论文摘要
我国是硼资源比较丰富的国家,除了西藏、青海等地的天然硼砂外,多数集中在辽宁省,以硼铁矿和硼镁矿的形式存在。目前,生产硼酸和硼砂的主要原材料是硼镁矿。辽宁地区的硼镁矿经过多年的开采,储量日益减少,平均品位下降到了10%左右。硼铁矿经高炉熔态还原后,实现了硼、铁的分离,得到富硼渣和含硼生铁。富硼渣中氧化硼的品位较高（一般12%～17%）,与焙烧后的硼镁矿相似,可以代替硼镁矿作为硼、镁的来源。论文对硫酸法浸出富硼渣制备硼酸和一水硫酸镁、碳碱法制备硼砂进行了研究,有效地回收了富硼渣中的氧化硼、氧化镁。以往硫酸法制备硼酸的研究中,硫酸镁的回收率不高,造成资源的浪费,环境污染严重。通过对硼酸和硫酸镁体系、硫酸和硫酸镁体系、硫酸镁和硼酸体系结晶实验的研究,发现硼酸、硫酸的加入改变了硫酸镁溶液的性质,降低了溶液的过饱和度,对一水硫酸镁结晶起促进作用。而硫酸镁的加入可能吸附在硼酸晶面上,对硼酸结晶起抑制作用。而浸出液中含有大量的硼酸、硫酸根离子、氢离子,所以采用先高温结晶一水硫酸镁后低温结晶硼酸的方法,效果良好。MgSO4·H20的产率达到了55%以上；H3BO3的产率达到了71%以上。并且MgSO4·H20纯度达到96.07%,达到国家工业级一水硫酸镁指标（95%）；H3BO3的纯度为99.55%,达到工业硼酸标准（GB538-90）中一等品的标准（硼酸含量在99.4%～100.8%之间）。富硼渣碳碱法制备硼砂的研究中,讨论了温度、液固比、碱量、碳解时间、碳解总压力等方面对富硼渣碱浸出的影响规律,通过正交设计实验和分析碳解机理,比较碱的碳解规律,得到碳解的最佳工艺条件。碳解实验表明,低品位富硼渣碳酸钠碳解法制备硼砂的最佳工艺条件为：反应温度为135℃,碳解时间为10小时,反应总压力为0.8MPa,液固比为2：1,碱量为理论碱量的1.1倍,搅拌速度为200r/min。在此最佳艺条件下进行平行验证,B203碳解率为76.04%,硼砂收率为71.85%。根据碳解反应机理可知,与碳酸钠碳解富硼渣相比,用碳酸钠和碳酸氢钠的混合物碳解时间为7小时。用碳酸氢钠碳解富硼渣效果最好,碳解时间为6小时,缩短了时间,节省了能源。二氧化碳的吸收、碳酸氢钠的平衡是碳解的关键因素,采用先通入少量的气体,再加压到0.8MPa下碳解6小时,氧化硼浸出率达到76.13%,硼砂收率达到71.93%,硼砂纯度达到97.37%,符合国家硼砂质量标准（GB/T537-1997）。