纯净的锶母液，锶母液在低温条件下碳化，形成小粒径碳酸锶，用途广，经济价值高。

1、步骤（2）利用加入酸与锶盐反应，使锶盐溶解，用化学反应式（1）~（4）表示如下：

SrS+2HCl=SrCl₂+H₂S↑                    （1）

SrCO₃+2HCl=SrCl₂+H₂O+CO₂↑               （2）

SrSiO₃+2HCl= SrCl₂+H₂SiO₃↓              （3）

CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O                      （4）

2、步骤（4）加入NaOH目的在于除去溶液中的Ca²⁺杂质，用化学反应式（5）表示如下：

CaCl₂+2NaOH=Ca(OH)₂↓+2NaCl             （5） 

3、步骤（5）加入碳酸氢铵目的在于与溶液中Sr²⁺生成SrCO₃沉淀，简称碳化，用化学反应式（5）表示如下：

SrCl₂+2NH₄HCO₃=SrCO₃↓+2NH₄Cl+H₂O+CO₂↑    （6）

4、步骤（5）将沉淀漂洗目的在于去除碳酸锶沉淀中残留的Na⁺、Cl^-、NH₄⁺离子。

综上所述，本发明可实现以下技术效果：

1、本发明使废渣中的锶得到了充分回收利用，制取的碳酸锶各项技术指标达到工业碳酸锶标准，既创造出可观的经济效益，又减少了对环境的污染。

2、提取锶盐残渣用的主要原材料锶渣为企业排放废物，盐酸为工业酸，生产成本低。

3、锶母液碳化在低温条件下进行，形成的碳酸锶粒径小，理化性能高，经济价值高。

整个生产工艺过程简单，操作方便，设备简单，生产成本低，既节约了锶资源，又减少了对环境的污染。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明进行限定。

实施例1

    称取1500g粉碎过80目筛的锶盐残渣，加入4000ml 70℃热水中，搅拌成浆后加入工业盐酸（30%）700ml，搅拌半小时后，测pH值近4，又加入50ml盐酸，搅拌半小时后测pH为2.8，放置反应3小时后，用锶盐残渣回调使pH为6，过滤，收集滤液，滤液加热到90℃以上，先加入工业NaOH100g，后又加入10g工业NaOH，检验无沉淀再生成，热过滤，收集的滤液放置到室温后，加入碳酸氢铵260g碳化，搅拌20分钟，静置过滤，将沉淀漂洗两次，过滤，烘干，得碳酸锶成品210g。主含量96.01%。

实施例2

称取1500g粉碎过80目筛的锶盐残渣，加入4000ml 80℃热水中，搅拌成浆后加入工业盐酸（30%）720ml，搅拌半小时后，测pH值3.1，又加入20ml盐酸，搅拌半小时后测pH为2.8，放置反应4小时后，用锶盐残渣回调使pH为6，过滤，收集滤液，滤液加热到90℃以上，先加入工业NaOH110g，后又加入5g工业NaOH，检验无沉淀再生成，热过滤，收集的滤液放置到室温后，加入碳酸氢铵270g碳化，搅拌20分钟，静置过滤，将沉淀漂洗两次，过滤，烘干，得碳酸锶成品214g。主含量96.06%。

实施例3

     称取1500g粉碎过80目筛的锶盐残渣，加入4000ml 80℃热水中，搅拌成桨后加入工业盐酸（30%）750ml，搅拌1小时后，测pH值2.7，放置反应4小时后，用锶盐残渣回调使pH为6，过滤，收集滤液，滤液加热到90℃以上，加入工业NaOH120g，检验无沉淀再生成，热过滤，收集的滤液放置到室温后，加入碳酸氢铵270g碳化，搅拌20分钟，静置过滤，将沉淀漂洗两次，过滤，烘干，得碳酸锶成品215g.主含量96.11%。

