一种高纯碳酸锶制备方法，涉及碳酸锶制备方法，具体用天青石、无烟煤、催化剂氯化钙混合物高温焙烧还原获得硫化锶，硫化锶热浸取过滤后，加入氢氧化钠与硫化锶发生碱析反应生成八水氢氧化锶晶体，再用重结晶工艺提纯氢氧化锶，最后氢氧化锶纯溶液在超声波作用下与通入的二氧化碳反应生成高纯碳酸锶粉体；石灰乳与硫化锶碱析反应残留液反应生成氢氧化钠和硫化锶沉淀，其中氢氧化钠循环用于碱析反应。其主要优点是：高纯ＳｒＣＯ↓［３］的制备工艺路线最短；基本不消耗化工原料，生产成本低；除杂工艺简单；不引入其它杂质离子；三废处理容易。
【技术实现步骤摘要】
高纯碳酸锶制备方法
本专利技术涉及一种高纯碳酸锶的制备方法，尤其是电子陶瓷用碳酸锶的制备。
技术介绍
高纯度碳酸锶是一种重要的无机精细化工品，是电子工业必不可少的重要原料，它不仅要求化学纯度高，亦要求碳酸锶粒径小、粒径分布范围窄且颗粒形状近似圆形。目前世界上只有少数国家如日本、美国等能生产该类高纯度碳酸锶。其制造方法多以工业级碳酸锶为原料，制备工艺主要有热分解法和化学复分解法。热分解法(US3743691、JP59-83934、CN87101234A、CN87104559A、CN1031983A)是将工业碳酸锶焙烧分解成氧化锶，后者溶于水后形成氢氧化锶溶液，经化学方法除去杂质离子后与碳酸化试剂反应(二氧化碳、碳酸铵、碳酸氢铵等)形成高纯碳酸锶产品。而化学复分解法亦以工业碳酸锶为原料，与盐酸、硝酸、醋酸、氯化铵、硝酸铵、醋酸铵、甲酸铵、丙酸铵等酸化剂(CN1035995A、CN1394809A、CN1373088A、CN1043482A、CN1057629A、CN1186047)反应形成可溶性锶盐，再经除去Ba、Ca等杂质离子后与碳酸化试剂反应形成高纯度碳酸锶产品，该类工艺由于反应生成的碳酸锶微溶于上述反应剂，可导致产品吸附严重，部分杂质离子含量超标，粒径大且分布较宽。以天青石直接反应制备碳酸锶主要有两类工艺：天青石直接复分解法和天青石还原-复分解法。天青石直接复分解法(CN1394809A；《化工矿物与加工》2002，5：4-7)采用天青石与可溶性碳酸盐(碳酸铵、碳酸钠等)反应形成粗碳酸锶，再经酸溶为可溶性锶盐后，用一系列化学方法除去杂质离子，最后碳酸化反应生成碳酸锶。该工艺消耗大量化学工业原料(酸、碱、盐)，生产成本居高不下，除杂过程复杂，工艺控制严格，极易导致碳酸锶理化特性不满足要求。目前我国多数锶企业均用天青石还原-复分解法来生产工业碳酸锶，即天青石与碳混合焙烧，使天青石转化为可溶性锶盐硫化锶，再经直接化学除杂或化学转化后除杂，最后碳酸化成碳酸锶。该方法存在以下不足：在反应过程中产生大量的有害气体硫化氢，极易造成环境污染，因此如何控制硫化氢气体的污染是发展该技术的关键所在；造成天青石矿资源中的硫化物大量流失浪费。而使用天青石还原复分解法直接制备高纯碳酸锶的生产成本低，但到目前为止我国对用该工艺直接制备高纯碳酸锶的研究、生产还是空白。专利“碳酸锶生产工艺”(CN1042886A)先用盐酸与硫化锶浸取液反应，然后再用碳酸氢铵反应制备碳酸锶，废气硫化锶用CaCN2吸收；该方法亦从源头上消除硫化氢气体的危害，但却消耗大量盐酸、碳酸氢铵等化工原料。