一种硝酸银的制备方法及装置

技术领域

本发明涉及无机化合物制备技术领域，尤其是涉及一种硝酸银的制备方法及装置。

背景技术

硝酸银是无色或白色晶体，是电子工业和感光行业的重要原材料，由金属银与硝酸反应制得。在制备过程中常排放出大量的氮氧化物，对环境造成极大的污染。

有研究提出向硝酸溶解银粉的反应过程中添加部分双氧水，阻止氮氧化物的产生，主要反应式为：2Ag+2HNO

因此开发一种硝酸银的绿色制备装置及方法，使得氮元素得到完全利用，减少氮氧化物的排放，同时改善终点硝酸银浓缩的终点判断方法，具有极大的环境效应和应用前景。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种硝酸银的制备方法，能够实现硝酸中的氮元素的完全利用，制备过程中没有氮氧化物的排放，使得硝酸银固液分离更易控制。

本发明还提供了上述硝酸银制备方法采用的装置。

本发明的第一方面提供了一种硝酸银的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1.将金属银和水混合，开启搅拌；

S2.在密封含有氧气的氛围中，以及加热状态下，向步骤S1所得混合物中加入硝酸；

S3.冷却步骤S2所得混合物，并进行固液分离；

S4.从步骤S3所得液组分中结晶硝酸银。

所述制备方法的主要化学反应过程如下：

Ag+HNO

NO+O

NO+O

NO

根据本发明第一方面实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：

本发明的制备方法通过营造密闭含氧的气体氛围，密封是为了保证下一步骤中通入的氧气和反应生成的氮氧化物不会向外溢出，可对硝酸银制备过程中产生的氮氧化物氧化再吸收，使得硝酸中的氮元素实现完全利用，硝酸银制备过程中没有氮氧化物排放，达到绿色生产效果。

本发明的制备方法在硝酸银结晶时，通过硝酸银浓缩釜底温度判断达到浓缩终点，使得终点观察判断更加直观容易。随着浓缩进行，浓缩釜内物料温度会逐渐升高，当升高到一定温度时，即可认为达到浓缩终点，如果继续升高浓缩釜里的硝酸银就会板结，而如果未达到温度，硝酸银的收率会降低。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1中，所述金属银为银锭、银粒和银粉中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1中，所述金属银和水的重量比为(1.0～1.2)∶1。

根据本发明的一些实施方式，步骤S1的体系中，静置状态下，搅拌桨的预定位置为最低端高于所述金属银的堆积表面以上，同时接触所述水形成的液面。

金属银密度大，搅拌无法搅动，强行开启搅拌器会烧坏，将搅拌桨设置预定位置可保证后期的硝酸随水一起搅动，增加反应速度。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，所述加热步骤设定的温度为60℃，温度升至60℃后加入硝酸。

步骤S2中，升温至待定温度后添加硝酸能够提高反应速度。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，所述硝酸的质量浓度为62～68％。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，所述硝酸的添加量为所述金属银质量的95～100％。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，所述硝酸加入的方式为匀速滴入，滴加时间为3～4h。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，反应体系的压力为0.2～0.4MPa。体系压力的通过调节氧气是否通入，以及氧气的通入速率调整。

