一种天青石矿高温静态还原-加压转化合成碳酸锶的方法

摘要

本发明公开了一种天青石矿高温静态还原-加压转化合成碳酸锶的方法，所述方法包括以下步骤：1)将天青石精矿和碳制成含碳球团，在转底炉中进行还原焙烧；2)待焙烧产物在还原气氛中冷却至200～500℃时破碎；3)将破碎产品立即引入含转化液的高压釜后立即密封配液，待高压釜温度到达50～150℃后开始转化反应；4)转化后的矿浆经固液分离，滤渣充分洗涤后得粗碳酸锶，滤液进入氨回收系统进行蒸氨回收以再生碳酸铵；5)粗碳酸锶经过杂质净化流程后，得高纯碳酸锶，充分洗涤，烘干后装袋封存。本发明解决了硫化氢污染的问题，提高了反应速率。

说明书

技术领域

本发明属于清洁生产碳酸锶技术领域，特别涉及一种天青石矿高温静态还原-加压转化合成碳酸锶的方法。

背景技术

碳酸锶是生产锶盐的一种基本原料，而且其本身也有重大的应用价值。随着技术发展，人们对于锶产品的产量和质量提出了更高的要求。

目前，国内合用碳酸锶的方法主要有碳还原法和复分解法。企业普遍采用碳还原法生产碳酸锶，即用天青石精矿与煤粉为原料，经高温还原焙烧后得到黑灰(SrS)，黑灰经热水浸取后向滤液(主要成分为Sr(OH)₂)中加入碳酸盐或CO₂进行反应，形成粗碳酸锶。但该工艺在水浸过程中所释放的H₂S易对环境造成严重污染。与碳还原法相比，复分解法将天青石与碳酸盐或CO₂直接反应，可以避免反应过程中H₂S的生成。但由于天青石比较稳定，受扩散控制，天青石直接转化为粗碳酸锶的反应速度无法有效提高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种天青石矿高温静态还原-加压转化合成碳酸锶的方法，该方法简单、高效、成本低廉、污染小。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种天青石矿高温静态还原-加压转化合成碳酸锶的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将天青石精矿和碳充分混合后经压球机压制成含碳球团，在转底炉中进行还原焙烧；

2)待焙烧产物在还原气氛中冷却至200～500℃时破碎；

3)将破碎产品立即引入含转化液的高压釜后立即密封配液，待高压釜温度到达50～150℃后开始转化反应；

4)转化后的矿浆经固液分离，滤渣充分洗涤后得粗碳酸锶，滤液进入氨回收系统进行蒸氨回收以再生碳酸铵；

5)粗碳酸锶经过杂质净化流程后，得高纯碳酸锶，充分洗涤，烘干后装袋封存。

优选地，所述步骤1)中碳和天青石精矿的比为2～10，制备的含碳球团粒径为1～50mm。

优选地，所述步骤1)中转底炉温度为1200～1500℃，还原时间10～30min。

优选地，所述步骤2)中采用对辊破碎机进行破碎，破碎温度为200～500℃，破碎后球团中粒径小于100目的部分的百分比为50％～80％。

优选地，所述步骤3)中配液后矿浆液固比为2:1～5:1。

优选地，所述步骤3)中转化反应时间为1～4h，搅拌速率200～800rpm。

优选地，所述步骤3)的转化液中含碳酸铵、氨水、氯化铵、木质素磺酸盐及水。

进一步优选地，所述碳酸铵的浓度为1～4mol/L，氨水浓度为4～16mol/L，氯化铵浓度为0.1～1mol/L。

进一步优选地，木质素磺酸盐占转化液总量的质量百分比为0.1～0.4％。

本发明结合碳还原法和复分解法的优点，将天青石精矿与碳充分混匀后制成含碳球团，在转底炉中进行还原焙烧得到硫化锶。而后利用硫化锶化学性质活泼的特点，将带有一定温度的还原焙烧料投入含转化液的高压釜内并迅速密封，釜内温度随着焙烧料余热交换和反应放热迅速升高，压力随釜内温度升高而增大。压力的增大促进了釜内NH₃和CO₂的溶解，温度的升高也加快了转化过程的反应速度。同时，焙烧料的急冷过程有利于其内部裂纹的产生，从而有效提高了转化速度和效率。