而专利“一种碳还原天青石生产碳酸锶的无害化生产工艺”(CN1562759A)采用石灰乳与硫化锶浸取液直接反应生成氢氧化锶和硫化钙沉淀，从而从源头上消除S2-的危害；该方法存在一个缺陷——生成的氢氧化锶和硫化钙溶解均较小甚至不溶，反应后会生成大量八水氢氧化锶晶体与硫化钙混在一起，无法分离。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有碳酸锶制备工艺的不足，提供一种直接从天青石制备高纯碳酸锶的工艺方法，该工艺流程短，基本不消耗化工原料，成本低。本专利技术提供的技术方案为：(1)将硫酸锶含量为75～95％的天青石矿粉(80～100目)与无烟煤粉、催化剂氯化钙以100∶60∶0.6的比例均匀混合后，在1000～1200℃焙烧获得硫化锶；(2)硫化锶与去离子水按1∶5～8(重量比)在75～90℃浸取1～2小时获得硫化锶热水溶液，浸取时溢出的硫化氢气体用碱析残留液吸收；(3)硫化锶热水溶液与氢氧化钠(过量5～10％)碱析反应形成八水氢氧化锶晶体和碱析-->残留液，碱析残留液与石灰乳反应生成氢氧化钠回收用于碱析反应；(4)八水氢氧化锶晶体经2～3次重结晶提纯后的溶液在超声波搅拌作用下与石灰石分解的二氧化碳气体在75～85℃范围内反应制备高纯碳酸锶。具体见图1，其中涉及的主要反应方程式为：天青石还原反应：或硫化锶溶解：硫化锶部分水解：碱析反应：石灰石分解反应：石灰乳化反应：碳酸化反应：废气处理反应：或氢氧化钠回收反应：本专利技术有如下效果：(1)在天青石还原过程中使用催化剂，可降低还原反应温度，提高天青石的还原率，从而提高锶的一次性收得率，而催化剂氯化钙在高温下呈气态溢出，不影响后续工艺的除杂。(2)通过控制浸取过程中浸取液的pH值来抑制或减少硫化氢气体的溢出，而溢出的少量硫化氢气体可用碱析反应的残留液(含有过量的氢氧化钠)或石灰乳吸收。(3)采用重结晶工艺提纯氢氧化锶纯溶液，并以二氧化碳为碳酸化剂制备碳酸锶，该过程无其它任何杂质离子进入，制备的碳酸锶的纯度高。而在碳酸化过程中引入超声波搅拌系统可防止碳酸锶晶粒的长大、团聚，制备的产品颗粒小、粒径分布窄且近似球形。(4)本专利技术中的硫均以固态或液态方式存在，基本没有硫化氢有害气体的产生，废水处理闭路循环，除排渣外没有废水废气排出，基本属于零排污工艺。(5)本专利技术配备一小型石灰窑提供石灰乳和二氧化碳，而石灰乳的加入使氢氧化钠循环使用，消耗小。(6)本专利技术的工艺路线短，除一定量的烧碱外不消耗其它化工原料，生产成本低，产品碳酸锶的杂质离子、理化特性、纯度均符合使用标准。附图说明图1为高纯碳酸锶制备工艺流程图，其中催化剂为氯化钙。图2为高纯碳酸锶的颗粒大小分布。图3为高纯碳酸锶的微观结构SEM图；其中a为低倍图，b为图a的局部放大图。图4为高纯碳酸锶的相组成分析图。图5为高纯碳酸锶的热特性分析曲线。具体实施方式实施例1：将含量为93.7％的天青石、无烟煤、氯化钙以100∶60∶0.6的重量比配料，并磨细至80～120目，混合均匀后在1000～1200℃焙烧1～2小时。焙烧粉趁热浸取，浸取温度为75～90℃；滤渣干燥称量约占焙烧粉重量的4.5％，说明95.5％的焙烧粉可溶解，硫化锶的转化率高；热过滤后获得硫化锶浸取液恒温保存，并分析Sr2+浓度，按比例加入NaOH(过量5～10％)，冷却结晶析出八水氢氧化锶晶体。