способ получения карбоната стронция

Формула изобретения

Способ получения карбоната стронция, включающий обработку раствора, содержащего хлориды стронция, кальция, солями щелочных металлов, отделение, промывку образовавшейся соли стронция, ее взаимодействие с карбонатом натрия или аммония, выделение целевого продукта, отличающийся тем, что сначала раствор, содержащий хлориды кальция и стронция, обрабатывают сульфатом натрия или аммония при температуре 15-30С и рН, равной 1,5-3,0, и далее после промывки и отделения осадка сульфата стронция обрабатывают его карбонатом натрия или аммония при температуре 60-80С в течение 30-45 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу получения карбоната стронция, который может найти применение в электронной, радиотехнической промышленности, в технологии высокотемпературных сверхпроводников, в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов, для антифрикционных сплавов.

Известен способ получения карбоната стронция, включающий обработку целестина - природного сульфата стронция раствором карбоната аммония при соотношении исходных реагентов 1:5 соответственно при температуре 60-80^oС в течение 10-30 минут, отделение, промывку и сушку полученного осадка [авт. свид. СССР 565877, МПК С 01 F 11/18, 1975 г.].

К недостаткам известного способа следует отнести высокое содержание карбоната кальция в целевом продукте, а также сравнительно невысокое содержание основного вещества.

Также известен способ получения карбоната стронция, включающий взаимодействие водного раствора гидроокиси стронция с раствором кальцинированной соды с последующим отделением целевого продукта методом фильтрации [авт. свид. СССР 532572, МПК С 01 F 11/18, 1975 г.].

К недостаткам известного способа следует отнести сравнительно невысокое содержание основного вещества в целевом продукте, а также образование большого количества сточных вод.

Также известен способ получения карбоната стронция, включающий взаимодействие растворов сульфида стронция с карбонатом натрия с последующим отделением осадка, его термообработку и выделение целевого продукта [авт. свид. СССР 443842, МПК С 01 F 11/18, 1974 г.].

К недостаткам известного способа следует отнести высокое содержание побочных веществ, конкретнее серы, очистка от которой требует дополнительные затраты, а также сравнительно невысокое содержание основного вещества в целевом продукте.

Известен способ получения карбоната стронция, включающий обработку сульфатного кальций-стронциевого концентрата карбонатом аммония, а далее полученного осадка - разбавленной азотной кислотой [авт. свид. СССР 684001, МПК С 01 F 11/46, 1978 г.].

Недостатками известного способа являются недостаточная чистота целевого продукта из-за высокого содержания в нем соли кальция, сложность технологического процесса, связанная с выделением чистого целевого продукта, и соответственно дороговизна процесса.

Также известен способ получения карбоната стронция, включающий выщелачивание стронциевого концентрата азотной кислотой с получением стронцийсодержащего осадка, далее обработку этого осадка оборотным водным раствором, отделение нерастворимого остатка и его промывку, высаливание из полученного раствора кристаллов нитрата стронция противоточной подачей азотной кислоты, выделение целевого продукта методом обезвоживания кристаллов, их растворения и осаждения [патент РФ 2024432, МПК С 01 F 11/18, 1994 г.].

К недостаткам известного способа следует отнести сложность технологического оформления, а также невысокое содержание карбоната стронция в целевом продукте.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому - прототипом - является способ получения карбоната стронция, включающий обработку раствора, содержащего хлориды стронция, кальция, магния, сначала щелочью в количестве 95-97% от стехиометрии по магнию, отделяя осадок гидроксида магния, затем полученный маточный раствор обрабатывают щелочью в количестве 130-135% от стехиометрии по кальцию, отделяя гидроксид кальция, и далее после отделения гидроксида кальция и обработки маточника карбонатом натрия выделяют карбонат стронция [авт. свид. СССР 1244093, МПК С 01 F 11/18, 1986 г.].

К недостаткам известного способа следует отнести сложность технологического процесса, сравнительно невысокое содержание основного вещества и высокое содержание хлоридов в целевом продукте, что в целом снижает его качество, а также образование большого количества сточных вод.

Технической задачей предлагаемого способа являются: упрощение технологического процесса, снижение посторонних примесей и повышение содержания основного вещества в целевом продукте.

Техническая задача достигается тем, что раствор, содержащий хлориды кальция и стронция, сначала обрабатывают сульфатом натрия или аммония при температуре 15-30^oС при рН 1,5-3,0 и далее после промывки и отделения осадка сульфата стронция обрабатывают его карбонатом натрия или аммония при температуре 60-80^oС в течение 30-45 минут.

Общими признаками известного и заявляемого технических решений являются: использование исходного раствора, содержащего хлориды стронция и кальция; обработка концентрата на 1-й стадии солями щелочных металлов или аммония; промывка и отделение осадка образовавшейся соли стронция на 1-й стадии; обработка образовавшейся соли стронция карбонатом натрия или аммония; выделение целевого карбоната стронция.

Отличительными признаками прототипа и заявляемого объекта являются: обработка раствора, содержащего хлориды стронция и кальция, сульфатом натрия или аммония при температуре 15-30^oС и рН 1,5-3,0; проведение стадии карбонизации при 60-80^oС в течение 30-45 минут.

Использование на 1-й стадии сульфата натрия или аммония позволит практически полностью связать хлориды кальция и стронция в сульфаты соответствующих солей. Ввиду высокой растворимости сульфата кальция его в осадок выпадает гораздо меньше сульфата стронция. И при водной отмывке происходит очистка солей стронция и от солей кальция и от хлора, тем самым увеличивая чистоту целевого продукта.

