高纯氧化锑（精选7篇）
高纯氧化锑 篇1
随着微电 子技术的 飞速发展,印制电路 板 (PCB)制造向多层化、积层化、功能化和集成化方向迅速发展[1]。在PCB制造工艺中,传统的镀铜工艺是采用可溶性阳极工艺,以磷铜球作为阳极并补充铜源,但是在电镀的过程中会产生阳极泥并会进行富集,最后导致电镀层的不良,因此传统的可溶性阳极镀铜工艺有工艺温度性差,效率低等缺点[2]。
目前PCB制造业中,开始逐渐采用水平电镀工艺,线路板水平电镀铜工艺阳极不可溶性的这一特性决定了生产工艺中需要间歇补充铜离子来维持镀液中的铜离子浓度。现在PCB业界水平电镀酸铜体系中铜离子的补充主要依靠氧化铜来完成,氧化铜粉应用于线路板水平电镀铜的时代即将来临[3]。用氧化铜代替磷铜球作为铜源,可以中和电镀过程中产生的H+,保证电镀液p H值的稳定,因此,该工艺中要求电镀级氧化铜有较高的活性,即在电镀液中能够快速溶解,并且要求有较高的纯度和较低的杂质含量。
目前市场通用的分析纯氧化铜试剂执行的是国标GB/T 674-2003,其纯度和杂质含量远远不能满足电镀使用要求。本文合成的高纯氧化铜,纯度在99.3% 以上,杂质含量也远远低于分析纯标准,达到了电镀用氧化铜高纯度、低杂质的要求。
1实验部分
1.1主要仪器与试剂
硝酸铜、碳酸氢铵、铜粉(均为分析纯试剂)。
岛津X射线衍射 仪XRD-6000、HK-8100型ICP-AES、PTY-C2000电子天平、电热套、高温炉等。
1.2实验原理
硝酸铜与碳酸氢铵制备碱式碳酸铜,碱式碳酸铜经洗涤、干燥后,焙烧制备氧化铜。所涉及的主要化学反应如下:
1.3实验内容
1.3.1碱式碳酸铜的制备
将250g分析纯硝酸铜溶于1000g纯水中,搅拌溶解完全,制成1mol·L-1的溶液,加入铜粉,加热至60~80℃保温搅拌0.5h除氯,用活性炭过滤清亮,得溶液a。将180g分析纯碳酸氢铵溶于2200g的纯水中,搅拌溶解完全,制成1mol·L-1的溶液, 用活性炭过滤至清亮,得溶液b。将溶液a加热至60~80℃,缓慢搅拌下,将溶液b滴加入溶液a,有少量沉淀生成时,停止滴加,继续保温反应30min,待沉淀晶核增大后,继续滴加反应,反应终点p H值控制在6~6.7。将上述反应溶液保温反应4h,静置过夜后,过滤,沉淀用纯水充分洗涤后,于80℃下干燥6h,得绿色固体碱式碳酸铜。
1.3.2氧化铜的制备
将合成好的碱式碳酸铜55g置入1L瓷坩埚中, 于高温炉中800~830℃焙烧6h,即得黑色粉末氧化铜。
2结果与讨论
2.1合成碱式碳酸铜的原料选择
选择硝酸铜与碳酸氢铵为原料合成碱式碳酸铜,其主要原因是易获得较纯的硝酸铜与碳酸氢铵, 副产物中NO3-与NH4+较易洗去或受热时分解去除, 从而避免影响氧化铜质量。另外,在合成过程中较易调控p H值在适当范围,物料损失较小,合成的碱式碳酸铜颗粒较大,易清洗,纯水损耗小。
2.2氯化物杂质的控制
高纯氧化 铜的指标 要求氯化 物含量小 于10×10-6。原料中含有的氯化物在反应过程中可能生成碱式氯化铜,而碱式氯化铜在灼烧时不分解成氧化铜,导致最终产品中氯化物含量超标,所以需在合成碱式碳酸铜之前除去原料中的氯化物。可采用铜粉除氯法,即将铜粉加入硝酸铜溶液中,保温搅拌0.5h,沉淀滤去后再合成碱式碳酸铜。该法简便易操作且除氯效果明显,其反应原理如下:
单质铜与二价铜离子反应生成亚铜离子,亚铜离子与氯离子结合生成氯化亚铜,氯化亚铜微溶于水,可过滤除去,达到去除氯化物的目的。
2.3其它反应条件的考察
2.3.1碱式碳酸铜的制备
由硝酸铜与碳酸氢铵制备碱式碳酸铜的过程中,主要考察了二者投料摩尔比与滴加方式对产品外观的影响。通过一系列实验证明,当硝酸铜、碳酸氢铵溶液浓度为1mol·L-1,摩尔比n硝酸铜∶ n碳酸氢铵=1∶ 2.2且采用“正加方式”(即将碳酸氢铵溶液加入硝酸铜溶液中)时,溶液反应终点p H值在6~6.7,合成的碱式碳酸铜颜色为深绿色,结晶颗粒大,易清洗,下一步焙烧出的氧化铜粉末色泽好、颜色均匀, 质量达标率高。
2.3.2氧化铜的制备
2.3.2.1焙烧温度对氧化铜含量的影响
碱式碳酸铜加热分解成氧化铜,提高温度有利于分解的进行。其它反应条件不变,反应时间为6h, 改变焙烧温度,其对产物氧化铜含量的影响如图1所示。焙烧温度低于800℃,碱式碳酸铜分解不完全, 氧化铜含量较低;温度提高至800℃,碱式碳酸铜分解比较完全,氧化铜含量在99.3% 以上;继续升温, 含量变化不大,所以选择800℃为最佳反应温度。
2.3.2.2焙烧时间对氧化铜含量的影响
其它反应条件不变,焙烧温度为800℃,改变时间,其对产物氧化铜含量的影响如图2所示。反应时间在6h以内,由于反应不完全,产物氧化铜含量较低;反应6h以后,碱式碳酸铜分解较完全,产物氧化铜含量达标;继续延长时间,含量变化不大,所以选择6h为最佳反应时间。
2.4检测结果与表征
2.4.1含量与杂质检测结果
目前市场上通用的分析纯氧化铜标准(GB/T674-2003)中,氧化铜含量99.0%,氯化物30×10-6,铁100×10-6。由表1、2的检测数据可知,本法合成的氧化铜含量都在99.3% 以上,氯化物10×10-6,铁和其它金属杂质均较小,纯度及杂质含量远高于分析纯试剂的标准,达到了客户公司电镀高纯规格的要求。
注:碱式碳酸铜的执行标准为 Q/STXH 21-2011 分析纯
注:该标准为客户提供,参考德国默克的电镀用氧化铜特定高纯标准
2.4.2XRD表征
氧化铜成品经X射线衍射仪测试,其XRD图谱见图3。由图3可知,3批样品的主要特征衍射峰所对应的2θ一致,说明粉体具有相同的物相。在2θ为32.8°、37.6°、40.7°处出现氧化铜的特征峰,经与标准PDF卡 (050661) 比较,确定都为纯Cu O。衍射峰尖锐,说明晶化度好。
3结论
1)本法合成氧化铜的总产率可达90%~95%。
2)当硝酸铜、碳酸氢铵溶液浓度为1mol·L-1且n硝酸铜∶ n碳酸氢铵=1∶1.1时,采用“正加方式”(即将碳酸氢铵溶液加入硝酸铜溶液中),合成的碱式碳酸铜颜色正,颗粒大,易清洗,焙烧出的氧化铜颜色均匀,质量达标率高。
3)合成碱式碳酸铜的反应溶液p H值控制在6~6.7,产品质量较好。
