工業(yè)級氯化鋇提純工藝研究

王建達(dá),楊 梅,陳 銳,藍(lán)翔宇,劉寶延

(天津渤?；瘜W(xué)試劑有限責(zé)任公司,300450)

BaCl2·2H2O是一種常見的無機(jī)鹽,外觀為白色粉狀結(jié)晶,易溶于水,不溶于丙酮,有毒,是一種重要的化工原料[1],是制造各種鋇鹽的重要中間原料,它大量應(yīng)用于去除鍋爐用水和電解燒堿中精制鹽水中的硫酸根離子,金屬在高溫處理時加入氯化鋇可防止金屬表面生成氧化皮,保護(hù)金屬[2],在陶瓷中加入氯化鋇還可以防止制件褪色,氯化鋇的生產(chǎn)工藝按照原料的不同,常用的可分重結(jié)晶石法和毒重石法,重結(jié)晶石法是工業(yè)上比較成熟的方法,但對環(huán)境污染嚴(yán)重,重結(jié)晶法[3]根據(jù)工藝不同可分為鹽酸法、氯化鈣法、氯化鎂法、氯氣法,目前使用最多的是鹽酸法,但副產(chǎn)物硫化氫往往會限制氯化鋇的生產(chǎn),毒重石主要用于鋇鹽化工品的生產(chǎn)[4],工業(yè)上要求碳酸鋇含量大于66%,且工藝流程復(fù)雜,所生產(chǎn)的產(chǎn)品大部分是粗加工產(chǎn)品和工業(yè)級產(chǎn)品,純度不高不能滿足對產(chǎn)品多樣化的要求,隨著工業(yè)氯化鋇領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入和發(fā)展,產(chǎn)品將會朝著高純化方向發(fā)展[5],但針對工業(yè)級氯化鋇提純的研究相對較少,本文通過實(shí)驗(yàn)對工業(yè)氯化鋇提純進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得到了初步的制備優(yōu)級純氯化鋇的工藝路線,為后續(xù)有關(guān)氯化鋇提純研究提供數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)步驟

1.1 實(shí)驗(yàn)所用原料

實(shí)驗(yàn)所用工業(yè)級氯化鋇及不同級別氯化鋇含量如下表所示。

表1 氯化鋇參數(shù)表

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

1)用乙醇水溶液洗滌氯化鋇,攪拌靜置后進(jìn)行抽濾,反復(fù)進(jìn)行3次。

2)將洗好的氯化鋇進(jìn)行溶解,待完全溶解后向其中加入草酸及少量雙氧水,并用氫氧化鋇調(diào)整pH至5～7。

3)反應(yīng)一段時間后,將濾液過0.25 μm的無機(jī)分離膜,去除細(xì)小晶粒及難溶物。

4)將過濾后的濾液過活性炭吸附溶液中的雜質(zhì)離子。

5)濾液比重為1.32～1.37,濾液在20 ℃下冷卻結(jié)晶,一段時間后進(jìn)行固液分離。

6)將收集到的氯化鋇放烘盤35 ℃烘30 min得產(chǎn)品。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 確定洗水中乙醇占比

分析洗水中乙醇含量對鈣、鍶離子的去除效果,洗水質(zhì)量為300 g(Ⅰ級純水+乙醇),乙醇占比為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5。氯化鋇初始質(zhì)量為500 g。結(jié)果如圖1所示。

圖1 乙醇含量變化對鈣、鍶離子去除效果圖

由圖1可知隨著洗水中乙醇含量的提高,鍶離子和鈣離子含量逐漸降低,當(dāng)乙醇占比大于0.4時雖然鈣、鍶含量有所降低,但變化不明顯,考慮到使用乙醇的額外費(fèi)用以及對鉀鈉離子的清洗效果,乙醇占比不宜繼續(xù)增加,且當(dāng)溶液中乙醇占比為0.4時鈣、鍶含量已經(jīng)達(dá)到優(yōu)級純級別,由圖2可知隨著洗水中乙醇含量的提高,產(chǎn)品中鉀離子、鈉離子含量逐漸提高,當(dāng)乙醇占比為0.4時,鉀、鈉含量滿足優(yōu)級純要求,同時根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知使用乙醇溶液清洗工業(yè)氯化鋇鈣、鈉離子的清洗效果不如鍶、鉀離子清洗效果好,氯化鋇經(jīng)不同濃度乙醇溶液洗滌后質(zhì)量變化情況如表2所示。

