本发明专利技术公开了一种可以同时生产三种无机相变材料的工艺，以碳酸钡、硝酸、氢氧化钠为原料生产硝酸钡、八水氢氧化钡和硝酸钠，主要包括以下步骤：（1）碳酸钡和硝酸反应生成硝酸钡，回收二氧化碳尾气；（2）硝酸钡溶液与氢氧化钠溶液加温合成氢氧化钡；（3）利用步骤（1）中的二氧化碳对步骤（2）得到的母液进行沉钡处理，得到澄清滤液以生产硝酸钠；通过对生产条件的改良，和对生成的尾气及固体废渣的有效处理，可以提高产率、产品纯度以及原料利用率。得到的产品纯度高，质量好，经济价值大。同时每个步骤都重视含钡杂质和母液的处理，以达到环保低碳几乎无污染的要求。几乎无污染的要求。几乎无污染的要求。
【技术实现步骤摘要】
一种八水氢氧化钡联产多种熔融盐新工艺
[0001]本专利技术涉及无机相变材料领域，具体涉及一种以碳酸钡、硝酸、氢氧化钠为原料制备三种相变材料（八水氢氧化钡、硝酸钡、硝酸钠）并且对副产物（二氧化碳气体、氮氧化物）加以回收利用的方法。
技术介绍
[0002]我国是能源消费大国，在能源越来越匮乏的今天，煤资源与石油资源的枯竭，新能源的开发都越来越成为一种主要趋势。能源的匮乏不仅来源于资源的消耗，在开采的过程中无法避免能量的损失，且低品位的能源容易被忽视。据数据统计，能源利用效率普遍低于50%，尤其在煤发电行业中能源利用效率甚至低于30%。如何能把能源充分的利用成为亟待解决的问题。而中低温相变材料最大的优势在于，对低品位的热量收集效果好，回收过程不限时间、对空间、能源的形式要求较低。高温相变材料又对工业废热有很好的回收能力。相变材料无疑是有效缓解能源紧缺的突破口。
[0003]硝酸钠、硝酸钡、八水氢氧化钡均属于无机相变材料，其中，硝酸钠和硝酸钡的熔点在300℃以上，属于高温熔融盐，可以单独使用，也可以与其他相变材料混合制备几乎为任意熔点的共晶混合物。而八水氢氧化钡作为中低温相变材料，同时属于无机水合盐材料。因此，该工艺可以把有限的资源转化的为较高附加值的储能材料，具有良好的发展前景。
[0004]氢氧化钡化学式Ba(OH)
2 ·
8H2O，在干燥空气中容易失水的无机水合盐。熔点78℃，广泛应用于工业采暖、废热利用，一般制备方法主要有以下几种：使用硫酸钡（毒重石）脱硫用水溶解，或碳酸钡高温分解为氧化钡溶于水，得到粗制的氢氧化钡，再经纯化后即可得到。工业钡渣通过工业盐酸处理，净化后加入工业氢氧化钠得到产品。原料为氧化钡或氯化钡法与上述大同小异。生产过程简单，引入的氯离子易腐蚀设备，焙烧钡盐会消耗大量的能量，且产品单一，副产品附加值低。
[0005]硝酸钡化学式Ba(NO3)2，具有吸湿性和强氧化性的有毒无机盐。熔点592℃，是高温熔融盐的一种，一般的制备方法主要有以下几种：由氢氧化钡和硝酸反应制得。或者将大块的碳酸钡溶于硝酸，经蒸发过滤纯化可得到纯度较高的硝酸钡成品。使用氯化钡与硝酸钠共热也可得到结晶的硝酸钡。但是以上的制备方法虽工艺简单，来源广泛，但普遍存在能耗高、原料成本高、厂区易发生安全事故、产品单一的问题。
[0006]硝酸钠化学式NaNO3，具有强氧化性的有毒无机盐。熔点307℃，是一种重要的无机化工原料。随着储能发电的不断开发，硝酸钠作为储热介质出现在熔盐市场。一般制备方法主要有以下几种：吸收法、复分解法、直接提取法与离子交换法最为常见。其中值得一提的是吸收法，用浓的纯碱溶液吸收NO和NO2混合气，同时在加入硝酸，将NaNO2转化为NaNO3。对氮氧化物的回收效果显著。其他的几种生产方法直接由相应盐类反应制得。一般副产物为氯化钠。
