結晶分離技術

1、結晶分離技術2008123閱讀次數(shù):次結晶（沉淀）分離技術是化工生產中從溶液中分離化學固體物質的一種單元操作，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晶、沉淀等操作過程，而又以反應結晶過程居多。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（結晶）鈾的濃縮物送純化工廠進一步精煉，得到核能純的

2、鈾產品。沉淀鈾濃縮物的過程就是一個化學結晶（沉淀）過程。當向純化溶液（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（結晶）出重鈾酸鹽濃縮物（131，黃餅等）中間產品。鈾由水溶液中轉化成了固態(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，生產設備、規(guī)模大大減少。反應沉淀（結晶）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（結晶）的

3、生成和陳化。圖1示出了結晶的三個步驟。在一定的條件下，沉淀（結晶）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晶離子向晶核表面擴散，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)生產中一般情況下希望生成粗大的結晶產品，有利于下一步的固液分離操作。影響結晶的因素很多，如過飽和度、濃度、PH值、同離子效應、絡合效應、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，易產生大量的晶核，形成細小的晶?；蚍蔷纬恋恚踔列纬赡z體，所以過飽和度必須恰當；為了減少沉淀的溶解損化鈉溶解是一

5、種吸熱反應（1.2大卡摩爾），氯化鈉溶解使溶液溫度進一步下降，氯化銨進一步析出。此操作既分離出副產物氯化銨又向溶液中引進了下一步工序所需的鈉離子，是冷凍結晶和鹽析結晶分離技術巧妙結合應用的杰作。根據(jù)目的產品的要求不同同一種物質可以用不同的結晶方法得到不同的產品。例如，蒸發(fā)濃縮可以結晶析出元明粉，當溶液溫度＜32.28℃時可冷凍結晶析出芒硝(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)濃縮結晶；當溶液溫度＜32.28℃后，溶解度隨溫度的下降而迅速下降，又很適合冷凍結晶分離。4、分步結晶法，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的結晶分離。例如，稀土元素復鹽的分離，此法也可用來除去雜質成分。分步結晶過程通常采用蒸發(fā)結晶或冷凍（冷卻）結晶。經過分步作業(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，成純度較高的產品。原子能工業(yè)中需要含鉿低于0.01%的鋯，就是采用氟絡合物的分步結晶法制得的，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。５、化學反應結晶。這是工業(yè)上常用的方法，鈾水冶工藝中沉淀（結晶）鈾濃縮物就是一種典型的化學反應結晶過程。溶液的過飽和度、攪拌速度、溶劑性質、溶液組成和PH值都是直接或間接影響結晶的因素。結晶過程的影響因素很多，當過程條件是最優(yōu)時，實現(xiàn)

8、工業(yè)化生產的關鍵是設計一個優(yōu)秀的反應設備。圖３內循環(huán)式流化床鈾沉淀塔內循環(huán)式流化床沉淀設備是一種先進的鈾沉淀設備，如圖３所示。沉淀塔內設循環(huán)筒，內裝攪拌槳，物料在內循環(huán)筒中自上向下流動，控制攪拌槳轉速（物料流速），使粗粒的沉淀可以沉降下來進入塔底的底流中，未沉降的細顆粒隨物料經內外筒之間的環(huán)形空間由下向上運動，在內筒頂部又隨液流進入內筒中。在內筒首先與含鈾的酸性溶液相遇，部分超細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