專利名稱：用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用硼酸鎂礦石制取硼酸的方法及其裝置，特別是用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法及其裝置。
本

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法，與在礦區(qū)交通不便情況下，用鍛燒法以煤加熱該硼鎂礦石提純的方法相比，本發(fā)明除可節(jié)約礦區(qū)緊缺的燃料煤，降低提純費用外，還比煅燒法大大提高提純后的硼酸品位，可達80-90％，使被丟棄的低品位礦層得以充分利用。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的裝置。
本發(fā)明的一個目的是按如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法，其特征是該方法包括以下步序(1)粉碎硼鎂礦石，保持礦粉的粒度為80-120目，(2)配制礦液，將礦粉與水混合攪拌均勻，水與礦石粉的比例為2.4-3.2∶1，(3)分解反應(yīng)，將礦液與二氧化硫氣體進行反應(yīng)，使礦粉中的三氧化二硼以硼酸形成轉(zhuǎn)入該液體中，(4)過濾，將反應(yīng)后的液體過濾，去渣，(5)冷卻結(jié)晶，將過濾后的液體冷卻，得結(jié)晶硼酸，(6)固液分離，將結(jié)晶的硼酸與液體分離，分離后的液體送回至步序(2)配制礦液，(7)干燥，將分離后的結(jié)晶硼酸干燥成產(chǎn)品硼酸。
本發(fā)明利用與硼鎂礦區(qū)伴生的硫磺資源做為加熱所需的燃料，由于在鹽湖礦區(qū)伴生的硫磺礦很多，同樣由于運輸條件所限，使運費居高不下，故一直未能開采。本發(fā)明以硫磺礦石為燃料，用燃料產(chǎn)生的二氧化硫氣體與硼鎂礦石反應(yīng)生產(chǎn)硼酸，其機理是硫磺在空氣中燃燒生成二氧化硫氣體與含硼鎂礦液反應(yīng)，使硼鎂礦石中的三氧化二硼溶轉(zhuǎn)于礦液中，其它成分如鎂、鈣、硅等，形成難溶性的亞硫酸鎂、亞硫酸鈣沉淀下來，二氧化硅也沉淀下來，然后濾去殘渣，將含硼酸的液體加以冷卻，利用硼酸的溶解度隨溫度降低而減小的特性，使硼酸結(jié)晶逐步從濾液中析出，再經(jīng)分離、干燥，即得固體硼酸。
本發(fā)明的另一目的是按如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的裝置，其特征是它包括燃硫爐、配料反應(yīng)裝置、過濾器、冷卻釜、分離器，燃硫爐的排氣口與配料反應(yīng)裝置相連，配料反應(yīng)裝置的排液口與過濾器的入液口相連，過濾器的排液口與冷卻釜的入液口相連，冷卻釜的排出口與分離器相連。所述配料反應(yīng)裝置包括配料罐和反應(yīng)塔，燃硫爐的出氣口徑升華硫磺收集器與反應(yīng)塔的進氣口相連；反應(yīng)塔的排液口與配料罐的入液口相連；配料罐的排液口經(jīng)泵、閥門與反應(yīng)塔內(nèi)的噴頭相連，還經(jīng)泵、另一閥門與過濾器的入液口相連。采用本裝置可適應(yīng)工藝要求，尤其是配料罐的排液口經(jīng)泵與反應(yīng)塔內(nèi)的噴頭相連，當配料罐中排出的液中含硼酸品位不足時，可用泵循環(huán)反應(yīng)以提高品位。
綜上所述，本發(fā)明采用將硼鎂礦石液中通以二氧化硫反應(yīng)制取硼酸，采用硼鎂礦區(qū)伴生的硫磺礦石做為產(chǎn)生二氧化硫的原料，無需從交通不便的礦區(qū)以外運來原、輔料，大大節(jié)約了燃料等的運輸費，降低了生產(chǎn)成本。由于采用的裝置可循環(huán)反應(yīng)，使礦液中硼酸的含量可逐步循環(huán)加以提高，可得到高品位的硼酸，且可將低品位的礦層加以逐次反應(yīng)以提高其品位，避免了鹽湖礦層的破壞性開采。
