CN114671442A - 一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,包括下述步骤:S100:将碳酸铵加入水中,加热到65至70℃后,再将钛石膏加入水中进行反应;S200:将反应产物进行过滤,获得一次过滤溶液和一次过滤残渣;S310:将获得的一次过滤溶液进行加热浓缩,获得高浓度溶液,将产生的蒸汽排出;S410:将高浓度溶液进行冷却结晶;S510:将经过冷却结晶的高浓度溶液进行离心过滤;S610:获得硫酸铵产品。本发明的工艺可以有效降低钛石膏的消耗,实现资源的重复利用,变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,属于化工工艺技术领域。
背景技术
钛白粉生产副产的钛石膏、磷化工副产的磷石膏、含硫尾气副产的脱硫石膏合称“三石膏”。由于“三石膏”中杂质含量较高,加上现有的技术手段不足,导致了工业副产石膏利用率很低而长期堆存成为严重的环境问题。据统计,我国每年钛石膏排放量为2250万t,磷石膏排放量7500万t,脱硫石膏排放量7100万t,其中钛石膏是利用率最低的石膏,利用率仅为10%。钛石膏因含有Fe等杂质,又被称为红石膏,一般生产1t钛白粉就会产生6~10t钛石膏。随着我国硫酸法钛白粉产量的增加,钛石膏的堆积量也不断增大、加剧恶化。利用钛石膏与碳酸铵反应制取碳酸钙、硫铵和铁渣,可以消耗大量废弃的钛石膏,对促进钛石膏的资源化、绿色化、减量化和循环化回收利用,实现工业和环境的和谐发展,具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,可以有效降低钛石膏的消耗,实现资源的重复利用,变废为宝。
为解决上述技术问题,本发明采用如下的技术方案:
钛石膏取自公司生产车间,其主要成分见下表。
表1钛石膏化学组成/%
组份 | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | K<sub>2</sub>O | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | TiO<sub>2</sub> | MnO | P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | CaO | SO<sub>3</sub> | CO<sub>2</sub> |
含量 | 1.10 | 3.27 | 0.21 | 11.44 | 3.36 | 0.29 | 0.03 | 34.49 | 38.16 | 6.54 |
一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,包括下述步骤:
S100:将碳酸铵加入水中,加热到65至70℃后,再将钛石膏加入水中进行反应;本步骤中的化学反应式如下:CaSO4+(NH4)2CO3=CaCO3+(NH4)2SO4;
S200:将反应产物进行过滤,获得一次过滤溶液和一次过滤残渣;
S310:将获得的一次过滤溶液进行加热浓缩,获得高浓度溶液,将产生的蒸汽排出;
S410:将高浓度溶液进行冷却结晶;
S510:将经过冷却结晶的高浓度溶液进行离心过滤;
S610:获得硫酸铵产品。
前述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法中,步骤S200后还包括下述步骤:
S320:将一次过滤残渣加入水中,并在水中加入氯化铵加热沸腾,进行反应,将产生的高温气体进行冷凝,将冷凝后液化的碳酸铵导入步骤S100中的水中;本步骤中的化学反应式如下:CaCO3+2NH4Cl=(NH4)2CO3+CaCl2
S420:将反应产物进行过滤,获得二次过滤溶液和二次过滤残渣;
S520:将二次过滤残渣进行烘干,得到铁渣;
S620:将二次溶液进行冷却结晶;
S720:将冷却结晶后获得的晶体进行离心过滤;
S820:获得氯化钙产品。
前述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法中,步骤S100中,在反应过程中对反应物进行搅拌,反应时间1小时至1.25小时,碳酸铵使用量比理论用量高出1.85%。
前述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法中,步骤S320中,在反应过程中将空气鼓入水中。
钛石膏与碳酸铵的反应为固相反应,但由于固固反应所需温度较高且不利于该反应的后续进行,影响碳酸钙的分离,所以将碳酸铵加入到水中加热到65~70℃后,再加入一定量的钛石膏进行反应不同时间,由于此反应的反应时间对其转化率有着十分重要的影响,固定反应物料的配比、反应温度等参数,只改变钛石膏于碳酸铵的反应时间,探究其对转化率的影响,试验结果过见表2。
表2反应时间对钛石膏与碳酸铵转化率的影响
