本發(fā)明屬于金屬硫酸鹽化合物的制備領(lǐng)域，具體涉及一種在水溶性有機(jī)溶劑環(huán)境中蒸發(fā)濃縮直接生產(chǎn)一水硫酸鹽的方法。
技術(shù)背景
多水合硫酸鹽較一水合硫酸鹽相比，含硫、金屬成分較低、售價(jià)不高、市場(chǎng)有限，生產(chǎn)一水硫酸鹽可以進(jìn)一步增加硫酸鹽產(chǎn)品的附加值。利用現(xiàn)有多水合硫酸鹽制取高附加值的一水硫酸鹽成為一個(gè)重要的研究課題，現(xiàn)行工業(yè)生產(chǎn)中的一水硫酸鹽通常采用兩步法和一步法。兩步法，即首先經(jīng)蒸發(fā)濃縮-冷卻結(jié)晶制備多水硫酸鹽，再對(duì)多水硫酸鹽進(jìn)行高溫處理脫出結(jié)晶水，該方法存在以下缺點(diǎn)：（1）工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低；（2）高溫脫出結(jié)晶水過(guò)程能耗高，成本高。一步法，即采用高壓高溫條件下，通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶直接生產(chǎn)一水硫酸鹽，該方法需要在高壓釜的高壓環(huán)境中進(jìn)行，設(shè)備投入較大且運(yùn)行成本高。
專利CN104291367A 公開(kāi)了采用酸析法脫水得到一水硫酸鎂，該方法簡(jiǎn)單可行，但是因?yàn)椴捎酶邼舛鹊乃崛芤鹤鳛閺?qiáng)制脫水劑，對(duì)于設(shè)備的要求過(guò)高，因此不適合工業(yè)化生產(chǎn)，更值得說(shuō)明的是，本方法生產(chǎn)的產(chǎn)品夾帶硫酸導(dǎo)致產(chǎn)品pH較低，不能滿足市場(chǎng)需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種在水溶性有機(jī)溶劑環(huán)境中蒸發(fā)濃縮直接生產(chǎn)一水硫酸鈷的方法，克服上述一水硫酸鹽生產(chǎn)過(guò)程中難題。
本發(fā)明上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種一水硫酸鹽的直接生產(chǎn)方法，其按下述步驟進(jìn)行：
（1）向裝有硫酸鹽溶液的蒸發(fā)釜中按比例加入水溶性有機(jī)溶劑，攪拌混勻硫酸鹽溶液和水溶性有機(jī)溶劑；
（2）對(duì)蒸發(fā)釜進(jìn)行加熱升溫，蒸發(fā)濃縮；
（3）當(dāng)料液終點(diǎn)密度達(dá)到1.2 g/ml~1.6 g/ml時(shí)，停止加熱并趁熱固液分離，分離后所得固體即為一水硫酸鹽產(chǎn)品，母液返回蒸發(fā)釜。
其中，步驟（1）所述水溶性有機(jī)溶劑為可與水互溶但不溶解硫酸鹽的有機(jī)溶劑，其沸點(diǎn)高于一水硫酸鹽生成的溫度且高于水的沸點(diǎn)5°C以上。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（1）中，所述硫酸鹽為硫酸鈷、硫酸鋅、硫酸鎂、硫酸鎳或硫酸銅中的一種。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（1）中，所述水溶性有機(jī)溶劑包括但不限于乙二醇、丙三醇、1,3-丁二醇、丙酸、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基亞砜或離子液體中的一種或兩種的混合物。
更進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述水溶性有機(jī)溶劑為乙二醇或丙三醇等恒沸時(shí)氣相中高沸點(diǎn)組分溶劑。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（1）中，水溶性有機(jī)溶劑與硫酸鹽溶液體積比例為1:1~1:10。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（2）中所述蒸發(fā)濃縮溫度應(yīng)保持在一水硫酸鹽形成的溫度以上，優(yōu)選為沸騰蒸發(fā)。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（3）中所述料液終點(diǎn)密度為1.2 g/ml~1.6 g/ml，優(yōu)選為1.3 g/ml~1.5 g/ml。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟（3）所述固液分離方式采用熱過(guò)濾，熱過(guò)濾過(guò)程保持環(huán)境溫度不低于目標(biāo)一水硫酸鹽產(chǎn)品生成溫度5°C以上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)和效果：
（1）與兩步法相比，本發(fā)明只需一步直接經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮脫水反應(yīng)得到一水硫酸鹽，步驟簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便。