根据本发明的一些实施方式，步骤S2中，加入硝酸后，保温反应为1～1.5h。

根据本发明的一些实施方式，步骤S3中，所述冷却过程在密闭环境中进行，即保持步骤S2的体系阀门关闭。

根据本发明的一些实施方式，步骤S3中，所述冷却后，混合物的温度为20～25℃。

当温度降至目标温度后开始泄压。

步骤S3中，固液分离后的滤渣为残留金属银，可进行回收使用。

根据本发明的一些实施方式，所述结晶包括依次进行的加热浓缩、冷却结晶、晶体分离和晶体干燥；

根据本发明的一些实施方式，步骤S4中，所述加热浓缩设定的浓缩终点时浓缩釜内物料的温度为120～150℃。

优选地，步骤S4中，所述加热浓缩设定的浓缩终点时浓缩釜内物料的温度为130～140℃。

根据本发明的一些实施方式，步骤S4中，所述冷却结晶的降温速率为20～30℃/h。

优选地，步骤S4中，所述冷却结晶的降温速率为20～25℃/h。

根据本发明的一些实施方式，步骤S4中，所述冷却结晶设定的温度为20～25℃，温度降至20～25℃后开始过滤。所得滤液进入步骤S2中再次使用。

本发明的第二方面提供了上述硝酸银制备方法的装置，所述装置包括经由管道依次连接的硝酸储罐、硝酸银制备釜、第一离心机和硝酸银浓缩釜；

所述硝酸银制备釜上设有搅拌器和氧气控制阀；

所述硝酸储罐和所述硝酸银制备釜之间设有压力平衡管。

根据本发明的一些实施方式，所述搅拌器为带自吸式搅拌桨的可升降搅拌器。

根据本发明的一些实施方式，所述硝酸储罐与硝酸银制备釜通过压力平衡管相连。由此所述硝酸储罐与硝酸银制备釜压力一致。

根据本发明的一些实施方式，所述氧气控制阀为自动连锁控制阀。

硝酸银制备釜与氧气开关阀为压力自动连锁，当压力变化达到设定值时可实现氧气开关阀门的自动启停。

根据本发明的一些实施方式，所述制备装置还包括母液储罐、尾气处理塔和冷凝器。

根据本发明的一些实施方式，所述尾气处理塔和所述硝酸银制备釜连接；所述冷凝器和所述硝酸银浓缩釜连接；所述母液储罐经由第二离心机和所述硝酸银浓缩釜相连。

根据本发明的一些实施方式，所述母液储罐通过第二液体提升泵与所述硝酸银浓缩釜相连。

通过阀门的开启和关闭可实现硝酸银制备过程中产生的NO和NO

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为硝酸银绿色制备装置工作流程示意图。

附图标记：

第一阀门110；第二阀门120；第三阀门130；第四阀门140；第五阀门150；第六阀门160；硝酸储罐200；硝酸银制备釜300；搅拌器310；密封环320；压力平衡管330；氧气控制阀340；尾气处理塔350；第一液体提升泵410；第二液体提升泵420；第三液体提升泵430；第一离心机510；第二离心机520；硝酸银浓缩釜600；母液储罐610；冷凝器700。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种硝酸银的制备方法，包括以下步骤：

(1)开机前各阀门均处于关闭状态，向尾气处理塔350中加入新鲜30％液碱500kg，开启第一液体提升泵410。将带自吸式搅拌桨可升降搅拌器310升至最高，向硝酸银制备釜300中加入银粒500kg，水500kg，将带自吸式搅拌桨可升降搅拌器310降至预定位置(金属银上方接触水液面或液面以下)开启搅拌；

(2)开启第一阀门110向硝酸储罐200注入质量分数62％的硝酸461.7kg，关闭第一阀门110，开启压力氧气控制阀340(自动连锁式)，设定阀门自动开启压力为≤0.2MPa，设定阀门自动关闭压力为≥0.4MPa，向硝酸银制备釜300中通入氧气，通入蒸汽升温，待硝酸银制备釜300温度升至60℃时保温，开启第二阀门120使硝酸转移至硝酸银制备釜300中，硝酸在约4h加完，加完后保温反应1.5h；

(3)反应完毕后关闭氧气控制阀340，通入冷却水，物料冷却至25℃后，开启第四阀门140泄压，泄压完毕后，开启第一离心机510和第二液体提升泵420，打开第三阀门130，过滤完毕后，滤液进入所述硝酸银浓缩釜600；

(4)打开硝酸银浓缩釜600搅拌，开启加热常压浓缩，待釜温达到135℃时，关闭加热，通入冷却水冷却，控制冷却速度为25℃/h，冷却至20℃后，开启第二离心机520和第六阀门160，使浓缩后的硝酸银转移至第二离心机520中进行固液分离，之后关闭第二离心机520和第六阀门160，打开第三液体提升泵430，将第二离心机520中产生的母液送至硝酸银浓缩釜600，与下一批物料混合后浓缩，滤渣真空干燥后得第一批硝酸银609.9Kg，收率77.46％，重复上述操作，将第一批硝酸银浓缩母液混合浓缩后真空干燥得第二批硝酸银786.0Kg，收率99.82％。两批反应完毕后检测尾气处理塔350中尾气吸收液中总氮含量，未检出。

本实施例采用的装置如图1所示。

实施例2

本实施例提供了一种硝酸银的制备方法，包括以下步骤：

(1)开机前各阀门均处于关闭状态，向尾气处理塔350中加入新鲜30％液碱500kg，开启第一液体提升泵410。将带自吸式搅拌桨可升降搅拌器310升至最高，向硝酸银制备釜300中加入银粒500kg，水550kg，将带自吸式搅拌桨可升降搅拌器310降至预定位置，开启搅拌；

