[发明专利]盐湖型硼矿一步法制备高品质硼酸的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及硼酸提取技术领域，具体是一种用盐湖型硼矿一步法制备高品质硼酸的工艺方法。

背景技术

国内硼酸工业所采用的生产方法可分为两步法和一步法。两步法工艺是将经预处理的矿粉与纯碱、CO₂反应，首先制得工业硼砂，然后以硫酸或硝酸与硼砂溶液反应，经酸化制得工业硼酸，副产品为芒硝或硝酸钠；一步法工艺是以无机酸，如硫酸、盐酸、硝酸等为分解剂，直接与含硼矿物，如硼镁矿、硼砂矿、硬硼钙石矿、钠硼解石矿等反应制得工业硼酸的工艺过程。

用盐湖型硼矿如柱硼镁石、钠硼解石、水方硼矿、库水硼镁石、多水硼镁石等生产硼酸，采用最多的是硫酸分解工艺。其主要工艺流程是硼镁矿粉碎→矿粉加硫酸和水酸化→过滤去除滤渣→冷却结晶→离心分离排出母液、收得湿硼酸→以水洗涤→离心抛干→干燥后制得硼酸产品。

现行工艺存在的不足：

(1)酸解液，即结晶料液是一个H₃BO₃-MgSO₄-H₂O体系，其中硫酸镁浓度的高低对产品纯度有直接影响。硼酸母液中的主要成分是硼酸和硫酸镁，浓度一般分别为45g/L和150～320g/L，其中含硼约占总硼的25％。如果硼酸、硫酸镁都进入某一温度条件下的饱和状态，那么当温度条件变化(下降)时，硼酸与硫酸镁将同时析出，这样获得的产物将是硼酸和硫酸镁的混合物；如果将其排放，不仅会造成对环境的污染，而且会造成硼的大量流失，严重影响收率。如果完全循环使用，那么随着体系内硫酸镁的积累，势必会导致酸解液中硫酸镁浓度的急剧增加，最终造成硼酸与硫酸镁的混晶现象，使生产无法进行下去。为解决此问题，部分企业采用部分循环、部分排放的办法，使收率由过去的55％～60％上升到目前的70％～75％。但由于仍有50％的母液排放，由此造成的硼损失约占总硼的13％。

为提高收率，一些科研人单位先后提出了蒸发-浮选，盐析提镁，母液固硼，母液固镁等处理方法，以期将被排放母液中的硼酸或硫酸镁分离出来。蒸发-浮选法在工业上应用较多，但其存在着设备配套不科学，性能差，处理过程能耗高、效率低、硼镁分离不彻底等问题。有人提出以硫酸或氯化镁为盐析剂的析镁留硼工艺，以达到将硫酸镁析出，母液循环使用的目的，但由于该法对设备条件要求高，操作难度大，处理成本高，目前在工业上没有得到应用。以碱土金属的氧化物为沉淀剂的母液固硼工艺，虽然处理过程可使母液中的硼酸大部分转化为偏硼酸盐而沉淀析出，但在对含硼沉淀物的使用上存在有较多的技术障碍。一是含硼沉淀物虽然含有一定量的偏硼酸盐，但主要成分为氧化镁、氢氧化镁和氢氧化钙，不具备商品价值；二是将其返回酸解工序做矿石使用，其中的氧化镁、氢氧化镁经酸解后会还原为硫酸镁，同时还会造成耗酸量的增加，对工艺和成本控制不利，因此在工业上也没有得到应用。近来，辽宁一些企业采用了高浓度反应、高浓度结晶，首先使硼酸与硫酸镁混晶，然后采用浮选的方法将硼酸分离出来的工艺方法。该工艺虽然省去了蒸发工序，但却存在着产品纯度较低，需做重结晶处理，耗能偏高等不足，在保障和提高产品品质，降低成本方面有明显的局限性。

总之，母液处理及硼镁分离问题，是影响一步法硼酸收率问题的关键因素，也是一步法工艺长期以来急待解决但又未能解决的技术难题。

(2)硼镁矿中含有铁、铝、锰等杂质，与硫酸作用后，大部分生成相应的盐类，和硼酸、硫酸镁一起共存于液相中。尤其是铁离子的存在与积累，会严重影响产品的外观和内在质量。目前，以青、藏硼镁矿，尤其是以青海大柴旦柱硼镁石矿生产的硼酸色泽灰暗，含铁量超标就是由此造成的。主要原因是盐湖型硼矿中含有色三价铁、藻类等有机物，酸化后溶液呈红黄色或红褐色，暴露在空气中颜色会加深，并有絮状粘性红褐色沉淀生成，它不但影响产品的颜色还会对硼酸结晶有很大的阻碍。申请号为200510020274.8的中国专利文献中提供了一种结晶控制及增白控制方法，即在过滤和冷却结晶工序之间增加了保温吸附工艺，其吸附剂优选为活性炭，但活性炭吸附法脱色工艺运行成本高(活性炭5000～7000元/吨)，吸附剂再生困难，可操作性不强，使工业化应用受到限制。