（2）與現(xiàn)有的一步法工藝相比，本發(fā)明通過(guò)加入水溶性有機(jī)溶劑，在常壓下形成一水硫酸鹽，設(shè)備簡(jiǎn)單、投入少，且后續(xù)運(yùn)行成本低。另外，過(guò)濾后的濾液主要為有機(jī)溶劑，可直接返回蒸發(fā)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶劑的閉路循環(huán)利用，沒(méi)有廢氣產(chǎn)生或廢液排放，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
（3）與現(xiàn)有的硫酸酸析法相比，本發(fā)明溶液體系pH在中性條件下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕性，且產(chǎn)品pH值滿足市場(chǎng)要求。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)手段、新穎性和目的效果，結(jié)合實(shí)際闡述實(shí)施例，但以下實(shí)施例為示例性的，僅用于解釋此發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1
將Co2+ 130g/L硫酸鈷溶液泵入蒸發(fā)釜，開(kāi)啟攪拌，加熱器進(jìn)行加熱，再泵入乙二醇作為水溶性有機(jī)溶劑；當(dāng)乙二醇的加入體積為硫酸鈷母液體積的10 %時(shí)，停止加入乙二醇。隨時(shí)監(jiān)控料液中的溫度，保持加熱沸騰蒸發(fā)濃縮，當(dāng)蒸發(fā)釜釜內(nèi)漿體出現(xiàn)恒沸點(diǎn)時(shí)，利用離心機(jī)趁熱固液分離；所得固體即為一水硫酸鈷產(chǎn)品，所得母液直接返回蒸發(fā)濃縮工序作為水溶性有機(jī)溶劑。此次蒸發(fā)濃縮的結(jié)晶率為99.0%，母液中乙二醇含量為95.0%(v/v) 返回蒸發(fā)釜。
實(shí)施例2
將1000mlNi2+80g/L硫酸鎳溶液倒入燒杯，開(kāi)啟攪拌并加熱，再加入1000mL丙三醇（甘油）作為水溶性有機(jī)溶劑。保持加熱沸騰蒸發(fā)濃縮，隨時(shí)監(jiān)控料液中的密度，當(dāng)料液密度達(dá)到1.3g/ml時(shí)進(jìn)行趁熱抽濾。得到的濾餅即為一水硫酸鎳產(chǎn)品。此蒸發(fā)濃縮的結(jié)晶率為95.0%。母液中丙三醇含量為90.0%(v/v) 返回蒸發(fā)釜。
實(shí)施例3
將1000mlMg2+20g/L硫酸鎂溶液倒入燒杯，開(kāi)啟攪拌并加熱，再加入550mL丙酸作為水溶性有機(jī)溶劑。保持加熱沸騰蒸發(fā)濃縮，隨時(shí)監(jiān)控料液中的密度，當(dāng)料液密度達(dá)到1.45 g/ml時(shí)進(jìn)行趁熱抽濾。得到的濾餅即為一水硫酸鎂產(chǎn)品。此蒸發(fā)濃縮的結(jié)晶率為90.0%。母液中丙酸含量為92.0%(v/v)返回蒸發(fā)釜。
實(shí)施例4
將1000mlZn2+50 g/L硫酸鋅溶液倒入燒杯，開(kāi)啟攪拌并加熱，再加入100mL離子液體作為水溶性有機(jī)溶劑。保持100°C以上蒸發(fā)濃縮，隨時(shí)監(jiān)控料液中的密度，當(dāng)料液密度達(dá)到1.6 g/ml時(shí)進(jìn)行趁熱抽濾。得到的濾餅即為一水硫酸鋅產(chǎn)品。此蒸發(fā)濃縮的結(jié)晶率為98.0%。母液中丙酸含量為98.0%(v/v)返回蒸發(fā)釜。
實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，所不同的是溶液為硫酸銅溶液，水溶性有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮（NMP）。
實(shí)施例6
本實(shí)施例與實(shí)施例2基本相同，所不同的是溶液為硫酸鎘溶液，水溶性有機(jī)溶劑為1,3-丁二醇。
實(shí)施例7
本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，所不同的是溶液為硫酸錳溶液，水溶性有機(jī)溶劑為二甲基亞砜。
實(shí)施例8
本實(shí)施例與實(shí)施例4基本相同，所不同的是溶液為硫酸鋁溶液，水溶性有機(jī)溶劑為乙二醇和丙三醇混合物。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；凡本行業(yè)的普通技術(shù)人員均可按說(shuō)明書(shū)所述和以上所述而順暢地實(shí)施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而作出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
值得說(shuō)明的是，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Mg、Al、Cd等的一水硝酸鹽或一水磷酸鹽等均可采用該蒸發(fā)濃縮結(jié)晶法制備，同樣屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。