八水氢氧化锶晶体直接溶于热水，通入二氧化碳进行反应，反应温度75～85℃，可直接获得碳酸锶粉体，纯度为97.48％(见表1)，满足工业碳酸锶的技术标准。过滤残留液用来吸收浸取过程产生的废气，之后与石灰乳反应回收-->氢氧化钠溶液，以用于碱析反应。实施例2：将实施例1获得的八水氢氧化锶晶体溶于沸水(100℃)并获得饱和溶液，冷却至20℃获得一次重结晶八水氢氧化锶晶体，按照实施例1的反应条件制备碳酸锶，其纯度为99.24％(见表1)。实施例3：将实施例2获得的晶体再次按照实施例2的重结晶工艺进行二次或三次重结晶，并分别在超声波系统的作用下，与二氧化碳在75～85℃反应，获得的碳酸锶纯度分别为99.73％、99.97％(见表1)。二次重结晶获得的碳酸锶的理化特性见图2(粒度大小及分布)、图3(颗粒微观形貌)、图4(产品相分析)、图5(产品热特性分析)。从产品的化学成分、理化特性分析可知，二次或二次重结晶并在超声波作用下获得的碳酸锶产品优于日本、美国的电子陶瓷用碳酸锶标准。 表1不同次数重结晶后的碳酸锶成份重结晶次数 SrCO3/％ BaO/％ CaO/％ Fe2O3/％ Na2O/％ 0 1 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高纯碳酸锶制备方法，其特征是：（１）将硫酸锶含量为７５～９５％的８０～１００目的天青石矿粉与无烟煤粉、催化剂氯化钙以１００∶６０∶０．６的比例均匀混合后，在１０００～１２００℃焙烧获得硫化锶；（２）硫化锶与去离子水按重量 比１∶５～１∶８在７５～９０℃浸取１～２小时获得硫化锶热水溶液，浸取时溢出的硫化氢气体用碱析残留液吸收，其反应方程式为：Ｈ↓［２］Ｓ＋Ｎａ（ＯＨ）↓［２］→Ｎａ↓［２］Ｓ＋Ｈ↓［２］Ｏ或Ｈ↓［２］Ｓ＋Ｎａ↓［２］Ｓ→２ＮａＨＳ；（３ ）硫化锶热水溶液与过量氢氧化钠碱析反应形成八水氢氧化锶晶体和碱析残留液，其反应方程式为：ＳｒＳ↓［（ａｑ）］＋ＮａＯＨ＊Ｓｒ（ＯＨ）↓［２］.８Ｈ↓［２］Ｏ↓＋Ｎａ↓［２］Ｓ；碱析残留液与石灰乳反应生成氢氧化钠，其反应方程式为：Ｎａ↓［２］Ｓ＋Ｃａ（ＯＨ）↓［２］→ＮａＯＨ＋ＣａＳ↓，生成的氢氧化钠回收用于碱析反应；（４）八水氢氧化锶晶体经２～３次重结晶提纯后的溶液与二氧化碳在７５～８５℃、超声波搅拌作用下进行反应制备高纯碳酸锶，其反应方程式为：Ｓｒ（ＯＨ）↓［２］＋ ＣＯ↓［２］＊ＳｒＣＯ↓［３］＋Ｈ↓［２］Ｏ。...
【技术特征摘要】
1.一种高纯碳酸锶制备方法，其特征是：(1)将硫酸锶含量为75～95％的80～100目的天青石矿粉与无烟煤粉、催化剂氯化钙以100∶60∶0.6的比例均匀混合后，在1000～1200℃焙烧获得硫化锶；(2)硫化锶与去离子水按重量比1∶5～1∶8在75～90℃浸取1～2小时获得硫化锶热水溶液，浸取时溢出的硫化氢气体用碱析残留液吸收...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘相果，彭晓东，谢卫东，魏群义，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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