[0007]现有技术方案虽然可以一定程度满足需求，但是普遍产率过低，即使将原料回收，再次投入系统，也会造成的回收成本增大、多次重复不必要过程等问题，增加原料消耗同
时，也无形增大了设备的负荷和能源的消耗。
技术实现思路
[0008]为解决上述问题，本专利技术将提出一种可以同时生产八水氢氧化钡、硝酸钡、硝酸钠三种熔融盐的方案，重视对副产物的回收和生产过程中二氧化碳等污染物的有效处理，以达到环保低碳几乎无污染的要求。
[0009]本专利技术将采用以下的技术方案：一种八水氢氧化钡联产多种熔融盐新工艺，包含以下步骤：（1）硝酸钡工段，将碳酸钡投入反应釜加水打浆，加入浓硝酸加温合成硝酸钡；此步骤的反应液经过除沉淀后得到澄清硝酸钡溶液，将一部分溶液结晶离心得到硝酸钡结晶和母液1，将硝酸钡结晶干燥后得到硝酸钡成品，剩余部分澄清硝酸钡溶液备用；而生成的尾气1通入浓的纯碱溶液洗去粉尘、水蒸气，同时吸收浓硝酸挥发的少量氮氧化物NO2和NO得到尾气2，最后经二氧化碳吸收装置富集；（2）氢氧化钡工段，配置氢氧化钠溶液，在步骤（1）中的剩余澄清硝酸钡溶液中加入氢氧化钠溶液加温合成氢氧化钡；将此步骤的反应液除去沉淀后冷却结晶离心得到粗制八水氢氧化钡晶体和母液2，粗制八水氢氧化钡经过低温水洗涤离心得到纯净八水氢氧化钡和母液3，将纯净八水氢氧化钡结晶真空干燥后得到八水氢氧化钡成品；（3）硝酸钠工段，母液2中通入步骤（1）中富集的二氧化碳气体，将溶液中钡离子沉淀后过滤得到硝酸钠溶液，使用硝酸将硝酸钠溶液调节pH值至中性，经过蒸发结晶后干燥可得硝酸钠成品。
[0010]本专利技术各步骤的反应方程式为：步骤（1）：BaCO3+2HNO3→
Ba(NO3)2+CO2↑
+H2O步骤（2）：Ba(NO3)2+2NaOH+8H2O
→
Ba(OH)
2 ·
8H2O+2NaNO3步骤（3）：Ba(OH)2+CO2→
BaCO3↓
+H2ONaOH+HNO3→
NaNO3+H2O优选的，所述的步骤（1）中将碳酸钡与水充分打浆混合，碳酸钡固体与水的质量比为：1:3~4，保证水分的充足，使搅拌阻力更低，有利于反应过程中不会过早析出晶体。
[0011]进一步优选的，所述步骤（1）所使用的硝酸为质量分数50~70%的工业浓硝酸，碳酸钡为质量分数97%左右的碳酸钡，两者摩尔量比为2~2.2:1，使用常温水将反应液稀释到20%~23%，此时搅拌速度为100~300r/min，持续搅拌加热至80~95℃，反应完成后的溶液PH值约为5~7，将调pH值进一步调整至6.5~7之间，保温30~50min，过滤除去溶液中的沉淀，得到澄清硝酸钡溶液。
[0012]进一步优选的，所述的步骤（1）中除去沉淀后得到的澄清的硝酸钡溶液，一部分澄清的硝酸钡溶液冷却至20℃以下结晶，经过离心得到硝酸钡结晶和母液1，将硝酸钡结晶在100~120℃条件下烘干1~2h即可得到硝酸钡产品，母液1主要成分为硝酸钡和过量硝酸钡，可以作为步骤（1）的打浆水重复利用；另一部分澄清的硝酸钡溶液保温在80~95℃备用，作
为生产八水氢氧化钡的原料。
[0013]进一步优选的，所述的步骤（1）中，硝酸钡工段需设置除尘吸收塔1，硝酸钡产品经过分离机分离出硝酸钡细小粉尘，使用风机将硝酸钡细小粉尘输送至除尘吸收塔1吸收（喷淋溶剂为稀的氢氧化钠溶液）。
