硬硼钙石和钠硼解石矿酸解制硼酸的工艺研究

论文摘要

硼矿是一种比较稀缺的化工矿物资源,主要作为生产硼酸和硼砂的原料。以硼酸等为原料生产的各种硼化合物,广泛应用于化工、轻工、医药、电子、冶金、航天航空、电力、太阳能、核工业及农业等多种领域。因此,硼矿在国民经济中具有十分重要的作用。在我国,过去几十年来依赖的硼镁矿资源,由于长期的开采已面临枯竭,不能满足未来硼工业的需求。因此,加快其它硼资源的合理开发利用,对于我国硼工业的发展有着重要的现实意义。本文研究内容由两部分构成：以土耳其硬硼钙石矿为原料,探讨其硫酸分解制硼酸的工艺过程；以玻利维亚钠硼解石矿为原料,通过洗矿脱除氯化物后,对其硫酸分解制备硼酸的工艺过程进行研究。对土耳其硬硼钙石矿进行化学分析和物相表征,确定矿中各组分的含量为B2O341.82%、CaO26.75%和MgO1.71%；矿石主要物相为硬硼钙石（2CaO·3B203·5H2O）、钙磷石、硅硼石和硅酸盐等不溶性杂质。通过考察酸量、反应温度、反应时间和液固比等因素对酸解过程的影响,获得了硬硼钙石矿酸解制备硼酸的适宜工艺条件：酸用量为理论值的98%,反应温度90℃,反应时间1h,反应液固比4：1；在此条件下,硼的浸出率达到了98.16%。通过对母液和矿渣洗液的循环试验考察,确定系统经二次循环后,对硼酸母液进行回收硼的处理较适宜；硬硼钙石矿酸解产生的硼酸母液中硼,采用加Ca（OH）2反应转化法进行回收,最佳工艺条件为：温度25℃、钙硼比1.6：1、反应时间1.5h；经XRD物相分析,沉淀产物主要为四水合偏硼酸钙,其B203质量分数为28.38%,CaO质量分数为36.21%,MgO质量分数为2.50%。硬硼钙石矿酸解料浆中,渣的主要成分CaSO4·2H2O和未反应的钙磷石等,采用阴离子型聚丙烯酰胺进行助滤,可以改善CaSO4·2H2O的晶体尺寸,加快过滤速率,缩短过滤时间。玻利维亚钠硼解石矿的分析和表征表明：矿石中各组分含量为B2O325.31%、CaO12.36%、Na2O7.09%、MgO2.21%和Cl-4.95%,主要物相为钠硼解石（NaCaB5O9·8H2O）、 NaCl和SiO2。用矿粉质量6倍的去离子水洗矿,可使矿石中Cl-含量降到0.91%。用钠硼解石矿制硼酸的适宜工艺条件：酸用量为理论值的84%,反应温度90℃,反应时间1h,反应液固比3：1；在此条件下,硼的浸出率达到98.5%。通过母液和矿渣洗液的循环试验,确定二次循环后对硼酸母液进行回收硼的处理较适宜；采用向硼酸母液中加氢氧化钙沉淀偏硼酸钙的方法回收硼,适宜的回收硼的工艺条件为：室温（18℃）、钙硼比3：1、反应时间3h,沉淀产物主要为四水合偏硼酸钙。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 硼矿资源的开发与利用
• 1.1.1 世界硼资源的分布
• 1.1.2 国外硼工业的发展概况
• 1.1.3 我国硼工业的发展及现状
• 1.1.4 硼及其化合物的应用
• 1.2 硼酸及硼酸盐
• 1.2.1 硼酸的制备工艺
• 1.2.2 硼酸母液的回收
• 1.2.3 硼酸盐材料
• 1.3 硬硼钙石综合利用现状
• 1.4 钠硼解石综合利用现状
• 1.5 本课题研究的意义
• 2 硬硼钙石矿酸解制备硼酸工艺
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂与仪器
• 2.1.2 实验分析方法
• 2.1.3 工艺流程
• 2.1.4 工艺原理和方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 硬硼钙石矿的组成及物相
• 2.2.2 酸量对酸解反应的影响
• 2.2.3 其他条件对酸解反应的影响
• 2.2.4 母液和矿渣洗液的循环
• 2.2.5 硼酸母液中硼的回收
• 2.2.6 聚丙烯酰胺对酸解料浆的助滤作用
• 2.3 小结
• 3 钠硼解石矿酸解制备硼酸工艺
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂与仪器
• 3.1.2 实验分析方法
• 3.1.3 工艺流程
• 3.1.4 工艺原理和方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 钠硼解石矿的组成及物相
• 3.2.2 洗矿
• 3.2.3 酸量对酸解反应的影响
• 3.2.4 反应温度对酸解反应的影响
• 3.2.5 反应液固比对酸解反应的影响
• 3.2.6 母液和矿渣洗液的循环
• 3.2.7 硼酸母液中硼的回收
• 3.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