一步法強(qiáng)化并優(yōu)化制備硼酸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備硼酸方法，特別是涉及一步法強(qiáng)化并優(yōu)化制備硼酸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]遼寧省硼礦資源雖較豐富，但隨著我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，經(jīng)過50多年硼鎂礦的大量開采，目前省內(nèi)硼礦貧化趨勢明顯，由此硼酸產(chǎn)率低下、能耗高，而且，在硼酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量硼酸母液，硼酸母液一部分作為廢液排放，溶液中大量的硫酸鎂資源不能回收硼礦加工企業(yè)因?yàn)楦叩纳a(chǎn)成本而不采用低品位硼鎂礦進(jìn)行一步法生產(chǎn)硼酸，于是低品位硼鎂礦一直處于堆積狀態(tài)，沒有被利用。另一方面硼酸母液中含有大量雜質(zhì)鐵，在不斷循環(huán)過程中，鐵含量逐漸累積不僅會造成硼酸產(chǎn)品品質(zhì)下降，而且會阻礙反應(yīng)進(jìn)行。由此，我們對硼酸生產(chǎn)過程中酸解反應(yīng)階段、母液循環(huán)階段及產(chǎn)物做了充分研究。
[0003]利用超聲輔助強(qiáng)化硼鎂礦酸解反應(yīng):在超聲作用下，對硼礦顆粒表面包裹層進(jìn)行剝離、侵蝕，創(chuàng)造新的活性表面，增大傳質(zhì)表面積。因此，超聲功率越大，破碎固態(tài)膜的厚度越大，反應(yīng)越完全，超聲法可以明顯縮短反應(yīng)時(shí)間，提高硼酸的產(chǎn)率，降低反應(yīng)能耗。不僅如此，通過對反應(yīng)后產(chǎn)品表征分析，我們發(fā)現(xiàn)超聲法生產(chǎn)硼酸還能提高產(chǎn)品純度。
[0004]利用產(chǎn)物硫酸鎂制備輕質(zhì)碳酸鎂:將過濾后的硼酸母液中含有大量硫酸鎂，控制反應(yīng)的溫度，加入表面活性劑，反應(yīng)生成輕質(zhì)堿式碳酸鎂沉淀，堿式碳酸鎂具有良好的吸附活性。
[0005]硼酸母液中含有大量的鐵離子，母液的顏色呈棕黃色或者墨綠色，為了解決母液回用，不僅要解決硼酸與硫酸鎂共存問題，同時(shí)要解決鐵離子去除問題。在硼酸母液中加入利用副產(chǎn)的硫酸鎂制得的堿式碳酸鎂除鐵劑與雙氧水，對母液中的鐵離子進(jìn)行了去除。該方法無需增加工藝步驟和裝備，不引入其他雜質(zhì)離子，節(jié)約成本、反應(yīng)條件溫和、無污染。
[0006]我國硼鎂礦資源根據(jù)礦物結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的不同，采用不同的化工加工方法生產(chǎn)不同的硼產(chǎn)品，對高品位礦石(B203>20%)采用硫酸浸出一步法生產(chǎn)硼酸;對低品位硼礦石(B203>12%)采用碳堿法生產(chǎn)硼砂，遼寧省硼礦資源雖較豐富，但隨著我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，經(jīng)過50多年硼鎂礦的大量開采，目前硼鎂礦儲量不足200萬噸，大多數(shù)礦山在10年之內(nèi)將陸續(xù)閉坑，目前省內(nèi)硼礦貧化趨勢明顯，平均品位由20世紀(jì)60年代初期的18%降至12%左右，國內(nèi)標(biāo)礦水平已經(jīng)較低，B203含量定于12%以上，實(shí)際狀況是許多硼礦加工企業(yè)所用礦石硼品位僅在10%左右，現(xiàn)行硼鎂礦硫酸法制取硼酸工藝中硼的收率在65%?75%之間，而一般較低品位硼鎂礦硼收率更是在70%以下，硼酸母液作為廢液排放，硼礦加工企業(yè)因?yàn)楦叩纳a(chǎn)成本而不采用低品位硼鎂礦一步法生產(chǎn)硼酸，低品位硼鎂礦一直處于堆積狀態(tài)，沒有被利用。同時(shí)，硼酸母液中含有大量雜質(zhì)鐵，在不斷循環(huán)過程中，鐵含量逐漸累積造成硼酸產(chǎn)品品質(zhì)下降，并且會阻礙反應(yīng)進(jìn)行。