4)碱式碳酸铜焙烧成氧化铜的温度控制在800℃左右,时间6h,焙烧出的氧化铜含量能达到99.3% 以上。
5)由含量与杂质检测数据与XRD图谱证实, 本法合成的氧化铜纯度高、杂质少、晶化度好,质量远高于分析纯试剂质量,符合电镀用氧化铜高纯度、 低杂质的要求。
摘要：以硝酸铜与碳酸氢铵为原料,制备碱式碳酸铜,再经过高温焙烧,合成活性氧化铜粉。用X射线衍射(XRD)、含量测定、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法对所得活性氧化铜粉末进行了表征。本方法合成的氧化铜纯度能达到99.3%以上,高于目前市场上的分析纯试剂标准,其它金属杂质也远远优于分析纯标准,达到了电镀用氧化铜高纯度、低杂质的要求。
关键词：氧化铜,高纯,电镀
高纯氧化铝纯化工艺的研究进展 篇2
高纯氧化铝这种具有优良理化性质的精细化工产品在国内外发展速度相对之快。到目前为止, 科学研究领域对它的定义还不能达成统一意见, 大部分人认同高纯氧化铝是指纯度在4 N以上而且颗粒均匀的超细粉体材料这一说法。高纯氧化铝因其具有较高的纯度、均匀细小的粒度, 较大的比表面积和很好的热稳定性、力学性能而被广泛应用到许多高尖端科技领域, 例如:高级陶瓷材料、催化剂、生物医疗、防护材料、半导体材料等等诸多领域。高纯氧化铝中的痕量杂质元素大多以氧化物的形式存在于氧化铝中, 例如:Na2O、K2O、Si O2、Fe2O3、Mg O、Cu O、Ca O等等。由于杂质元素的存在会严重影响了高纯氧化铝的物化性质, 如:铁杂质元素的存在会使用氧化铝制备的发光材料的发光性能下降, 钠和硅会分别导致氧化铝烧结瓷体介质损耗和烧结性能下降, 以及氧化镁和氧化钙含量增多会使氧化铝减少等等, 从而使高纯氧化铝无论是在使用范围还是使用使用环境方面大大受限。因此, 各国的科研工作者对如何制备高纯氧化铝的工艺越来越重视[1,2,3]。本文介绍了高纯氧化铝几种主要的制备方法中的纯化工艺, 对各种工艺的优缺点进行了比较分析有利于更为先进技术的产生及应用。
2 高纯氧化铝的纯化工艺
由于目前高纯氧化铝主流生产的技术有醇盐水解法、硫酸铝铵热解法和碳酸铝铵热解法, 所以这三种方法的纯化工艺相对来说比较成熟, 其他方法要么处于中试阶段, 要么处于研究开发阶段, 再或者国外有用该方法, 而国内限于技术条件或者硬件设施等原因还没用到该种方法[4]。不同的纯化工艺都有各自的优缺点, 对各种纯化工艺进行集中比较分析有利于纯化技术的优化升级。
2.1 醇盐水解法制备高纯氧化铝纯化工艺
一般对于醇盐的除杂纯化方法有很多, 例如:减压蒸馏法、结晶法、萃取法等等[5,6]。减压蒸馏法利用了金属醇盐沸点在加热条件下又很容易分解的特点从而来实现纯化醇盐, 因为其操作简单, 耗时少, 见效快, 所以在工业生产中得到了广泛的应用。结晶法的过程是将醇盐溶解在某种有机溶剂中, 然后根据醇盐在不同温度条件下的有机溶剂中的溶解度不同, 最后通过降温使金属醇盐结晶出来。这种方法相对于减压蒸馏来说有能耗低, 设备体积小, 造价不高的优点, 但是由于非常耗时, 所以很难再工业生产中推广。萃取法的主要原理是将金属醇盐溶解在有机溶剂中, 使得不溶性物质沉降到反应器底部进而得到比较纯净的物质从而来实现醇盐和杂质分离的, 这种方法主要可以弥补异辛醇铝等醇盐不能被减压蒸馏的特点, 由于该方法同样耗时因而也不能在工业生产中批量生产。一般的纯化方法在一定程度上能为纯化醇铝起到初步除杂的目的, 但是要获得高纯氧化铝, 就必须对微量的杂质元素也能有很好的除去效果。
2.1.1 螯合-蒸馏法
李淑珍[7]提出了螯合-蒸馏法对异丙醇铝中的杂质元素进行了深度的脱除。其主要思路是在铝、异丙醇的反应体系中加入一种螯合剂, 这种螯合剂 (氧-氧配位的酚酞等) 会快速和铁等杂质螯合形成比异丙醇铝沸点高的而且不容易挥发的化合物, 反应体系中的物质有了这种特点, 那么就可以利用减压蒸馏的方法使异丙醇铝和铁等杂质元素很好的分离, 从而得到高纯的异丙醇铝。
该方法的优点是可以对铁杂质进行深度的去除, 而且工艺操作简单、便捷, 所需人力、物力少, 相对于萃取-络合法来说更易于规模化生产。
2.1.2 萃取-络合法
萃取-络合法[8]可以制备出高纯的异丙醇铝, 其质量分数可以达到5 N。该方法是将某种萃取剂加入到粗制的异丙醇铝中, 充分搅拌后静置一段时间得到萃取清液, 再取一定量的萃取清液和适量的络合剂 (DCTA) 在超声作用下混合分散10 min后经过磁力加热搅拌器加热到60℃搅拌15 min, 最后经过一段时间的静置沉降可以得到高纯异丙醇铝净化液, 剩下的工序只需将萃取剂蒸出就可以得到高纯的异丙醇铝了。
这种方法的优点是异丙醇铝的纯度高, 所需资源能耗较少, 同时降低了投资成本, 但是该方法缺点是操作复杂, 所需要消耗的时间比较长, 很难形成批量生产规模。
2.1.3 络合-结晶法
居鸣丽[9]采用了络合-结晶法纯化异丙醇铝, 对于异丙醇铝中的铁杂质进行了深度脱除的研究。该方法利用Fe2+和Fe3+易与某些有机试剂形成络合物而溶于异丙醇的特点, 经过大量实验研究选择了乙酸丙酮、邻菲啰啉等能在p H>7时对Fe离子具有较高选择性的有机试剂与Fe反应生成的金属络合物能大量的溶解于异丙醇中, 从而通过络合-结晶的方法达到对Fe杂质深度去除的目的。
这种方法比一般的结晶法除铁效果好, 而且对于杂质的去除效率高, 时间短, 但是对于络合剂的选择则需要大量的实验研究探索。
2.1.4 减压蒸馏添加剂法
在对异丙醇铝中杂质硅去除方法中, 王明艳[10]研究了减压蒸馏添加剂法来去除硅, 从而达到纯化异丙醇铝的目的。该方法的基本思路是将添加剂氧化镧与异丙醇、铝片和引发剂一起加入到反应容器中, 反应过程中氧化镧和硅反应形成了沸点比较高的物质, 然后通过减压蒸馏出异丙醇铝, 最终杂质留在反应容器底部, 从而达到了除杂纯化异丙醇铝的效果。
这种方法相对于一般的萃取法和结晶法来说, 具有能源消耗少, 操作简单, 反应时间短, 便于规模化生产等优点。
2.2 硫酸铝铵热解法制备高纯氧化铝的纯化工艺