本發(fā)明方法及其裝置適于交通不便的鹽湖礦區(qū)就地生產(chǎn)硼酸用。
(2)配料，將礦粉與水混合攪拌均勻形成礦液，水與礦石粉的重量比為2.5∶1，在帶有攪拌器的配料罐內(nèi)進行，將礦液輸送到反應(yīng)器內(nèi)進行分解反應(yīng)，反應(yīng)器可為反應(yīng)罐或反應(yīng)塔。
(3)分解反應(yīng)，將被加熱的二氧化硫氣體通入到反應(yīng)器內(nèi)進行分解反應(yīng)，使礦粉中的三氧化二硼分解，以硼酸形式溶入該礦液中，其余如鎂、鈣、硅成分則以固體化合物形式沉淀下來，其操作方法為當通入熱的二氧化硫氣體后，反應(yīng)器中礦液溫度開始上升，當?shù)竭_80℃時，開始計時，逐步升溫度至90℃并保持此溫度，至3小時時，測量液體的PH值，以后每隔0.5小時測一次PH值，一般在計時后2小時內(nèi)當PH值達到4-5時，停止該反應(yīng)。
(4)過濾，將分解反應(yīng)后的礦液過濾去渣，將反應(yīng)器中的反應(yīng)完畢的液體輸送至板框式過濾機進行過濾，檢測濾液的硼酸含量，本實施例中制品要求的硼酸含量為每升350克，當含量達不到時，將反應(yīng)液用泵回輸?shù)脚淞瞎拗?，在配料罐中適當增加礦粉以增加反應(yīng)液中的硼酸含量。直至反應(yīng)液的含量達標為止。然后將過濾的反應(yīng)液輸送至冷卻釜進行冷卻結(jié)晶。
(5)冷卻結(jié)晶，將過濾后的液體冷卻，得結(jié)晶硼酸，在帶有冷卻水套的冷卻釜中將所述液體逐步冷卻至15℃以下，冷卻時加以攪拌，硼酸逐步結(jié)晶析出。
(6)分離，將結(jié)晶的硼酸與液體分離，采用離心機加以固液分離?；虿捎酶∵x法進行礦液分離，采用二號浮選油按每噸礦用量40克，和油酸按每噸礦用量80克做為浮選劑，前者作用是發(fā)泡作用，后者是捕收作用。其效果很好。
(7)干燥，將分離后的結(jié)晶硼酸干燥成硼酸，采用自然干燥或烘干方式。
2.二氧化硫氣體的制做，上述在步序(3)分解反應(yīng)中，采用的二氧化硫氣體是由硫磺礦石焙燒而產(chǎn)生的，其制做方法包括(1)焙燒，將硫磺礦石破碎成塊狀放在焙燒爐中焙燒，產(chǎn)生二氧化硫氣體及升華的硫磺，(2)分離，將二氧化硫氣體與升華的硫磺分離，采用升華硫磺分離器將升華硫磺收集，將二氧化硫氣體排放與礦液反應(yīng)。生產(chǎn)用裝置如圖2，3本裝置通用方案包括燃硫爐1、配料反應(yīng)裝置3.4，過濾器6，并聯(lián)的兩個冷卻釜7、分離器8，燃硫爐1的排氣口14經(jīng)升華硫磺收集器2與配料反應(yīng)裝置3.4相連，配料反應(yīng)裝置3.4的排液口44與過濾器的入液口63相連，過濾器6的排液口61與冷卻釜7的入液口72相連，冷卻釜7的排液口74與分離器8相連。過濾器的排液口61與冷卻釜7的入液口72之間具有大度水池62。圖2所示方案中配料反應(yīng)裝置4包括配料罐4和反應(yīng)塔3，用于大批量生產(chǎn)，燃硫爐1的出氣口14經(jīng)升華硫磺收集器2與反應(yīng)塔3的進氣口31相連；反應(yīng)塔3的排液口34與配料罐4的入液口45相連；配料罐4的排液口44經(jīng)泵5、閥門51與反應(yīng)塔3內(nèi)的噴頭32相連；還經(jīng)泵5、另一閥門52與過濾器6的入口63相連。如圖3為本裝置的加一方案示意，與圖2方案不同的是本方案中的配料反應(yīng)裝置包括配料罐4和3個反應(yīng)釜3A，燃硫爐1的排氣口14經(jīng)升華硫磺收集器2與3個反應(yīng)釜3A的3個串聯(lián)進氣口31A相連；配料罐的排液口44經(jīng)泵5與反應(yīng)釜3A的3個并聯(lián)的入液口38相連；反應(yīng)釜的排液口44與過濾器6的入液口63相連。如圖2、3，在各配料罐4中具有攪拌器41。在各冷卻釜7中具有攪拌器71，在冷卻釜7的殼體外包覆有冷卻水套73。