硼回收设备、硼回收方法和硼回收系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及硼回收设备、硼回收方法和硼回收系统，包括通道和至少一个被置于通道中的曝气设备。根据本发明的硼回收设备包括曝气通道型反应器，其中含硼溶液通过所述通道而曝气从而使硼以硼砂的形式被提取；和沉淀槽，其中含硼溶液穿过曝气通道型反应器而提取的硼砂被沉淀，并且其余的溶液借助于溢流而分离。
【专利说明】硼回收设备、硼回收方法和硼回收系统
【技术领域】
[0001] 公开了硼回收设备、硼回收方法和硼回收系统。
【背景技术】
[0002] 大多数市售的硼（B)化合物提取自含硼矿物。
[0003] 全球存在约10种不同种类的经济的含硼矿物，但是，由于处理原始矿物需要数个 步骤，提取市售的如硼砂、硼酸等硼化合物较贵。然而，通过所述处理非常难生产高纯度产 品。
[0004] 通常，提取存在于卤水中的硼的方法包括采用离子交换树脂吸收卤水中的硼以选 择性地吸收硼，以及通过用酸清洗来解吸上述的硼以回收硼。
[0005] 或者，将约500ppm的存在于卤水中的硼浓缩至大于或等于约30000ppm，并添加硫 酸使硼以硼酸的形式沉积以回收硼。
[0006] 然而，由于使用强酸，两种方法均具有高成本、低回收率和处理困难的问题。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 本发明的一方面涉及硼回收设备、硼回收方法和硼回收系统。所述设备可缩短用 于提取含硼溶液（如卤水）中的硼的反应时间，并且，所述设备可用连续方法操作，从而使 所述设备可应用于大容量工业生产。技术方案
[0009] 本发明的一个实施方案提供一种硼回收设备，其包括：曝气型水通道反应器，其包 含水通道；至少一个曝气单元，其被置于水通道中并使含硼溶液通过穿过所述水通道而曝 气并使硼以硼砂的形式沉积；以及沉淀浴，其使已穿过所述曝气型水通道反应器的含硼溶 液中的沉积的硼砂沉淀并通过溢流（overflow)分离出滤液。
[0010] 可另外包含固液分离单元以分离从所述沉淀浴得到的硼砂中存在的水分。
[0011] 所述曝气型水通道反应器可另外包括pH控制单元以控制含硼溶液的pH。
[0012] 所述曝气型水通道反应器可另外包括核颗粒供给单元，其将核颗粒供给至所述含 硼溶液。
[0013] 所述pH控制单元可包括测量含硼溶液的pH的传感器，和供给酸以达到预定pH范 围的酸供给单元。
[0014] 所述预定pH可在约7. 5至约9. 5的范围内。
[0015] 所述酸可以是盐酸。
[0016] 所述核颗粒可通过所述核颗粒供给单元以约0. 01至约0. 5的重量比供给，基于含 硼溶液中包含的硼含量计。
[0017] 所述曝气型水通道反应器的曝气单元可以是塔型曝气单元，并且所述塔型曝气单 元可使用空气。
[0018] 所述沉淀浴可另外包括旋转刮板，其将所述沉淀浴中沉淀的硼砂收集至所述沉淀 浴的中部。
[0019] 叶片可沿旋转方向设置于所述旋转刮板中，并且所述叶片可从垂直方向至旋转轴 向旋转方向倾斜约10至约45°。
[0020] 所述旋转刮板可以约0. 1至约Irpm旋转。
[0021] 可另外提供旋转倾泻阀以将收集在沉淀浴的中部的硼取出。
[0022] 所述固液分离单元可使用转鼓过滤器或离心过滤器。
[0023] 根据本发明的另一个实施方案，提供了回收硼的方法，其包括使含硼溶液中包含 的硼以硼砂的形式沉积，以及使所述沉积的硼砂沉淀以分离硼砂和滤液。
[0024] 使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积可通过控制含硼溶液的pH实施。
[0025] pH可在约7. 5至约9. 5的范围内。
[0026] 使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积可包括将核颗粒供给至含硼溶液中，以 及使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积。
[0027] 所述核颗粒可以约0. 01至0. 5的重量比供给，基于含硼溶液中包含的硼含量计。
[0028] 根据另一个实施方案，提供硼回收系统，其包括：供给单元，其将含硼溶液供给至 曝气型水通道反应器中；pH控制单元，其将所供给的含硼溶液的pH控制在约7. 5至约9. 5 内；以及沉积单元，其通过所述PH控制单元使含硼溶液中的硼以硼砂的形式沉积。