使用硫酸铵铝铵热解法制备高纯氧化铝时, 一般采用络合和吸附的方法去除高纯氧化铝前驱体中的杂质元素。络合主要是依靠络合剂和杂质金属离子络合形成稳定的螯合物停留在液体中, 然后将结晶体和液体分离从而达到除杂目的, 常用的络合剂有EDTA, 壳聚糖等金属离子络合剂。吸附则是利用吸附剂具有孔道和空腔体系的特点来吸附金属阳离子, 从而达到除杂目的, 一般的吸附剂有分子筛、活性炭等。虽然络合和吸附方法对于去除高纯氧化铝前驱体中的杂质起到了一定作用, 但是对于微量元素杂质的去除率则不是很大, 相反可能还会引入新的杂质, 所以上述方法只能作为制备高纯氧化铝过程中对于前期试剂做一些初步的除杂处理, 在后续的痕量杂质元素的去除中不宜用该种方法。
刘萍[11]等对生产高纯硫酸铝铵的工艺进行了改进, 提出了新的工艺路线。新的工艺路线主要针对原料制备、过滤介质、结晶方式、助剂投量四点给出了新的方法。首先对合成硫酸铝铵原料中间体硫酸铝和硫酸铵精制、预处理, 这样可以得到杂质含量较低的粗品。其次, 在过滤方式上, 新的工艺路线采用的是高分子PE微孔管, 对粗品进行超细微孔过滤。然后, 对滤液使用的结晶方式是采用通过机械手柄可以使之侧倾0~60°的半圆形槽, 这样便于母液排放和结晶块取出。最后在向结晶溶液中的助剂投量方面, 新工艺发现助剂物质的量是溶液中K+量的6~8倍时, 可以起到很好的除杂效果。这种方法可以降低工人劳动强度, 提高劳动生产效率, 降低了生产成本, 成品率得到很大提升, 保护环境。但不足之处是操作繁琐, 生产工艺路线较长。
张开元[12]发明了一种提纯硫酸铝铵的方法, 该方法涉及到至少三次降温结晶提纯。首先将硫酸铝铵溶液在0~50℃时降温结晶, 将过滤得到的晶体在50~100℃时溶解, 然后又在0~50℃时降温结晶, 之后重复以上步骤, 最后可以得到杂质含量较低的硫酸铝铵晶体。这种方法操作简单, 不会引入其他杂质, 但是工艺流程耗时较长, 而且该放在提纯硫酸铝铵时具有局限性。
张滨[13]发明了一种制备高纯硫酸铝铵的方法, 该方法中制备高纯硫酸铝铵所用的原料为工业硫酸铝和工业硫酸铵, 得到的最终产物纯度可以达到5 N。这种方法主要使用了一种微孔钦过滤器, 将制得的硫酸铝铵经过多次浓缩结晶过滤、抽滤后, 最终达到提纯除杂的目的。这种方法的优点是制备的硫酸铝铵纯度高, 而且可以回收利用在制备过程中产生的母液, 提高了原料的利用率, 避免废液流出污染环境。但是缺点是使用的设备要求复杂, 操作工序复杂, 工艺流程相对较长。
2.3 碳酸铝铵热解法制备高纯氧化铝的纯化工艺
碳酸铝铵热解法制备高纯氧化铝是在硫酸铝铵热解法的基础改进而来的, 碳酸铝铵热解法中所用到的原料有硫酸铝和碳酸氢铵等等, 因而在纯化除杂方面可以借鉴一下硫酸铝铵热解法中的一些工艺, 将硫酸铝和碳酸氢铵预处理, 得到精制的原材料, 这为后续的提纯减小了压力。
刘桂华等[14]使用螯合树脂Da对制备的硫酸铝进行了除杂处理, 使得溶液中铁离子浓度低于0.5 mg/m L。在探索制备高纯碳酸铝铵的研究中, 王彪等[15]发明了一种制备高纯碳酸铝铵的技术, 该方法主要工艺流程是将一定量的矿化剂硫酸铵和添加剂a-Al2O3以及分散剂柠檬酸和乙二醇的混合物加入到有固体原料且纯度较高的碳酸氢铵与硫酸铝铵的反应器中, 反应生成的中间物料通过压榨式压滤机中, 对中间物料进行压滤一压榨, 然后用高纯水对其反复清洗, 最后进行压滤脱水, 可以得到高纯的碳酸铝铵。
3 结语
人类科学技术不断进步, 高纯氧化铝作为一种重要的无机非金属功能材料在高科技条件支撑下已经被广泛应用到各种重要领域。日益增大的市场对高纯氧化铝需求也是与日俱增, 对其纯度、粒度的要求也越来越高。为满足市场需求, 因此对现有的生产制备高纯氧化铝的技术也有待提高和升级, 这其中的关键工艺就是高纯氧化铝的除杂提纯工艺了, 所有技术的革新也得满足最基本的条件, 有很好的纯度和粒度, 并且成本低, 能够工业化生产, 不污染环境。相信随着国家投入力度的加大以及每位科研工作者的不懈努力, 高纯氧化铝的应用前景会更好、更广阔。
摘要：高纯氧化铝作为一种特殊的功能材料具有很好的物理化学性质, 因而被广泛应用于机械、电子、冶金、化工以及国防航天等重要的尖端高科技领域。综述了高纯氧化铝的主要制备方法中的除杂提纯工艺, 并分析比较了各种工艺的优缺点, 最后对高纯氧化铝的应用前景进行了展望。
高纯氧化锑 篇3
在铋、铅、铜等有色金属冶炼的过程中,分离提取主成分金属后,会得到一种以铜为主体的多金属复杂物料,该物料俗称铜渣。 这种多金属物料除含有铜、铅、铋等有价金属外,还含有稀散金属碲,常作为提取稀散金属碲的原料之一。
1多金属复杂物料的特性
多金属复杂物料———铜渣是经密闭鼓风炉或其它熔池高温熔炼所产生的熔渣,大多为氧化性物料［1］,外观呈金属黑色,性非常硬。 破碎至2~3 mm粒度混合均匀计量取样分析其将多金属复杂物料典型化学成分及价值见表1。
根据市场的即时价格计算各种有价成分的潜在价值,碲元素居第1位,其次是贵金属银,第3位是铜,第4位是金属铋,其它成分相应较低。 碲在地壳中平均丰度较低(6×10－6),又是当代高技术新材料的支撑材料［2］。 所以,多年来一直将这种多金属复杂物料作为稀散金属碲的提取原料。
注 : 市价的单位为万元 /t -1 ; 潜值为按表中成分 1 t 物料 ; 值序为潜值从高到低所排的次序 。
2提取工艺的确定
2.1根据物料特性及成分的工艺选择
复杂多金属物料是经过多次高温熔炼处理的熔炼渣。 对于氧化性铜渣有时采用高效熔池炉如富氧双侧炉还原熔炼工艺［1］,但该工艺不适用这种多金属铜渣,会给碲带来挥发损失,难将各种有价金属分离提取.若用回转窑硫酸化焙烧分离,由于其粒度与硬度大,效果也不理想,因此必须先做磨矿处理。
碲的提取一般有先焙烧后加湿法浸出的联合工艺［3］,即回转窑焙烧提硒后,再将焙烧渣经浸出分离铜、碲、铅,再分离金及银,工艺相对复杂,且浸出分离铜时有部分碲会分散,分离碲时铅又随同浸出, 铅没有集中回收又增加碲的回收除杂负担。
2.2根据碲产品的工艺选择
工业用高纯碲一般都用亚碲酸钠溶液电解得到4N电碲。 电碲质量高低的关键是配制电解液的二氧化碲必须高质量,提取高纯氧化碲是获得高纯碲的前提,所以本工艺的特点是先得到高纯氧化碲产品以利于后续高纯碲的生产。
经综合比较,采用的生产工艺为先经磨矿再用全湿法分离处理,得到高纯氧化碲。
多金属物料提取高纯氧化碲工艺流程见图1。
