高纯碳酸钡的生产及技术经济

高纯碳酸钡的生产及技术经济

张　莉　熊家林(湖北省化工研究设计院,武汉430073)

摘　要　简要介绍了高纯碳酸钡的市场前景,对改良盐酸法制高纯碳酸钡进行了技术经济分析,指出了该项目具有良好的经济和社会效益。

关键词　高纯碳酸钡　生产　盐酸改良法　技术经济分析

1　前言

高纯碳酸钡是指钙、锶含量低,纯度一般在99.9%以上的碳酸钡。高纯碳酸钡主要用途是制造视频阴极射线管(俗称显像管),在日本,显像管用碳酸钡占总消费量的45%。高纯碳酸钡也是生产PTC热敏电阻钛酸钡的主要原料,同时在钡铁氧体等其它电子工业方面也得到了极为广泛的应用,国内外用户往往需要纯度高、粒径细、晶形为球形的高纯碳酸钡作为电子材料的原料。

2　市场分析

随着我国电子工业的快速发展,用于制造PT C电子元件、电容器、集成电容器及其它电子材料方面的高纯碳酸钡的需求不断增加,全国目前高纯碳酸钡年需求量约8000多吨,预计到2000年将达到30000t。近期有关部门预测,我国电子陶瓷材料市场前景广阔,预计今后几年陶瓷电容器的产量将达到170～180亿只,所需各种介质瓷料将近6.8万t,热敏电阻器用瓷料400多t,瓷料所需的主要化工原材料碳酸钡4800多t,二氧化钛2400多t。

我国目前仅有上海、河北等几家小规模生产高纯碳酸钡,总产量约为1000t,质量不稳定,缺口部分全部依赖进口。

国外随着日本、美国、德国等工业发达国家电子工业的高速发展,对各类电子器件的需求不断增加,质量要求越来越高,其主要原料高纯碳酸钡需求量也越来越大,现世界总需求量为10万t,预计到2000年达到15万t以上。近来由于这些发达国家矿产资源逐年减少,劳务费不断上升,加之对环保的严格要求,导致高纯碳酸钡成本不断增加,许多公司因效益下降而纷纷停产、转产,使得世界高纯碳酸钡总产量急骤下降,价格不断上扬,国外每吨高纯碳酸钡已高达4000美元,国内也达3万元人民币以上。由此可见,高纯碳酸钡国内外市场广阔,电子材料用高纯碳酸钡的生产与技术急待开发。

3　生产技术

目前制备高纯碳酸钡的方法,有用纯化学试剂为原料制备的;有用钡盐重结晶提纯制备的;有用离子交换树脂提纯钡盐制备的;也有溶剂萃取法提纯钡盐制备的。通常采用以下两种方法。

3.1　溶剂萃取法　利用可溶性钡盐与芳烃萃取剂接触,含锶、钙等杂质在有机相分离,得到精制的可溶性钡盐,再与碳酸氢铵作用得到高纯碳酸钡。

3.2　盐酸法　用盐酸和含钡焙烧生成物反应,通过控制盐酸用量、浓度,以达到分离钙、锶杂质之目的,从而制得高纯碳酸钡。

以上方法生产的碳酸钡纯度一般只能达到99.5%,杂质含量在0.25%～0.08%之间,最低可达到0.03%,平均粒径在1L m以上,多为棒状。

最近有单位研究出改进盐酸法,即采用工业废、次品碳酸钡为原料,盐酸溶解制备氯化钡,水洗方法提纯,提纯的钡盐用生产过程中含二氧化碳窑气在氨性溶液中碳化,

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1998年第5期湖北化工

控制不同条件和方式,制备不同晶形的高纯碳酸钡,同时附产氯化钡和氯化铵,其工艺

流程见图1

。

图1　改进盐酸法制碳酸钡工艺流程

其反应过程是工业碳酸钡在搪瓷反应釜中与一定浓度的工业盐酸反应溶解,经过滤分离除去废渣制得氯化钡溶液,氯化钡溶液送入蒸发器中蒸发,在结晶器中冷却结晶,离心分离制得初级固体氯化钡,滤液送工业氯化钡回收装置制得副产品工业氯化钡。

固体氯化钡在搪瓷釜中用高纯水溶解至所需浓度备用,将制备的氯化钡溶液与氨性溶液打入碳化塔中通石灰窑气碳化,碳化结束后,放入钡浆到贮罐,离心分离得半成品高纯碳酸钡,用高纯水洗涤分离后,送干燥器干燥,即得成品高纯碳酸钡。滤液送氯化铵回收装置制得副产品氯化铵。通过改良盐酸法制得的电子材料用高纯碳酸钡其纯度一般在99.7%以上,有时可达99.9%。平均粒度小于1L m,颗粒形状30%以上为球状,可以满足国外电子行业对碳酸钡的质量要求。4　改良盐酸法技术经济分析

由于改良盐酸法采用工业废、次品碳酸钡为原料,并用碳酸钡生产中的窑气进行碳化来制取钡盐,工艺简单,成本较低。本文以其为例作技术经济分析。

按1000t /a 的生产规模,同时副产200t /a 氯化钡、500t /a 氯化铵来计算,其装置投资为580万元,主要设备是搪瓷反应釜、蒸发器、结晶器、离心机、碳化塔、水洗塔、真空干燥器等。安装工程100万元,土建工程290万元,其它费用(包括贷款利息)400

万元,固定资产投资为1370万元,加上流动资金400万元,项目总投资为1770万元。

项目经济计算期按11年计,其中建设期1年,生产期10年。折旧费按固定资产原值留5%残值,10年等额折回法折旧。产品价

格按当前市场平均价:高纯碳酸钡25000元/t 、氯化钡2000元/t 、氯化铵600元/t ,增值税率为17%。其主要经济指标为:投资利润率58%;投资利税率73%;投资回收期税前为3.4年,税后为3.9年;内部收益率税前为54%,税后为41%;投资净现值(i=12%)税前4000万元,税后2500万元;生产能力利用率(BEP)22.30%。可见该项目有良好的经济效益和社会效益,同时具有较强的抗风险能力。5　发展趋势

90年代世界电子工业在发达国家和新兴工业国家已成为重要的支柱产业。随着电子工业的迅速发展,电子化学品的市场需求将有更大增长,对电子化学品的产品质量和技术水平将有更高要求。国外工业发达国家也将加快电子化学品的更新与发展。“九五”期间,化工部和电子工业部已将电子化学品列入产业发展的重点,高纯碳酸钡是其中优先发展的产品,随着市场的推动,我国电子化学品和高纯钡盐在品种、数量和技术质量等方面将会有进一步提高。

(收稿日期:1998-08-30)

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