CN112758969A - 回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,通过向回收的高纯氯化钡母液中加入氢氧化钠溶液进行反应,反应温度控制在80‑100℃,反应时间为0.1‑0.5h,反应完成后趁热过滤,将滤液冷却结晶后进行离心分离,得到粗品氢氧化钡;向粗品氢氧化钡中加入蒸馏水,加热至全部溶解,采用真空蒸发浓缩后冷却重结晶,过滤后晶体用无水乙醇洗涤后烘干,得到电子级氢氧化钡。本发明成功利用高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡,提高了产品的附加值,避免资源的浪费,也避免了对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及钡化工技术领域,具体为一种回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,该电子级氢氧化钡可作为陶瓷电容原材料。
背景技术
传统的生产氢氧化钡的方法是以重晶石矿为原料,先加工成硫化钡后,再与二氧化锰、氧化锌反应或用离子交换法制得氢氧化钡;也可用硫化钡制得碳酸钡、氧化钡、硅酸钡后,再加工成氢氧化钡。
目前国内外工业生产采用的最普遍的方法是将硫化钡制成氯化钡后与烧碱反应生产氢氧化钡。为了制备电子级氢氧化钡,需要采用电子级氯化钡为原料,虽然生产工艺简单,但是成本较高,而且存在硫污染的问题。
在生产高纯氯化钡时,需要对其进行重结晶,结晶后的母液中含有一定的氯化钡溶液,母液的一部分可以进行循环再利用,另一部分经过除钡后,直接外排,不但造成了钡资源的流失,还增加了环保压力。
发明内容
本发明提供一种回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,其能够高效利用高纯氯化钡生产过程中的母液,成功利用其制备得到高附加值的电子级氢氧化钡。
本发明的技术方案是,一种回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,包括以下步骤:
S1、向回收的高纯氯化钡母液中加入氢氧化钠溶液进行反应,反应温度控制在80-100℃,反应时间为0.1-0.5h,反应完成后趁热过滤,将滤液冷却结晶后进行离心分离,得到粗品氢氧化钡;
S2、向粗品氢氧化钡中加入蒸馏水,加热至全部溶解,采用真空蒸发浓缩后冷却重结晶,过滤后晶体用无水乙醇洗涤后烘干,得到电子级氢氧化钡。
进一步地,高纯氯化钡母液是在制备高纯氯化钡的过程中,进行结晶过滤后剩下的滤液,其中得到的高纯氯化钡晶体纯度在99.9%以上。S1中高纯氯化钡母液中氯化钡含量在180~300克/升。
进一步地,所述氢氧化钠的质量浓度为30-40%。优选质量浓度32%。
进一步地,S1中趁热过滤时温度在80℃以上,采用的设备为隔膜压滤机;S1及S2中的操作均在密封的设备中进行。避免空气中的二氧化碳对氢氧化钡的纯度造成影响。
进一步地,S1中冷却结晶时,先将浆料转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后按每小时降温10℃降温至18℃以下,再维持温度1-2h,完成第一次冷却结晶。
进一步地,S2中粗品氢氧化钡加水的液固比为5-8:1,加热温度在80℃以上。
进一步地,S2中冷却重结晶时先将浆料转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后向结晶槽中加入氢氧化钡晶种,按每小时降温5℃降温至18℃以下,再维持温度1-2h,完成冷却重结晶过程。
更进一步地,结晶槽中下部设有筛网,筛网孔径在为40目。
进一步地,S2中结晶完成之后离心过滤,晶体加体积比2-3倍的无水乙醇洗涤再过滤;最后烘干时采用真空热风干燥,温度控制在50-60℃,干燥后得到的为一水氢氧化钡。
进一步地,S1中和S2中的结晶过滤后的滤液中加入芒硝沉淀多余的钡离子,过滤分离,最后对滤液进行蒸发浓缩,得到氯化钠固体。
本发明还具有以下有益效果:
1、高纯氯化钡的母液中,主要为氯化钡的饱和溶液,而其中含有少量的钙离子,本发明利用该母液制备高纯氢氧化钡时,在加碱反应后,钙离子与碱反应生成氢氧化钙,其在80℃以上时,溶解度非常小,发明人在加碱制备氢氧化钡后增加趁热过滤步骤,能够有效去除其中的钙杂质,再通过重结晶处理,产品中的钙离子含量在20ppm以下。
2、在对氢氧化钡进行结晶时,为了防止氢氧化钡板结,需要延长结晶时间,降低降温的幅度,一般需要20小时以上,才能完成结晶过程,耗时较长。本发明中在结晶时,先进行快速降温至50℃以下,该温度段并不会大量结晶,快速降温能够有效节约时间。低于50℃后,放缓降温幅度,形成的晶核更为稳定,纯度更高。在晶体过滤之后,采用无水乙醇进行洗涤,可以对晶体进行分散,而且在后期干燥过程中,实现快速干燥,防止板结,另外,对于晶体中少量的Cl-,通过结晶和无水乙醇洗涤,能够有效去除。为了进一步提高结晶效率,可以在结晶槽中下部设筛网,使结晶体更多地附在筛网上,尽量避免晶体长时间浸泡在液相中,含杂质高的液相在分离时能够更好的去除,确保产品的纯度。
