一种粗碘提纯的方法及其装置与流程

本发明涉及化工产品精制领域，特别涉及一种粗碘提纯的方法及其装置。
背景技术：
：碘是人体的必需微量元素之一，有“智力元素”之称，碘对动植物的生命是极其重要的，海水里的碘化物和碘酸盐进入大多数海生物的新陈代谢中，在高级哺乳动物中，碘以碘化氨基酸的形式集中在甲状腺内，缺乏碘会引起甲状腺肿大，约2/3的碘及化合物用来制备防腐剂、消毒剂和药物，如碘酊和碘仿chi3，碘酸钠作为食品添加剂补充碘摄入量不足，放射性同位素碘-131用于放射性治疗和放射性示踪技术，碘还可用于制造染料和摄影胶片，碘及其相关化合物主要用于医药、照相及染料，它还可作为示踪剂，进行系统的监测，例如用于地热系统监测。碘化银(agi)除用作照相底片的感光剂外，还可作人工降雨时造云的晶种。i2和ki的酒精溶液即碘酒，是常用的消毒剂；碘仿(chi3)用作防腐剂，碘与人类的健康息息相关，成年人体内含有20-50mg的碘，碘是维持人体甲状腺正常功能所必需的元素，当人体缺碘时就会患甲状腺肿，因此碘化物可以防止和治疗甲状腺肿大，多食海带、海鱼等含碘丰富的食品，对于防治甲状腺肿大也很有效，碘的放射性同位素131i可用于甲状腺肿瘤的早期诊断和治疗，健康成人体内的碘的总量约为30mg(20～50mg)，其中70％～80％存在于甲状腺。由于碘的运用越来越广泛，对碘的纯度的要求也越来越高，精碘的需求量日益增大，碘是元素周期表53号元素，在化学元素周期表中位于5周期系ⅶa族是卤族元素之一，单质碘呈紫黑色晶体，易升华，升华后易凝华，所以传统的粗碘提纯的方法及其装置方面运用的就是碘的这一特性，如申请号200810068752.6《一种工业粗碘精制的方法》公开了一种工业粗碘精制的方法,采用含量为70％～95％的工业粗碘为原料,加入到装有浓硫酸、测温装置和气体吹出装置的升华器中,控制结晶装置环境温度至20℃,升华器先加热至60℃～90℃,用流速为8～15l/min的气体使升华出的碘流入结晶器中,保持40min～60min后将升华器加热至160℃～200℃,调节气体流量到1～1.5l/min,继续收集余下的碘；又如申请号201320419837.0《一种粗碘提纯装置》公开了一种粗碘提纯装置，它包括反应部分、凝华部分和洗涤部分；其中反应部分由陶瓷反应釜(2)构成，所述陶瓷反应釜(2)连接有空气压缩机(4)，所述陶瓷反应釜(2)的外部设有夹套式加热装置；所述凝华部分由凝华器(1)构成，所述凝华器(1)的底部设有产品储槽(6)；所述洗涤部分由洗涤罐(3)、洗涤液配制槽(5)和洗涤液储槽(7)构成；所述洗涤罐(3)有管道连接到凝华器(1)的出口，所述洗涤罐(3)的气体出口连接有风机(9)，可见目前的提纯方法及其装置都是利用碘的易升华，升华后易凝华的特点，都是通过先让粗碘升华后，再凝华提纯的思路，但是在实际生产过程当中，粗碘升华以及凝华的速率和效率是难以满足工业化生产需求，同时，凝华获得的碘产品多为粉末状、或小颗粒的，比表面积大，在包装和存储过程中溶液再次升华，导致损失，同时，在加料、卸料、包装等存在很大难度，尤其是凝华精碘的卸料和包装，现有装置中采用空气将升华碘带入凝华器凝华，其中夹杂了空气的外来成分，使得成品精碘的质量可靠性存在隐患，可见，在目前粗碘提纯的方法及其装置上还存在有或多或少的缺点有待改进。