Производство карбоната стронция

1.

Лекция 2.7 Производство карбоната стронция

2.

Азотная кислота
Аммиак
СО2
Конверсия
Са(NO3)2 · 4H2O
СаСO3
NH4NO3
Аммиак
Аммиачная вода
Серная кислота
Разложение
апатита
Апатит
Выделение Sr(NO3)2 и осадок
нерастворимого
остатка
Получение
SrСO3
Блок-схема
азотнокислотной
переработки
фосфатов
Кристаллизация
и отделение
Са(NO3)2 · 4H2O
Уравновешивание
АФР
Двухступенчатая
аммонизация
АФР
Упаривание ААФР
KCl
Введение
хлористого калия
Гранулирование
и сушка
Готовый продукт
NPKS - удобрение

3. Блок-схема производства карбоната стронция

4.

Переработка нитрата стронция
Получение карбоната стронция основано на переработке стронциевого
концентрата (твердая фаза сгущенной части АКВ), который отделяют от АФР.
Выделение нитрата стронция из АКВ основано на его ограниченной
растворимости в АФР.
Производство карбоната стронция включает в себя:
1) фильтрацию ССО;
2) выделение нерастворимого остатка;
3) очистку нитрата стронция от бария;
4) выделение нитрата стронция;
5) выделение примесей;
6) получение карбоната стронция;
7) сушку и грануляцию карбоната стронция;
8) газорегуляторную установку (ГРУ);
9) газоочистные системы.
Стронцийсодержащий осадок (ССО) подвергают фильтрации на дисковых
вакуум-фильтрах с последующим выщелачиванием нитрата стронция из
полученного осадка.

5.

Процесс выщелачивания основан на хорошей растворимости Sr(NO3)2 в
воде с получением пульпы нерастворимого остатка в растворе нитрата
стронция. Для увеличения скорости выщелачивания процесс проводится при
перемешивании и температуре 60 – 80 оС, обеспечиваемой подачей пара в
змеевик реактора.
Отделение нерастворимого остатка от раствора нитрата стронция
осуществляют на каскаде пластинчатых отстойников методом декантации с
двукратной противоточной промывкой, с целью сокращения потерь
стронция. Для увеличения скорости отстаивания пульпа обрабатывается
раствором полиакриламида (ПАА).
Раствор нитрата стронция (ССР) очищают от нитратов бария и кальция.
Разделение основано на различной растворимости этих солей в водных
растворах АК: растворимость Ва(NО3)2 ниже, чем у Sr(NО3)2.
Очистку ССР производят добавлением охлажденной 58 %-й АК, при этом
Ва(NО3)2 переходит в твердую фазу, которую отделяют от раствора методом
отстаивания. Для уменьшения потерь стронция, возникающих в результате
соосаждения нитратов бария и стронция предусмотрена отмывка кристаллов
Ва(NО3)2 раствором АК в колонном аппарате.
Степень очистки возрастает с увеличением концентрации в ССР как
НNО3, так и Sr(NО3)2. Степень очистки снижается при повышении
температуры процесса из-за повышения растворимости Ва(NО3)2.

6.

Выделения нитрата стронция, очистка от Са(NO3)2.
Процесс очистки основан на различной растворимости Sr(NO3)2 и
Са(NO3)2 в азотнокислых растворах. При добавлении АК к ССР, Sr(NO3)2
переходит в твердую фазу (высаливается), а Са(NO3)2 остается в растворе.
Степень высаливания Sr(NO3)2 из раствора определяется концентрацией
АК и температурой. Оптимальная концентрация АК не менее 450 г/л,
температура не выше 40 оС. В этих условиях степень высаливания нитрата
стронция достигает 80 % и более.
Кристаллы Sr(NO3)2 отделяют от маточного раствора на центрифугах.
Выделение примесей. Кристаллы нитрата стронция растворяют в воде,
полученный раствор очищают от примесей РО43-, F-, Аl3+, Fе3+ нейтрализацией
до рН 6,5 – 8,5 аммиачной водой с добавлением раствора карбоната
аммония. Протекают реакции:
2РО43- + 3Са2+ = Са3(РО4)2,
SiF62- + 4ОН- + 3Са2+ = 3СаF2 + SiО2 + 2Н2О,
Sr(NОз)2 + (NН4)2СОз = SrСОз + 2 NН4NО3,
Образуются нерастворимые соединения фосфатов, фторидов, двойных
солей: (Fе, Аl)NН4(НРО4)2. Далее фильтруют выпавший осадок на фильтрпрессах.
Степень очистки раствора нитрата стронция от примесей составляет 9598 %.

7.

Конверсия (превращение) Sr(NО3)2 в SrСО3, отделение полученного осадка
от маточного раствора.
Карбонат стронция осаждают 20 %-м раствором карбоната аммония,
получаемого в производстве фосфорной кислоты и нитратных минеральных
солей (цех 54). Процесс осуществляют в скоростных трубных реакторахсмесителях.
Образуется нерастворимый в воде карбонат стронция и раствор нитрата
аммония по реакции:
Sr(NОз)2 + (NН4)2СОз = SrСОз + 2NН4NОз + Q.
Условием полного протекания процесса конверсии являются щелочная
среда (рН = 7,5 – 9) и избыточное содержание карбонат-ионов (не менее 10
г/л). Последнее условие обеспечивается избыточной подачей карбоната
аммония (105 - 110 % от стехиометрического количества). Выполнение этих
условий обеспечивает степень конверсии 99,9 %.
Процесс проводят при температуре 30 – 60 оС, атмосферном давлении и
перемешивании, что обеспечивает оптимальные размеры кристаллов SrСО3.
Суспензию разделяют на ленточном фильтре, где происходит отделение
осадка карбоната стронция от маточного раствора и его промывка водой от
нитрата аммония и карбоната аммония и обработка связующим агентом (10 –
15 %-м раствором кальцинированной или каустической соды).

