一步法强化并优化制备硼酸方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备硼酸方法，特别是涉及一步法强化并优化制备硼酸方法。
【背景技术】
[0002]辽宁省硼矿资源虽较丰富，但随着我国国民经济发展，经过50多年硼镁矿的大量开采，目前省内硼矿贫化趋势明显，由此硼酸产率低下、能耗高，而且，在硼酸生产过程中产生大量硼酸母液，硼酸母液一部分作为废液排放，溶液中大量的硫酸镁资源不能回收硼矿加工企业因为高的生产成本而不采用低品位硼镁矿进行一步法生产硼酸，于是低品位硼镁矿一直处于堆积状态，没有被利用。另一方面硼酸母液中含有大量杂质铁，在不断循环过程中，铁含量逐渐累积不仅会造成硼酸产品品质下降，而且会阻碍反应进行。由此，我们对硼酸生产过程中酸解反应阶段、母液循环阶段及产物做了充分研究。
[0003]利用超声辅助强化硼镁矿酸解反应:在超声作用下，对硼矿颗粒表面包裹层进行剥离、侵蚀，创造新的活性表面，增大传质表面积。因此，超声功率越大，破碎固态膜的厚度越大，反应越完全，超声法可以明显缩短反应时间，提高硼酸的产率，降低反应能耗。不仅如此，通过对反应后产品表征分析，我们发现超声法生产硼酸还能提高产品纯度。
[0004]利用产物硫酸镁制备轻质碳酸镁:将过滤后的硼酸母液中含有大量硫酸镁，控制反应的温度，加入表面活性剂，反应生成轻质碱式碳酸镁沉淀，碱式碳酸镁具有良好的吸附活性。
[0005]硼酸母液中含有大量的铁离子，母液的颜色呈棕黄色或者墨绿色，为了解决母液回用，不仅要解决硼酸与硫酸镁共存问题，同时要解决铁离子去除问题。在硼酸母液中加入利用副产的硫酸镁制得的碱式碳酸镁除铁剂与双氧水，对母液中的铁离子进行了去除。该方法无需增加工艺步骤和装备，不引入其他杂质离子，节约成本、反应条件温和、无污染。
[0006]我国硼镁矿资源根据矿物结构和化学组成的不同，采用不同的化工加工方法生产不同的硼产品，对高品位矿石(B203>20%)采用硫酸浸出一步法生产硼酸;对低品位硼矿石(B203>12%)采用碳碱法生产硼砂，辽宁省硼矿资源虽较丰富，但随着我国国民经济发展，经过50多年硼镁矿的大量开采，目前硼镁矿储量不足200万吨，大多数矿山在10年之内将陆续闭坑，目前省内硼矿贫化趋势明显，平均品位由20世纪60年代初期的18%降至12%左右，国内标矿水平已经较低，B203含量定于12%以上，实际状况是许多硼矿加工企业所用矿石硼品位仅在10%左右，现行硼镁矿硫酸法制取硼酸工艺中硼的收率在65%?75%之间，而一般较低品位硼镁矿硼收率更是在70%以下，硼酸母液作为废液排放，硼矿加工企业因为高的生产成本而不采用低品位硼镁矿一步法生产硼酸，低品位硼镁矿一直处于堆积状态，没有被利用。同时，硼酸母液中含有大量杂质铁，在不断循环过程中，铁含量逐渐累积造成硼酸产品品质下降，并且会阻碍反应进行。
[0007]在硫酸法酸解制硼酸的基础上加以超声辅助强化，超声可以强化反应进程，缩短反应时间，以更好的适应国内市场硼镁资源稀缺和矿石品位低下的问题，为企业在国内外市场竞争中取得优势具有重要意义。硼酸生产过程中，母液采用回用工艺，但是母液中含有大量的铁离子，母液的颜色呈棕黄色或者墨绿色，铁离子含量高，不仅影响硼酸生产，同时影响硼酸产品质量。如何解决母液回用，不仅要解决硼酸与硫酸镁共存问题，同时要解决铁离子去除问题。