Проведение осаждения образовавшегося сульфата стронция при рН 1,5-3,0, улучшает качество готового продукта по примесям карбоната кальция и хлоридов, однако проведение осаждения при рН ниже 1,5 нецелесообразно из-за повышения агрессивности среды, что потребует специального оборудования, а также нецелесообразно проводить осаждение и при рН выше 3,0, так как происходит увеличение солей кальция и хлоридов в готовом продукте, тем самым ухудшая его качество.

Получаемый таким образом карбонат стронция содержит основного вещества 98,5-99,5 мас. %, хлоридов 0,001-0,007 мас.%, углекислого кальция - 0,1-0,4 мас.%.

Способ получения карбоната стронция предлагаемым способом моно представить следующими химическими реакциями:

I.

a) SrCl₂+Na₂SO₄-->SrSO₄+2NaCl

CaCl₂+Na₂SO₄-->CaSO₄+2NaCl

b) SrCl₂+(NH₄)2SO₄-->SrSO₄ +2NH₄Cl

CaCl₂+(NH₄)₂SO₄-->CaSO₄+2NH₄Cl

II.

a) SrSO₄+Na₂СO₃-->SrCO₃+Na₂SO₄

CaSO₄+Na₂СO₃-->СаСO₃+Na₂SO₄

b) SrSO₄+(NH₄)₂СO₃-->SrСO₃+(NH₄)₂SO₄

CaSO₄+(NH₄)₂CO₃-->СаСO₃+(NH₄)₂SO₄

Для осуществления прелагаемого способа исходные реагенты должны соответствовать следующим требованиям:

1. Исходный раствор хлорида стронция и кальция - применяют реальные растворы хлорида стронция и кальция, получаемые в производстве карбоната стронция карботермическим или содовым способом.

2. Сульфат натрия - ГОСТ 6318-77.

3. Сульфат аммония - ГОСТ 10873-73.

4. Карбонат натрия ГОСТ 5100-85.

5. Карбонат аммония - ГОСТ 9325-79.

Процесс получения карбоната стронция осуществляют по схеме, отображенной на чертеже.

Раствор, содержащий хлориды стронция и кальция, потоком а направляют в аппарат 1, куда также потоком б загружают сульфат натрия или сульфат аммония. Температуру в аппарате поддерживают 15-30^oС и процесс проводят при рН 1,5-3,0. Далее полученную смесь сульфатов потоком в направляют на фильтр 2. На фильтр дополнительно потоком г подают воду для дополнительной очистки осадка сульфата стронция от сульфата кальция. Далее полученный сульфат стронция потоком д направляют в карбонизатор 3, куда потоком ж подают карбонат натрия или аммония. Карбонизацию проводят при температуре 60-80^oС в течение 30-45 минут. По истечении времени полученную суспензию потоком з подают на фильтр 4, где происходит разделение образовавшегося карбоната стронция и сульфата натрия или аммония. Отделенный сульфат натрия или аммония направляют потоком и в рецикл, а целевой продукт - карбонат стронция - потоком к направляют в сушилку 5 и далее потоком л - на упаковку и потребителю.

Сущность способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Раствор, содержащий 1,6 моль/дм³ (253 г/дм³) SrCl₂ и 0,18 моль/дм³ (20 г/дм³) CaCl₂, потоком а загружают в аппарат 1.

Далее в этот же аппарат потоком б подают раствор сульфата натрия с концентрацией 1,75 моль/дм³ (248,5 г/дм³) и процесс проводят при температуре 25^oС и рН среды 1,8. Образовавшийся осадок, содержащий сульфат стронция и сульфат кальция, потоком в подают на промывку и разделение на фильтр 2. После разделения твердой фазы (сульфата стронция) и жидкой фазы (растворимый в воде сульфат кальция) твердую фазу - сульфат стронция - потоком д направляют на карбонизацию в карбонизатор 3, где его обрабатывают при перемешивании карбонатом натрия с концентраций карбоната натрия 3,2, моль/дм³ (339 г/дм³), который подают потоком ж при температуре 60^oС в течение 35 минут. Далее полученный карбонат стронция потоком з подают на фильтр 4. Фильтрат сульфата натрия (или аммония) потоком и возвращают в рецикл, а отделенный от раствора карбонат стронция потоком к подают на сушку в сушилку 5, после чего потоком л - на упаковку.

Готовый продукт содержит основного вещества - карбоната стронция - 98,7 мас.%, карбоната кальция - 0,27 мас.%, хлоридов - 0,008 мас.%.

Примеры проведения синтеза по примеру 1, но в других заявляемых условиях, представлены в таблице 1.

Проведение стадии осаждения сульфата стронция при рН ниже 1,5 нецелесообразно из-за агрессивности среды, а следовательно, необходимости специального некорродирующего оборудования.

Проведение стадии осаждения при рН более 3 увеличивает содержание кальция и хлоридов в целевом продукте.

Проведение стадии карбонизации при температуре ниже 60^oС не позволяет полностью провести реакцию обмена.

Проведение стадии карбонизации выше 80^oС нецелесообразно.

На основании представленных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ получения карбоната стронция позволяет получить целевой продукт высокого качества с высоким содержанием основного вещества, низким содержанием хлор-ионов, снизить энергозатраты за счет проведения 1-й стадии процесса практически при комнатной (15-30^oС) температуре, снизить расход сульфатных солей за счет направления их в рецикл.