本分离方法采用的是全湿法工艺,不用任何火法冶金炉,主要有价元素分离完全,不会分散和交错,有利于下一步的提取。 其中分离碲经处理所得氧化碲含碲品位达79%以上,可直接送下步工序得精碲。
3分离及提取工艺介绍
3.1磨矿
本工艺采用MQY湿式溢流型球磨机对原料进行湿磨。 复杂多金属物料先破碎至粒度<20 mm,再由圆盘给料机投入球磨机中,同时按要求进水(澄清后矿浆液循环使用)。 经球磨合格后粒度为0.075~ 0.89 mm的矿浆流至矿浆澄清池,澄清后的矿浆送氧化浸出配料,溢流矿浆清液返回球磨循环使用。
3.2氧化浸出及银铅分离
根据对物料化学成分及价值分析,其中银是仅次于碲的有价成分,而铅又是贵金属的有效捕集剂,在硫酸介质中利用氧化剂分解多金属物料,可使银成氯化银、铅成硫酸铅沉于渣中。 如用高压氧浸,会有部分碲会氧化进入浸出液中,但浸出又很不完全［4］因此本工艺用常压、硫酸介质、氯酸钠作氧化剂,使铜、铋、碲、硒成可溶性硫酸盐,金成络合离子进入溶液。 浸出渣的主要有价成分银、铅,经压滤洗涤后送综合回收处理。
氧化浸出及对银 、 铅分离的操作条件如下 。
浸出液固比 :L∶S=5~6∶1;
浸出温度:90~95 ℃;
初始硫酸浓度:180~200 g/L
氧化剂用量 :150 kg/t多金属物料 ;
浸出时间 : 达到浸出温度后5~6 h。
3.3浸出液还原沉降分离
对氧化浸出液中金属的回收顺序,一般采用先浓缩结晶回收铜的工艺［1］,但先浓缩结晶会带走液中的碲。 考虑到应降低碲的损失,及铜、铋的综合回收,本工艺选择先回收碲。 在硫酸浸出液中回收碲可用金属铜置换以Cu2Te形态沉降碲工艺［4］,从成本及后续提取高纯碲工艺考虑,多采用SO2还原沉降［5-9］。 为减少还原剂消耗,在升温的过程先通空气赶氯0.5 h,在原有酸度条件下,加入食盐做还原催化剂［5-10］。 从成本及催化作用综合考虑,选择食盐作催化剂,[Cl-]浓度、食盐添加量按1 mol/L计算。
搅拌浸出液使食盐溶解后,在65 ℃左右的温度下,由反应槽底部通入SO2气体还原。 当金(铂、钯等)及碲、硒被完全还原沉积,经过滤洗涤而得以分离;铜、铋有部分进入渣中。 进入渣中铜、铋在后续碲硒的控制氧化工序溶解进入氧化液中,再返回氧化浸出配液;大部分铜、铋金属仍留于溶液中,可利用旋流电解工艺提取铜并分离铋。
SO2还原沉降的操作条件如下。
还原液温度 :65~70 ℃;
SO2通气速度:以液面有极少量气泡出现为宜; -
还原时间 : 通SO2气1 h左右 ;
还原终点判断:溶液中含碲量小于0.1 g/L。
3.4碲、硒与贵金属的分离
氧化浸出液经SO2还原沉降处理,碲、硒与贵金属被还原沉积于渣中,得以与铜、铋等金属分离。 对还原所得粗碲粉的提纯,马玉天等［6］采用亚硫酸钠脱硒及盐酸脱铜。 但在本工艺中,因粗碲粉含有一定量的贵金属, 所以采用了自行研究的新方法。 新方法分为控制氧化与碱液浸出两个步骤［10］。
3.4.1碲、硒的控制氧化
碲、硒的控制氧化是为下一步的贵金属分离做准备。 在低酸度及催化剂的作用下,用氯酸钠作氧化剂,使还原沉渣中单质的碲、硒控制氧化到+4价转化成二氧化碲和二氧化硒状态,而金及其它贵金属则不被氧化仍以单质状态存在。 这里选择氯酸钠作氧化剂是为了氧化后液成分与氧化浸出液成分相同,此工序的氧化后液能作为氧化浸出的配液使用。
碲 、 硒控制氧化的条件如下 。
液固比 :L∶S=10∶1;
酸度:硫酸浓度<0.1 g/L;
催化剂添加量:SO2还原沉降物中有一定量的铜,不需另添加;
氧化剂用量:氯酸钠150 kg/t还原沉渣;
氧化温度 :70~80 ℃
氧化时间 :5~6 h;
氧化终点判断:沉渣转变成氧化碲色(白或白稍带浅黄色)。
到终点后过滤分离,滤渣转下步碱浸,滤液含有0.5 g/L左右的碲, 还原时与碲一起沉降的部分铜也进入溶液得到分离,返回氧化浸出工序配液。
3.4.2碲、硒与金的碱浸分离
经氧化后的碲、硒成二氧化物状态,它们都溶于烧碱溶液,并成亚碲酸钠或亚硒酸钠,而金等贵金属不溶于碱留在渣中而得以分离。
碲 、 硒碱浸的分离条件如下 。
液固比 :L∶S=10∶1;
氢氧化钠浓度 :100 g/L;
碱浸温度 :70~80 ℃;
碱浸时间:5~6 h;
终点判断:溶液取样,液中的碲总量达到或接近氧化渣中碲的量。
碱浸溶解后经压滤洗涤,碱浸渣送回收金等贵金属,碱浸液供下一步中和提碲。 如原料中硒不高该碱浸液直接送碲电解工序作电解液使用。
4中和提碲及与硒的分离
经碱溶后的亚碲(硒)酸钠溶液,加入少量硒络合剂,用硫酸中和控制p H值为5.5左右,碲成二氧化碲沉淀析出,硒仍留在溶液中,达到碲、硒分离的目的。 析出的二氧化碲送电解配液经电积得到精碲,或以二氧化碲产品出售;中和后液进入硒的回收系统回收硒。
碲中和分离的条件如下。
中和始温度 :<50 ℃, 中和过程有反应热产生 , 所以始温度不宜过高 ;
硫酸耗量:200 kg/t碲量,不同物料耗酸量会稍有区别;
中和终点:p H值为5.5左右,到终点后溶液中含碲0.1 g/L左右, 这部分碲可在回收硒后的废水处理中进一步回收。
5主要技术经济指标及设备选型
主要技术经济指标见表2,主要设备选型见表3。
6结论
有色冶炼过程产出的含有铜、碲的铜渣,是一种多金属复杂的二次资源,有很高的提取碲、银、铜等的价值。 采用磨料-常温氧化浸出-二氧化硫还原-催化氧化的工艺, 可将碲提纯为含碲达79.2% 以上的高纯氧化碲,银、铜、铋等金属可以有效分离,渣料中的微量金及其它贵金属可得到富集。 反应尾气可中和吸收处理,中和废水在提取硒后一并处理,碲的碱浸液直接送碲电解,无废水排放。
该工艺简单可行, 规模可根据铜渣料量确定主要工艺参数也适合处理含碲较高的铜阳极泥物料［10］。
参考文献
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高纯氧化锑 篇4
关键词：乌海煤矸石,萃取除铁,高纯氧化铝
0 前言
氧化铝粉末是陶瓷工业的重要原料, 工业上大量使用的氧化铝粉末是利用拜尔法[1], 以铝矾土矿为原料制备而来。随着铝矾土矿储量日趋减少、品位日趋降低, 人们开始积极探索用其它含铝矿 (煤矸石、高岭土、粉煤灰等) 代替铝矾土提取氧化铝[2]。由于替代原料在铝含量、杂质元素、热化学特性等方面与铝矾土有着巨大的差别[3,4], 所以有许多急待探索与研究的课题。
