تولید کربنات استرانسیم: روش‌ها و الزامات

کشور ايران دارای ذخاير غني معدني می‌باشد که يکي از آنها معادن سنگ سلستين است. بر اساس برآورد به عمل آمده، ميزان قطعي اين ذخاير ۲ ميليون تن با عيار ۷۵ تا ۹۵ درصد سولفات استرانسيم است. کل ذخایر جهانی سلستین در حدود 7 میلیون تن برآورد شده است. سولفات استرانسيم در صنعت مصرف چنداني ندارد، ولي به صورت کربنات استرانسيم کاربرد وسيعي از جمله در ساخت لامپ تلويزيون رنگي، صنايع پيرو تکنيک، سراميک سازي، رنگسازي، تصفيه روي و موارد ديگر دارد. در این مقاله به فرایند تولید کربنات استرانسیم پرداخته می‌شود.

فلز استرانسيم با توجه به کاربردهاي بسيار وسيع در صنايع به صورت سولفات استرانسيم در قالب سلستين يکي از منابع معدني عظيم ايران بوده که مقام سوم جهاني را داراست. سلستين به رنگ سفيد و ماخذ نام آن رنگ آبي بعضي از بلورهاي آن بوده و به همراه اين کاني، اغلب باريت ( BaSO₄ )، کلسیت (CaCO₃)، ژيپس ((CaSO₄ ، استرونيتانيت (SrCO₃)، سیلیس (SiO₂) و رس وجود دارد که تا چند سال اخیر عمدتًا به صورت همان سنگ معدن سلستين صادر مي‌شد.

روش‌های تولید کربنات استرانسیم

در توليد کربنات استرانسيم دو روش زیر معمول می‌باشد:

الف) توليد مستقيم کربنات استرانسيم

ب) توليد کربنات استرانسيم به روش خاکستر سياه؛

در روش (الف) ابتدا سنگ معدن سلستين را جهت حذف کربنات کلسيم و گچ موجود در آن توسط اسيد کلريدريک و سپس آب شسته، و آنگاه سولفات استرانسيم جامد تقريبًا خالص را در محلول سودا اش (کربنات سديم) وارد نموده، در تانکهاي مخصوصي ريخته و حرارت مي‌دهند، پس از گذشت مدت زمان لازم فاز محلول را از بقيه جامد جدا نموده و به تانک ديگر حاوي سودا اش انتقال داده و مجددًا حرارت داده و در نهايت دو فاز جامد حاوي رسوب کربنات استرانسيم ناخالص، و فاز مايع شامل کربنات سديم و سولفات سديم به دست مي‌آيد. پس از جدا سازي رسوب، باقيمانده آن را در اسيد کلريدريک حل نموده و محلول حاصل را که حاوي کلريد استرانسيم است به آن کربنات سديم افزوده و رسوب کربنات استرانسيم حاصل مي‌گردد. در اين روش توليد به ندرت خلوص محصول به ۹۵ درصد مي‌رسد. جهت بالاتر بردن خلوص، عمليات فوق ادامه يافته که مسلماً با بالا بردن تعداد مراحل شيميايي قيمت تمام شده محصول فوق العاده بالا خواهد رفت. لذا از اين روش توليد در مواردي که خلوص بالا نياز نباشد مي‌تواند همراه با توجيه اقتصادي مورد استفاده قرار گيرد.

در روش (ب)، توليد کربنات استرانسيم به روش خاکستر سياه است، در اين روش ابتدا سلستين را با کک در دماي بالا (حدود 1000 تا 1200 درجه سلسیوس) احياء نموده، که در نتيجه سولفات استرانسيم به سولفيد استرانسيم تبديل شده و با توجه به حلاليت بالاي اين سولفيد در آب گرم و هم چنين نامحلول ماندن بقيه مواد در آب، طي چند مرحله عمليات استخراج از جامد ۴ سولفيد سديم تبديل شده، جدا شده و با اضافه شدن دي اکسيد کربن به محلول حاوي سولفيد استرانسيم، کربنات استرانسيم حاصل مي‌گردد. اطلاعات ترموديناميکي گوياي اين مطلب است، که عامل موثر در عمل احياء و دستيابي به سولفيد سديم، منوکسيد کربن (CO) بوده و کربن تنها نقش کاتاليست مصرف شونده را ايفاء مي‌کند.