[0029] 有益效果
[0030] 根据一个实施方案，可提供缩短从含硼溶液（如卤水）提取硼的反应时间的设备。
[0031] 另外，所述设备可用连续方法进行从而应用于大容量工业生产。
[0032] 另外，由于所述设备是高抗腐蚀的，其可被进一步充分地工业化。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是示出根据一个实施方案的硼回收设备的示意图。
[0034] 图2是示出根据一个实施方案的硼回收设备的透视图。
[0035] 图3是示出曝气型水通道反应器的透视图。
[0036] 符号说明
[0037] 1 :曝气型水通道反应器
[0038] 2 :沉淀浴
[0039] 3 :供给单元
[0040] 4 :pH控制单元
[0041]5:核颗粒供给单元
[0042] 6 :塔型曝气单元
[0043] 7:出口单元
[0044]8 :旋转刮板
[0045] 9:叶片
[0046] 10:旋转倾泻阀
[0047] 11:滤液出口
【具体实施方式】
[0048] 下文将详细描述本发明的示例性实施方案。然而，这些实施方案仅仅是示例性的， 并且本发明不局限于此。
[0049] 根据本发明的一个实施方案，提供硼回收设备，其包括：曝气型水通道反应器，其 包含水通道；至少一个曝气单元，其被置于水通道中并使含硼溶液通过穿过所述水通道而 曝气并使硼以硼砂（Na2B4O7 ·IOH2O,例如，Na2B4O5(OH)4 · 8H20)的形式沉积；以及沉淀浴，其 使已穿过所述曝气型水通道反应器的含硼溶液中的沉积的硼砂沉淀并通过溢流分离出滤 液。
[0050] 例如，所述含硼溶液可以是卤水。所述含硼溶液可获自矿物或海水，并且不局限于 卤水。
[0051] 所述卤水可包括约0· 2至L7g/L的Li、约0· 005至25g/L的Mg、约0· 005至15g/ L的Ca、约70至120g/L的Na、约1至40g/L的K、约(λ1至3g/L的B等。
[0052] 然而，根据卤水的来源区域，所述卤水可包括不同含量的阳离子，例如，所述卤水 可包括约 〇· 6 至I. 7g/L的Li、约 0· 005 至 0· 060g/L的Mg、〈约 0· 005g/L的Ca、约 100 至 120g/L的Na、约 25 至 35g/L的K、约 2 至 3g/L的B等。
[0053] 下文参照附图描述所述硼回收设备。
[0054] 图1是示出根据一个实施方案的硼回收设备的示意图。
[0055] 图2是示出根据一个实施方案的硼回收设备的透视图。图3是示出曝气型水通道 反应器的透视图。
[0056] 如以上的描述，所述含硼溶液可以是从中分离出如锂、镁、钙等元素的卤水。
[0057] 在回收硼期间，可包括作为杂质的锂、镁、钙等。
[0058] 从卤水中分离锂、镁、钙等的方法可包括任意已知的方法，并且本发明的一个实施 方案不局限于此。
[0059] 根据一个实施方案的硼回收设备包括曝气型水通道反应器1，通过使含硼溶液穿 过其中而使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积。
[0060] 所述含硼溶液可被缓慢地传送向曝气型水通道反应器1的水通道，并且所述含硼 溶液中包含的硼可以硼砂的形式被提取。
[0061] 一个或多个曝气型水通道反应器1可被置于沉淀浴2中。
[0062] 另外，根据一个实施方案的硼回收设备可包括沉淀浴2,其分离包括通过穿过曝气 型水通道反应器1沉积的硼砂的含硼溶液以提供硼砂和滤液。
[0063] 沉淀浴2可连续分离硼砂和滤液。
[0064] 另外，根据一个实施方案的硼回收设备可另外包括固液分离单元（未示出），其分 离从沉淀浴2获得的硼砂中的水分。
[0065] 所述固液分离单元可被连续操作。
[0066] 因此，从曝气型水通道反应器1供给的含硼溶液的硼中回收硼砂的全过程可连续 操作。
[0067] 曝气型水通道反应器1可以是通过在所述含硼溶液缓慢流过并通过曝气将所述 含硼溶液搅拌时选择性地添加酸和/或核颗粒的用于沉淀硼砂的设备。
[0068] 例如，它可包括开闭型供给单元3,其根据含硼溶液的预定流速自动控制所述含硼 溶液的供给速度。
[0069] 另外，为了沉积硼砂，可另外提供pH控制单元4用于控制含硼溶液的pH。