与传统铝矾土相比, 替代原料普遍存在杂质铁含量高、铝含量低等问题, 所以用碱法 ( 拜耳法) 处理存在能耗高、赤泥多及碱性废水多、投资大、成本高等不足[5,6], 而酸法生产正好可以弥补碱法的不足, 适合用上述替代原料生产氧化铝[6]。酸法工艺的方法原理是, 替代矿物中的铝采用无机酸 ( 如盐酸、硫酸、硝酸) [7,8,9]或有机酸 ( 如柠檬酸、乳酸) [10,11]溶出, 形成铝盐溶液;而矿中的氧化硅不与酸反应, 形成硅渣。分离得到的铝盐溶液经一系列后处理, 可得不同特性和用途的氧化铝产品, 其中的高纯氧化铝是透明陶瓷、生物陶瓷、复合陶瓷、陶瓷传感器、陶瓷基板等陶瓷工业[12,13,14]的重要原料。而酸法生产高纯氧化铝, 最常见也是较难除去的杂质元素是钠、钾、铁[14,15]。因此, 铝盐溶液除铁方法研究是酸法生产高纯氧化铝工艺中最重要研究课题之一。
本文以煤矸石盐酸浸出液为研究对象, 采用磷酸三丁酯 (TBP) - 石油醚 (MSO) 萃取体系对含铁铝盐溶液进行溶剂萃取除铁工艺研究, 考察了萃取和反萃取过程中, 不同工艺因素对除铁效果的影响, 优化了煤矸石制备高纯氧化铝粉体的萃取和反萃取工艺参数, 制备出金属杂质小于50.5 mg/kg、总杂质小于56.9 mg/kg的高纯氧化铝。
1 实验部分
1.1 原料与试剂
原料矿物为内蒙古乌海煤矸石, 其化学组成 ( 质量分数) 为: Si O242.52%, Al2O336.50%, Fe2O30.657%, Ca O 0.111%, Mg O 0.201%, Ti O20.452%, Na2O0.163%, K2O 0.117%, 灼减15.77% ;粒度250 μm (-60 目) 。物相组成以高岭石 (86 wt%) 为主, 杂质相是少量的石英、菱铁矿、云母、钙长石及无定形体;盐酸、磷酸三丁酯、石油醚 ( 沸程90 ~ 120 ℃ ) 均为分析纯。
1.2 实验方法
(1) 煤矸石酸浸制备铝盐溶液。煤矸石原料在600 ~900 ℃下焙烧1 ~ 3 h进行热活化, 活化产物与一定质量浓度的盐酸在高于90 ℃下反应1 ~ 3 h, 以溶出矿物中的氧化铝, 固液分离后得粗氯化铝溶液, 此溶液含铝 ( 以Al计) 35.0 g/L, 含铁 ( 以Fe计) 0.6232 g/L。
(2) 铝盐溶液萃取除铁。将萃取剂和稀释剂按一定比例配置成有机相。取粗氯化铝溶液于锥形瓶中, 按比例加入有机相, 置于磁力搅拌器上搅拌一段时间, 进行萃取, 再将溶液转移至梨形分液漏斗, 静止分层, 分离水相和有机相。水相测定铁含量和铝含量, 载铁有机相去再生。
(3) 载铁有机相再生。用一定p H值的蒸馏水反萃载铁有机相, 以实现有机相的再生。反萃后水相测定铁含量。
(4) 盐析与粉碎。将萃余液通氯化氢气体盐析, 生成结晶氯化铝, 将该结晶体置于石英管中煅烧, 煅烧产生的氯化氢气体返回盐析装置循环利用, 煅烧产物即为氧化铝。该氧化铝用QLM-90K流化床对撞式气流磨粉碎, 获得氧化铝粉体。
1.3 原料与产品分析
煤矸石的化学分析参考GB/T 27974—2011[16], 物相组成测定用D8 Advance多晶X射线衍射仪, 氧化铝中的杂质元素测定用Thermo Fisher公司X7 型ICPMS, 粒径分析用Winner 2000 型激光粒度仪。
2 结果与讨论
2.1 萃取工艺条件的考察
2.1.1 萃取温度对铁铝分离效果的影响
在萃取相比O/A (Vorg/Vaq) =1 ∶ 1、 萃取时间10 min、有机相中萃取剂体积分数 φ (TBP) 为30% 的条件下, 考察萃取温度对铁铝分离效果的影响, 实验结果见图1。
由图1 看出, 随萃取温度的升高, 铁萃取率EFe和铁铝分离系数 βFe/Al均减小。在低于10 ℃时, 随温度上升EFe显著降低;在10 ~ 50 ℃时, 随温度上升EFe略有降低, 但降幅不大;在大于50 ℃时, EFe急剧降低。这说明在低于10 ℃时萃合物的缔合度较大, 在20 ~ 40 ℃时缓慢降低, 大于50 ℃时急剧减小。故萃取温度不能大于50 ℃, 且越低越好, 但考虑到制冷成本, 宜控制萃取温度在室温25 ~ 30 ℃左右。
2.1.2 萃取剂体积分数对铁铝分离效果的影响
一般来讲, 随着 φ (TBP) 的增加, EFe增大, 但对βFe/Al的影响则不确定, 因此考察 φ (TBP) 对铁铝分离效果的影响, 实验结果见图2。
由图2 看出, EFe和 βFe/Al均随 φ (TBP) 增加而提高。φ (TBP) < 30% 时, 随 φ (TBP) 增加, EFe急剧增大, 而 βFe/Al增幅不大;φ (TBP) =40% 时, EFe高达97.54%, βFe/Al骤升至1.985×103;φ (TBP) > 40% 时, 随 φ (TBP) 增加, EFe增幅不大, 而 βFe/Al仍急剧增大。另外在 φ (TBP) > 60% 后, 萃取体系有明显的乳化现象发生, 这会导致水相和有机相分离困难。综合考虑铁铝分离效果及油水分离效果, φ (TBP) 为40% 左右为宜。
2.1.3 萃取相比对铁铝分离效果的影响
通常增大O/A, EFe也相应增加, 但 βFe/Al的变化规律亦不确定, 因此考察O/A对铁铝分离效果的影响, 实验结果见图3。
由图3 看出, O/A对铁铝分离效果影响也较大。随着O/A的增大, EFe逐渐增大, βFe/Al先增大后减小。O/A < 1 ∶ 1 时, 随O/A增大, EFe和 βFe/Al均明显增大;O/A > 1 ∶ 1 时, 随O/A增大, EFe增加幅度不大 ( 但均维持在99% 以上的水平) , 而 βFe/Al开始降低, 且降幅较大。这是由于随着O/A增大, TBP的相对体积分数增大, 水相中铁浓度降低的同时铝的萃取增加[17], 导致 βFe/Al也随之变小。综合考虑EFe及铝损失, 本实验确定O/A为1 ∶ 1。
2.1.4 萃取时间对铁铝分离效果的影响
增加萃取时间通常有利于铁的萃取, 为了找出最佳萃取时间进行实验, 实验结果见图4。
