CN101559965B - 利用中低品位天青石矿在高原条件下生产碳酸锶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用中低品位天青石矿在高原地区生产碳酸锶产品的方法。该方法以SrSO4含量为55～75％的中低品位天青石矿和固定碳含量在50～90％的煤为原料配制炉料，通过控制炉料中的天青石矿中硫含量与还原煤中固定碳含量的比例、用于产生加热火焰的燃料中碳原子与助燃空气中氧分子的摩尔比和空气流速、还原时间等因素，在转炉中还原出含单质硫在0.04％以下的还原产物。还原产物经过浸取、除钡、絮凝沉降、碳化等工序得到碳酸锶产品。本发明生产的碳酸锶产品中总硫含量降低到0.08％以下，钡含量降低到1.0％以下，其他各相指标均达到国家标准(GB10660-89)优级品的要求。

Description

利用中低品位天青石矿在高原条件下生产碳酸锶的方法
技术领域
本发明属化工技术领域，涉及天青石矿生产碳酸锶产品的方法，尤其涉及一种利用中低品位天青石矿在高原条件下生产碳酸锶产品的方法。
背景技术
利用天青石生产碳酸锶主要有黑灰法和复分解法两种工艺。黑灰法是采用煤作为还原剂，在高温(1100℃)还原天青石矿为水溶性的SrS，然后通过用水或碳酸锶碳化母液浸取可溶性SrS得到水溶液，再用二氧化碳或纯碱碳化得到碳酸锶产品。黑灰法生产碳酸锶工艺中采用二氧化碳为碳化剂具有碳酸锶产品无需洗涤、碳化过程容易控制、副产的硫化氢气体可以回收硫磺或用于生产工业品硫脲等优点，为大多数生产企业所应用。黑灰法主要用于生产化学级碳酸锶产品，产品纯度较高。复分解法要求天青石的品位高，一般在97％以上。复分解法是采用高品位的天青石矿，用纯碱进行复分解反应生成不溶于水的碳酸锶和水溶性硫酸钠，通过洗涤、干燥即为碳酸锶产品。复分解法只能生产技术级的碳酸锶产品，产品纯度低，对矿石的品位要求高，但能耗较低，生产现场环境污染小。目前国内外主要采用黑灰法生产碳酸锶。
我国天青石矿主要分布在柴达木盆地西北部的大风山-尖顶山一带，平均品位为30～40％，直接用这种矿物进行生产碳酸锶是不经济的。通过脱泥-浮选工艺可以使矿物的品位提高到80％，但选矿成本过高，在目前的市场条件下，无法进行工业应用。采用手选的方法可以使矿物的品位达到55～75％，属于中低品位矿石。
青海地处青藏高原，青海天青石矿分布在柴达木盆地内，平均海拔3000米，气压约550～600mmHg，空气稀薄缺氧。利用青海手选中低品位天青石矿，采用传统黑灰法工艺生产碳酸锶出现碳酸锶产品时，由于还原过程还原中间产物元素硫的量增多，这些元素硫在浸取阶段转化为多硫化锶，使浸取液黄色加深；在二氧化碳碳化过程中，再解析为元素硫进入产品中，致使产品的硫含量较高，难以达到国家标准的技术指标。另外传统碳酸锶工艺中硫化锶溶液沉降技术不能使其中的悬浮矿粉微粒完全除净，也导致产品中杂质含量较高；传统除钡采用硫酸作为除钡剂，并采用过滤方法分离，硫酸储运难度较大，操作复杂，除钡成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用中低品位天青石矿在高原地区(平均海拔为3000米左右)生产碳酸锶的方法。
本发明生产碳酸锶产品的方法，包括以下工艺步骤：
(1)以硫酸锶含量在55～75％的天青石矿和固定碳含量在50～90％的煤为原料，分别破碎成2～5mm的颗粒，并配制成硫酸根与固定碳的摩尔比为1∶0.5～1∶1.5的炉料。
