[发明专利]一种制备硼砂的方法及其设备

说明书

一种制备硼砂的方法及其设备，所属化工领域，方法包括：1、配料，采用熟硼镁矿石粉、吸收CO₂产生的NaHCO₃和未反应的Na₂CO₃混合碱液、硼砂结晶母液和洗涤水配制碳解浆液；2、两级串联连续碳解釜采用新型高速射流搅拌器进行混合搅拌；3、从碳解副釜出来的CO₂尾气，经气体冷却器冷却进入二级射流一级淋洗吸收CO₂装置进行CO₂吸收；4、压滤与滤渣处理；5、压滤液在结晶器里冷却析出硼砂晶体；6、结晶器里的晶浆进入离心机，分离得到硼砂产品。本发明方法碳解率为85％～90％，排放尾气CO₂体积含量降到0.5％～1％，碳解时间缩短50％，综合节能50％。

技术领域

本发明属于化工领域，特别涉及一种制备硼砂的方法及其设备。

背景技术

目前，碳碱法加工硼镁矿生产硼砂是气、液、固三相反应。反应由五个步骤构成：1、CO₂扩散通过气膜进入气液界面；2、CO₂溶解于液相中，再扩散通过液膜进入液相本体；3、溶解的CO₂与碱反应生成HCO₃^-1；4、HCO₃^-1和溶解的部分CO₂再扩散通过液相间的液膜到达矿粉表面，如果熟矿粉呈现疏松多孔，还需要通过毛细管内扩散进入矿粉内部；5、HCO₃^-1和溶解的部分CO₂与矿物进行反应。在这五个反应步骤中，HCO₃^-1和溶解CO₂与熟硼镁矿石粉的反应是最慢的一步，为了加快这一步反应，工业上将反应温度提高到135℃以上，还要将矿物磨碎到75μm～100μm，并需要在强烈搅拌下进行。现有技术中，即使采取这些措施之后，反应还是太慢。因此，碳碱法生产硼砂仍存在以下缺点：①反应时间长，一般要18h～20h；②硼的浸出(分解)率低，比加压碱解法低5％以上；③CO₂利用率低，一般为仅50％～60％；④设备利用率低，能耗高。

现有技术中，曾经使用或提出了许多措施来克服上述缺点，有以下措施：

①现有生产厂采用加大窑气流量，提高碳解尾气CO₂浓度来缩短碳解停留时间，或者适当降低碳解率以增加产量；

②采用碳解釜的“串联”操作或“串—并联”成组操作，以降低CO₂消耗；

③采用高浓度CO₂碳解；

④在设备允许的条件下，适当提高窑气压力以提高CO₂分压；

⑤将碳解尾气中的CO₂回收提浓后返回碳解釜，例如用变压吸附法回收CO₂，它能明显缩短碳解时间，但对提高碳解率的效果不明显；

⑥由窑气与纯碱先制成NaHCO₃，然后用NaHCO₃分解硼矿，碳解时间可显著缩短，碳解率可适当提高，但要求反应罐承受压力提高到6.5MPa以上，增加了制备NaHCO₃的设备；

⑦适当提高碳解尾气CO₂浓度至21.3％，尾气用加入活化剂的Na₂CO₃溶液制成NaHCO₃，然后用NaHCO₃和窑气一起分解硼矿。由于高浓度CO₂需要用两个吸收塔设备来吸收NaHCO₃晶体，冷热交替，操作难度大，设备投资大。