3、氢氧化钡结晶后母液中主要为氯化钠,含有少量的Ba2+,如果直接回收氯化钠进行回收,由于其中含有钡盐,其具有一定毒性,会制约氯化钠的再利用。本发明在对母液进行处理时,先加入芒硝沉淀多余的钡离子,得到硫酸钡沉淀过滤分离,最后对滤液进行蒸发浓缩,得到氯化钠固体,其可以作为工业用盐进行再利用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。
以下实施例中的母液来源于高纯氯化钡生产工艺,其中氯化钡含量在276g/L,钙含量占0.06%,铁含量为3ppm。
实施例1:
回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,具体步骤为:
S1、向回收的高纯氯化钡母液中加入质量浓度为32%的氢氧化钠溶液进行反应,反应温度控制在90℃,反应时间为0.3h,反应完成后在80℃以上趁热过滤,将滤液转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后按每小时降温10℃降温至18℃以下,再维持温度1h,完成第一次冷却结晶,冷却结晶后进行离心分离,得到粗品氢氧化钡;
S2、向粗品氢氧化钡中加入蒸馏水,加入量为粗品氢氧化钡质量的6倍,加热到90℃以上,采用真空蒸发浓缩后冷却重结晶,先将浆料转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后向结晶槽中加入氢氧化钡晶种,按每小时降温5℃降温至18℃以下,再维持温度2h,完成冷却重结晶过程过滤后晶体用无水乙醇洗涤后烘干,得到电子级氢氧化钡。
得到的产品进行检查,采用电子级氢氧化钡质量标准参照《宜昌华能环保科技有限责任公司企业标准》(Q/YCHN-002 2018)执行。该标准中产品规格具体见下表1。
表1
项目 | A--1 | A--2 | A--3 |
纯度≥ | 99.8 | 99.5 | 99.0 |
碳酸钡BaCO3%≤ | 0.1 | 0.4 | 0.8 |
氯化物Cl%≤ | 0.004 | 0.005 | 0.01 |
钠Na%≤ | 0.0005 | 0.005 | 0.02 |
铁Fe%≤ | 0.0003 | 0.0005 | 0.0008 |
镁Mg%≤ | 0.0003 | 0.0005 | 0.0005 |
钙Ca%≤ | 0.0005 | 0.005 | 0.01 |
铝Al%≤ | 0.0003 | 0.0004 | 0.0005 |
钾K%≤ | 0.0005 | 0.0005 | 0.0005 |
锶Sr%≤ | 0.001 | 0.005 | 0.02 |
具体地,实施例1中得到的氢氧化钡中纯度为99.91%,钙含量为4ppm,铁含量为3ppm。超过A-1的要求。
实施例2:
回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,具体步骤为:
S1、向回收的高纯氯化钡母液中加入质量浓度为38%的氢氧化钠溶液进行反应,反应温度控制在85℃,反应时间为0.5h,反应完成后在80℃以上趁热过滤,将滤液转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后按每小时降温10℃降温至18℃以下,再维持温度1h,完成第一次冷却结晶,冷却结晶后进行离心分离,得到粗品氢氧化钡;
S2、向粗品氢氧化钡中加入蒸馏水,加入量为粗品氢氧化钡质量的6倍,加热到90℃以上,采用真空蒸发浓缩后冷却重结晶,先将浆料转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后向结晶槽中加入氢氧化钡晶种,按每小时降温5℃降温至18℃以下,再维持温度2h,完成冷却重结晶过程过滤后晶体用无水乙醇洗涤后烘干,得到电子级氢氧化钡。
所得电子级氢氧化钡纯度为99.86%,Ca为0.0003%。
实施例3:
回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,具体步骤为:
S1、向回收的高纯氯化钡母液中加入质量浓度为30%的氢氧化钠溶液进行反应,反应温度控制在95℃,反应时间为0.2h,反应完成后在80℃以上趁热过滤,将滤液转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后按每小时降温10℃降温至18℃以下,再维持温度2h,完成第一次冷却结晶,冷却结晶后进行离心分离,得到粗品氢氧化钡;