(2)在转炉中，以气态燃料、雾化液态燃料或粉状固态燃料与助燃空气混合燃烧提供还原温度，使炉料发生还原反应；还原温度通过控制助燃空气所提供的氧气与燃料中碳原子的摩尔比为1∶1～20∶1，空气流速为10～30m/s获得；还原反应时间为0.5～10小时。
(3)将还原产物置于浸取槽中，用温度为80～100℃的水或(5)中得到沉淀碳酸锶母液浸取，控制固液比为1∶8～1∶10、浸取时间为0.5～12小时；过滤得到浸取液。
(4)将浸取液置于沉降罐中，加入质量浓度1～40％的硫酸钠溶液沉淀其中的钡离子，在搅拌下反应0.5～8小时，得到含硫酸钡沉淀的悬浊液；再向其中加入质量浓度为1～2％的絮凝剂水溶液，沉降0.5～40小时，得到净化浸取液；所述硫酸钠溶液的加入量为：硫酸钠的摩尔数为浸取液中所含钡离子摩尔数的1～1.5倍；所述絮凝剂水溶液的加入量为：絮凝剂水溶液与悬浊液体积比为0.005∶1～0.03∶1。
所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、自然植物性絮凝剂、自然植物改性高分子絮凝剂、骨胶、海藻酸钠中的至少一种。
(5)将净化浸取液用二氧化碳碳化，过滤，沉淀，干燥得到碳酸锶产品。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过控制炉料中的天青石矿中硫含量与还原煤中固定碳含量的比例、用于产生加热火焰的燃料中碳原子与助燃空气中氧分子的摩尔比和空气流速、还原时间等因素，在转炉中还原出含单质硫在0.04％以下的还原产物；还原产物再经过浸取、除钡、絮凝沉降、碳化等工序得到碳酸锶产品。本发明生产的碳酸锶产品中总硫含量降低到0.08％以下，钡含量降低到1.0％以下，其它各项技术指标均达到国家标准(GB10660-89)优等品的要求。
2、本发明采用絮凝剂沉降悬浮矿粉微粒，使得硫化锶溶液中的悬浮矿粉微粒得到完全分离，并可以不引入另外的杂质。
3、本发明采用廉价易得的芒硝(硫酸钠溶液)作为除钡剂，并使沉淀的硫酸钡与浸取液中的悬浮物一起通过絮凝得以较完全的分离。除钡与沉降分离合并的除钡技术，简化除钡操作，降低除钡成本。
4、用二氧化碳作为沉淀剂沉淀的碳酸锶无需进行洗涤，也不会引入另外的杂质离子，而且沉淀反应的母液基本上仅有微量的钠离子，其含量对产品性能不造成影响。
5、本发明适用于高原环境(海拔2000～3500米)，使用中低品位(SrSO4含量为55～75％)的天青石矿生产工业碳酸锶，对于青海锶资源的开发利用，具有非常广阔的应用前景和潜在经济价值。
具体实施方式
(1)以青海柴达木盆地的天青石矿(含SrSO471.94％，总SO4 2-38.47％)和固定碳含量在50～90％的煤为原料，分别破碎成2～5mm的颗粒，并配制成硫酸根与固定碳的摩尔比为1∶0.5～1∶1.5的炉料。
(2)在转炉中，以气态燃料、雾化液态燃料或粉状固态燃料与助燃空气混合燃烧提供还原温度，使炉料发生还原反应；还原温度通过控制助燃空气所提供的氧气与燃料中碳原子的摩尔比为1∶1～20∶1，空气流速为10～30m/s获得；还原反应时间为0.5～10小时。
气态燃料可采用天然气、焦炉煤气、水煤气、合成气或高炉煤气；雾化液态燃料采用雾化重油；固态燃料主要是煤粉。
(3)将还原产物置于浸取槽中，用温度为80～100℃的水或(5)中得到沉淀碳酸锶母液浸取，控制固液比为1∶8～1∶10、浸取时间为0.5～12小时；过滤得到浸取液。
