解
硼镁矿一步法制备硼酸工艺中，硫酸作为分解剂与纤维硼镁矿发生反应。矿石中的硼、镁在硫酸作用下，以硼酸和硫酸镁形式进入到溶液中。
[0019]硫酸酸解过程中主要的反应方程式(1)-(5)如下:
2Mg0.B2O3.H20+2H2S04^2H3B03+2MgS04(1)
CaC03+H2S04+H20^CaS04.2H2O+CO2T(2)
Fe0.Fe203+4H2S04^FeS04+Fe2(S04)3+4H20(3)
MgC03+H2S04=MgS04+H20+C02T(4)
Mg (OH) 2+H2S04=MgS04+2H20(5)
超声作用，由于反应主要发生在固体颗粒表面上，所以传质阻力集中在颗粒边界层内。如图2所示，在超声辐射下，空化现场产生的湍动效应使颗粒振荡并高速碰撞，硼矿颗粒的边界层和颗粒界面，不断受到清洗冲击，边界层减薄并产生边界层空洞，边界层内的扩散得以强化。同时，对硼矿颗粒表面的硼石膏包裹层进行剥离、侵蚀，创造新的活性表面，增大传质表面积。当超声波功率增加，超声密度加大，溶质分子运动加速，空化产生的冲击流加强，侵蚀硼石膏的厚度也加大。因此，超声功率越大，破碎固态膜的厚度越大，反应越完全。如图2超声震荡下的核壳反应模型简图。碱式碳酸镁的反应原理:
MgS04+ 2NH4HC03^Mg (HC03 ) 2+(NH4 ) 2 S04(6)
5Mg(HC03)2^4MgC03.Mg (OH) 2.4H20|+ 6C02T(7)
硼酸母液主要成分为硼酸与硫酸镁。对母液进行净化处理，除去其中的硼酸、钙、杂质，获得纯净的含镁溶液，然后以碳酸氢铵为沉淀剂，在一定浓度、温度下与其中镁发生复分解、热解反应，生成碱式碳酸镁沉淀，经陈化、漂洗、脱水、干燥，得到碱式碳酸镁。
[0020]除铁，采用如图3所示工艺除铁。
[0021 ]本发明的第一步，利用超声辅助强化硼镁矿酸解反应，增强传质效果;第二步，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;第三步，将制备得到的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。
[0022]本发明的技术方法采用超声辅助法强化液固反应的传质效果，利用超声波震荡原理，加快核壳结构的壳层反应物的脱离，加快酸解反应的进行；利用工艺副产物合成吸附剂;采用合成的吸附剂实现过程中铁离子的去除;过程中无其它杂质引入，无污染，保证了母液的顺利回用。
实施例
[0023](1)在搅拌的条件下，先向反应器中投入100g的矿粉和250ml的清水，反应器升温至95.°C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%，搅拌速度约为150rpm。
[0024](2)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。
[0025](3)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lOOrnin，，瓶中发生复分解反应生成碳酸氢镁[Mg(HC03)2]，即重镁水。
[0026](4)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。
[0027](5)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。
【主权项】
1.一步法强化并优化制备硼酸方法，其特征在于，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； (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/l)，反应温度60°C，反应时间5min，搅拌速度150r/min，进行除铁试验。2.根据权利要求1所述的一步法强化并优化制备硼酸方法，其特征在于，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。
【专利摘要】一步法强化并优化制备硼酸方法，涉及制备硼酸方法，该方法利用超声辅助强化硼镁矿酸解反应，在超声作用下，对硼矿颗粒表面反应层进行剥离、侵蚀，创造新的活性表面，增强传质效果。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，提高产品纯度；利用副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，通过化学反应，控制反应的温度，加入表面活性剂，反应生成具有良好的吸附活性的碱式碳酸镁；利用制备的碱式碳酸镁与双氧水为除铁剂，对循环回用的母液进行除铁，得到含铁量低的循环回用母液，从而在生产过程中实现了铁的控制，保证了硼酸产品的质量。
【IPC分类】C01B35/10
【公开号】CN105480987
【申请号】CN201510737287
【发明人】王国胜, 耿小萌, 丁健, 李磊, 宁志高
【申请人】沈阳化工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月4日