反應(yīng)釜3A、反應(yīng)塔3的頂端經(jīng)管道95與真空氣包9相連。當圖2方案使用時，硫磺礦石從燃硫爐1的裝料口15裝入到爐膛同的爐篦13上，蓋好裝料口15將礦石點燃，生成的二氧化硫氣體經(jīng)排氣口14送至反應(yīng)塔下部的進氣口31入反應(yīng)塔31，升華硫磺被收集器2收集。從配料罐4的裝料口43裝入硼礦粉加水攪拌均勻，用泵5將硼鎂礦石液體經(jīng)閥51進入噴頭32并噴射，與從下方噴上的二氧化硫氣體作用形成帶有硼酸的液體從排液口34流入到反應(yīng)罐4中，并經(jīng)閥門44、泵5、閥門52、從過濾器入口63送入過濾器中，采用的過濾器6為板框式過濾機。此時，可從過濾器6中的濾液中檢測含硼酸的品位，如品位不夠高，則可將反應(yīng)罐4加入硼礦粉，液體經(jīng)泵5、閥門51再送到噴頭32，重新用二氧化硫氣體反應(yīng)，直到品位達到要求。當品位達標后，將濾液從過濾器6的排液口61送至大度水池62，將大度水池中的液體用泵69送至二并聯(lián)的冷卻釜7，從入液口72進入，將攪拌器71攪拌，經(jīng)水套73中從冷水總管75進入進入冷水經(jīng)排水口76排出后，從排水管77排入地溝，冷卻器7中的液體經(jīng)冷卻攪拌，使硼酸析出結(jié)晶，含硼酸結(jié)晶的液體經(jīng)排出口氣74送至分離器8，從入口81進入，經(jīng)離心運動，將固體硼酸與液體分開，液體由出口排出到母液池中，用泵84將其送回經(jīng)回液口42送回至配料罐4中重復(fù)使用。如圖3，用于小批量生產(chǎn)，與

圖1不同的是配料反應(yīng)裝置，使用時，由燃硫爐1排出的二氧化硫經(jīng)收集器2，進氣口31A送至反應(yīng)釜3A內(nèi)，經(jīng)底部的排氣口35排出，與3個反應(yīng)釜3A中的含硼礦液(該礦液為來自配料罐4的、經(jīng)入液口38送入的)反應(yīng)，使液體中生成硼酸，經(jīng)排液口36送到過濾器6的排液口63，以下的動作與圖1中的動作相同。在反應(yīng)釜3A的外殼上套有保溫套39用于保溫。如圖2、3中，在熱水罐65的外殼上覆有汽套66，從蒸汽總管67引入的加熱蒸汽，一路送入罐內(nèi)，另一路送入汽套66內(nèi)，熱水罐65中的熱水經(jīng)熱水管64引入過濾器6，用于清洗該過濾器避免堵塞。用真空泵94經(jīng)排氣口91將真空氣包9內(nèi)的廢氣吸出，廢水經(jīng)排水口93排入地溝。
本方法的效果，采用本發(fā)明方法得到的硼酸其品位可達90％，而用煤煅燒方法得到的品位一般為35％左右。由于本方法中采用的循環(huán)反應(yīng)方法，使其不但可提高品位，還可將低品位的硼鎂礦如品位低至5％的礦石層加以利用，從而使礦區(qū)的全部礦層均可就地得到利用，避免了破壞性的開采。又由于硼酸產(chǎn)品的品位提高，單位重量的硼酸的運費又可降低。
權(quán)利要求
1.用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法，其特征是該方法包括以下步序(1)粉碎硼鎂礦石，保持礦粉的粒度為80-120目，(2)配制礦液，將礦粉與水混合攪拌均勻，水與礦石粉的比例為2.4-3.2∶1，(3)分解反應(yīng)，將礦液與二氧化硫氣體進行反應(yīng)，使礦粉中的三氧化二硼以硼酸形成轉(zhuǎn)入該液體中，(4)過濾，將反應(yīng)后的液體過濾，去渣，(5)冷卻結(jié)晶，將過濾后的液體冷卻，得結(jié)晶硼酸，(6)固液分離，將結(jié)晶的硼酸與液體分離，分離后的液體送回至步序(2)配制礦液，(7)干燥，將分離后的結(jié)晶硼酸干燥成產(chǎn)品硼酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法，其特征是步序(3)中所述的二氧化硫氣體是由硫磺礦石焙燒