鍶廢渣制備鍶鹽酸浸取工藝關鍵參數的實驗研究*

金建華，楊占壽，李傲，馬江峰

（1.青海民族大學化學化工學院，青海西寧810007；2.中國科學院青海鹽湖研究所）

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鍶廢渣制備鍶鹽酸浸取工藝關鍵參數的實驗研究*

金建華1，楊占壽2，李傲1，馬江峰1

（1.青海民族大學化學化工學院，青海西寧810007；2.中國科學院青海鹽湖研究所）

以碳還原天青石生產碳酸鍶的鍶廢渣為原料，采用鹽酸為浸取劑，研究了鍶廢渣制備鍶鹽酸浸取工藝中鍶渣粒徑、浸取溫度、浸取時間、溶液酸度等參數對鍶浸取率的影響。在此基礎上利用正交實驗對鍶渣酸浸取工藝進行優化。得到鍶廢渣酸浸取鍶的最佳工藝：鍶渣粒徑為0.062 mm、反應時間為2 h、反應溫度為30℃、浸取液pH為0.1。該研究可為提高鍶資源的利用率提供參考。

鍶廢渣；鹽酸浸取；鍶浸取率；關鍵參數

鍶鹽是非常重要的無機化工產品，目前在以天青石為原料采用碳還原法生產鍶鹽的過程中，煅燒經水浸處理后會產生大量的含鍶廢渣。這些廢渣中鍶含量較高，由此造成大量鍶資源的浪費，而且廢渣長期堆放會引發嚴重的環境污染，雨淋的滲出液還會造成流域水資源的污染，已嚴重制約了碳還原法生產碳酸鍶工藝的良性發展［1-3］。因此，研究鍶廢渣中鍶的回收，有利于提高鍶資源的利用率，實現產品生產的多元化，減少鍶廢渣的環境污染問題［4-6］。筆者通過實驗對碳酸鍶廢渣鹽酸浸取工藝中影響鍶浸取率的參數做了優化，為碳酸鍶廢渣的環境污染和資源利用等問題提供新思路和技術支撐。

1　實驗部分

1.1實驗原理

碳還原天青石生產碳酸鍶鍶廢渣原料的主要成分為碳酸鍶、碳酸鋇、碳酸鈣、硅酸鍶、未被還原的硫酸鍶等。本實驗采用工業鹽酸對原料進行酸浸取，將其中的酸溶鍶鹽轉化成水溶性的氯化鍶。主要化學反應式：

1.2原料與儀器

原料：青海海西大風山天青石碳還原法生產碳酸鍶鍶廢渣（鍶質量分數為21.12%）。

儀器：HH-6型恒溫水浴箱、PHS-3CB型酸度計、SHB-3型真空泵、SQP型電子天平。

1.3實驗方法

稱取粉碎鍶渣10 g，用50 mL水調漿后置于恒溫水浴箱，控溫，攪拌，加入一定量的6 mol/L鹽酸溶液調節漿料的酸度，保溫進行酸浸取，再用6 mol/L氫氧化鈉溶液中和浸取液至pH為6～7，保溫20 min，抽濾，用蒸餾水洗滌濾餅，收集濾液，可得氯化鍶溶液，采用EDTA容量法測定其中的鍶含量。

1.4實驗方法分析

實驗方法有單因素實驗方法和正交實驗方法。采用單因素實驗方案，分別研究浸取時間、浸取溫度、鍶渣粒徑、浸取酸度等工藝參數對鍶渣酸浸取率的影響，找出每個參數的具體影響規律，并確定影響鍶渣酸浸取率的重要參數的最優水平。采用正交實驗方法選擇最佳工藝參數組合，設計正交實驗，考察浸取時間、浸取溫度、鍶渣粒徑、浸取酸度等4個工藝參數對浸取結果的影響并確定最佳工藝參數組合，以正交實驗獲得的最佳參數組合為驗證實驗條件進行4組平行實驗。

2　結果與討論

2.1鍶廢渣酸浸單因素條件擇優實驗

2.1.1鍶渣粒度對鍶浸取率的影響

按照1.3節實驗方法，在鹽酸調節pH=0.1、浸取溫度為30℃、浸取時間為2 h的條件下，考察了鍶廢渣粒徑（0.72、0.168、0.127、0.062 mm）對鍶浸取率的影響，結果見圖1。由圖1可以看出，鍶渣粒徑越小，鍶浸取率就越高。這是因為粒徑越小的鍶樣，其比表面積越大，則鍶渣與溶劑的接觸面積越大，從而使反應更加充分。因此，在實驗條件允許的情況下，應盡可能選擇小的鍶渣粒徑。綜合考慮，實驗選擇的適宜鍶渣粒徑為0.062 mm。

圖1　鍶渣粒徑對鍶浸取率的影響

2.1.2浸取時間對鍶浸取率的影響

按照1.3節實驗方法，在鹽酸調節pH=0.1、浸取溫度為30℃、鍶渣粒徑為0.062 mm的條件下，考察了浸取時間（1、1.5、2、2.5 h）對鍶浸取率的影響，結果見圖2。由圖2可以看出，隨著浸取時間的延長，浸取率呈現增長的趨勢；當反應時間為2 h時；總鍶含量達到最大值；繼續延長反應時間，鍶浸取率變化不明顯。這是因為浸取2 h左右時，酸溶性含鍶物質的反應已趨于完全。綜合考慮，實驗選擇適宜的酸浸取時間為2 h。

