摘要：采用碳还原法由天青石制备碳酸锶，研究了摩尔比、焙烧温度、焙烧时间、固液质量比、浸取时间等因素对锶利用率的影响，采用正交试验确立了最优锶收率工艺。结果表明：在天青石矿和还原煤摩尔比6:1、物料焙烧温度1150℃、焙烧时间40min、固液质量比1:14、浸取时间2.2h为最优锶收率工艺,可为提高锶资源的利用率提供参考。

　　关键词：碳还原法;天青石;碳酸锶;正交试验

　　中图分类号：TQ132.33 文献标识码：A

　　Experimentalstudy of preparation of strontium carbonate lapis lazuli ore concentrate

　　Jian-hua jin 1, Yang -zhanshou 2,Xia Yanjun 1

　　(1. Qinghai university for nationalities, chemical engineering, xining, 810007

　　2. Qinghai salt lake research institute, Chinese academy of sciences, xining, 810008)

　　Abstract:Using carbon reduction method strontium carbonate from celestite preparation, the mole ratio, roasting temperature and roasting time, mass ratio of solid and liquid, leaching time and other factors that affect the utilization ratio of strontium, established the optimal sr yield process by orthogonal experiment. Results showed that: in the azure stone and also the quality of the raw coal mole ratio of 6:1, material calcined temperature 1150 ℃, roasting time 40 min, mass ratio of solid and liquid 1:14 and leaching time 2.2 h for the optimal sr yield process, can provide reference for raising the utilization coefficient of strontium resources.

　　Key:Carbon reduction method; Lapis lazuli;Strontium carbonate; Orthogonal test

　　碳酸锶是重要的无机化工产品,主要用于彩色显像管、电子陶瓷、磁性材料等行业,随着电子、信息等高科技领域的应用，对碳酸锶需要量日益增大。目前，工业生产碳酸锶大都采用碳还原法和复分解法[1-3]。碳还原法因其工艺、设备简单、成本低、易操作等优势被广泛应用 ，但锶的利用率并不高。针对这一情况，研究了碳还原法制备碳酸锶中天青石焙烧、浸取过程对于锶收率的影响。

　　1试验部分

　　1.1 试验原理

　　本研究采用青海大风山天青石精矿, 用碳还原法将天青石和煤粉按一定配比混合，在高温下焙烧还原，生成熟料(俗称“黑灰”主要化学成份是硫化锶)，再经浸取[4-5]、碳化后制成碳酸锶。 化学反应式如下：

　　SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2(1)

　　SrSO4 + 4C → SrS + 4CO(2)

　　SrSO4 + 4CO→ SrS+ 4CO2(3)

　　SrS是强碱弱酸盐, 遇水会发生水解生成氢氧化锶Sr(OH)2 和硫氢化锶Sr(SH)2 进入溶液。化学反应式如下:

　　SrS + H2O → Sr(OH)2 + Sr(SH)2

　　含Sr2+的溶液经净化除去钙、钡、镁等杂质后，加入碳酸钠，即可生成纯净的碳酸锶沉淀。

　　1.2试验方法

　　1.2.1矿煤比对锶收率的影响

　　在相同焙烧温度、时间等条件下，用不同矿煤摩尔比的试样在高温下进行氧化还原反应，考察对锶收率的影响。由图1可知，随着矿煤比的增加，锶收率逐渐上升，当矿煤比6：1后锶收率升高不明显，即过量的还原煤的对提高锶的收率作用很小，所以在保证锶收率的前提下，为避免过量还原煤的浪费，选择5.7:1的摩尔比最为适宜。

　　1.2.2焙烧温度对锶收率的影响

　　在相同矿煤比、焙烧时间等情况下，进行天青石焙烧的氧化还原反应，考察对锶收率的影响。结果如图2所示。

　　由图2可知,随着焙烧温度的升高,锶收率逐渐升高。当焙烧时间相同时，还原焙烧温度越高，锶收率越大，当焙烧温度超过1150℃时锶收率反而下降。焙烧过程理论上还原温度超过1200℃对天青石的还原率和反应速度来说更为有利，而实际实验中还原温度为1200℃锶的收率反而下降，主要是由于物料被烧结结块，反应物料接触不好，使还原率下降，导致锶收率不高，故对于天青石适宜的还原焙烧温度为1 100～1 150 ℃。

