CN107574318A - 一种钠渣提纯分离方法及其所用的提纯设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钠渣提纯分离方法及其所用的提纯设备,将熔盐加热熔融成为熔盐熔融液，所述熔盐是不与金属钠反应的物质；将钠渣加热到钠的熔点以上成为固液混合液，然后将所述固液混合液加入到熔盐熔融液中，在所述熔盐熔融液的上层得到纯净的金属钠熔液。所述提纯设备包括熔盐熔融炉和钠渣熔融槽，所述钠渣熔融槽设有一个伸入所述熔盐熔融炉内的下降管道；所述熔盐熔融炉的上部设有钠回收管道，所述钠回收管道连通有钠收集装置。本发明利用金属钠的熔点、采用密度差、熔点差、表面能差等的差别来提出钠渣，将钠渣中的金属钠与杂质分离，得到纯度较高的金属钠，分离效率高。

Description

一种钠渣提纯分离方法及其所用的提纯设备

技术领域

本发明涉及金属钠及金属钠渣提纯处理技术领域，具体涉及一种金属钠渣利用高温熔融方法提纯处理的技术。

背景技术

金属钠生产过程中，直接生产的金属钠往往不能满足实际应用的要求，因此，金属钠需要纯化处理才能使用。通常工业生产所用的金属钠提纯工艺是将金属钠静置，利用金属钠中的杂质密度大于金属钠的特点，将金属钠中的杂质沉降到底部的过程。上层的金属钠生产产品，而下层的金属钠渣由于其中含有大量的杂质，因此不能满足生产要求，这一部分金属钠渣的处理问题成为了困扰金属钠生产企业的一大难题。如何重新提纯利用这一部分金属钠成为了各个企业研究的重点之一。

目前针对金属钠渣的处理方法有如下几种：

1、真空蒸馏法

真空蒸馏的原理是利用金属钠的沸点通常比其中的杂质沸点低的特点，通过加热钠渣，将其融化以后，利用真空降低金属钠的沸点，将金属钠变为蒸汽，从而分离出来的方法。

此方法处理效果较好，能够获得极高纯度的金属钠，但是存在着耗能高的缺点，而且对设备和技术的要求较高，与现在提倡节能环保的大环境不相符，因此这种方法并不适用于大部分企业。

2、熔融挤压法

在中国专利CN2846436Y以及CN2846437Y中，提出了利用机械挤压将熔融的碱金属-金属钠从不熔性杂质中分离出来的方法。按照该专利所述金属钠的提取率仅为40～50％，也就是说不可能利用挤压法将碱金属完全提纯出来，而且这种方法对设备要求较高，要求在高温条件下具有较好的循环次数。而且剩余的二次钠渣处理也是一个大问题，这种方法有一定的利用价值，但是只适用于初步的处理过程，并不能完全处理。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种工艺简单、分离效率高、提纯后金属钠纯度高的钠渣提纯分离方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种工艺简单、分离效率高、提纯后金属钠纯度高的钠渣提纯分离方法所用的提纯设备。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种钠渣提纯分离方法，将熔盐加热熔融成为熔盐熔融液，所述熔盐是不与金属钠反应的物质；将钠渣加热到钠的熔点以上成为固液混合液，然后将所述固液混合液加入到熔盐熔融液中，在所述熔盐熔融液的上层得到纯净的金属钠熔液。

作为一种优选的技术方案，所述熔盐包含但并不限于氯化物盐、硝酸盐、硫酸盐、单质金属和金属合金中的一种或多种的混合物。

作为进一步优选的技术方案，所述熔盐包含但并不限于氯化钠、氯化钙、氯化钡、氯化钾、氯化铯、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钡、硝酸钾、硫酸钠、硫酸钙、硫酸钡、硫酸钾、钾、钙、铁、铝和镁中的一种或者几种的混合物。

作为再进一步优选的技术方案，所述熔盐包含氯化钠、氯化钙、氯化钡、氯化钾中的一种或者几种的混合物。

优选的，熔盐熔融液根据混合物不同配比具有不同熔点的特性，优选较低熔点的熔盐混合物。

作为优选的一种技术方案，所述熔盐加热熔融成为熔盐熔融液后，所述熔盐熔融液中的任何组分的表面张力都与液体金属钠的表面张力不同，且与钠不浸润。

作为优选的一种技术方案，所述熔盐熔融液的密度大于金属钠的密度。

作为优选的一种技术方案，所述熔盐熔融液的熔点大于100℃。

作为改进的一种技术方案，将所述固液混合液加入到熔盐熔融液中时，是将所述固液混合液加入到熔盐熔融液的液面以下。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