(4)将浸取液置于沉降罐中，加入质量浓度1～40％的硫酸钠溶液沉淀其中的钡离子，在搅拌下反应0.5～8小时，得到含硫酸钡沉淀的悬浊液；再向其中加入质量浓度为1～2％的絮凝剂水溶液，沉降0.5～40小时，得到净化浸取液。所述硫酸钠溶液的加入量为：硫酸钠的摩尔数为浸取液中所含钡离子摩尔数的1～1.5倍；所述絮凝剂水溶液的加入量为：絮凝剂水溶液与悬浊液体积比为0.005∶1～0.03∶1。
所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、自然植物性絮凝剂、自然植物改性高分子絮凝剂、骨胶、海藻酸钠中的至少一种。
(5)将净化浸取液用二氧化碳碳化，过滤，沉淀，干燥得到碳酸锶产品。沉淀母液返回步骤(3)浸取还原产物或经处理后排放。
本发明生产的碳酸锶产品，按工业碳酸锶国家标准GB10660-89分析测试，产品中各成分的含量分布为SrCO3：97.0～98.5％，CaCO3：0.40～0.50％，BaCO3：0.70～1.0％，Na：0.15～0.25％，Fe：0.005～0.01％，氯化物：0.08～0.12％，总硫：(以S计)0.06～0.08％，磷(以P2O5计)：0.002～0.01％，水分：0.1～0.3％，酸不溶物：0.10～0.15％，达到工业碳酸锶国家标准优级品的要求。

Claims (5)

1.利用中低品位天青石矿在高原条件下生产碳酸锶产品的方法，包括以下工艺步骤：
(1)以硫酸锶含量在55～75％的天青石矿和固定碳含量在50～90％的煤为原料，分别破碎成2～5mm的颗粒，并配制成硫酸根与固定碳的摩尔比为1∶0.5～1∶1.5的炉料；
(2)在转炉中，以气态燃料、雾化液态燃料或粉状固态燃料与助燃空气混合燃烧提供还原温度，使炉料发生还原反应；还原温度通过控制助燃空气所提供的氧气与燃料中碳原子的摩尔比为1∶1～20∶1，空气流速为10～30m/s获得；还原反应时间为0.5～10小时；
(3)将还原产物置于浸取槽中，用温度为80～100℃的水或(5)中得到沉淀碳酸锶母液浸取，控制固液比为1∶8～1∶10、浸取时间为0.5～12小时；过滤得到浸取液；
(4)将浸取液置于沉降罐中，加入质量浓度1～40％的硫酸钠溶液沉淀其中的钡离子，在搅拌下反应0.5～8小时，得到含硫酸钡沉淀的悬浊液；再向其中加入质量浓度为1～2％的絮凝剂水溶液，沉降0.5～40小时，得到净化浸取液；所述硫酸钠溶液的加入量为：硫酸钠的摩尔数为浸取液中所含钡离子摩尔数的1～1.5倍；所述絮凝剂水溶液的加入量为：絮凝剂水溶液与悬浊液体积比为0.005∶1～0.03∶1；
(5)将净化浸取液用二氧化碳碳化，过滤，沉淀，干燥得到碳酸锶产品。
2.如权利要求1所述利用中低品位天青石矿在高原条件下生产碳酸锶产品的方法，其特征在于：所述气态燃料为天然气、焦炉煤气、水煤气、合成气或高炉煤气。
3.如权利要求1所述利用中低品位天青石矿在高原条件下生产碳酸锶产品的方法，其特征在于：所述雾化液态燃料为雾化重油。
4.如权利要求1所述利用中低品位天青石矿在高原条件下生产碳酸锶产品的方法，其特征在于：所述固态燃料为煤粉。
5.如权利要求1所述利用中低品位天青石矿在高原条件下生产碳酸锶产品的方法，其特征在于：所述絮凝剂为聚丙烯酰胺、自然植物性絮凝剂、自然植物改性高分子絮凝剂、骨胶、海藻酸钠中的至少一种。
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