工業級氯化鋇提純工藝研究

王建達,楊 梅,陳 銳,藍翔宇,劉寶延

(天津渤海化學試劑有限責任公司,300450)

BaCl2·2H2O是一種常見的無機鹽,外觀為白色粉狀結晶,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,氯化鋇的生產工藝按照原料的不同,常用的可分重結晶石法和毒重石法,重結晶石法是工業上比較成熟的方法,但對環境污染嚴重,重結晶法[3]根據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,但副產物硫化氫往往會限制氯化鋇的生產,毒重石主要用于鋇鹽化工品的生產[4],工業上要求碳酸鋇含量大于66%,且工藝流程復雜,所生產的產品大部分是粗加工產品和工業級產品,純度不高不能滿足對產品多樣化的要求,隨著工業氯化鋇領域應用的不斷深入和發展,產品將會朝著高純化方向發展[5],但針對工業級氯化鋇提純的研究相對較少,本文通過實驗對工業氯化鋇提純進行了實驗研究,得到了初步的制備優級純氯化鋇的工藝路線,為后續有關氯化鋇提純研究提供數據支持。

1 實驗原料及實驗步驟

1.1 實驗所用原料

實驗所用工業級氯化鋇及不同級別氯化鋇含量如下表所示。

表1 氯化鋇參數表

1.2實驗步驟

1)用乙醇水溶液洗滌氯化鋇,攪拌靜置后進行抽濾,反復進行3次。

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

3)反應一段時間后,將濾液過0.25 μm的無機分離膜,去除細小晶粒及難溶物。

4)將過濾后的濾液過活性炭吸附溶液中的雜質離子。

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

6)將收集到的氯化鋇放烘盤35 ℃烘30 min得產品。

2 實驗內容

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。氯化鋇初始質量為500 g。結果如圖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用以及對鉀鈉離子的清洗效果,乙醇占比不宜繼續增加,且當溶液中乙醇占比為0.4時鈣、鍶含量已經達到優級純級別,由圖2可知隨著洗水中乙醇含量的提高,產品中鉀離子、鈉離子含量逐漸提高,當乙醇占比為0.4時,鉀、鈉含量滿足優級純要求,同時根據實驗結果可知使用乙醇溶液清洗工業氯化鋇鈣、鈉離子的清洗效果不如鍶、鉀離子清洗效果好,氯化鋇經不同濃度乙醇溶液洗滌后質量變化情況如表2所示。

圖2 乙醇含量變化對鉀、鈉去除效果圖

表2 洗滌后固體質量表

由表2數據可知隨著洗水中乙醇占比的提高剩余固體質量逐漸提高,這與氯化鋇易溶于水的性質有關,為提高產品產量綜合分析乙醇占比40%時較為合適。

2.2 確定洗滌次數對實驗結果的影響

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行重結晶,經處理后得氯化鋇產品,實驗結果如表3所示。

表3 40%乙醇水溶液清洗兩次實驗結果

由實驗結果可知氯化鋇經過40%乙醇溶液洗滌兩次后,已達到分析純級別,但鈣離子、鐵離子、重金屬含量不能滿足優級純要求,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行重結晶,經活性炭過濾除雜干燥后得氯化鋇產品,實驗結果如表4所示。

表4 40%乙醇水溶液清洗三次實驗結果

根據實驗結果可知當洗水量相同時,三次洗滌氯化鋇后,實驗結果好于兩次洗滌結果,除鈣離子、重金屬含量稍有超標外,其他指標均符合優級純級別,經反復實驗后重金屬指標可以達到優級純級別,但鈣離子含量始終超標無法達到優級純級別。

2.3 確定草酸加入量對實驗結果的影響

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,從而達到分離提純的目的,具體實驗結果如表5所示。

表5 草酸用量考察表

實驗過程中隨著草酸的加入,溶液的pH會發生變化,用氫氧化鋇溶液調節pH,當原料理論需要0.9 g草酸完全除鈣鍶時,實際加入0.1 g就可以滿足需求,實際將草酸加入量控制理論量的10%左右即可以滿足要求,重復開展加草酸實驗,經過洗滌重結晶、過活性炭處理后結果如表6所示。

表6 加草酸重復實驗結果表

用含乙醇的水溶液洗滌工業氯化鋇可以達到提純的目的,使用40%的乙醇溶液清洗工業氯化鋇三次,再經重結晶后,產品可以達到分析純級別,經過反復試驗,確定了每次洗滌的用水量、洗滌時間、重結晶用水量等實驗參數,向溶液中加入少量草酸去除鈣、鍶,可使產品達到優級純級別。

3 結 論

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

2)通過向重結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%即可滿足實驗需求。

3)為防止重金屬及鐵離子含量超標在實驗過程中禁止使用金屬器具接觸氯化鋇物料,重結晶時溶解氯化鋇的用水量為其質量的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,需結合具體經濟效益及生產情況進行考慮。