天青石(SrSO)是最主要的含鍶礦物,也是無機鹽工業的重要原料。用化學方法可將天青石加工成一系列的鍶化合物。
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1983年世界天青石開採量約 150kt(不包括中國),主要開採國是墨西哥、西班牙等,中國的儲量及開採量都相當大。主要消費國是美國。
1790年發現鍶礦,直到19世紀80年代後對鍶礦的化學加工才有了較大的進展,1884年確立了天青石經複分解制碳酸鍶的方法。20世紀初,已實現了用碳還原天青石製造碳酸鍶的工業生產方法。上述兩種方法也是現在鍶礦化學加工的基本方法。
工業上將天青石加工成粗碳酸鍶或硫化鍶,再進一步加工成其他的鍶化合物(見圖)。有兩種加工方法。其中碳還原法工藝流程短、成本低,但天青石利用率低,產品質量不易保證,並且廢氣污染嚴重。複分解法能克服碳還原法的缺點,但消耗酸、鹼量較大。
鍶礦化學加工碳還原法 將天青石粉碎至 120目左右,經選礦除去矽、鐵、鋁、鈣等雜質,使精選礦中的硫酸鍶含量提高到70%以上。將精選後的鍶礦粉與煤粉混合,送入焙燒爐中進行焙燒,水不溶性的硫酸鍶還原成水溶性的硫化鍶,主反應式為:
1790年發現鍶礦,直到19世紀80年代後對鍶礦的化學加工才有了較大的進展,1884年確立了天青石經複分解制碳酸鍶的方法。20世紀初,已實現了用碳還原天青石製造碳酸鍶的工業生產方法。上述兩種方法也是現在鍶礦化學加工的基本方法。
工業上將天青石加工成粗碳酸鍶或硫化鍶,再進一步加工成其他的鍶化合物(見圖)。有兩種加工方法。其中碳還原法工藝流程短、成本低,但天青石利用率低,產品質量不易保證,並且廢氣污染嚴重。複分解法能克服碳還原法的缺點,但消耗酸、鹼量較大。
鍶礦化學加工碳還原法 將天青石粉碎至 120目左右,經選礦除去矽、鐵、鋁、鈣等雜質,使精選礦中的硫酸鍶含量提高到70%以上。將精選後的鍶礦粉與煤粉混合,送入焙燒爐中進行焙燒,水不溶性的硫酸鍶還原成水溶性的硫化鍶,主反應式為:
SrSO4+4C─→SrS+4CO
焙燒要在還原氣氛中於1000~1200℃下進行。然後,用水浸取出硫化鍶,與不溶解的殘渣分離,精製後得到硫化鍶水溶液。由該溶液製造碳酸鍶的方法有碳化法和複分解法兩種。
①硫化鍶碳化法 將硫化鍶水溶液裝入碳化塔中,然後通入二氧化碳得到碳酸鍶和硫化氫氣體。碳酸鍶從塔底放出,經過濾、洗滌、精製、造粒、乾燥得碳酸鍶成品。碳化一般在兩段碳化塔中以間歇或連續方式進行。從塔頂逸出的碳化尾氣含有大量硫化氫,可回收用於制硫磺或硫化合物。
②硫化鍶複分解法 在精製後的硫化鍶溶液中加碳酸鈉(或碳酸氫銨)沉澱出碳酸鍶,經過濾、洗滌、乾燥即得產品。從廢液中可回收硫化鈉(銨)。