由图4 看出, 随着萃取时间的增大, EFe和 βFe/Al均逐渐增大, 20 min时接近化学平衡, 此时EFe为98.97%, βFe/Al高达4.826×103;超过20 min后, 随着萃取时间延长, EFe和 βFe/Al均增加缓慢。综合考虑生产效率及铁铝分离效果, 确定萃取时间为20 min。
根据以上实验结果, 得出由煤矸石制备高纯氧化铝的萃取除铁最佳工艺条件: 有机相中萃取剂体积分数φ (TBP) 为40%、萃取相比O/A为1 ∶ 1、萃取时间为20 min、萃取温度为室温, 在此条件下对粗氯化铝溶液进行单级萃取, 铁萃取率高达99.82%, 铁铝分离系数高达1.386×104, 此时载铁有机相含铁0.7004 g/L。
2.2 反萃工艺条件的考察
2.2.1 反萃相比对铁反萃率的影响
反萃相比A/O是影响反萃的一个重要因素, A/O过大造成资源浪费, A/O过小则反萃效率低下。在反萃水相为纯水 (p H=7) , 反萃温度30 ℃, 反萃时间10 min的条件下, 考察反萃相比A/O对铁反萃效果的影响, 实验结果见图5。
由图5 看出, A/O对铁反萃率E反 , Fe影响较大。随着A/O的增大, E反 , Fe逐渐增大。A/O由1 ∶ 4 增至1 ∶ 1 时, E反 , Fe增加明显;A/O=1 ∶ 1 时, E反 , Fe=87.2%;而A/O继续增大至2 ∶ 1、3 ∶ 1、4 ∶ 1 时, E反 , Fe增加缓慢, 同时考虑到增大A/O时反萃水的消耗也增大, 故确定A/O为1 ∶ 1。
2.2.2 反萃水相p H对铁反萃率的影响
萃合物中铁的解离反萃, 与反萃水相p H有很大关系, 故考察反萃水相p H对铁反萃效果的影响, 实验结果见图6。
由图6 知, 随着反萃水相p H的增大, E反 , Fe先增大后减小, 且以纯水 (p H=7) 来反萃时铁反萃率达最大, 为94.06%。这是因为在盐酸介质中TBP萃取Fe3+为离子缔合机理[18], 低p H有利于萃取, 而反萃恰与之相反, 提高p H引起萃合物分解, Fe3+重新进入水相, 但p H过高又使得Fe3+生成Fe (OH) 3胶体, 故采用纯水做反萃水相。
2.2.3 反萃时间对铁反萃率的影响
通常随着反萃时间的增加E反 , Fe增大, 为了找出最佳反萃时间, 考察反萃时间对铁反萃效果的影响, 实验结果见图7。
由图7 看出, 随着反萃时间的延长, E反 , Fe逐渐增大。反萃时间由1 min增至20 min时, E反 , Fe增加明显;反萃时间为20 min时, E反 , Fe为94.45% ;反萃时间超过20 min后, 随着反萃时间的延长, E反 , Fe增加幅度不大。综合考虑生产周期及E反 , Fe, 确定反萃时间为20 min。
2.2.4 反萃温度对铁反萃率的影响
反萃温度对萃合物的稳定性亦有影响, 故考察反萃温度对铁反萃效果的影响, 实验结果见图8。
由图8 看出, 随着反萃温度的增大, E反 , Fe先减小后增大。当反萃温度由30 ℃升至60 ℃时, E反 , Fe由85.50% 增至95.00%, 提高了9.50 个百分点, 这说明升高温度有利于铁的反萃;当温度升至70 ℃时, E反 , Fe又降至93.21%, 较60 ℃降低了1.79 个百分点。这是因为当反萃温度升至70 ℃后出现较明显的水相夹带现象而降低了反萃效率, 另外由于有机相中的稀释剂石油醚的沸点较低, 温度过高易导致有机相挥发损失, 故确定反萃温度为60 ℃。
根据以上实验结果, 得出载铁有机相反萃再生最佳工艺条件是:反萃水相为纯水、反萃相比A/O为1 ∶ 1、反萃时间20 min、反萃温度60 ℃。在此条件下对载铁有机相进行反萃再生, 铁单级反萃率达98.85%, 经过两级反萃, 铁基本上被完全反萃出。
2.3 深度纯化及超细化
考察了盐析次数对氧化铝产品中主要杂质钾、钠、铁含量的影响, 结果见图9。
由图9 知, 萃余液经一次盐析后, 基本上可将铁完全除去;二次盐析后, 产品中钾、钠含量急剧降低, 钾含量由原来的135.3 mg/kg降低到3.7 mg/kg, 钠含量由原来的55.2 mg/kg降低到4.4 mg/kg ;三次盐析后, 钾、钠含量分别降低到1.2 mg/kg、2.9 mg/kg, 降低幅度不大, 此时测得氧化铝中金属杂质小于50.5 mg/kg、总杂质小于56.9 mg/kg, 纯度为99.99%。可见盐析次数越多, 得到的结晶氯化铝纯度越高, 进而氧化铝产品纯度越高。但随着盐析次数的增加, 铝的损失也越大, 所以不可一味的增加盐析次数, 要视具体要求而定。
将盐析得到的结晶氯化铝在600 ℃下煅烧, 煅烧产物XRD分析见图10, 其特征峰与PDF标准卡片04-0880 的数据一致, 为 γ-Al2O3。
将煅烧得到的 γ-Al2O3经气流磨粉碎, 用激光粒度仪测试粉体粒径分布, 结果见图11。
由图11 可知, 产品粒径分布表现为1 ~ 10 um之间的单峰分布特征, 分布范围较窄。产品中位径D50 =3.09 um, D10=1.56 um, D90=6.50 um , D99=11.20um, 体积比表面积Sv=22879.4 cm2/cm3, 体积平均粒径D (4, 3) =3.62 um, 属微米级氧化铝。
3 结论
(1) 进行了乌海煤矸石浸出液的萃取除铁研究, 优化出最佳除铁工艺条件, 即有机相中TBP体积分数为40%、萃取时间为20 min、萃取相比O/A为1 ∶ 1、萃取温度为25 ~ 30 ℃, 在此条件下铁的单级萃取率高达99.82%, 铁铝分离系数高达1.386×104。
(2) 进行了载铁有机相的反萃除铁工艺研究, 优化出最佳反萃工艺条件, 即反萃水相为纯水、反萃相比A/O为1 ∶ 1、反萃时间20 min、反萃温度60 ℃, 在此条件下铁单级反萃率为98.85%, 反萃后的有机相完全可重复使用。
高纯氧化锑 篇5
苦卤盐化工生产中，在提取氯化钾及溴素之后会副产大量氯化镁含量为380～400 g/L的卤水，主要用于生产氯化镁卤片。所使用的蒸发工序能耗较高，且产品附加值低。以卤水氯化镁为原料，利用碳铵循环法制备氧化镁的技术正是针对我国卤水氯化镁资源出路，看准了高纯氧化镁广阔的市场前景而开发的技术工艺。该工艺采用常温连续结晶三水碳酸镁技术和碳铵循环技术，突破了传统氧化镁生产中的能耗高、环境污染的技术瓶颈。该技术的工业化不仅提高了镁资源综合利用程度，大大降低了生产能耗，而且为企业带来显著的经济效益，对传统的盐化工行业提升竞争力具有重大意义。
