絮凝剂在碳酸锶生产中除钡效果的研究

在碳酸锶生产中，碳化使用的黄水中钡离子含量直接决定碳酸锶的品质，添加除钡剂稀硫酸可使钡离子转化为硫酸钡而被除去。在黄水中添加稀硫酸也会有少量的硫酸锶生成，通过快速搅拌可使硫酸锶转化为硫酸钡。同时，快速搅拌也使得沉淀颗粒变得细小，使沉降速度减慢，通过加入絮凝剂可使悬浮物颗粒絮凝沉降。研究了不同的絮凝剂对悬浮物颗粒沉降效果的影响，结果表明，相对分子质量为1800的聚丙烯酰胺沉降效果最好，且对碳酸锶产品无污染。 碳酸锶可作为彩色显象管玻璃原料，同时还广泛应用于金属锌的冶炼、糖的精制以及陶瓷和化工等领域。在碳酸锶生产中，锶盐(如硝酸锶、氯化锶)溶液中的Ba2+是主要杂质，碳酸锶产品的评定在很大程度上取决于钡离子含量的高低，除钡是碳酸锶生产过程的关键技术之一。除钡方法主要有碱析除钡法、重结晶除钡法和硫酸铵除钡法[2-3]。碱析除钡可生产纯度很高的碳酸锶，但反复结晶大大增加了操作费用，且该方法须与酸溶碱析法生产碳酸锶配套使用。某企业提供的黄水，其中钡含量很低，用2%(质量分数，下同)的稀硫酸除钡就能达到生产工艺要求。但是，在加入稀硫酸除钡的同时部分锶也生成了硫酸锶沉淀，通过快速搅拌可使硫酸锶转化成硫酸钡。然而，快速搅拌也使得硫酸钡沉淀颗粒变得细小，沉降速度变慢。通过加入絮凝剂可使细小颗粒絮凝沉降。笔者对絮凝剂种类及用量进行实验研究。 1.实验部分 1.1原料、试剂及仪器 原料与试剂：黑灰浸取后的黄水(合作企业提供)，Sr2+质量浓度为50g/L，Ba2+质量浓度为1g/L；聚丙烯酰胺(阴离子、中性、阳离子)、可溶性淀粉、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺(相对分子质量1800)、硫酸，均为分析纯试剂。 仪器：恒温水浴锅；722分光光度计；78-1型加热磁力搅拌器。 1.2实验方法 量取500mL黄水加入烧杯中，置于恒温水浴锅中(水浴温度调节到85℃)。缓慢滴加2%硫酸9mL(硫酸加入量为钡含量的1.0～1.1倍)，用磁力加热搅拌器快速搅拌30min。将悬浮液倒入量筒中，加入5mL0.1%(质量分数，下同)絮凝剂，缓慢连续搅拌15min。停止搅拌，记录沉降时间t，同时记录悬浮颗粒下降高度(上清液高度)h，计算沉降速度v=h/t。用722分光光度计测定上清液吸光度，计算絮凝率F=[(A0-Ax)/A0]×100%。式中：A0为未加絮凝剂时上清液吸光度；Ax为添加絮凝剂后上清液吸光度。 2.结果与讨论 2.1实验温度、搅拌方式、最佳波长的确定工业生产中黄水的温度为80～85℃，因此选择实验温度为85℃。 在黄水中加入稀硫酸后，由于局部SO42-浓度过高，会生成硫酸锶沉淀，通过快速长时间搅拌可使硫酸锶转化为硫酸钡。快速搅拌也使沉淀物粒径变小，沉降速度缓慢。加入絮凝剂后缓慢搅拌，使絮凝剂尽量均匀分布，悬浮的小颗粒通过絮凝作用形成大的絮团，加快了沉降速度。 在10mm玻璃比色皿中盛蒸馏水作为参比定标，在420～460nm波长范围每隔2nm测定黄水的吸光度。实验结果表明，波长设定为480nm时黄水吸光度最大，其值为0.594。因此，实验测定的波长取480nm。 2.2不同类型絮凝剂沉降效果比较 实验选择了聚丙烯酰胺(阴离子、中性、阳离子)、可溶性淀粉、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺(相对分子质量1800)作为絮凝剂，不同类型絮凝剂絮凝效果见表1(絮凝剂用量5mL)。由实验现象及表1可知：未加絮凝剂的上清液一直悬浮着极细小的颗粒，长时间不能沉降；加入阴、阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，长时间静止后上清液中仍悬浮着细小颗粒。经比较，聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺(1800)絮凝效果较好，吸光度相对较小，沉降速度相对较快，上清液中无细小颗粒。 2.3絮凝剂用量对沉降效果的影响 选择聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺(1800)作为絮凝剂，考察其用量对沉降效果的影响，结果见表2。 由表2可以看出：加入少量絮凝剂，能使上清液吸光度比未加絮凝剂时的1.158减小很多，沉降速度比未加絮凝剂时的1.2cm/min增大较多，说明絮凝剂对碳酸锶生产中硫酸钡颗粒的沉降效果明显；絮凝剂加入量大于5mL以后，上清液的吸光度和悬浮物的沉降速度变化不大，因此选择絮凝剂加入量为5mL。由表2还可以看出，聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺(1800)作为絮凝剂，在其用量为5mL时，其对悬浮物颗粒的絮凝效果相差不大，但是，考虑到钠元素是碳酸锶产品的主要杂质元素之一，因此选择聚丙烯酰胺(1800)作为碳酸锶生产中的絮凝剂。 3.结论 1)实验中的黄水为工业生产碳酸锶时碳化使用的黄水，温度和酸碱度对絮凝沉降效果影响较大，但是，如果改变温度和酸碱度，将增加碳酸锶生产成本，因此没有对温度和酸碱度进行条件试验。 2)加入除钡剂后长时间快速搅拌，使生成的硫酸钡固体颗粒直径变小，长时间悬浮在清液中，沉降速度缓慢。为了加快悬浮颗粒的沉降速度，选择不同的絮凝剂对悬浮物进行絮凝沉降实验，结果表明，相对分子质量为1800的聚丙烯酰胺的絮凝效果较好，且对产品无污染。