[0007]在硫酸法酸解制硼酸的基礎(chǔ)上加以超聲輔助強(qiáng)化，超聲可以強(qiáng)化反應(yīng)進(jìn)程，縮短反應(yīng)時(shí)間，以更好的適應(yīng)國內(nèi)市場硼鎂資源稀缺和礦石品位低下的問題，為企業(yè)在國內(nèi)外市場競爭中取得優(yōu)勢具有重要意義。硼酸生產(chǎn)過程中，母液采用回用工藝，但是母液中含有大量的鐵離子，母液的顏色呈棕黃色或者墨綠色，鐵離子含量高，不僅影響硼酸生產(chǎn)，同時(shí)影響硼酸產(chǎn)品質(zhì)量。如何解決母液回用，不僅要解決硼酸與硫酸鎂共存問題，同時(shí)要解決鐵離子去除問題。硼酸母液中含有大量硫酸鎂，利用該副產(chǎn)物，控制反應(yīng)的溫度，將硫酸鎂進(jìn)行反應(yīng)生成具有良好的吸附活性的堿式碳酸鎂實(shí)現(xiàn)對母液中鐵離子的吸附脫出，不引入其他雜質(zhì)離子，節(jié)約成本、反應(yīng)條件溫和、無污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種一步法強(qiáng)化并優(yōu)化制備硼酸方法，該方法利用超聲輔助強(qiáng)化硼鎂礦酸解反應(yīng)，在超聲作用下，對硼礦顆粒表面包裹層進(jìn)行剝離、侵蝕，創(chuàng)造新的活性表面，增強(qiáng)傳質(zhì)效果，明顯縮短反應(yīng)時(shí)間，提高硼酸的產(chǎn)率，降低反應(yīng)能耗。利用副產(chǎn)物硫酸鎂制備輕質(zhì)碳酸鎂，利用其具有良好的吸附活性，對母液中的鐵離子進(jìn)行了去除，該方法無需增加工藝步驟和裝備，不引入其他雜質(zhì)離子，節(jié)約成本、反應(yīng)條件溫和、無污染。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一步法強(qiáng)化并優(yōu)化制備硼酸方法，所述方法包括以下過程:
(1)在攪拌的條件下，先向反應(yīng)器中投入礦粉和清水，升溫并保持恒定，并立即注入所加硫酸用量(等摩爾計(jì)算量)的20% — 25%，待分解完畢，再將剩余的硫酸全部投入反應(yīng)器中；當(dāng)硫酸用量為45ml，反應(yīng)時(shí)間為lOOmin，硫酸濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為20%，攪拌速度為150rpm;
(2)將250ml的過濾后硼酸母液倒入三口燒瓶中，并向三口燒瓶內(nèi)加入一定量(等摩爾計(jì)算量)的碳酸氫銨，MgS04與NH4HC03的摩爾比為1: 2，控制水浴反應(yīng)溫度在47°C以內(nèi)，攪拌速度為150rpm，反應(yīng)時(shí)間lOOmin，，瓶中發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成碳酸氫鎂[Mg(HC03)2]，即重鎂水；
(3)待三口燒瓶中的溶液充分反應(yīng)得到碳酸氫鎂后，在75°C下攪拌，轉(zhuǎn)速為300r/min，表面活性劑聚乙二醇用量為理論得到重鎂水質(zhì)量的2%。，加入聚乙二醇并開始升溫?zé)峤?，熱解完畢后保持高?5°C靜置30min;將靜置完的生成物趁熱過濾，得到的濾液為副產(chǎn)品硫酸銨溶液;濾餅先用蒸餾水水洗，再用無水乙醇洗，從漏斗中移出得到前軀體堿式碳酸鎂，并放入真空干燥箱中進(jìn)行干燥。
[0010](4)取母液為100ml，過氧化氫量0.04mol，堿式碳酸鎂0.7g，聚丙烯酰胺2ml(lg/1)，反應(yīng)溫度60°C，反應(yīng)時(shí)間5min，攪拌速度150r/min，進(jìn)行除鐵試驗(yàn)。
[0011]所述的一步法強(qiáng)化并優(yōu)化制備硼酸方法，所述方法在硫酸用量為45ml，反應(yīng)時(shí)間為lOOmin，硫酸濃度為20%，反應(yīng)溫度為85°C，攪拌速度約為150rpm時(shí)，采用超聲條件，合適的溫度為85°C，最合適的功率為80w。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
1.本發(fā)明提出一種一步法硼酸生產(chǎn)過程強(qiáng)化與優(yōu)化的方法，利用超聲輔助強(qiáng)化硼鎂礦酸解反應(yīng);利用副產(chǎn)物硫酸鎂制備具有良好的吸附活性輕質(zhì)碳酸鎂，作為吸附劑投入母液中吸附除鐵。
[0013]2.超聲輔助法可以明顯縮短反應(yīng)時(shí)間，提高硼酸的產(chǎn)率，降低反應(yīng)能耗。
[0014]3.該方法無需增加工藝步驟和裝備，不引入其他雜質(zhì)離子，節(jié)約成本、反應(yīng)條件溫和、無污染。
[0015]4.實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程中母液鐵離子的控制。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明技術(shù)路線圖；
圖2超聲震蕩下的核殼反應(yīng)模型簡圖；
圖3除鐵工藝流程圖；
圖4超聲條件下產(chǎn)品SEM圖；
圖5吸附劑的SEM圖；
圖6攪拌與超聲輔助比較；
圖7母液處理前后對比圖；
圖8吸附劑吸附后XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明的基本原理，包括硼酸酸