二、技术创新性
中国科学院过程工程研究所已经进行了小试和小试放大实验，已研究内容包括：卤水净化方法;三水碳酸镁反应结晶的最优工艺参数;三水碳酸镁的沉降、过滤洗涤的优化工艺参数;三水碳酸镁的干燥和煅烧工艺参数;碳铵循环工艺参数;建立了成核速率、晶体生长速率与生产温度、溶液过饱和度的模型关系，以及三水碳酸镁的过滤模型和三水碳酸镁的干燥动力学模型和热分解动力学模型。内容已申请专利，专利公开号为：200810114987.4。产品的关键技术指标包括： (1) Mg2+的利用率≥95%; (2) 三水碳酸镁的纯度≥98.5%; (3) 氧化镁的纯度≥98.5%，Ca2+≤0.5%，Cl-≤0.1%，SO42-≤0.5%。
三、技术研发及产业化发展方向
通过千吨级工业化的试验研究，重点掌握以卤水氯化镁为原料的利用碳铵循环法制备高纯氧化镁节能工艺的核心工序放大过程的运行特征和影响该过程的主要因素，优化工艺条件，测定放大数据，从而实现全流程的过程优化，最终形成由卤水氯化镁生产千吨级高纯氧化镁的工艺技术，为工业化提供软件支持。进而促进我国盐化工产业向资源节约、能源节约及环境友好的方向发展。预计产业化时间为2012年底。
四、社会经济效益
高纯氧化锑 篇6
闪烁旋流沸腾煅烧技术是近十年发展起来的一门新技术。它是在流态化煅烧的基础上,结合了流态化原理,形成的一门新兴技术。在其基本理论的指导下,结合微积分的数学原理、流体力学、燃烧学等相关学科的基本理论,我们开发研制了新一代煅烧设备——闪烁旋流沸腾煅烧炉。
煅烧是适用于无机盐的改性、分解、提纯、氧化、还原提纯、晶形转化的化工工艺过程。
在钼冶金过程中,大多数企业是将钼精矿在回转窑或多腔窑中煅烧,生产的焙烧砂,钼的品位不高,杂质含量高、能源消耗大、处理能力小、环境污染治理难度大等问题。
为了解决钼精矿的煅烧生产中的上述问题,我们采用了国内领先技术,最新的煅烧技术设备——闪烁旋流沸腾煅烧炉。(这一设备已经申请了国家发明专利,专利号:200910013081.8)
1 闪烁旋流沸腾煅烧炉结构特点
闪烁沸腾煅烧炉的基本结构(如图1所示)是由燃烧室、加料装置、导流柱、阿波罗渐开线型底座以及煅烧炉体几部分构成。
1.1 燃烧室
燃烧室的设计结构是依据火焰的燃烧形状及保证其充分燃烧的条件下的几何结构而定的,这种结构形式和火焰的形式是一致的,这就能使燃烧机喷出的火焰能够充分燃烧,使火焰达到清洁,不会留下没有燃烧完的物质(Hs、C、Co、S),尽而不会污染煅烧的物料。
1.2 高温加料装置
高温加料装置是连接燃烧室和主炉的过渡部分,这种设计结构是为了保证物料在下降过程中便于被热气流直接带走不使之沉积,特别是在煅烧过程中某一个温度段有溶融现象的物料也能顺利地沸腾起来,因而不同的物料需要有不同的结构。这种结构相当是一种“文丘管”的结构,在加料过程实际上是使物料充分分散的过程,这种结构也是为了保证这一过程的充分实现。
1.3 扩散段和导流柱
扩散段和导流柱均在煅烧炉底部。扩散段采用了阿波罗渐开线型底座,倒流柱在底座的中心。这是一种旋转加速结构,这种设计结构是为了保证物料的煅烧时间和流态化速度的,由于物料的不同,其比重和粒度也就不同,因而加速度也就不同,因此导流柱的粗细和扩散段的大小也就不同。
2 钼精矿煅烧工艺和关键技术
2.1 钼精矿煅烧工艺流程
钼精矿煅烧工艺流程图如图2所示。
钼精矿煅烧工艺关键设备是闪烁旋流沸腾煅烧炉系统设备,工艺技术的关键点和难点,一是旋流沸腾煅烧;二是高温过滤;三是快速降温;四是高温回收;五是热能的再利用。
2.2 闪烁旋流沸腾煅烧炉煅烧工作原理
需要煅烧的物料,经加料系统通过气固混合进入煅烧炉旋转加速段,同加热系统加热的高温气体进行充分混合后,呈旋流状,作流态化运动,煅烧在16～28秒钟瞬间完成后,进入气固分离装置,分离后的固体和气体分别从排料口和排风口排出。
2.3 煅烧炉的性能
1)煅烧热介质分布范围广,热介质温度300～1800℃;
2)煅烧炉结构可多样化,不同的物料可采用不同结构的煅烧炉,同一结构的煅烧炉可实现产品的系列化;不同的物料煅烧的工艺要求不同,这样煅烧炉的内衬材料也有不同的选择;
3)根据不同的煅烧工艺,煅烧系统可多样化;
4)煅烧炉要求煅烧的物料粒度大于100目;
5)煅烧炉的加热装置可根据生产工艺的要求采用不同的燃烧加热方式。主要有直接式、间接式和多级式;
6)燃料可根据生产工艺,选择不同的燃料。主要为固体的煤、液体的轻质油和重油、气体为煤气和天然气。
2.4 煅烧系统技术特点
1)系统连续工作、瞬间煅烧,多温、多压点监控,实现了系统的全自动化在线控制;
2)气固混合充分、煅烧比表面积大、煅烧时间短、生产稳定,确保了煅烧过程中产品品质的稳定,产品粒径分布均匀;
3)煅烧后的产品一次性过筛率高,从而也确保了下游产品的品质;
4)整个系统是负压操作,在封闭中进行生产,采用多级回收,回收率高,无污染,实现了文明生产;
5)煅烧尾气可选配适当的冷却器、干燥机进行系统组合,进而可实现热能的充分利用;
6)本系统设备可以一步实现,从硫化钼到高纯氧化钼的生产;
7)煅烧尾气经过处理可直接制酸,并能回收有价元素(钼、铼)。既满足了环保要求,又实现了废气的综合利用。
3 在高纯氧化钼生产中的应用实例
3.1 年产5000吨高纯氧化钼的成套设备明细
年产5000吨高纯氧化钼的成套设备,选用Ø1200mm的闪烁旋流沸腾煅烧炉系统,其具体配套见下面明细表:
3.2 年产5000吨高纯氧化钼的成套设备系统特点:
1)设备相对体积小,生产能力大;
用闪烁旋流沸腾煅烧炉其直径为Ø1200mm;而直径Ø2200mm回转窑的年产能,才能达到2000吨。
2)结构简单,不易损坏,易维护,费用低;
闪烁旋流沸腾煅烧炉就其结构而言是比较简单的,有人形象比喻就如一个大烟囱。由于设备本身不运动,所以设备基本上没有损坏。一般情况下,这一设备的使用寿命都在十五年以上。而回转窑由于是在高温下运动的设备,所以需要经常维修,因而维修费用高,使用寿命短。
3)设备紧凑,占地小,投资少,基建费用低;