圖2　反應時間對鍶浸取率的影響

2.1.3浸取溫度對浸取率的影響

按照1.3節實驗方法，在鹽酸調節pH=0.1、鍶渣粒徑為0.062 mm、浸取時間為2 h的條件下，考察了浸取溫度（30、50、75、85℃）對鍶浸取率的影響，結果見圖3。由圖3可以看出，隨著浸取溫度的升高，鍶浸取率逐漸降低且趨勢平緩。浸取溫度為30℃時，鍶浸取率最高。可能是浸取反應為放熱反應，溫度升高不利于浸取反應的進行。此外，溫度升高時，浸取液中的硅酸極易凝聚形成凝膠，不但會阻礙鹽酸與酸溶性鍶物質的反應，還會吸附浸取液，導致鍶浸取率的降低。綜合考慮，實驗選擇適宜的酸浸取溫度為30℃。

圖3　浸取溫度對鍶浸取率的影響

2.1.4浸取酸度對鍶浸取率的影響

按照1.3節實驗方法，在浸取溫度為30℃、鍶渣粒徑為0.062 mm、浸取時間為2 h的條件下，考察了鹽酸調節的pH（0、0.1、0.56、2.12）對鍶浸取率的影響，結果見圖4。由圖4可見，在酸度較低的情況下，隨著鹽酸用量的增加或體系pH的降低，鍶的浸取率明顯提高，有利酸溶性物質充分溶解進入溶液；繼續增加溶液的酸度，當溶液pH達到0.1以后，鍶浸取率雖有所增加，但增加幅度明顯降低，這說明廢渣中酸溶性含鍶物質的反應已趨于完全。此外，酸度過高有可能使硅酸凝聚速度加快，吸附浸取液中鍶，同時也不利于固液分離。綜合考慮，實驗選擇適宜的酸浸取pH=0.1。

圖4　浸取液pH對鍶浸取率的影響

綜合單因素實驗結果，得到酸浸取工藝的優化工藝：鍶廢渣粒徑為0.062 mm、浸取時間為2 h、浸取溫度為30℃、浸取pH=0.1。

2.2廢渣酸浸正交實驗結果及分析

實驗確定酸浸取工藝鍶渣的粒徑、浸取溫度、浸取時間、浸取溶液酸度為考察因素，設計了4因素3水平正交實驗L9（34），進一步考察4個工藝因素對鍶浸取率的影響，結果見表1。

表1　正交實驗表與實驗結果

由表1極差R可以看出，各工藝參數對酸浸取鍶的影響顯著性依次為鍶渣粒徑＞浸取時間＞pH＞浸取溫度。酸浸取最佳工藝參數組合為A3B3C1D2，即鍶渣粒徑為0.062 mm、浸取時間為2 h、浸取溫度為30℃、浸取液pH=0.1。

2.3驗證實驗

通過驗證實驗和分析，在最佳酸浸取工藝參數條件下，對鍶渣酸浸取率和數據做了分析，結果見表2。由表2可知，經過4次重復性實驗，所得到的鍶浸取率平均值為83.33%，標準方差為0.053 7，相對標準偏差為0.0644%。結果表明，在最佳工藝參數條件下，鍶浸取率的重復性好。

表2　最佳酸浸取工藝參數條件下得到的鍶渣酸浸取率和數據分析

3　結論

通過單因素實驗對酸浸取中各工藝參數做了優化，并設計了正交實驗，得到最佳工藝參數：鍶渣粒徑為0.062 mm、浸取時間為2 h、浸取溫度為30℃、浸取液pH=0.1。采用最佳工藝條件進行重復實驗，結果表明鍶浸取率的重復性好，可為提高鍶資源的利用率提供參考。

［1］張慶靂，王廣愛，吳衛東.中國工業碳酸鍶生產現狀及發展方向［J］.無機鹽工業，2005，37（8）：1-4.

［2］金建華，楊占壽，夏燕俊.天青石精礦粉制備碳酸鍶實驗研究［J］.無機鹽工業，2016，48（2）：30-32.

［3］樓紫陽，宋立言，趙由才，等.中國化工廢渣污染現狀及資源化途徑［J］.化工進展，2006，25（9）：988-994.

［4］孫士坤.一種回收利用鍶鹽殘渣制備碳酸鍶的新方法［J］.無機鹽工業，2015，47（5）：51-52.

［5］王樹軒，王壽江，李寧，等.碳酸鍶廢渣酸浸工藝對收率和分離性能的影響［J］.無機鹽工業，2010，42（12）：49-51.

［6］王淑云，李國庭.高純碳酸鍶制備新工藝研究［J］.河北化工，2008，31（4）：16-18.

聯系方式：jinjianhua_94@163.com

Experimental research on key parameters of preparation of strontium salt by
hydrochloric acid leaching technology with waste strontium slag

Jin Jianhua1，Yang Zhanshou2，Li Ao1，Ma Jiangfeng1
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Qinghai University for Nationalities，Xining 810007，China；2.Qinghai Salt Lake Research Institute，Chinese A cademy of Sciences）

With waste strontium slag in the production of strontium carbonate by carbon reduction of lapis lazuli as raw material，using hydrochloric acid as the leaching agent，the influences of strontium slag particle size，leaching temperature，leaching time，and solution acidity etc.on the leaching rate of strontium were investigated.On the basis of that the leaching process was optimized by orthogonal experiments.The optimum acid leaching process conditions were obtained：strontium slag particle size of 0.062 mm，the reaction time of 2 h，the reaction temperature of 30℃，and leaching liquid pH=0.1.This study can provide reference for raising the utilization coefficient of strontium resources.

waste strontium slag；hydrochloric acid leaching；strontium leaching rate；key parameters

TQ132.33

A

1006-4990（2016）08-0060-03

青海科技計劃項目（2013-G204-1）。

2016-02-19

金建華（1965—）女，碩士，教授，主要從事化學理論與應用研究。