表3不同量的碳酸铵对钛石膏反应后的影响
由表2和表3可知固定反应物料配比和温度时,随着反应时间的不断改变,钛石膏与碳酸铵的反应会出现一个转化率相对较大的区间,当反应时间为1.0~1.25h时转化率相对较大,可以达到95%以上。
钛石膏与碳酸铵的物料配比对钛石膏的转化率有着重要的影响,为了解钛石膏的转化率增大与碳酸铵过量情况的关系,试验固定钛石膏用量16.5g、反应时间1.25小时,改变不同的碳酸铵用量进行转化反应。试验结果见表3。通过表3可知,在反应时间为1.25小时,烘干后钛石膏用量为16.5g,反应温度为65~70℃时,碳酸铵实际用量比理论用量高出1.85%后,钛石膏转化为碳酸钙的转化率相对较高,转化率可以达到93.72%以上。
前述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法中,步骤S200后还包括下述步骤:
S320:将一次过滤残渣加入水中,并在水中加入氯化铵加热沸腾,进行反应,将产生的高温气体进行冷凝,将冷凝后液化的碳酸铵导入步骤S100中的水中;
S420:将反应产物进行过滤,获得二次过滤溶液和二次过滤残渣;
S520:将二次过滤残渣进行烘干,得到铁渣;
S620:将二次溶液进行冷却结晶;
S720:将冷却结晶后获得的晶体进行离心过滤;
S820:获得氯化钙产品。
前述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法中,步骤S100中,在反应过程中对反应物进行搅拌,反应时间1小时至1.25小时,碳酸铵使用量比理论用量高出1.85%。
前述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法中,步骤S320中,在反应过程中将空气鼓入水中。
由于碳酸钙转化为氯化钙的反应,必须采取使反应产物碳酸铵脱离反应体系,减少液相中碳酸铵的存在,从而推动使反应平衡不断向正反应方向移动,提高反应转化率,否则该反应极难发生。实验中采取的手段是加热沸腾,使液体达到沸腾状态,使碳酸铵挥发脱,离液相体系。
为探究在低于沸点下,通过鼓入空气的方式,能否对该反应有促进作用。取343.5g碳酸铵加入500ml水中加热到65~70℃,加入200g烘干后的钛石膏,反应1h,抽滤,烘干滤渣。取4组15g烘干后的滤渣与16g碳酸铵加入到250ml水中,分别加热到55℃、65℃、75℃、85℃,在鼓入空气反应1h,反应完成后抽滤,分离氯化钙溶液与铁渣等,向滤液中加入碳酸铵得到碳酸钙固体。
表4不同温度下鼓入空气对碳酸钙转化的影响
由表4可知,在不同温度下鼓入空气,对碳酸钙的分离有着不同的影响,根据试验结果可知,在相同试验条件下,温度越高对碳酸钙的分离越有利。
与现有技术相比,本发明可以有效降低钛石膏的消耗,实现资源的重复利用,变废为宝。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的工作流程图。
具体实施方式
本发明的实施例1:
一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,包括下述步骤:
S100:将碳酸铵加入水中,加热到65至70℃后,再将钛石膏加入水中进行反应;在反应过程中对反应物进行搅拌,反应时间1小时至1.25小时,碳酸铵使用量比理论用量高出1.85%。
S200:将反应产物进行过滤,获得一次过滤溶液和一次过滤残渣;
S310:将获得的一次过滤溶液进行加热浓缩,获得高浓度溶液,将产生的蒸汽排出;
S410:将高浓度溶液进行冷却结晶;
S510:将经过冷却结晶的高浓度溶液进行离心过滤;
S610:获得硫酸铵产品。
步骤S200后还包括下述步骤:
S320:将一次过滤残渣加入水中,并在水中加入氯化铵加热沸腾,进行反应,将产生的高温气体进行冷凝,将冷凝后液化的碳酸铵导入步骤S100中的水中;在反应过程中将空气鼓入水中。
S420:将反应产物进行过滤,获得二次过滤溶液和二次过滤残渣;
S520:将二次过滤残渣进行烘干,得到铁渣;
S620:将二次溶液进行冷却结晶;
S720:将冷却结晶后获得的晶体进行离心过滤;
S820:获得氯化钙产品。
产物的检测结果
经过以上实验,最终制得碳酸钙产品,残渣为剩余不转化的铁渣,同时副产硫酸铵。检测结果如下:
表5产品碳酸钙组成/%
组分 | CaO | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SO<sub>3</sub> | MgO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SrO | P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | MnO | Cl | 白度 |