کاربردهای کربنات استرانسیم

یکی از مهم ترین کاربردهای کربنات استرانسیم، در آهنرباهای سرامیکی فریت استرانسیوم است که می تواند موتورهای کوچک، جداکننده های مغناطیسی و بلندگوها استفاده شود. کربنات استرانسیم ماده اولیه برای تولید نمک استرانسیوم است. شیشه ساخته شده از کربنات استرانسیوم دارای توانایی قوی در جذب اشعه ایکس است و بیشتر در تولید لوله های اشعه کاتد برای تلویزیون های رنگی استفاده می شود.

سولفات استرانسيم به تنهايي مصرف چنداني نداشته، و تنها مقداري در گل حفاري و در فرم عيار بالاي آن در تصفيه الکتريکي روي مصرف مي‌شود. از ديگر مصارف استرانسیم: در شکل اکسيد استرانسيم در ساخت لعاب چينيهاي الکتريکي که خود باعث جلوگيري از آبله‌گون شدن و سوراخ شدن لعاب چيني شده و همچنين در توليد صابونها، گريسها، ابريشمهاي مصنوعي و تصفيه شکر، برميد استرانسيم به عنوان آرام بخش در ساخت دارو، کلريد استرانسيم در ساخت خمير دندانهاي بي حس کننده، نيترات استرانسيم در ساخت وسايل آتش زا، پرکلرات استرانسيم در سوخت راکتها، فلورايد استرانسيم در ساخت سوپر هاديها، فسفات استرانسيم در ساخت لامپهاي فلورسانس و تيتانات، استانات و زيرکونات استرانسيم به عنوان دي الکتريک سراميکي در خازنها کاربرد داشته، و براي توليد بسياري از ترکيبات استرانسيم از کربنات استرانسيم به عنوان ماده فعال پايه استفاده مي‌شود.

تولید داخلی کربنات استرانسیم

طی چند سال اخیر توجه ها به کاهش خام فروشی باعث شده تا ارزش افزوده فراوری سلستین مورد توجه فعالان حوزه معدن در کشور شود و گروه هائی در زمینه تولید این ماده از سنگ معدن فعالیت کنند. دولت نیز اجازه بهره برداری به کسانی را می دهد که روی فراوری آن کار کرده و در نتیجه شرط لازم برای بهره برداری از منابع سلستین داشتن خط فراوری آن است.

شرکت نمک های استرانسیم و باریم آسیا (ABASSCO) در این مدت دو خط فراوری را بر روی معادن استان سمنان و شهرستان سرخه احداث کرده است و فراوری کربنات استرانسیم با خلوص بالا  را در دستور کار خود قرار داده است. کشور چین نیز در یک سرمایه گذاری مشترک در حال احداث یک خط فراوری در استان کهگیلویه و بویر احمد و معادن شهرستان بهمئی است. همچنین شرکت صنایع پیشرفته رضوی و پارک علم و فناوری استان قم نیز طی یک سال گذشته سرمایه‌گذاری هایی جهت فراوری سلستین و تولید کربنات استرانسیم انجام داده اند.

تجهیزات و مواد اولیه خط تولید

بررسی‌های اولیه نشان می‌دهد که فرایند فراوری کربنات استرانسیم از سنگ معدن به تجهیزات زیر نیازمند است:

1. سنگ شکن
2. آسیاب
3. سرند و دانه بندی
4. مخازن شستشو و اسید شوئی
5. میکسر
6. کوره با اتمسفر احیایی و کنترل اکسیژن
7. فیلتر بگ و غبارگیر
8. محفظه های لیچ و شستشو
9. فیلتر پرس
10. اسپری درایر
11. پرکن

همچنین مواد اولیه مورد نیاز:

1. سنگ معدن سلستین
2. کک (ترکیبات کربنی)
3. اسید کلریدریک
4. کربنات سدیم