技术实现要素：本发明为解决上述技术问题，提供了一种粗碘提纯的方法及其装置。具体是通过以下技术方案来实现的：一种粗碘提纯的方法，是在碘熔炉中将粗碘和浓硫酸按1:0～2的质量比混合，在100～140℃下共熔液化，保持液态碘的液位是液态碘排出口管径的5～30倍，进行品味的检测，检测熔化后的液态碘的品味≥98％，加热至加热至190～210℃，对液态碘进行汽化，汽化后产生的碘蒸汽在100～120℃的温度下冷却液化，至碘蒸气全部液化后，再降温冷凝固化得到精碘；检测后的液态碘的品味＜98％，将碘熔炉中的液态碘和浓硫酸返回硫酸再生器，循环至碘熔炉中，反复操作，得到精碘。本发明的方法通过以下装置流程得以进一步说明：一种粗碘提纯的装置，包括硫酸再生器(1)、碘熔炉(3)、精化塔(4)、冷却器(5)以及冷凝器(6)，所述的硫酸再生器(1)通过进酸泵(2)与碘熔炉(3)相连接；所述的碘熔炉(3)底端开设三个出口，碘熔炉(3)与精化塔(4)的上部通过截止阀(9)相连接，所述的冷却器(5)底部通过截止阀(10)与冷凝器(6)上部相连接。所述的碘熔炉(3),一端与硫酸再生器(1)通过截止阀(7)相连接输送液态碘，另一端与硫酸再生器(1)通过截止阀(8)相连接输送浓硫酸。所述的精化塔(4)，在进料口以下，设置了筛板(11)，在底部设置了沸腾炉(12)。综上所述，本发明的有益效果在于：经过本发明方法及其装置制备的精碘，外观规整，颗粒粗大，纯度能达到99.90％～99.99％，在整个制备过程中，碘的损失率降低至1.45％～1.78％，有效的提高了粗碘的提纯率，避免了传统的粗碘提纯采用的升华-凝化一步到位的做法，解决了在升华-凝化时反应速率和效率难以工业化的缺陷，本方法及其装置增大了精碘的比表面积，方便包装，避免了传统制备的小颗粒或粉末状精碘在储存时直接升华造成的资源浪费。附图说明图1：为本发明的流程示意图；1-硫酸再生器；2-进酸泵；3-碘熔炉；4-精化塔；5-冷却器；6-冷凝器；7～10-截止阀；11-筛板；12-沸腾炉；图2：为碘熔炉的连接示意图：3-碘熔炉；7～9-截止阀。图3：为精化塔的结构示意图；4-精化塔；11-筛板；12-沸腾炉。具体实施方式下面结合附图和实施例来详细说明本发明。图1：为本发明的流程示意图，该装置包括硫酸再生器(1)、碘熔炉(3)、精化塔(4)、冷却器(5)以及冷凝器(6)，所述的硫酸再生器(1)通过进酸泵(2)与碘熔炉(3)相连接；所述的碘熔炉(3)底端开设三个出口，碘熔炉(3)与精化塔(4)的上部通过截止阀(9)相连接，碘熔炉(3)与硫酸再生器(1)通过截止阀(7)相连接输送液态碘，碘熔炉(3)与硫酸再生器(1)通过截止阀(8)相连接输送浓硫酸，所述的精化塔(4)，在进料口以下，设置了筛板(11)，在底部设置了沸腾炉(12)，所述的冷却器(5)底部通过截止阀(10)与冷凝器(6)上部相连接。采用上述装置对粗碘提纯的方法步骤如下：在碘熔炉中将粗碘和浓硫酸按1:1.2～2的质量比混合，在100～140℃下共熔液化，保持液态碘的液位是液态碘排出口管径的5～30倍，对液化后的液态碘进行品味的检测，检测熔化后的液态碘的品味≥98％，加热至加热至190～210℃，对液态碘进行汽化，汽化后产生的碘蒸汽在100～120℃的温度下冷却液化，至碘蒸气全部液化后，再降温冷凝固化得到精碘；检测后的液态碘的品味＜98％，将碘熔炉中的液态碘和浓硫酸返回硫酸再生器，循环至碘熔炉中，反复操作，得到精碘。