锶渣中锶的浸出行为研究及锶钡铁氧体的制备

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锶渣是天青石采用碳化法制备碳酸锶过程中产生的一种固体废渣,目前锶盐企业采用的主要处理方法是堆存处理,堆存的锶渣会产生含有较多污染物的渗滤液,这严重的威胁到当地的生态环境。另外,锶渣中的锶含量与低品位天青石相当,接近20%,为了避免锶渣中锶资源的浪费,需要对其进行资源化回收利用。避免锶渣对周边生态环境造成污染,实现锶渣的资源化回收利用,一直是锶盐行业想解决却未解决的问题。本论文的研究对象是重庆市大足区某锶盐企业制备Sr CO3过程中产生的锶渣,为了实现对锶渣的资源化回收利用,开展了盐酸预处理前后锶渣的基本特性分析、锶渣碳酸铵/碳酸钠转化过程、锶渣氯化钡浸出过程及制备M型锶钡铁氧体的研究,得到了以下结论:(1)盐酸预处理前后锶渣的化学组成复杂,元素种类较多,主要有Sr、Ca、Mg、Ba等金属元素及Si、S等非金属元素;盐酸预处理前后锶渣的表面形貌都不规则,有团聚现象,表面覆盖着一层Si O2,Sr SO4位于锶渣内部,但盐酸预处理后锶渣的团聚现象有所改善;盐酸预处理前锶渣中含有的主要物质有Sr SO4、Si O2、Ca(OH)2、Ca(Fe,Mg)(CO3)2,Sr、Ca、Si、S、Mg的含量分别为19.04%、13.56%、9.38%、6.61%、4.29%,盐酸预处理后锶渣中主要存在物质为Sr SO4、Si O2,Sr、Ca、Si、S、Mg的含量分别为17.88%、2.80%、17.30%、6.12%、1.43%;盐酸预处理前锶渣中的锶钡元素含量由国标法-EDTA容量法测定,锶钡含量分别为18.95%、0.38%,与XRF测定的锶含量相比,相对偏差为-0.47%;盐酸预处理前锶渣中锶的存在形态较多,有碳酸盐、硫酸盐、硫化物以及残余态锶多种存在形式,含量分别为0.71%、17.72%、0.35%、0.17%。(2)分别研究了碳酸铵/碳酸钠为转化剂时的转化工艺,研究发现:以碳酸铵为转化剂时,当反应温度、反应时间、液固质量比及(NH4)2CO3/Sr SO4摩尔比分别为60℃、60 min、8 m L·g-1、1.8时,锶的转化率达到了79.75%;以碳酸钠为转化剂时,当反应温度、反应时间、液固质量比及Na2CO3/Sr SO4摩尔比分别为100℃、30 min、8 m L·g-1、1.8时,锶的转化率达到了86.66%。(3)研究了Ba Cl2浸出锶渣中Sr SO4过程的工艺条件,发现当浸出温度、浸出时间、液固质量比及Ba Cl2/Sr SO4摩尔比分别为90℃、120 min、15 m L·g-1、2.0时,锶的浸出率达到了70.36%,其中对锶浸出率影响显著的因素是浸出温度;Ba Cl2浸出过程符合产物层表面扩散控制,其表观活化能为38.75 k J/mol,浸出过程的表观速率可用公式1-2X/3–(1-X)2/3=A·exp(38.75/RT)表示;在氯化钡浸出过程中,氯化钡溶液中的Ba2+首先通过锶渣表面Si O2层的空隙扩散进入到锶渣内部,与锶渣内部的Sr SO4发生复分解反应,生成的Ba SO4产物层会覆盖在Sr SO4表面,阻碍了Ba2+与Sr SO4的进一步反应,同时生成的Sr2+也会从锶渣内部扩散到溶液中,形成Sr Cl2溶液。(4)制备的M型锶钡铁氧体为Sr Fe12O19、Ba Fe12O19和Sr0.5Ba0.5Fe12O19的混合铁氧体,呈六角片状形貌,是永磁铁氧体材料;沉淀过程中的p H对锶钡铁氧体的物相组成、形貌及磁性能影响最大;当沉淀p H、焙烧温度、焙烧时间分别为12、900℃、2 h时,制备的锶钡铁氧体纯度高,表观形貌呈六角或六角片状,其饱和磁化强度Ms为60.29 emu/g,矫顽力Hc为3870.40 Oe。综上所述,采用氯化钡浸出盐酸预处理后的锶渣,再利用氯化钡浸出液制备锶钡铁氧体材料是实现锶渣资源化利用的一种有效途径。
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