(2)开启第一阀门110向硝酸储罐200注入质量分数65％的硝酸449.4kg，关闭第一阀门110，开启压力氧气控制阀340，设定阀门自动开启压力为≤0.2MPa，设定阀门自动关闭压力为≥0.35MPa，向硝酸银制备釜300中通入氧气，通入蒸汽升温，待硝酸银制备釜300温度升至60℃时保温，开启第二阀门120使硝酸转移至硝酸银制备釜300中，阀门开启度为硝酸在约3h加完，加完后保温反应1.5h；

(3)反应完毕后关闭氧气控制阀340，通入冷却水，物料冷却至25℃后，开启第四阀门140泄压，泄压完毕后，开启第一离心机510和第二液体提升泵420，打开第三阀门130，过滤完毕后，滤液进入所述硝酸银浓缩釜600；

(4)打开硝酸银浓缩釜600搅拌，开启加热常压浓缩，待釜温达到130℃时，关闭加热，通入冷却水冷却，控制冷却速度为20℃/h，冷却至20℃后，开启第二离心机520和第六阀门160，使浓缩后的硝酸银转移至第二离心机520中进行固液分离，之后关闭第二离心机520和第六阀门160，打开第三液体提升泵430，将第二离心机520中产生的母液送至硝酸银浓缩釜600，与下一批物料混合后浓缩，滤渣真空干燥后得第一批硝酸银601.6Kg，收率76.40％，重复上述操作，将第一批硝酸银浓缩母液混合浓缩后真空干燥得第二批硝酸银789.6Kg，收率100.28％。两批反应完毕后检测尾气处理塔350中尾气吸收液中总氮含量，未检出。

本实施例采用的装置如图1所示。

对比例1

对比例主要为体系敞开体系，不另外补充氧气，其余操作及加料与实施例1一致。

(1)开机前各阀门均处于关闭状态。打开阀门140，向尾气处理塔350中加入新鲜30％液碱500kg，开启第一液体提升泵410。将带自吸式搅拌桨可升降搅拌器310升至最高，向硝酸银制备釜300中加入银粒500kg，水500kg，将带自吸式搅拌桨可升降搅拌器310降至预定位置，开启搅拌；

(2)开启第一阀门110向硝酸储罐200注入质量分数62％的硝酸461.7kg，关闭第一阀门110，通入蒸汽升温，待硝酸银制备釜300温度升至60℃时保温，开启第二阀门120使硝酸转移至硝酸银制备釜300中，硝酸在约4h加完，加完后保温反应1.5h；

(3)反应完毕后，通入冷却水，物料冷却至25℃后，开启第一离心机510和第二液体提升泵420，打开第三阀门130，过滤完毕后，滤液进入所述硝酸银浓缩釜600；

(4)打开硝酸银浓缩釜600搅拌，开启加热常压浓缩，待釜温达到135℃时，关闭加热，通入冷却水冷却，控制冷却速度为25℃/h，冷却至20℃后，开启第二离心机520和第六阀门160，使浓缩后的硝酸银转移至第二离心机520中进行固液分离，之后关闭第二离心机520和第六阀门160，打开第三液体提升泵430，将第二离心机520中产生的母液送至硝酸银浓缩釜600，与下一批物料混合后浓缩，滤渣真空干燥后得第一批硝酸银453.1Kg，收率57.54％，重复上述操作，将第一批硝酸银浓缩母液混合浓缩后真空干燥得第二批硝酸银592.3Kg，收率75.22％。两批反应完毕后检测尾气处理塔350中尾气吸收液中总氮含量为38167mg/L。

测试方法：

第一批收率为投入金属银获得的实际硝酸银质量与理论应得的硝酸银质量比值。

第二批收率为投入金属银和第一批硝酸银浓缩液获得的实际硝酸银质量与第二批次投入金属银理论应得的硝酸银质量比值。

尾气吸收液总含氮量的测试方法：《GB/T 11894-1989》水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。

表1实施例和对比例所得硝酸银的质量、收率及尾气吸收液总氮含量

根据表1可知，实施例1和实施例2中两批反应后尾气吸收液中均未检测到总氮，且第二批反应时硝酸银的收率都接近于100％，表明实施例在硝酸银制备时没有产生氮氧化物排放，硝酸中氮元素的利用率达到了100％。而对比例中两批反应后尾气吸收液中总氮含量高，且两批次的硝酸银收率都明显低于实施例1和实施例2，表明对比例1硝酸银制备时产生了氮氧化物的排放，硝酸中氮元素利用率不高。由此说明本发明提供的制备方法和装置可以实现硝酸中氮元素的完全利用，符合绿色生产的理念。上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。