[0014]进一步优选的，所述的步骤（1）反应中产生的尾气初步净化所使用的纯碱溶液浓度为15~20%，二氧化碳在较浓的纯碱溶液中溶解度较小，同时有效吸收氮氧化物。
[0015]进一步优选的，所述的步骤（1）经过净化的尾气使用二氧化碳吸收装置富集，选择化学吸收法，利用30%的MEA乙醇胺溶液作为吸收剂吸收CO2，加热吸收剂解吸得到高纯 CO2，从而达到将 CO2富集的目的。
[0016]进一步优选的，所述的步骤（1）中尾气2经过二氧化碳收集装置后，含有少量二氧化碳的尾气3从二氧化碳吸收装置排出，将尾气3输送至硝酸钡工段的除尘吸收塔1吸收。
[0017]进一步优选的，所述的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种八水氢氧化钡联产多种熔盐新工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）硝酸钡工段，将碳酸钡投入反应釜加水打浆，加入浓硝酸加温合成硝酸钡；此步骤的反应液经过除沉淀后得到澄清硝酸钡溶液，将一部分澄清硝酸钡溶液结晶离心得到硝酸钡结晶和母液1，将硝酸钡结晶干燥后得到硝酸钡成品，剩余部分澄清硝酸钡溶液备用；而产生的尾气1（主要成分为CO2）经过净化后富集；（2）氢氧化钡工段，在步骤（1）中的剩余澄清硝酸钡溶液中加入氢氧化钠溶液加温合成氢氧化钡；将此步骤的反应液除去沉淀后冷却结晶离心得到粗制八水氢氧化钡晶体和母液2，粗制八水氢氧化钡经过低温水洗涤离心得到纯净八水氢氧化钡和母液3，将纯净八水氢氧化钡结晶真空干燥后得到八水氢氧化钡成品；（3）硝酸钠工段，母液2通入步骤（1）中富集的二氧化碳气体，将溶液中钡离子沉淀后过滤得到硝酸钠溶液，使用硝酸将硝酸钠溶液调节pH值至中性，经过蒸发结晶后干燥可得硝酸钠成品。2.根据权利要求1所述的一种八水氢氧化钡联产多种熔盐新工艺，其特征在于，所述的步骤（1）中，将碳酸钡与水充分打浆混合，碳酸钡固体与水的质量比为：1:3~4，保证水分的充足，使搅拌阻力更低，有利于反应过程中不会过早析出晶体。3.根据权利要求1所述的一种八水氢氧化钡联产多种熔盐新工艺，其特征在于，所述的步骤（1）中，所使用的硝酸为质量分数50~70%的工业浓硝酸，碳酸钡为质量分数97%左右的碳酸钡，两者摩尔量比为2~2.2:1，使用常温水将反应液稀释到20%~23%，此时搅拌速度为100~300r/min，持续搅拌加热至80~95℃，反应完成后的溶液PH值约为5~7，将调pH值进一步调整至6.5~7之间，保温30~50min。4.根据权利要求1所述的一种八水氢氧化钡联产多种熔盐新工艺，其特征在于，所述的步骤（1）中，得到的澄清的硝酸钡溶液；一部分冷却至20℃以下结晶，经过离心，在100~120℃烘干1~2h得到产品；另一部分硝酸钡溶液保温在80~95℃备用，作为生产八水氢氧化钡的原料。5.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国庭，王晨箫，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：
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