8.

Промывку осадка карбоната стронция проводят для исключения в
процессе сушки обратной реакции между NН4NО3 и SrСО3. Обработка
связующим агентом необходима для упрочнения гранул карбоната стронция,
образующихся в процессе сушки.
Сушка, грануляция SrСО3 с последующей его классификацией.
Влажный осадок с фильтра, направляют в барабанную печь, где при
контакте с горячим теплоносителем происходит сушка и прокалка SrСО3.
Отработанный теплоноситель, содержащий пыль SrСО3, отводится через
загрузочную камеру печи на узел газоочистки. Прокаленный карбонат
стронция охлаждается во вращающемся барабанном холодильнике, после
чего подвергается классификации и дроблению.
Готовый продукт – карбонат стронция (гранулы или порошок) из
накопительных бункеров направляется в специализированные мягкие
контейнеры, установленные на весах. Дозирование по массе производится в
зависимости от заявки потребителей по 750 – 1000 кг готового продукта в
контейнер.

9.

Узел приготовления сушильного агента
Сушильный агент – смесь продуктов сгорания природного газа и нагретого
воздуха, предназначен для сушки и прокалки SrСО3.
Газорегуляторная установка (ГРУ) предназначена для снижения давления
природного газа, поступающего из заводской сети, поддержания его на
заданном уровне, а также для очистки природного газа от механических
примесей, измерения его параметров и для полного автоматического
отключения подачи газа к топкам.
Природный газ с давлением 400 – 900 кгс/м2 из ГРУ подается в горелку
топки, где смешивается с воздухом в количестве, необходимом для его
полного сгорания. При горении природного газа образуются топочные газы с
температурой 1000 – 1200 оС:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 7950 ккал/м3
Для снижения температуры топочные газы разбавляются воздухом,
подаваемым непосредственно в камеру топки.

10.

Газоочистные системы
Узел газоочистки ВГ-3 предназначен для очистки от аммиака газовоздушной смеси методом абсорбции ГА циркулирующим раствором АК:
NН3 + НNО3 = NН4NО3 + 27 ккал/моль
Тепло реакции отводится оборотной водой при циркуляции раствора
через теплообменник.
Узел газоочистки ВГ-4 предназначен для очистки от пыли карбоната
стронция пылегазовой смеси из печей сушки и грануляции.
Узел газоочистки ВГ-9 предназначен для очистки от пыли SrСО3.
атмосферы и технологического оборудования узлов затаривания и
классификации карбоната стронция.
В обоих случаях используется метод мокрой очистки (абсорбции), при
этом пыль карбоната стронция поглощается орошающим циркуляционным
раствором. Избыток образующейся суспензии выводится из скруббера и
направляется на узел выделения SrСО3.

11.

Карбонат стронция (стронций углекислый) – гранулы белого (светлосерого) цвета или порошок белого цвета, не содержащий посторонних
механических включений.
Физико-химические свойства: удельная теплопроводность Сро = 81,42
Дж/моль∙К, плотность 3,7 г/см3, плавится при избыточном давлении СО2,
температура плавления 1497 °С, растворимость в воде 0,0011 г/л при
температуре 20 °С, при прокаливании на воздухе разлагается, не реагирует со
щелочами, разлагается кислотами и раствором хлорида аммония.
Карбонат стронция содержит в микроколичествах природные
радионуклиды – радий - 226, 228, торий - 228, имеющиеся в исходном сырье
– апатите, относящиеся к группе Б радиационной безопасности.
Он является радиоактивно-безопасным для окружающей среды и
здоровья человека при условии непопадания внутрь организма, может
использоваться в качестве сырья при изготовлении изделий для нужд
народного хозяйства.
Карбонат стронция используется в электронной,
металлургической промышленности, строительстве
и других отраслях народного хозяйства.

12. Карбонат стронция (ТУ 95-2326-91 «Стронция карбонат (стронций углекислый)»

Норма для марки
Наименование
показателя
Аг
Ап
Вг
Вп
Сг
Сп
1 Массовая доля SrСОз, %, не менее
97,0
97,0
94-96
94-96
95
95
2 Массовая доля карбоната кальция, %
0,3-1,0 0,3-1,0 0,3-1,5 0,3-1,5 0,3-1,5 0,3-1,5
3 Массовая доля BaСОз, %, не более
1,2
1,2
4
4
1,5
1,5
4 Массовая доля натрия в пересчете на
Nа2СОз, %, не более
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
5 Массовая доля железа в пересчете на
Fе2О3, %, не более
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
6 Массовая доля серы в пересчете на SОз,
%, не более
0,1
0,1
0,1
0,1
0,15
0,15
7 Массовая доля фосфатов в пересчете на
Р2О5, %, не более
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
8 Массовая доля хлоридов в пересчете на
Cl- %, не более
0,01
0,01
0,01
0,01
0,015
0,015
9 Массовая доля остатка нерастворимого в
соляной кислоте, %, не более
0,1
0,1
0,25
0,25
0,25
0,25
10 Массовая доля влаги, %, не более
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
11 Насыпная масса, г/см3, не менее
1,8 не норм. 1,8 не норм. 1,6 не норм.
12 Остаток при просеве на сетке 1,6 по ГОСТ отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
6613. Проход через сетку 0,1, %, не более
20
не норм.
20
не норм.
20
не норм