圖2 乙醇含量變化對鉀、鈉去除效果圖

表2 洗滌后固體質(zhì)量表

由表2數(shù)據(jù)可知隨著洗水中乙醇占比的提高剩余固體質(zhì)量逐漸提高,這與氯化鋇易溶于水的性質(zhì)有關(guān),為提高產(chǎn)品產(chǎn)量綜合分析乙醇占比40%時較為合適。

2.2 確定洗滌次數(shù)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

用40%的乙醇溶液洗滌氯化鋇兩次后,將氯化鋇在燒杯中溶解后進(jìn)行重結(jié)晶,經(jīng)處理后得氯化鋇產(chǎn)品,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 40%乙醇水溶液清洗兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知氯化鋇經(jīng)過40%乙醇溶液洗滌兩次后,已達(dá)到分析純級別,但鈣離子、鐵離子、重金屬含量不能滿足優(yōu)級純要求,用40%的乙醇溶液洗滌氯化鋇三次,此時洗水總量未變,每次洗水量較兩次洗滌有所減少,洗滌后將氯化鋇在燒杯中溶解后進(jìn)行重結(jié)晶,經(jīng)活性炭過濾除雜干燥后得氯化鋇產(chǎn)品,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 40%乙醇水溶液清洗三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知當(dāng)洗水量相同時,三次洗滌氯化鋇后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果好于兩次洗滌結(jié)果,除鈣離子、重金屬含量稍有超標(biāo)外,其他指標(biāo)均符合優(yōu)級純級別,經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后重金屬指標(biāo)可以達(dá)到優(yōu)級純級別,但鈣離子含量始終超標(biāo)無法達(dá)到優(yōu)級純級別。

2.3 確定草酸加入量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

利用草酸除溶液中的鈣離子、鍶離子,由于草酸鈣、草酸鍶的溶度積小于草酸鋇,草酸可以使鈣、鍶離子最大程度的除去而不會先與鋇離子反應(yīng),從而達(dá)到分離提純的目的,具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 草酸用量考察表

實(shí)驗(yàn)過程中隨著草酸的加入,溶液的pH會發(fā)生變化,用氫氧化鋇溶液調(diào)節(jié)pH,當(dāng)原料理論需要0.9 g草酸完全除鈣鍶時,實(shí)際加入0.1 g就可以滿足需求,實(shí)際將草酸加入量控制理論量的10%左右即可以滿足要求,重復(fù)開展加草酸實(shí)驗(yàn),經(jīng)過洗滌重結(jié)晶、過活性炭處理后結(jié)果如表6所示。

表6 加草酸重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

用含乙醇的水溶液洗滌工業(yè)氯化鋇可以達(dá)到提純的目的,使用40%的乙醇溶液清洗工業(yè)氯化鋇三次,再經(jīng)重結(jié)晶后,產(chǎn)品可以達(dá)到分析純級別,經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),確定了每次洗滌的用水量、洗滌時間、重結(jié)晶用水量等實(shí)驗(yàn)參數(shù),向溶液中加入少量草酸去除鈣、鍶,可使產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)級純級別。

3 結(jié) 論

1) 用含量為40%的乙醇水溶液清洗工業(yè)氯化鋇三次可以明顯降低氯化鋇中的鈣、鍶、鉀、鈉離子含量,可以達(dá)到分析純級別,但鈣離子、重金屬量高于優(yōu)級純要求。

2)通過向重結(jié)晶氯化鋇溶液中加入草酸可以更好的去除鈣、鍶離子,草酸加入量為理論需求量的10%即可滿足實(shí)驗(yàn)需求。

3)為防止重金屬及鐵離子含量超標(biāo)在實(shí)驗(yàn)過程中禁止使用金屬器具接觸氯化鋇物料,重結(jié)晶時溶解氯化鋇的用水量為其質(zhì)量的1.5～2.0倍。

4)若使用更高濃度的乙醇溶液清洗氯化鋇,可以減少氯化鋇損失,但會增加乙醇消耗量,需結(jié)合具體經(jīng)濟(jì)效益及生產(chǎn)情況進(jìn)行考慮。