下面通过几个具体的实施例对本发明做具体的说明。实施例1在碘熔炉中将粗碘和浓硫酸按1:1.2的质量比混合，在100℃下共熔液化，保持液态碘的液位是液态碘排出口管径的5倍，对液化后的液态碘进行品味的检测，检测熔化后的液态碘的品味≥98％，加热至加热至190℃，对液态碘进行汽化，汽化后产生的碘蒸汽在100℃的温度下冷却液化，至碘蒸气全部液化后，再降温冷凝固化得到精碘；检测后的液态碘的品味＜98％，将碘熔炉中的液态碘和浓硫酸返回硫酸再生器，循环至碘熔炉中，反复操作，得到精碘。经检测制得精碘成品的纯度为99.90％，整个制备过程中的碘损失率为1.73％。实施例2在碘熔炉中将粗碘和浓硫酸按1:2的质量比混合，在140℃下共熔液化，保持液态碘的液位是液态碘排出口管径的30倍，对液化后的液态碘进行品味的检测，检测熔化后的液态碘的品味≥98％，加热至加热至210℃，对液态碘进行汽化，汽化后产生的碘蒸汽在120℃的温度下冷却液化，至碘蒸气全部液化后，再降温冷凝固化得到精碘；检测后的液态碘的品味＜98％，将碘熔炉中的液态碘和浓硫酸返回硫酸再生器，循环至碘熔炉中，反复操作，得到精碘。经检测制得精碘成品的纯度为99.95％，整个制备过程中的碘损失率为1.78％。实施例3在碘熔炉中将粗碘和浓硫酸按1:1.6的质量比混合，在120℃下共熔液化，保持液态碘的液位是液态碘排出口管径的18倍，对液化后的液态碘进行品味的检测，检测熔化后的液态碘的品味≥98％，加热至加热至200℃，对液态碘进行汽化，汽化后产生的碘蒸汽在110℃的温度下冷却液化，至碘蒸气全部液化后，再降温冷凝固化得到精碘；检测后的液态碘的品味＜98％，将碘熔炉中的液态碘和浓硫酸返回硫酸再生器，循环至碘熔炉中，反复操作，得到精碘。经检测制得精碘成品的纯度为99.99％，整个制备过程中的碘损失率为1.45％。实施例4在碘熔炉中将粗碘在100℃下共熔液化，将液化后的液态碘利用加压泵打入精化塔，在精化塔下部提高温度为240℃，实现液态碘的气化，精化塔上部设置有扩大段，其内设置液态碘隔液挡板和排液口，液态碘通过精化塔下部的高温实现气化，气态碘上升进入扩大段，液化后通过隔液挡板与扩大段槽壁形成的空间进行液相收集，获得二次液化的精碘，二次液化的液态碘由精化塔排液口排出并进入冷却成型器获得成品精碘；经检测制得精碘成品的纯度为99.96％，整个制备过程中的碘损失率为1.68％。实施例5在碘熔炉中将粗碘在120℃下共熔液化，将液化后的液态碘利用加压泵打入精化塔，在精化塔下部提高温度为220℃，实现液态碘的气化，精化塔上部设置有扩大段，其内设置液态碘隔液挡板和排液口，液态碘通过精化塔下部的高温实现气化，气态碘上升进入扩大段，液化后通过隔液挡板与扩大段槽壁形成的空间进行液相收集，获得二次液化的精碘，二次液化的液态碘由精化塔排液口排出并进入冷却成型器获得成品精碘；经检测制得精碘成品的纯度为99.94％，整个制备过程中的碘损失率为1.77％。对比例1在实施例1～3中的精化塔的进料口的下部的筛板为2层，以实施例1为例，在本对比例中，将精化塔的进料口的下部的筛板设置为3层。经检测制得精碘成品的纯度为99.98％，整个制备过程中的碘损失率为1.82％。