一种钠渣提纯分离方法所用的提纯设备，所述提纯设备包括熔盐熔融炉和钠渣熔融槽，所述钠渣熔融槽设有一个伸入所述熔盐熔融炉内的下降管道；所述熔盐熔融炉的上部设有钠回收管道，所述钠回收管道连通有钠收集装置。

作为一种优选的技术方案，所述下降管道的出口高度低于所述钠回收管道在所述熔盐熔融炉的出口高度；进一步优选的，所述下降管道的出口高度低于所述熔盐熔融炉内的熔盐液面高度。

作为一种优选的技术方案，所述熔盐熔融炉的外壁设有调温夹层。

作为一种优选的技术方案，所述钠渣提纯分离方法所用的提纯设备可以使用金属钠工业生产电解槽进行钠渣的提纯，将电解槽作为熔盐熔融炉，电解质作为熔盐，在电解槽内设一个伸入所述电解槽内的下降管道；所述下降管道上端设有钠渣投料管；所述电解槽的上部设有钠回收管道，所述钠回收管道连通有钠收集装置。所述下降管道的出口高度低于所述电解槽内的电解质液面高度；且所述下降管道的出口高度低于所述钠回收管道的出口高度。

作为一种优选的技术方案，所述电解槽设有一个向所述钠回收管道逐渐增高的倾斜盖板。

使用电解槽来提纯钠渣，熔盐可以直接使用电解槽内的电解液，而且不需要加热熔融，可以在电解生产钠的同时进行钠渣提纯。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的钠渣提纯分离方法，将熔盐加热熔融成为熔盐熔融液，所述熔盐是不与金属钠反应的物质；将钠渣加热到钠的熔点以上成为固液混合液，然后将所述固液混合液加入到熔盐熔融液中，在所述熔盐熔融液的上层得到纯净的金属钠熔液。利用熔盐熔融液具有高于金属钠熔点而低于钠渣中杂质熔点的熔融温度，钠渣进入熔盐熔融液中之后会融化，而其中的杂质则未融化，同时由于熔融的金属钠具有较高的表面能，而熔融金属钠与杂质之间不浸润，而且杂质的密度与熔融金属钠不同，从而使得杂质从熔融金属钠中分离出来，熔融金属钠密度小于熔盐熔融液的密度，能够与熔盐熔融液分离，同时由于钠渣中的杂质主要是金属钙，而在熔盐熔融液中可以发生钙与钠盐之间的置换反应，从而使得杂质钙反应变为金属钠，进一步的提高金属钠的产率。

本发明选择合适的熔盐熔融液，使得其密度大于金属钠密度，熔盐熔融液表面张力还要与金属钠的表面张力有一定的差异，互不浸润，同时也要具有合适的熔点，且不与碱金属以及杂质反应。

本发明利用金属钠的熔点、采用密度差、熔点差、表面能差等的差别来提出钠渣，选用合适的熔盐熔融液，将钠渣中的金属钠与杂质分离，得到纯度较高的金属钠，分离效率高。本发明的钠渣分离金属钠产率≥95％，得到的金属钠纯度≥99.5％。

本发明优选电解金属钠生产所用的混合电解质，选用金属钠工业生产电解槽进行钠渣的提纯，具有更佳的效果。分离的纯度较高的碱金属，具有节能、安全、廉价、高效等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图中，1.熔盐熔融炉；2.钠渣熔融槽；3.下降管道；4.钠回收管道；5.钠收集装置；6.电解槽；7.倾斜盖板；8.钠渣投料管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如附图1所示，一种钠渣提纯分离方法所用的提纯设备，所述提纯设备包括熔盐熔融炉1和钠渣熔融槽2，所述钠渣熔融槽2设有一个伸入所述熔盐熔融炉1内的下降管道3；所述熔盐熔融炉1的上部设有钠回收管道4，所述钠回收管道4连通有钠收集装置5。所述下降管道3的出口高度低于所述钠回收管道4在所述熔盐熔融炉1上的出口高度。

将熔盐熔融炉1升温将熔盐熔融成为熔盐熔融液，将钠渣熔融槽2内的钠渣熔融，然后经下降管道3将熔融的钠渣送到熔盐熔融液的液面以下，熔融的钠渣在熔盐熔融液中分离，由于金属钠密度小，金属钠漂浮到熔盐熔融液表面，钠渣沉入熔盐熔融液下部，上层的金属钠经钠回收管道4收集到钠收集装置5。

