結(jié)晶分離技術(shù)

1、結(jié)晶分離技術(shù)2008123閱讀次數(shù):次結(jié)晶（沉淀）分離技術(shù)是化工生產(chǎn)中從溶液中分離化學(xué)固體物質(zhì)的一種單元操作，在濕法冶金過程占有十分重要地位。從濕法冶金溶液中以固體形式分離、回收有價組分常采用結(jié)晶、沉淀等操作過程，而又以反應(yīng)結(jié)晶過程居多。世界上有數(shù)百家鈾水冶廠，用離子交換法或萃取法從龐大的礦石浸出液中濃集提取鈾，得到了濃度較高的含鈾的純化溶液—合格淋洗液或反萃取液。從這種純化溶液中沉淀（結(jié)晶）鈾的濃縮物送純化工廠進(jìn)一步精煉，得到核能純的

2、鈾產(chǎn)品。沉淀鈾濃縮物的過程就是一個化學(xué)結(jié)晶（沉淀）過程。當(dāng)向純化溶液（硫酸鈾酰、硝酸鈾酰等）中添加沉淀劑：NaOH、NH3H2O、MgO等的溶液時，立即沉淀（結(jié)晶）出重鈾酸鹽濃縮物（131，黃餅等）中間產(chǎn)品。鈾由水溶液中轉(zhuǎn)化成了固態(tài)形式，品位和純度大大的提高，體積大大減少，給下一步工序的加工帶來許多方便，生產(chǎn)設(shè)備、規(guī)模大大減少。反應(yīng)沉淀（結(jié)晶）過程一般分為三個步驟：（1）溶液形成過飽和溶液，（2）晶核生成和晶粒生長，（3）沉淀（結(jié)晶）的

3、生成和陳化。圖1示出了結(jié)晶的三個步驟。在一定的條件下，沉淀（結(jié)晶）能否生成或生成的沉淀是否溶解，取決于該沉淀的溶度積。當(dāng)沉淀劑加入溶液中時，mAnnBm=AmBn（固）↓，形成的離子濃度的乘積Q=[An]m[Bm]n大于沉淀物的溶度積（Ksp），即Q＞Ksp時，形成了過飽和溶液，圖1結(jié)晶過程的三個步驟離子通過互相碰撞形成微小的晶核——成核過程；晶核形成后溶液中的構(gòu)晶離子向晶核表面擴(kuò)散，并沉積在晶核上——晶核生長；晶核就逐漸長大成晶粒；晶

4、粒進(jìn)一步聚集、定向排列成晶體，如果來不及定向排列則成為非晶粒沉淀。工業(yè)生產(chǎn)中一般情況下希望生成粗大的結(jié)晶產(chǎn)品，有利于下一步的固液分離操作。影響結(jié)晶的因素很多，如過飽和度、濃度、PH值、同離子效應(yīng)、絡(luò)合效應(yīng)、攪拌強度、沉淀劑的加入速度，甚至兩種溶液加入先后順序都有影響。要使晶體能夠生成，必須首先形成過飽和溶液，但過飽和度太大，易產(chǎn)生大量的晶核，形成細(xì)小的晶?；蚍蔷纬恋?，甚至形成膠體，所以過飽和度必須恰當(dāng)；為了減少沉淀的溶解損化鈉溶解是一

5、種吸熱反應(yīng)（1.2大卡摩爾），氯化鈉溶解使溶液溫度進(jìn)一步下降，氯化銨進(jìn)一步析出。此操作既分離出副產(chǎn)物氯化銨又向溶液中引進(jìn)了下一步工序所需的鈉離子，是冷凍結(jié)晶和鹽析結(jié)晶分離技術(shù)巧妙結(jié)合應(yīng)用的杰作。根據(jù)目的產(chǎn)品的要求不同同一種物質(zhì)可以用不同的結(jié)晶方法得到不同的產(chǎn)品。例如，蒸發(fā)濃縮可以結(jié)晶析出元明粉，當(dāng)溶液溫度＜32.28℃時可冷凍結(jié)晶析出芒硝(十水硫酸鈉硫酸鈉)。由圖2硫酸鈉硫酸鈉溶解度曲線可見當(dāng)溶液溫度＞32.28℃時，元明粉（無水硫酸鈉

6、硫酸鈉）的溶解度隨溫度變化不大，適合于蒸發(fā)濃縮結(jié)晶；當(dāng)溶液溫度＜32.28℃后，溶解度隨溫度的下降而迅速下降，又很適合冷凍結(jié)晶分離。4、分步結(jié)晶法，此法適用于某些相似鹽溶解度上的差異的情況。由于這種差異，混合物鹽類在固相和溶液相間分配時，溶解度小的組分便富集于固相，溶解度大的便留于液相中，該法廣泛的用于多種物質(zhì)的結(jié)晶分離。例如，稀土元素復(fù)鹽的分離，此法也可用來除去雜質(zhì)成分。分步結(jié)晶過程通常采用蒸發(fā)結(jié)晶或冷凍（冷卻）結(jié)晶。經(jīng)過分步作業(yè)，會

7、使一些難溶組分和易溶組份分別富集于流程的首尾部分，成純度較高的產(chǎn)品。原子能工業(yè)中需要含鉿低于0.01%的鋯，就是采用氟絡(luò)合物的分步結(jié)晶法制得的，該法的優(yōu)點是操作簡單，不消耗試劑，其缺點是難于實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。５、化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶。這是工業(yè)上常用的方法，鈾水冶工藝中沉淀（結(jié)晶）鈾濃縮物就是一種典型的化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶過程。溶液的過飽和度、攪拌速度、溶劑性質(zhì)、溶液組成和PH值都是直接或間接影響結(jié)晶的因素。結(jié)晶過程的影響因素很多，當(dāng)過程條件是最優(yōu)時，實現(xiàn)

8、工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵是設(shè)計一個優(yōu)秀的反應(yīng)設(shè)備。圖３內(nèi)循環(huán)式流化床鈾沉淀塔內(nèi)循環(huán)式流化床沉淀設(shè)備是一種先進(jìn)的鈾沉淀設(shè)備，如圖３所示。沉淀塔內(nèi)設(shè)循環(huán)筒，內(nèi)裝攪拌槳，物料在內(nèi)循環(huán)筒中自上向下流動，控制攪拌槳轉(zhuǎn)速（物料流速），使粗粒的沉淀可以沉降下來進(jìn)入塔底的底流中，未沉降的細(xì)顆粒隨物料經(jīng)內(nèi)外筒之間的環(huán)形空間由下向上運動，在內(nèi)筒頂部又隨液流進(jìn)入內(nèi)筒中。在內(nèi)筒首先與含鈾的酸性溶液相遇，部分超細(xì)粒沉淀立即被酸溶解，這既中和了料液中的余酸（均相中和），避