硼酸母液中含有大量硫酸镁，利用该副产物，控制反应的温度，将硫酸镁进行反应生成具有良好的吸附活性的碱式碳酸镁实现对母液中铁离子的吸附脱出，不引入其他杂质离子，节约成本、反应条件温和、无污染。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种一步法强化并优化制备硼酸方法，该方法利用超声辅助强化硼镁矿酸解反应，在超声作用下，对硼矿颗粒表面包裹层进行剥离、侵蚀，创造新的活性表面，增强传质效果，明显缩短反应时间，提高硼酸的产率，降低反应能耗。利用副产物硫酸镁制备轻质碳酸镁，利用其具有良好的吸附活性，对母液中的铁离子进行了去除，该方法无需增加工艺步骤和装备，不引入其他杂质离子，节约成本、反应条件温和、无污染。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一步法强化并优化制备硼酸方法，所述方法包括以下过程:
(1)在搅拌的条件下，先向反应器中投入矿粉和清水，升温并保持恒定，并立即注入所加硫酸用量(等摩尔计算量)的20% — 25%，待分解完毕，再将剩余的硫酸全部投入反应器中；当硫酸用量为45ml，反应时间为lOOmin，硫酸浓度(质量分数)为20%，搅拌速度为150rpm;
(2)将250ml的过滤后硼酸母液倒入三口烧瓶中，并向三口烧瓶内加入一定量(等摩尔计算量)的碳酸氢铵，MgS04与NH4HC03的摩尔比为1: 2，控制水浴反应温度在47°C以内，搅拌速度为150rpm，反应时间lOOmin，，瓶中发生复分解反应生成碳酸氢镁[Mg(HC03)2]，即重镁水；
(3)待三口烧瓶中的溶液充分反应得到碳酸氢镁后，在75°C下搅拌，转速为300r/min，表面活性剂聚乙二醇用量为理论得到重镁水质量的2%。，加入聚乙二醇并开始升温热解，热解完毕后保持高温95°C静置30min;将静置完的生成物趁热过滤，得到的滤液为副产品硫酸铵溶液;滤饼先用蒸馏水水洗，再用无水乙醇洗，从漏斗中移出得到前躯体碱式碳酸镁，并放入真空干燥箱中进行干燥。
[0010](4)取母液为100ml，过氧化氢量0.04mol，碱式碳酸镁0.7g，聚丙烯酰胺2ml(lg/1)，反应温度60°C，反应时间5min，搅拌速度150r/min，进行除铁试验。
[0011]所述的一步法强化并优化制备硼酸方法，所述方法在硫酸用量为45ml，反应时间为lOOmin，硫酸浓度为20%，反应温度为85°C，搅拌速度约为150rpm时，采用超声条件，合适的温度为85°C，最合适的功率为80w。
[0012]本发明的优点与效果是:
1.本发明提出一种一步法硼酸生产过程强化与优化的方法，利用超声辅助强化硼镁矿酸解反应;利用副产物硫酸镁制备具有良好的吸附活性轻质碳酸镁，作为吸附剂投入母液中吸附除铁。
[0013]2.超声辅助法可以明显缩短反应时间，提高硼酸的产率，降低反应能耗。
[0014]3.该方法无需增加工艺步骤和装备，不引入其他杂质离子，节约成本、反应条件温和、无污染。
[0015]4.实现了生产过程中母液铁离子的控制。
【附图说明】
[0016]图1为本发明技术路线图；
图2超声震荡下的核壳反应模型简图；
图3除铁工艺流程图；
图4超声条件下产品SEM图；
图5吸附剂的SEM图；
图6搅拌与超声辅助比较；
图7母液处理前后对比图；
图8吸附剂吸附后XRD图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0018]本发明的基本原理，包括硼酸酸