实施例1

使用如附图1所示提纯装置，在熔盐熔融炉中配置熔盐，为氯化钠、氯化钾、氯化钙三种物质的混合熔盐，升温至600℃使其融化。

将钠含量为65wt％，钙含量为24wt％的钠渣缓慢分批次的加入到钠渣熔融槽中，钠渣的温度上升到熔点以后，经下降管道流入到熔盐熔融炉中，钠渣经缓冲后进入到熔盐熔融液中，通过熔盐熔融液的分离作用，分离出的钠漂浮到熔盐熔融液的液面上层，经钠回收管道收集到钠收集装置中。

本实施例共投入了56kg二级钠渣，产出金属钠54.2kg，钠产率为96.8％，金属钠纯度99.62％。

实施例2

如图2所示，利用金属钠正常生产的电解槽改造为钠渣提纯装置，将电解槽6作为熔盐熔融炉，在电解槽6内设一个伸入所述电解槽内的下降管道3；下降管道3上端设有钠渣投料管8，所述电解槽6的上部设钠回收管道4，所述钠回收管道4连通钠收集装置(钠收集装置图中未画出，参见图1)。所述下降管道3的出口高度低于所述电解槽6内的电解质液面高度，所述电解槽6设有一个向所述钠回收管道4逐渐增高的倾斜盖板7，更方便产出的钠的回收。

实施例3

使用实施例2的提纯装置，将电解槽的温度维持在电解生产金属钠的温度范围内(614～630℃)，电解槽内的电解质为氯化钠、氯化钡、氯化钙混合物的三元电解质，从钠渣投料管中投入钠渣(钠渣中钠含量70wt％，钙含量为20wt％)，钠渣在下降管道经电解液的热量传递逐渐熔融以后经过液面高度差将熔融的钠渣流入到电解质液面以下，金属钠漂浮到液面以上，经钠回收管道收集到钠收集装置中。

熔融钠渣经过熔融电解质，借助于钠渣与钠的密度以及表面能不同，借助于金属钠高表面能特性，将金属钠提纯，同时其中发生置换反应，产生金属钠，借助于熔融金属钠在熔盐中的浮力，将金属钠从钠回收管道中浮到钠收集装置中，收集得到金属钠，同时电解槽仍然正常电解生产金属钠。

持续数天，整个过程总共加入2000kg钠渣，钠渣产金属钠共为1916kg，钠产率95.8％，产品纯度99.55％。

Claims (10)

1.一种钠渣提纯分离方法，其特征在于：将熔盐加热熔融成为熔盐熔融液，所述熔盐是不与金属钠反应的物质；将钠渣加热到钠的熔点以上成为固液混合液，然后将所述固液混合液加入到熔盐熔融液中，在所述熔盐熔融液的上层得到纯净的金属钠熔液。

2.如权利要求1所述的钠渣提纯分离方法，其特征在于：所述熔盐包含但并不限于氯化物盐、硝酸盐、硫酸盐、单质金属和金属合金中的一种或多种的混合物。

3.如权利要求2所述的钠渣提纯分离方法，其特征在于：所述熔盐包含但并不限于氯化钠、氯化钙、氯化钡、氯化钾、氯化铯、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钡、硝酸钾、硫酸钠、硫酸钙、硫酸钡、硫酸钾、钾、钙、铁、铝和镁中的一种或者几种的混合物。

4.如权利要求1所述的钠渣提纯分离方法，其特征在于：所述熔盐加热熔融成为熔盐熔融液后，所述熔盐熔融液中的任何组分的表面张力都与液体金属钠的表面张力不同，且与钠不浸润。

5.如权利要求1所述的钠渣提纯分离方法，其特征在于：所述熔盐熔融液的密度大于金属钠的密度。

6.如权利要求1所述的钠渣提纯分离方法，其特征在于：所述熔盐熔融液的熔点大于100℃。

7.如权利要求1至6任一权利要求所述的钠渣提纯分离方法，其特征在于：将所述固液混合液加入到熔盐熔融液中时，是将所述固液混合液加入到熔盐熔融液的液面以下。

8.如权利要求1所述的钠渣提纯分离方法所用的提纯设备，其特征在于：所述提纯设备包括熔盐熔融炉和钠渣熔融槽，所述钠渣熔融槽设有一个伸入所述熔盐熔融炉内的下降管道；所述熔盐熔融炉的上部设有钠回收管道，所述钠回收管道连通有钠收集装置。

9.如权利要求8所述的钠渣提纯分离方法所用的提纯设备，其特征在于：所述下降管道的出口高度低于所述钠回收管道在所述熔盐熔融炉的出口高度。

10.如权利要求8所述的钠渣提纯分离方法所用的提纯设备，其特征在于：所述熔盐熔融炉为电解槽，所述电解槽设有一个伸入所述电解槽内的下降管道；所述电解槽的上部设有钠回收管道，所述钠回收管道连通有钠收集装置。