　　1.2.3还原焙烧时间对锶收率的影响

　　在相同矿煤比、相同的温度等条件下，焙烧时间对锶收率的影响，结果如图所示。

　　由图3可知，当焙烧温度相同时, SrSO4的转化率随还原焙烧时间增加而增大,但焙

　　烧时间延长50min后，还原焙烧时间对锶收率影响不明显。故对于天青石适宜的还原焙烧时间为30～40min。适宜温度1150℃。

　　1.2.4熟料与水比对锶收率的影响

　　熟料在相同的温度，相同的浸取时间等条件下,考察固液比对锶收率的影响。

　　由图4可知，当增大浸取剂水的量时，锶的收率随着增大，当大于1:12后水的用量对提高锶的收率作用很小。对于锶浸取适宜的固液比可控制在1：12～1:14之间。

　　1.2.5浸取时间对锶浸取率的影响

　　在浸取其他条件完全相同的情况下，考察浸取时间对锶收率的影响，结果图5所示。

　　由图5可知，浸取时间越长，锶浸取率越大，但当浸取时间延长2.2h后，锶浸取率增加不大。2.2h时锶的收率是73%到2.5h锶的收率是75%，超过2.5h后延长熟料的浸取时间对锶的浸取无明显影响。故对熟料锶的浸取适宜的时间为2.2～3h。

　　1.2.6浸取温度对锶浸取率的影响

　　以相同的矿煤摩尔比、固液比、时间，通过调节浸取温度来考察温度变化对锶浸取率的影响。选择浸取温度分别为30、50、70、80、90℃，结果图6所示。

由图6可知，随着反应温度的升高，浸取率逐渐增大。温度由30-80℃时，变化较显著，

　　80℃以后，锶收率的增长趋于平缓。增高温度能耗增大，综合考虑选取85～90℃为浸取适宜温度。

　　1.3正交试验优化工艺

　　以锶收率为指标，对矿煤摩尔比，焙烧温度，焙烧时间，固液比，浸取时间、浸取温度

　　等因素进行考察，采用L16(45)进行正交试验设计，试验设计及结果见表1、2。

　　表1 锶最优收率的因素与水平表 摩尔比 A 焙烧温度 B 焙烧时间 C 固液比 D 浸取时间 E 1 4.1：1 1050℃ 20min 1:8 1h 2 4.8:1 1100℃ 30min 1:10 2h 3 5.7:1 1150℃ 40mmin 1:12 2.2h 4 6.1:1 1200℃ 60min 1:14 2.5h

　　表2 锶最优收率正交设计表L16(45) 试验号 因素 锶收率% A B C D E 1 1 1 1 1 1 52.73% 2 1 2 2 2 2 51.07% 3 1 3 3 3 3 69.31% 4 1 4 4 4 4 58.50% 5 2 1 2 3 4 57.06% 6 2 2 1 4 3 62.09% 7 2 3 4 1 2 45.81% 8 2 4 3 2 1 55.53% 9 3 1 3 4 2 59.99% 10 3 2 4 3 1 56.33% 11 3 3 1 2 4 62.85% 12 3 4 2 1 3 52.53% 13 4 1 4 2 3 57.59% 14 4 2 3 1 4 59.66% 15 4 3 2 4 1 69.38% 16 4 4 1 3 2 51.45% K1 231.64 227.37 229.12 210.73 233.97 K2 220.49 229.15 230.67 227.04 208.32 K3 231.70 247.35 244.49 234.15 241.52 K4 238.08 218.01 218.23 249.96 238.27 R 17.59 29.34 26.26 39.23 33.20

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