中國粉體網(wǎng)訊 碳酸鍶(SrCO3)一種無機化合物，白色粉末或顆粒狀、無臭無味。工業(yè)中，碳酸鍶被用于生產(chǎn)納米材料、電子元件、焰火材料、彩虹玻璃、其他鍶鹽制備、PTC熱敏電阻元件等。
近兩年，隨著電子、信息等高科技的發(fā)展，對碳酸鍶需要量日益增大。
碳酸鍶 圖片來源：南京金焰鍶業(yè)
1碳酸鍶的資源危機
天青石礦的主要成分是硫酸鍶，是鍶重要的礦物來源，青海、江蘇、四川、云南、新疆等地是其主要分布地區(qū)，其中，青海儲量約占80%，現(xiàn)主要用于生產(chǎn)碳酸鍶。2012年我國天青石產(chǎn)量達到峰值，為15.73萬t，2018年降至6.16萬t，降幅為60.8%，到目前產(chǎn)量愈發(fā)減少，而且高品位天青石已經(jīng)走向枯竭。
國內(nèi)外天青石精礦產(chǎn)品比較
粉體網(wǎng)編輯結(jié)合碳酸鍶產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀(天青石資源困境和對高純/功能化產(chǎn)品的需求)，整理了近3年來碳酸鍶制備技術(shù)相關(guān)的主要研究成果，以期對碳酸鍶生產(chǎn)企業(yè)有所幫助。如，中低品位天青石制備高純碳酸鍶(碳酸銨代替純堿法)、黑灰法工藝優(yōu)化以及碳酸鍶的礦化合成等。
2工業(yè)制備碳酸鍶
工業(yè)上制備碳酸鍶以天青石礦(SrSO4)為原料，主要工藝有黑灰工藝(blackash)和純堿工藝(sodaash)，其中黑灰工藝又稱碳還原法，純堿工藝又稱復(fù)分解法。
2.1黑灰法
步驟(1)將細(xì)天青石礦與碳在約1000℃下還原反應(yīng)生成硫化鍶和二氧化碳(反應(yīng)式1)。(2)所得硫化鍶加入熱水浸取,過濾后分離出固體雜質(zhì)。(3)所得濾液為硫化鍶溶液，加入碳酸鈉(反應(yīng)式2)或通入二氧化碳(反應(yīng)式3)沉淀碳酸鍶，離心分離干燥得到碳酸鍶產(chǎn)品。
具體三個工段包含的基本化學(xué)反應(yīng)如下
黑灰工藝流程圖
2.2純堿法
使用較高品位的天青石粉末與純堿溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，得到碳酸鍶結(jié)晶，分離過濾干燥后得到碳酸鍶產(chǎn)品。
純堿工藝中包含的化學(xué)反應(yīng)如下:
2.3黑灰法與純堿法工藝對比
黑灰法是目前最廣泛使用的制備碳酸鍶的工藝，但是存在以下缺點：煅燒工段生成的碳酸鍶，會在浸取工段流失；高溫煅燒能耗高，并且產(chǎn)生對環(huán)境造成危害的污染物，例如硫化鈉、硫化氫等。
純堿法不產(chǎn)生有害氣體，但有兩個主要缺點，一是需要使用較高品位的天青石礦，二是回收反應(yīng)物硫酸鈉能耗較高。
3新工藝制備碳酸鍶
3.1碳酸銨代替純堿法
為了提高現(xiàn)行工藝產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源，劉建等人提出了一個新的工藝方法：用碳酸銨(代替純堿)作為反應(yīng)介質(zhì)，與天青石礦反應(yīng)制備高純碳酸鍶。
碳酸銨（代替純堿）制備碳酸鍶
反應(yīng)原理：在反應(yīng)器中加入天青石礦粉和過量碳酸銨溶液，發(fā)生如式(5)所示的復(fù)分解反應(yīng)，待反應(yīng)完成后過濾洗滌干燥得到碳酸鍶產(chǎn)品。濾液中含有較高濃度的硫酸銨，通過冷卻結(jié)晶回收，剩余含有少量碳酸銨的濾液循環(huán)利用。本工藝所得碳酸鍶中所包含的少量碳酸銨，可通過干燥去除，從而得到較高純度產(chǎn)品。
用碳酸銨制備碳酸鍶 反應(yīng)式
3.2黑灰法工藝優(yōu)化
金建華等人探究天青石精礦粉和還原煤中硫酸鍶與碳摩爾比、焙燒溫度及焙燒時間對鍶收率的影響，并用響應(yīng)曲面法對還原工藝進行優(yōu)化。據(jù)實驗對影響因素的研究可知，影響鍶收率因素依次：焙燒溫度>焙燒時間>摩爾比。
3.3碳酸鍶的礦化合成
除工業(yè)制備技術(shù)外，目前研究人員已用微波法、超聲法、超重力法、水熱法、軟模板法成功合成了形貌和結(jié)構(gòu)獨特的碳酸鍶晶體。其中，軟模板法是一種方便、經(jīng)濟和環(huán)境友好的方法，對于合成可控型形貌的碳酸鍶有著實際應(yīng)用價值。
姚成立等人以硝酸鍶為原料、表面活性劑為模板，以及碳酸氫銨、碳酸氫鈉、尿素等為礦化劑，利用氣相擴散法、化學(xué)沉淀法、水熱合成法分別合成了花狀、球狀、棒狀碳酸鍶晶體微粒。
結(jié)語
隨著高品質(zhì)天青石資源趨于枯竭，加之環(huán)保檢查、霧霾整治和企業(yè)整改的集中行動，致使碳酸鍶生產(chǎn)受限，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模明顯削減。在新的碳酸鍶產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，加大技術(shù)研究力度，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提前進行綠色生產(chǎn)工藝革新，為產(chǎn)業(yè)打下可持續(xù)發(fā)展基礎(chǔ)具有重要意義。
參考來源
金建華，等：天青石精礦粉制備碳酸鍶碳還原工藝試驗研究，青海民族大學(xué)
劉健，等：利用天青石制備碳酸鍶(SrCO3)的直接法及其動力學(xué)，中國科學(xué)院過程工程研究
姚成立，等：不同反應(yīng)方式下利用表面活性劑為模板誘導(dǎo)碳酸鍶的礦化合成