对比例2在实施例1～3中的精化塔的进料口的下部的筛板为2层，以实施例1为例，在本对比例中，将精化塔的进料口的下部的筛板设置为5层。经检测制得精碘成品的纯度为99.99％，整个制备过程中的碘损失率为1.95％。对比例3在实施例1～3中，粗碘提纯的方法是按照粗碘液化-汽化-二次液化-固化得成品的工艺步骤进行，以实施例1为例，在本对比例中调整粗碘提纯的方法是按照粗碘液化-汽化-二次液化-二次汽化-三次液化-固化得成品的工艺步骤进行。经检测制得精碘成品的纯度为99.99％，整个制备过程中的碘损失率为2.12％。对比例4在实施例1～3中对碘熔炉中液化后的液态碘进行品味的检测，检测熔化后的液态碘的品味≥98％，即将液态碘送至精化塔汽化，若液态碘的品味＜98％，则将浓硫酸和液态碘送至硫酸再生器中重复操作，以实施例1为例，在本对比例中，当检测碘熔炉的液态碘的品味≥98.3％，才能将液态碘送至精化塔汽化。经检测制得精碘成品的纯度为99.95％，整个制备过程中的碘损失率为1.88％。对比例5在实施例1～3中对碘熔炉中液化后的液态碘进行品味的检测，检测熔化后的液态碘的品味≥98％，即将液态碘送至精化塔汽化，若液态碘的品味＜98％，则将浓硫酸和液态碘送至硫酸再生器中重复操作，以实施例1为例，在本对比例中，当检测碘熔炉的液态碘的品味≥98.5％，才能将液态碘送至精化塔汽化。经检测制得精碘成品的纯度为99.99％，整个制备过程中的碘损失率为2.05％。结果说明，表1为实施例1～5以及对比例1～5制备的精碘的纯度以及整个制备过程中的碘的损失率。表1项目纯度％碘损失率％实施例199.901.73实施例299.951.78实施例399.991.45实施例499.961.68实施例599.941.77对比例199.981.82对比例299.991.95对比例399.992.12对比例499.951.88对比例599.992.05可见，实施例1～3是添加了浓硫酸与粗碘进行提纯处理，添加浓硫酸可以有效的防治碘的气化损失，且浓硫酸密度低于液态碘，可以将其作为密闭溶液，减少碘的损失，本实施例1～3是添加浓硫酸，是利用浓硫酸的脱水性进行脱水，但当反应一段时间后，浓硫酸被稀释到一定浓度后将失去其脱水性，此时需要更换硫酸或者进行硫酸的再次浓缩再生；这样就需要对出熔化炉后的碘的品质进行分析，进一步提升碘的纯度；实施例4～5没有添加浓硫酸，利用的是碘与水蒸气饱和蒸汽压不同的原理进行分离，在相应温度下，出熔融炉的液态碘不用品质检查，既能达到所要求的纯度；从制备的精碘的纯度以及整个制备过程中的碘损失率来看，实施例1～5是较优的选取，对比例1～2是在实施例1的基础上，调整了精化塔的进料下部筛板的层数，虽然精碘的纯度有所提升，但是却增大了整个制备过程中的碘的损失率，浪费了资源，也增大了成本，对比例3是在实施例1的基础上，调整了碘的液化次数和汽化次数，虽然纯度有所提升，但是却增大了整个制备过程中的碘的损失率，浪费了资源，也增大了成本，对比例4～5是在实施例1的基础上，调整了碘熔炉中液态碘的排出品味，同样也有效的提升了纯度，但是却增大了整个制备过程中的碘的损失率，浪费了资源，也增大了成本，可见对比例1～5虽有效的提升了纯度，但是却增大了整个制备过程中的碘的损失率，浪费了资源，也增大了成本。当前第1页12