实施例4

     称取1500g粉碎过80目筛的锶盐残渣，加入4000ml 80℃热水中，搅拌成桨后，加入工业盐酸（30%）750ml，搅拌1小时后，测pH值2.6，放置反应5小时后，用锶盐残渣回调使pH为6，过滤，收集滤液，滤液加热到90℃以上，加入工业NaOH120g，检验无沉淀再生成，热过滤，收集的滤液放置到室温后，加入碳酸氢铵275g碳化，搅拌20分钟，静置过滤，将沉淀漂洗两次，过滤，烘干，得碳酸锶成品215g.主含量96.10%。

对比例1

称取1500g粉碎过80目筛的锶盐残渣，加入4000ml 70℃热水中，搅拌成浆后加入工业盐酸（30%）600ml，搅拌半小时后，测pH值近6，放置反应3小时后，过滤，收集滤液，滤液加热到90℃以上，加入工业NaOH110g，检验无沉淀再生成，热过滤，收集的滤液放置到室温后，加入碳酸氢铵260g碳化，搅拌20分钟，静置过滤，将沉淀漂洗两次，过滤，烘干，得碳酸锶成品85g。主含量95.44%。

对比例1的试验结果说明：第一，pH﹤3时反应速度快，而且反应完全，对收率贡献很大，第二，回调的pH范围在6左右，而反应产生的硅胶在此范围内能快速析出，明显提高生产效率，第三，加入锶盐残渣进一步中和过量的酸，可降低NaOH的消耗，降低工艺成本。因此，采用先加盐酸至pH﹤3再回调pH的操作方法具有合理性。

对比例2

称取1500g粉碎过80目筛的锶盐残渣，加入4000ml 50℃热水中，搅拌成浆后加入工业盐酸（30%）700ml，搅拌半小时后，测pH值近4，又加入50ml盐酸，搅拌半小时后测pH为2.8，放置反应3小时后，用锶盐残渣回调使pH为6，过滤，收集滤液，滤液加热到90℃以上，先加入工业NaOH100g，后又加入10g工业NaOH，检验无沉淀再生成，热过滤，收集的滤液放置到室温后，加入碳酸氢铵260g碳化，搅拌20分钟，静置过滤，将沉淀漂洗两次，过滤，烘干，得碳酸锶成品140g。主含量95.97%。

对比例2的试验结果说明：锶盐残渣溶解的温度过低，导致反应不充分，使收率明显下降。因此，本发明经试验确定溶解锶盐残渣的水温在70~80℃。

对比例3

称取1500g粉碎过80目筛的锶盐残渣，加入4000ml 70℃热水中，搅拌成浆后加入工业盐酸（30%）700ml，搅拌半小时后，测pH值近4，又加入50ml盐酸，搅拌半小时后测pH为2.8，放置反应3小时后，用锶盐残渣回调使pH为6，过滤，收集滤液，滤液加热到60℃以上，先加入工业NaOH100g，后又加入10g工业NaOH，检验无沉淀再生成，热过滤，收集的滤液放置到室温后，加入碳酸氢铵260g碳化，搅拌20分钟，静置过滤，将沉淀漂洗两次，过滤，烘干，得碳酸锶成品217g。主含量89.85%。

对比例3的试验结果说明：由于Ca(OH)₂随温度升高溶解度变小，经考察温度低于90℃时，Ca(OH)₂溶解度变大，沉淀不完全，导致主成分纯度降低。

本发明中，所加入的NaOH和碳酸氢铵的量只要满足充分反应的条件即可，即NaOH加入的摩尔量不小于溶液中Ca²⁺离子摩尔总量的2.4倍，碳酸氢铵加入的摩尔量不小于溶液中锶的摩尔总量的2.2倍，其中，Ca²⁺离子摩尔总量和溶液中锶的摩尔总量可以在反应过程中实际测得，但是，为了考虑节约原料降低成本，本发明限定NaOH加入的摩尔量为溶液中Ca²⁺离子摩尔总量的2.4-3.0倍，碳酸氢铵加入的摩尔量为溶液中锶的摩尔总量的2.2-2.4倍。