北方民族大学化学工程与工艺专业2012届本科生毕业设计
前 言
碳酸钡是重要的基本化工原料之一, 也是最为重要的钡盐之一，它应用于电子行业、玻璃和陶瓷行业、化工原料的生产等领域。随着科学技术及其它行业的发展, 碳酸钡的应用领域日益扩大, 对其质量及性能的要求也越来越高。我国碳酸钡产品正朝着系列化、规格化、专用化方向发展[7], 以满足不同行业的要求。
我国生产碳酸钡最常用的方法有：复分解法、纯碱法、毒重石法、碳化法[9]。复分解法生产碳酸钡可使碳酸钡产品硫含量非常低，但碳酸钡精制步骤复杂且不易获得高纯度产品；纯碱法生产碳酸钡，其生产流程短，产品纯度高，而且原料易得，但生产的碳酸钡含有碱性组分而且硫化钠溶液较稀，回收利用价值不大；毒重石法生产碳酸钡产品含硫和其他杂质较少，但产品成本高，操作条件困难；碳化法生产碳酸钡产品硫及碱含量较低，但设备较复杂，流程较长[7]。经综合各因素分析比较，以碳化法生产碳酸钡所得的产品质量较稳定，成本较低，所以中国工业生产碳酸钡主要采用碳化法。
我国碳酸钡生产厂家在不断增加，生产能力也在提高中，据统计，2001年全国就已有14个省、市、自治区的30余个厂家从事碳酸钡生产，而总产能达50万t/a产能万口以上的主要有河北集钡盐集团、贵州镇宁红蝶钡业公司、山东青岛集益化工集团、山东诸城众泰化工有限公司、湖北京山楚天钡盐有限公司、湖北楚星集团、湖南大荣化工农药有限公司、湖南宏湘化工有限公司、河南洛阳化工、山东安丘化工三
北方民族大学化学工程与工艺专业2012届本科生毕业设计
厂[4]。
近年来, 国内汽车、建筑业的发展和家电行业的繁荣带动了磁性材料、无线电元件及工业陶瓷的增长,从而拉动了市场对碳酸钡的需求量。我们国家在汽车、工业陶瓷等相关行业中，对碳酸钡的需求量为每年3万到4万吨，碳酸钡还可作为三聚磷酸钠（五钠）的湿法磷酸除硫酸根用。我国的彩电显像管玻壳的生产需要大量的使用到粒状碳酸钡, 因为碳酸钡具有较强的X射线、α射线屏蔽能力, 在玻壳中加人碳酸钡能有效地吸收高压电流产生的射线、射线, 防止其对人体的危害。办公自动化设备及电脑的普遍化使用, 在一定程度上促使碳酸钡在国内的需求不断增长。随着现代生活中电子产品的精美小巧化, 类似集成电路和电容器等配件也变得小巧, 生产此类产品需要以高纯度的碳酸钡为原料 ,因此高纯碳酸钡的市场得以拓展。我国对高纯碳酸钡的年需求量在1000t左右, 其中需要进口200t。预期在未来一段时间内就会有所增长。据调查显示,显像管玻壳在碳酸钡消费结构中占38%, 磁性材料占15%, 陶瓷及渗碳剂各占7%, 相关钡盐制造占17%, 其余占18%。而国际市场上，一些发达国家因为资源短缺、生产成本高、环境受到破坏等原因, 碳酸钡的产量日益降低, 从而加强了与我国相关企业的合作，合资生产碳酸钡。因为部分国际电子产品龙头企业在东南亚的投资, 也使这些国家成为碳酸钡的消费大国。碳酸钡在国际市场消费组成为玻壳45%, 热处理剂6%, 玻璃制品20%, 陶瓷工业4%, 蓄电池1%, 电容器4%, 建材2%, 精制工业水3%, 其他钡盐制造25%[4]。
北方民族大学化学工程与工艺专业2012届本科生毕业设计
为满足碳酸钡消费的国内国际市场的需求，碳酸钡的生产技术有了突飞猛进的发展。我们在生产碳酸钡中引入了一些新技术，使生产的碳酸钡更加适应市场需要。微机配料的引入使原料破碎得以自动控制, 使原料混合更均匀、配比更精准, 提高了生产效率, 减少了粗硫化钡中杂质的含量, 使其含量上升8%一10%。对粗钡回转炉的余热加以利用, 这样，回收的饱和蒸汽就可以提供碳化所需的热量。余热回收符合现代工业能源循环利用的要求，减少了能源的损耗。新型造粒技术就是在使用粘结剂的条件下, 用圆盘造粒机将粉状碳酸钡直接造粒成球形粒状，然后经高温烘干、筛选、除铁工序后就可获到符合粒径标准的球形粒状产品, 其颗粒强度及颗粒堆密度等质量指标均达到部分标准。新型造粒技术的引入使工艺简单化，产品质量更优良。 本次毕业设计是以碳化法生产碳酸钡的工艺设计，与实际生产有较强的联系，通过此次设计能让我们对碳酸钡的性质、用途和发展有所认识，最重要的是让我们对碳酸钡的生产流程有整体了解，掌握基本的工艺计算和对相关设备的选取，了解工艺设计在化工中的重要性。
第一章 碳化法生产碳酸钡
北方民族大学化学工程与工艺专业2012届本科生毕业设计
1.1 碳化法生产碳酸钡的探讨
由于碳化法生产碳酸钡产品质量稳定、生产成本较低，因而被我国碳酸钡生产厂家采用。
原料种类和规格
重晶石：BaSO4 ≥85% SiO2 ≤5% SrSO4 ≤1.7% CaSO4 ≤1% MgSO4 ≤0.03
原料煤：固定碳 ≥70%
挥发物 ≤10% 水分 ≤6% 灰分 ≤17% 发热量 ≥6500
石灰石：CaO ≥52.1%
SiO2 ≤1% S ≤0.25% 烧失量 ≤42%
1.1.1沉淀碳酸钡工艺流程
将重晶石和煤按100:25—27（以重量计）配比混合，经粉碎、筛分后连续地加入回转炉中，在900—1200℃进行煅烧还原。制得粗硫
北方民族大学化学工程与工艺专业2012届本科生毕业设计
化钡熔体，输入搅拌浸取器中，通过逆流浸取，使硫化钡溶液浓度达到135—150g/L，用泵打入连续澄清器，然后放入澄清罐澄清，最后打入碳化塔内，同时将石灰窑制得的CO2气体经水洗、分离、压缩导入碳化塔内，进行碳化反应，制得的沉淀碳酸钡浆，放入脱硫罐加碱脱硫，入过滤机滤去水分，钡饼由转筒烘干经皮运机、磁辊脱铁器风送到成品仓包装，即为沉淀碳酸钡成品[5,8]。
图 1.1 碳化法生产碳酸钡流程图解
1.1.2 生产原理 1.1.2.1 晶石的还原
重晶石和煤在回转炉中进行还原反应，温度在600—800℃，按下