含量 | 98.304 | 0.050 | 0.023 | 0.854 | 0.008 | 0.218 | 0.004 | 0.037 | 0.491 | 96.47 |
表6产品铁渣组成/%
组分 | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | SO<sub>3</sub> | MgO | CaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | TiO<sub>2</sub> | SrO | P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | MnO | Cl |
含量 | 61.503 | 1.171 | 2.314 | 1.113 | 5.938 | 9.441 | 0.011 | 0.087 | 1.398 | 0.520 |
表7硫酸铵中元素含量%
组分 | Mn | S | Si | Ca | K | Mg | Na |
含量 | 0.04 | 57.55 | 0.01 | 0.49 | 0.11 | 0.27 | 0.06 |
1)实验发现,钛石膏中硫酸钙和碳酸铵的反应比较容易进行,0.5小时即有92.02的硫酸钙转化为碳酸钙,随着时间的延长,反应转化率还有升高,最高的反应转化率可达95.69%。
2)碳酸铵用量对碳酸铵与钛石膏的转化反应率也有影响,当碳酸铵的实际用量达到理论用量后,转化率即可达到91.92%(略微过量1.85%),增加过量率,转化率也会升高,本实验条件下,转化率最高为93.74%(过量1.04倍)。
3)钛石膏中硫酸钙和碳酸铵的转化反应的产物,继续加入氯化铵第二次转化,氯化铵在第二次转化反应有不溶性的钙变为可溶性的氯化钙。第二次转化反应的反应时间对转化率的影响较大,其它条件不变的情况下,经过一个小时的转化,总转化率达到34.12%,总转化反应时间的增加,转化率显著增大,转化时间5小时时,总转化率达到90.74%。
4)由于第二个转化反应,即碳酸钙转化为氯化钙的反应,是一个可逆反应,须采取手段使生成物脱离反应体系,推动使反应平衡移动,否则该反应极难发生。除了前述的蒸发方式外,实验探究了低于沸点下,鼓入空气实验。固定经过第一次转化的产物用量15g,碳酸铵用量16g,反应时间1h。在反应温度在85℃情况下,不鼓空气使的转化率仅6.47%,鼓空气的转化率升高到44.26%;在鼓空气的情况下,分别采用55℃-85℃的反应温度,结果发现,随着反应温度的升高,转化率从55℃的12.59%升高到85℃的44.26%。
5)经过转化后,获得纯度很好的产品氯化钙,白度达到97.47%,氯化钙含量达到99.3%;同时获得富集铁以后的铁渣,含量达到61.5%,并获得副产品硫酸铵。
6)本技术路线先进合理,转化率高、反应条件温和,全溶液状态转化,无高温煅烧、无尾气排放,钙元素和铁元素能够分离完全,获得纯净的碳酸钙和硫酸铵产品。本技术还具有一定的柔性生产能力,当市场变动较大时,如碳酸铵/碳酸铵波动幅度过大,或者碳酸钙/氯化钙波动幅度过大,可以调整产品方案,以碳酸铵代替碳酸铵为原料,制取氯化钙代替碳酸钙为产品。
Claims (4)
1.一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,其特征在于,包括下述步骤:
S100:将碳酸铵加入水中,加热到65至70℃后,再将钛石膏加入水中进行反应;
S200:将反应产物进行过滤,获得一次过滤溶液和一次过滤残渣;
S310:将获得的一次过滤溶液进行加热浓缩,获得高浓度溶液,将产生的蒸汽排出;
S410:将高浓度溶液进行冷却结晶;
S510:将经过冷却结晶的高浓度溶液进行离心过滤;
S610:获得硫酸铵产品。
2.根据权利要求1所述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,其特征在于,步骤S200后还包括下述步骤:
S320:将一次过滤残渣加入水中,并在水中加入氯化铵加热沸腾,进行反应,将产生的高温气体进行冷凝,将冷凝后液化的碳酸铵导入步骤S100中的水中;
S420:将反应产物进行过滤,获得二次过滤溶液和二次过滤残渣;
S520:将二次过滤残渣进行烘干,得到铁渣;
S620:将二次溶液进行冷却结晶;
S720:将冷却结晶后获得的晶体进行离心过滤;
S820:获得氯化钙产品。
3.根据权利要求1所述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,其特征在于,步骤S100中,在反应过程中对反应物进行搅拌,反应时间1小时至1.25小时,碳酸铵使用量比理论用量高出1.85%。
4.根据权利要求1所述的一种钛石膏湿化学转化法制氯化钙和硫酸铵的方法,其特征在于,步骤S320中,在反应过程中将空气鼓入水中。
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