闪烁旋流沸腾煅烧炉由于其自身的技术特点,是一种占天不占地的设备,和回转窑相比只是其占地面积的三分之一左右。一台回转窑的占地面积能放下整个闪烁旋流沸腾煅烧系统设备。从而大大节约了土地和基建投资,因而大大节约了土地资源。
4)热有效利用高,热能可回收利用;
热有效利用率高,闪烁旋流沸腾煅烧炉的热有效利用率可达70%以上,而回转窑的,热有效利用率不到30%。闪烁旋流沸腾煅烧炉剩余的热量可以得到很好地再利用。如,接入干燥设备可作为干燥源使用;接入预热装置可为煅烧物料进行预热,从而达到节能目的。
5)操作方便,容易控制;
闪烁旋流沸腾煅烧炉系统设备完全实现了从加料到包装的自动化控制,同时也可以实现计算机的在线控制,这样就大大节省了人力。整个系统设备基本上一个人即可。
6)生产的产品质量好,金相组成理想,物理性能稳定;
7)设备运行费用低;
闪烁旋流沸腾煅烧炉是一个静止设备不需要任何动力,因而其本身也就没有任何动力,其本身的运行费用也就近似于零。
8)煅烧速度快,从投料到回收仅用16～28秒;
9)煅烧比表面积大;
闪烁旋流沸腾煅烧炉是一种特殊流态化煅烧设备,煅烧比表面积比一般流态化煅烧设备大,传质、传热效果好,不会产生熔融结块,实现了物料的单颗粒煅烧,这是回转窑、沸腾炉和多腔窑等是无法比拟的。
10)系统全负压操作,工作环境好,环保。
3.3 年产5000吨高纯氧化钼的成套设备系统经济
效益测算
通过实验数据和理论计算能耗指标分别如下:
煤耗/年:3456吨;
总装机功率:265千瓦;
煤耗/吨产品:714公斤煤/吨产品;
电耗/吨:378度/吨产品;
注:文中提到的煤为标煤。
4 结论
新的闪烁旋流煅烧系统设备制取高纯氧化钼生产工艺技术,从根本上解决了原有生产工艺中的一些不可克服的缺陷,使能源消耗大大降低,从而使“碳”排放量大大降低。如这一新技术能在全行业推广,将为节能减排,改善大气环境做出应有的贡献,并能取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献
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高纯氧化锑 篇7
高纯高活性氧化镁广泛用于橡胶、高级塑料、高档陶瓷电子元件、高级电缆，油漆、高级造纸和医药行业等。也是生产高纯电熔镁砂的原料，是镁系列精细化工产品。目前国内生产氧化镁主要是碳酸化法、沉淀法、酸解法、微波辐射法，另还有以卤水为原料的铵法等。此种生产资源浪费大，成本高。利用热解法旋流动态煅烧炉煅烧出高纯氧化镁的生产工艺与传统生产方法相比具有工艺简单、无污染节省能源、自动化程度高操作简单方便、设备维护方便等优势，生产后经济、社会效益具佳。
2. 旋流动态煅烧炉及闪蒸干燥机设备特点
煅烧是改性、提纯、分解、氧化还原化工工艺过程。一般煅烧过程，物料呈静态和半动态运动。煅烧时物料比表面积越大，传热速度越快，煅烧时间越短。旋流动态煅烧是将粉状物料与加热的热介质充分混合后作同向旋转流态化流动，形成最大比表面热交换，达到瞬间煅烧，是保证充分吸热、分解，提高产品品质的全新工艺。
旋流动态煅烧炉主要由介质加热系统、加料系统、气固体混合装置、煅烧炉、气固分离收集装置组成。预煅烧物料经加料系统由气固混合器送入炉内，产生均匀的气固二相流，在管道处与高温热气体混合后进入旋流动态煅烧炉，同加热系统加热的热介质混合后呈旋流状流态化运动，并快速传质传热完成瞬间煅烧过程，进入气固分离器，物料与气体被引风机引入，分离后的固体与气体分别从排料口和排风口排出。该系统的技术特点：
1）连续操作、瞬间煅烧、多温、多压点监控，整个系统可实现自动化控制。
2）气固混合充分，煅烧温度、时间可控，产品品质稳定。
3）系统封闭，无环境污染，采用多层次回收，回收率高，文明生产。
4）煅烧尾气可配备冷却器、干燥器进行系统组合，有效利用热能。
旋流动态煅烧炉的基本配置：采用系统引风装置，系统处于负压状态；用直接或间接方式获得热介质，煅烧尾气采用冷却，旋风分离，袋式过滤器进行空气净化和产品回收。对煅烧有特殊工艺要求的物料如延长恒温时间，煅烧气体回收利用，惰性气体保护等，采取相应配置结构以实现工艺要求。其工艺流程及设备如上图1。
旋转闪蒸干燥是将固体完全流态化的一种干燥方式，干燥主机具有机械、气流分散、干燥物料的粒度调整功能，将高含湿膏糊状、滤饼状物料加入干燥主机后与被加热的热介质混合，物料在热风与机械分散力作用下形成双旋流颗粒状流态化状态，瞬间完成热质交换，干燥后的物料进入捕集器获得粉状产品。
工艺系统有三种方式：全正压系统，全负压系统，正负压系统。正负压系统通常采用鼓引风机装置，系统主机保持微正压或微负压状态，配备不同热源设备以直接或间接加热方式提供热介质，干燥后的废气由旋风分离器，布袋除尘器等装置净化。全正压系统和全负压系统主要针对特殊要求的干燥。正负压系统流程如下图2。
3. 高纯氧化镁煅烧工艺流程
高纯氧化镁的生产状况：热解法是以青海格尔木察尔汗盐湖出产的Mgcl2为原料，经溶解→干燥→分解（旋流动态煅烧炉）→洗涤→干燥→提纯后获得高纯氧化镁，并其中可产出副产品→高纯氢氧化镁。
该系统为氧化镁生产工艺流程的设备系统流水线，需要煅烧的物料，经加料系统通过气固混合进入煅烧炉旋转加速段，同加热系统加热的高温气体进行充分混合后，呈旋流状，作流态化运动，煅烧在16～28秒钟瞬间完成后，进入气固分离装置，分离后的固体和气体分别从排料口和排风口排出。高纯氧化镁煅烧工艺流程如上图3。
结束语
旋流动态煅烧炉及闪蒸干燥机设备主要为物料进行氧化、还原、分解以及改性等技术要求的产品技术先进，设计合理，结构紧凑，适用范围广，生产能力大，产品质量好，效率高，节能，在一个设备内干燥、粉碎、筛分一次完成，消除环境污染，整机性能达到国际先进技术
摘要：旋流动态煅烧炉及闪蒸干燥机设备是在引进、吸收国内外先进技术的基础上, 自行开发成功的新型干燥设备, 该设备技术先进, 设计合理, 结构紧凑, 适用范围广, 特别是应用于高纯氧化镁生产中有工艺简单、无污染、节省能源、自动化程度高、操作简单方便、设备维护方便等优势。
关键词：旋流动态煅烧炉,闪蒸干燥机,氧化镁,工艺
参考文献
[1]安娜-玛丽娅.比安什.传热学.大连:大连理工大学出版社, 2008.02.