[发明专利]一种核级高纯硼酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯硼酸的制备方法，尤其是直接以天然硼镁矿为原料生产用于核工业中的核级高纯硼酸的制备方法，属于精细化工技术领域。

背景技术

硼酸用途广泛，除大量用于玻璃制造工业外，还用于搪瓷、陶瓷、冶金等工业部门。高纯硼酸可作为中子慢化剂、捕集剂和冷却剂，大量用于核工业中。随着核电工业在全球，特别是中国的进一步发展，核级硼产品的用量将快速增长。核级硼酸对Ca²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、SO₄^2-、Cl^-等杂质含量要求很高，国产试剂级硼酸尚不能达到要求。

世界上硼酸生产大国，如美国、土耳其，采用的原料为天然硼砂、硬硼钙石。由于原料B₂O₃含量高（达45%左右），杂质少，因而其硼酸及高纯硼酸的制备工艺均较简单。而我国用于生产硼酸的主要原料为硼镁矿及硼镁铁矿，因其B₂O₃含量较低，杂质含量高，使得硼酸的制备工艺较为复杂。我国青海、西藏地区所产的硼镁矿，一般而言还含有1%～8%的碱金属盐类，其中约93%为钠盐。

目前，国内制备核级硼酸主要采用以下方法：一种是以工业品三氟化硼-乙醚络合物为原料，采用氯化钙为脱氧剂，以甲醇为介质进行反应获得硼酸三甲酯，然后将硼酸三甲酯水解获得核级硼酸；另一种是以工业硼酸为原料，以氧化一酯化结晶法制备核级高纯硼酸。如大连理工大学“光电/核电级高纯硼酸的制备及结晶形貌研究”一文中披露，以工业硼酸为原料，提出了氧化-酯化结晶法制备核电级高纯硼酸的方法。

可以看出，上述两种核级硼酸的制备方法，均有使用有机化合物，不仅对环境带来影响，而且能耗较高，同时使得产品成本也偏高。

虽然我国是一个硼资源丰富的国家，但由于受硼矿品位和制备工艺技术的限制，目前中国核工业所用高纯硼酸几乎全由国外进口，不但价格高，而且单纯依靠进口高纯硼酸也不利于国内核电工业的发展。

发明内容

本发明旨在克服上述缺陷，提供一种采用国内天然硼矿制备核级高纯硼酸的方法。该方法不但能直接以硼镁矿为原料制备得到核级硼酸，而且工艺简单、易于操作控制、重现性好，制备过程中无需添加有机试剂，生产成本较低，对环境友好。

实现上述发明目的，本发明采用的具体技术方案是：

一种核级高纯硼酸的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：1）将硼镁矿原料以水浸出脱除水溶性杂质钠、钾，得到Na₂O含量＜0.6%的低钠含量的硼镁矿；2）将低钠含量的硼镁矿以硫酸或盐酸进一步浸出，以复合添加剂深度除铁后，再经过滤、冷却结晶、固液分离及洗涤，得到低铁、低钠含量的硼酸；3）将低铁、低钠含量的硼酸溶于纯水，经重结晶、脱水、烘干，即获得核级高纯硼酸产品。

所述复合添加剂为硫化物与氨水的组合，将硫化物溶于氨水或将硫化物以氨水调浆后使用。

所述硫化物为硫化铵、硫化钡、硫化锶、硫化钾、硫化钠、硫化镁、硫化钙中的任意一种、任意两种或任意三种的组合；其用量为化学反应计量的10～30倍。

所述氨水的体积比浓度为5%，其用量按质量比为硫化物的28～84倍。

所述低钠含量的硼镁矿的具体制备工艺是：将硼镁矿粉碎至70～80%过60目筛，按质量比加入1.2～4倍的水，于8～60℃的温度下搅拌10～50min，经固液分离后即得到低钠含量的硼镁矿。

所述经固液分离后的母液中含有Na₂SO₄ 50～120g/L、K₂SO₄ 1～5g/L，可返回水浸预处理过程循环使用，当其中Na₂SO₄含量累积至接近饱和时，还可将其用作制备芒硝的原料。