本发明的优点在于：将碳与天青石精矿均匀混合后造球，利用转底炉进行还原焙烧，可以有效降低球团的破碎比例，提高球团的还原焙烧效率；将还原焙烧后得到的硫化锶加入高压釜中配液、转化，使硫化锶直接一步法转化成碳酸锶，避免了常规工艺中因硫化锶水浸过程产生的硫化氢排放导致的环境污染问题。同时，高压釜中封闭环境能有效抑制CO₂和NH₃的损失，高温高压条件也可以增加CO₂和NH₃在矿浆中的溶解度，从而使碳化反应速率明显提高。因此，该工艺具有较强的工业推广意义。

本发明避免了传统碳还原法生产碳酸锶过程中产生硫化氢污染的问题，同时因较高的反应温度及压力而较传统复分解法有更快的反应速率。高压釜操作过程中的密闭环境，有利于CO₂及NH₃利用率的提高，也减少了生产过程中污染的排放。

附图说明

图1为本发明天青石矿高温静态还原-加压转化合成碳酸锶的流程图。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种天青石矿高温静态还原-加压转化合成碳酸锶的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将天青石精矿制成含碳球团，在转底炉中进行还原焙烧；

2)待焙烧产物在还原气氛中冷却至200～500℃时破碎；

3)将破碎产品立即引入含转化液的高压釜后迅速密封配液，待高压釜温度达到50～150℃后开始转化反应；

4)转化后的矿浆经固液分离，滤渣充分洗涤后得粗碳酸锶，滤液进入氨回收系统进行蒸氨回收以再生碳酸铵；

5)粗碳酸锶经过杂质净化流程后，得高纯碳酸锶，充分洗涤，烘干后装袋封存。

实施例1

将1kg天青石精矿与0.1kg碳充分混匀后压成粒径为50mm的球团，置于转底炉中于1200℃进行还原焙烧30min。待焙烧料冷却至500℃时，通过对辊破碎机破碎至粒径小于100目的部分的百分比至50％，然后转移至高压釜内已配制好的转化液中(其中含碳酸铵浓度为4mol/L，氨水浓度为16mol/L，氯化铵浓度为1mol/L，木质素磺酸盐0.4％)，立即密封配液，搅拌速度为800rpm，液固比为5:1，待高压釜温度稳定至95℃时反应2h。反应完成后将矿浆液固分离，滤渣即为粗碳酸锶。将粗碳酸锶经过精制过程即得纯度为98％的工业碳酸锶产品。

实施例2

将1kg天青石精矿与0.3kg碳充分混匀后压成粒径为10mm的球团，置于转底炉中于1400℃进行还原焙烧10min。待焙烧料冷却至300℃时，通过对辊破碎机破碎至粒径小于100目的部分的百分比至75％，然后转移至高压釜内已配制好的转化液中(其中含碳酸铵浓度为2mol/L，氨水浓度为8mol/L，氯化铵浓度为0.3mol/L，木质素磺酸盐的浓度0.2％)，立即密封配液，搅拌速度为600rpm，液固比为3:1，待高压釜温度稳定至50℃时反应4h。反应完成后将矿浆液固分离，滤渣即为粗碳酸锶。将粗碳酸锶经过精制过程即得纯度为97％工业碳酸锶产品。

实施例3

将1kg天青石精矿与0.5kg碳充分混匀后压成粒径为1mm的球团，置于转底炉中于1500℃进行还原焙烧20min。待焙烧料冷却至200℃时，通过对辊破碎机破碎至粒径小于100目的部分的百分比至80％，然后转移至高压釜内已配制好的转化液中(其中含碳酸铵浓度为1mol/L，氨水浓度为4mol/L，氯化铵浓度为0.1mol/L，木质素磺酸盐的浓度0.1％)，立即密封配液，搅拌速度为200rpm，液固比为2:1，待高压釜温度稳定至150℃时反应1h。反应完成后将矿浆液固分离，滤渣即为粗碳酸锶。将粗碳酸锶经过精制过程即得纯度为98％工业碳酸锶产品。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。