複分解法 該法對礦中硫酸鍶含量要求不高。將天青石粉碎至200目,裝入帶攪拌的反應釜中,加入碳酸鈉(或碳酸氫銨)溶液,在90℃左右,反應1~2h後,轉化率即可達到95%左右,經過濾,洗滌得到粗碳酸鍶,濾液可回收硫酸鈉。精製粗碳酸鍶的方法,工業上有酸解及熱分解法兩種。
①酸解法 用鹽酸(或硝酸)分解粗碳酸鍶,製得氯化鍶(或硝酸鍶)溶液,經過濾、洗滌,將濾液氯化鍶(或硝酸鍶)除去雜質後,加入碳酸鈉(或碳酸氫銨)得到碳酸鍶沉澱,經過濾洗滌、乾燥、造粒得成品。濾液是氯化鈉(或銨),可回收利用,也可將氯化鍶溶液直接蒸發、結晶得氯化鍶產品。
②熱分解法 將粗碳酸鍶加熱到1000~1350℃分解成氧化鍶,用水浸取。氧化鍶溶於水變成氫氧化鍶,分離殘渣得氫氧化鍶溶液。將氫氧化鍶碳化即可得碳酸鍶。也可由氫氧化鍶進一步加工成氯酸鍶、鉻酸鍶等鍶鹽。
碳酸鍶大量用於生產彩色電視顯像管的螢光屏玻璃(碳酸鍶吸收X射線的性能較強),也是製造光學透鏡、陶瓷釉藥、真空陰極管的原料,還可用於製造磁性材料。氧化鍶可製造煙火藥、顏料。氯化鍶制煙火藥及醫藥。硝酸鍶主要用於製造煙火及信號彈等。溴化鍶在醫藥中作鎮靜劑。碘化鍶用作醫藥。鉻酸鍶作顏料、水泥著色劑、有機合成催化劑和防腐塗料。
①硫化鍶碳化法 將硫化鍶水溶液裝入碳化塔中,然後通入二氧化碳得到碳酸鍶和硫化氫氣體。碳酸鍶從塔底放出,經過濾、洗滌、精製、造粒、乾燥得碳酸鍶成品。碳化一般在兩段碳化塔中以間歇或連續方式進行。從塔頂逸出的碳化尾氣含有大量硫化氫,可回收用於制硫磺或硫化合物。
②硫化鍶複分解法 在精製後的硫化鍶溶液中加碳酸鈉(或碳酸氫銨)沉澱出碳酸鍶,經過濾、洗滌、乾燥即得產品。從廢液中可回收硫化鈉(銨)。
複分解法 該法對礦中硫酸鍶含量要求不高。將天青石粉碎至200目,裝入帶攪拌的反應釜中,加入碳酸鈉(或碳酸氫銨)溶液,在90℃左右,反應1~2h後,轉化率即可達到95%左右,經過濾,洗滌得到粗碳酸鍶,濾液可回收硫酸鈉。精製粗碳酸鍶的方法,工業上有酸解及熱分解法兩種。
①酸解法 用鹽酸(或硝酸)分解粗碳酸鍶,製得氯化鍶(或硝酸鍶)溶液,經過濾、洗滌,將濾液氯化鍶(或硝酸鍶)除去雜質後,加入碳酸鈉(或碳酸氫銨)得到碳酸鍶沉澱,經過濾洗滌、乾燥、造粒得成品。濾液是氯化鈉(或銨),可回收利用,也可將氯化鍶溶液直接蒸發、結晶得氯化鍶產品。
②熱分解法 將粗碳酸鍶加熱到1000~1350℃分解成氧化鍶,用水浸取。氧化鍶溶於水變成氫氧化鍶,分離殘渣得氫氧化鍶溶液。將氫氧化鍶碳化即可得碳酸鍶。也可由氫氧化鍶進一步加工成氯酸鍶、鉻酸鍶等鍶鹽。
碳酸鍶大量用於生產彩色電視顯像管的螢光屏玻璃(碳酸鍶吸收X射線的性能較強),也是製造光學透鏡、陶瓷釉藥、真空陰極管的原料,還可用於製造磁性材料。氧化鍶可製造煙火藥、顏料。氯化鍶制煙火藥及醫藥。硝酸鍶主要用於製造煙火及信號彈等。溴化鍶在醫藥中作鎮靜劑。碘化鍶用作醫藥。鉻酸鍶作顏料、水泥著色劑、有機合成催化劑和防腐塗料。