S2、向粗品氢氧化钡中加入蒸馏水,加入量为粗品氢氧化钡质量的6倍,加热到90℃以上,采用真空蒸发浓缩后冷却重结晶,先将浆料转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后向结晶槽中加入氢氧化钡晶种,按每小时降温5℃降温至18℃以下,再维持温度2h,完成冷却重结晶过程过滤后晶体用无水乙醇洗涤后烘干,得到电子级氢氧化钡。
所得电子级氢氧化钡纯度为99.89%,Ca为0.0004%。
比较例1:
回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,具体步骤为:
S1、向回收的高纯氯化钡母液中加入质量浓度为32%的氢氧化钠溶液进行反应,反应温度控制在90℃,反应时间为0.3h,反应完成后将滤液转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后按每小时降温10℃降温至18℃以下,再维持温度1h,完成第一次冷却结晶,冷却结晶后进行离心分离,得到粗品氢氧化钡;
S2、向粗品氢氧化钡中加入蒸馏水,加入量为粗品氢氧化钡质量的6倍,加热到90℃以上,采用真空蒸发浓缩后冷却重结晶,先将浆料转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后向结晶槽中加入氢氧化钡晶种,按每小时降温5℃降温至18℃以下,再维持温度2h,完成冷却重结晶过程过滤后晶体用无水乙醇洗涤后烘干,得到氢氧化钡。
所得氢氧化钡纯度为99.56%,Ca为0.05%。
上述实施例,操作均在密封的设备中进行,必要时采用该氮气环境进行保护,避免氢氧化钡吸收空气中的二氧化碳转化为碳酸钡。通过本发明提供的方法,结晶时间可以控制在6h左右,能够大幅缩短时间。另外,得到的氢氧化钡产品没有明显的板结现象。
对于生产过程中的结晶母液,收集后加入芒硝沉淀多余的钡离子,过滤分离,最后对滤液进行蒸发浓缩,得到氯化钠固体,已经成功作为融雪剂使用。
Claims (10)
1.一种回收高纯氯化钡母液生产电子级氢氧化钡的工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1、向回收的高纯氯化钡母液中加入氢氧化钠溶液进行反应,反应温度控制在80-100℃,反应时间为0.1-0.5h,反应完成后趁热过滤,将滤液冷却结晶后进行离心分离,得到粗品氢氧化钡;
S2、向粗品氢氧化钡中加入蒸馏水,加热至全部溶解,采用真空蒸发浓缩后冷却重结晶,过滤后晶体用无水乙醇洗涤后烘干,得到电子级氢氧化钡。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于:所述S1高纯氯化钡母液中氯化钡含量在180~300克/升。
3.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于:所述氢氧化钠的质量浓度30-40%。
4.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于:S1中趁热过滤时温度在80℃以上,采用的设备为隔膜压滤机;S1及S2中的操作均在密封的设备中进行。
5.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于:S1中冷却结晶时,先将浆料转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后按每小时降温10℃降温至18℃以下,再维持温度1-2h,完成第一次冷却结晶。
6.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于:S2中粗品氢氧化钡加水的液固比为5-8:1,加热温度在80℃以上。
7.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于:S2中冷却重结晶时先将浆料转入密闭的结晶槽内,在1h内冷却至50℃以下,然后向结晶槽中加入氢氧化钡晶种,按每小时降温5℃降温至18℃以下,再维持温度1-2h,完成冷却重结晶过程。
8.根据权利要求7所述的工艺,其特征在于:结晶槽中下部设有筛网,筛网孔径为40目。
9.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于:S2中结晶完成之后离心过滤,晶体加体积比2-3倍的无水乙醇洗涤再过滤;最后烘干时采用真空热风干燥,温度控制在50-60℃,干燥后得到的为一水氢氧化钡。
10.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于:S1中和S2中的结晶过滤后的滤液中加入芒硝沉淀多余的钡离子,过滤分离,最后对滤液进行蒸发浓缩,得到氯化钠固体。
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