產(chǎn)生的，其制做方法包括(1)焙燒，將硫磺礦石在爐中焙燒，產(chǎn)生二氧化硫氣體及升華硫磺，(2)氣體分離，將二氧化硫氣體與升華硫磺分離，將二氧化硫氣體送出與礦液進行化學反應(yīng)，將升華的硫磺收集處置，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法，其特征是在所述的步序(3)中，分解反應(yīng)的時間為3-5小時，溫度保持80-100℃，PH值為4-5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法，其特征是檢測反應(yīng)后的液體中的硼酸含量，當含量達到標準時，則將所述液體進行分離及冷卻結(jié)晶，否則，將液體送回到工序(2)的礦液中，重新循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法，其特征是在所述步序(5)中冷卻溫度為15℃至0℃。
6.一種用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的裝置，其特征是它包括燃硫爐、配料反應(yīng)裝置、過濾器、冷卻釜、分離器，燃硫爐的排氣口與配料反應(yīng)裝置相連，配料反應(yīng)裝置的排液口與過濾器的入液口相連，過濾器的排液口與冷卻釜的入液口相連，冷卻釜的排出口與分離器相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的裝置，其特征是所述過濾器的排液口與冷卻釜的入液口相連是指在二者之間經(jīng)大度水池相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的裝置，其特征是所述配料反應(yīng)裝置包括配料罐和反應(yīng)塔，燃硫爐的出氣口經(jīng)升華硫磺收集器與反應(yīng)塔的進氣口相連；反應(yīng)塔的排液口與配料罐的入液口相連；配料罐的排液口經(jīng)泵、閥門與反應(yīng)塔內(nèi)的噴頭相連，還經(jīng)泵、另一閥門與過濾器的入液口相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的裝置，其特征是所述配料反應(yīng)裝置包括配料罐和反應(yīng)釜，燃硫爐的排氣口經(jīng)升華硫磺收集器與反應(yīng)釜的進氣口相連；配料罐的排液口與反應(yīng)釜的入液口相連；反應(yīng)釜的排液口與過濾器的入液口相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法，其特征是所述步序(6)固液分離中，采用浮選法進行分離，用二號浮選油按每噸礦用量20-50克，和油酸按每噸礦用量為60-100克，做為浮選劑。
全文摘要
用二氧化硫分解硼鎂礦石制取硼酸的方法及其裝置,該方法包括以下步序:(1)粉碎硼鎂礦石,保持礦粉的粒度為80—120目,(2)配制礦液,將礦粉與水混合攪拌均勻,水與礦石粉的比例為2.4—3.2∶1,(3)分解反應(yīng),將礦液與二氧化硫氣體進行反應(yīng),使礦粉中的三氧化二硼以硼酸形成轉(zhuǎn)入該液體中,(4)過濾,將反應(yīng)后的液體過濾,去渣,(5)冷卻結(jié)晶,將過濾后的液體冷卻,得結(jié)晶硼酸,(6)固液分離,將結(jié)晶的硼酸與液體分離,(7)干燥,將分離后的結(jié)晶硼酸干燥成產(chǎn)品硼酸。本發(fā)明可降低硼酸的成本,提高硼酸的品位,使低品位的礦層均可利用,避免了破壞性的開采,適用于交通不便的硼鎂礦區(qū)就地生產(chǎn)硼酸。
文檔編號C01B35/10GK1359850SQ0210015
公開日2002年7月24日 申請日期2002年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月16日
發(fā)明者張茂 申請人:張茂