[0070] 为了提高硼砂的沉积速度，可另外提供核颗粒供给单元5用于供给核颗粒。
[0071] 另外，可另外提供塔型曝气单元6以为硼砂沉积提供搅拌作用。可提供至少一个 塔型曝气单元。
[0072] 另外，为了控制含硼溶液的流速，可提供开闭出口单元7以控制完成反应后的含 硼溶液的流出量。
[0073] 在此情况下，pH控制单元4可包括酸供给单元以采用pH传感器自动测量含硼溶 液的PH并使用所测量的数据自动供给酸以达到含硼溶液的预定pH。
[0074] 所述预定pH可在约7. 5至约9. 5的范围内。
[0075]另外，所供给的用以控制pH的酸可包括盐酸。例如，所述盐酸可具有约10至40 %、 约20至40 %、约30至40 %或约35 %的浓度。所述百分数浓度基于重量计。
[0076] 另一方面，核颗粒供给单元5可通过在硼砂沉积反应的开始点供给核颗粒而加速 硼的沉积，并且因此用于沉积硼砂的反应时间可被缩短。
[0077] 由核颗粒供给单元5供给的核颗粒可以约0. 01至约0. 5的重量比被包括在内，基 于含硼溶液中的硼含量计。
[0078] 另外,塔型曝气单元6优选地使用空气。
[0079] 另一方面，沉淀浴2可具有这样的结构，其中，以硼砂进行沉积的含硼溶液被缓慢 地加入沉淀浴2的中心深部，在所述含硼溶液被传输向沉淀浴2的边缘的同时，沉积的硼砂 被沉淀，并且清洁的滤液通过越过沉淀浴2的边缘流动被回收。也就是说，可通过溢流而分 离清洁的滤液。
[0080] 沉淀的硼砂通过置于沉淀浴2的底部的旋转刮板8被收集至沉淀浴2的中部，并 通过置于沉淀浴2的中心底部的旋转倾泻阀10以高浓缩的浆液的形式被排出至外部。
[0081] 旋转刮板8可以约0. 1至约Irpm旋转。
[0082] 另外，旋转刮板8的叶片9可从垂直方向至旋转轴向旋转方向倾斜约10至约 45。。
[0083] 另一方面，所述固液分离单元可包括转鼓过滤器或离心过滤器。
[0084] 另外，接触含硼溶液（如卤水）的所有设备可由PVC、PE、纤维增强塑料（FRP)、高 强度混凝土板等制成以防止腐蚀。
[0085] 所述硼回收设备具有以下操作关系。
[0086] 首先，含硼溶液可在曝气型水通道反应器1中流动，同时，通过开闭供给单元3将 流量适当地控制至含硼溶液的预定的传输速度。
[0087]另外，可使用pH控制单元4添加酸（如盐酸）以控制pH直至将含硼溶液的pH提 高到约7. 5至约9. 5以内。
[0088] 在控制pH的同时或之后，硼砂粉末的核颗粒通过核颗粒供给单元5以约0. 01至 约0. 5的重量比被添加至含锂溶液中，基于含硼溶液中的硼含量计。
[0089] 添加了酸和核颗粒的含硼溶液以预定的流速缓慢地流过曝气型水通道反应器1 并通过置于曝气型水通道反应器1中的塔型曝气单元6产生的强气泡搅拌。在搅拌过程中， 硼砂可被有效地沉积。
[0090] 在通过穿过曝气型水通道反应器1达5分钟以完成反应之后，含硼溶液在沉淀浴 2的中心深部缓慢地流动，流入的含硼溶液被缓慢地传输至水浴的边缘，沉积的硼砂颗粒堆 积在底部，清洁的滤液通过溢流出沉淀浴2被排出。
[0091] 堆积在沉淀浴2的底部的硼砂颗粒通过以约0. 1至约Irpm旋转的旋转刮板8被 缓慢地传输至沉淀浴2的中部，并通过置于沉淀浴2的中部的旋转倾泻阀10以高浓缩的浆 液的形式被排放至外部。
[0092] 通过使用连续转鼓过滤器或底部连续离心过滤器以将被排出的高浓缩的浆液连 续分离成液体和固体，以分离硼砂（如硼砂饼）和水分（如清洁的滤液）。被分离的硼砂 (如硼砂饼）可被商品化。
[0093] 根据另一个实施方案，提供了回收硼的方法，其包括使含硼溶液中包含的硼以硼 砂的形式沉积，以及使沉积的硼砂沉淀以分离硼砂和滤液。
[0094] 使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积可通过控制含硼溶液的pH实施，并且 所述pH可在约7. 5至约9. 5的范围内。
[0095] 使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积可另外包括将核颗粒供给至含硼溶液 从而缩短沉积硼砂的时间。
[0096] 核颗粒可以约0. 01至约0. 5的重量比被添加，基于含硼溶液中包含的硼含量计， 但不局限于此。
[0097] 回收含硼溶液中的硼的其他方法与根据一个实施方案的硼回收设备在操作原理 方面是相同的，因此对此不再做详细描述。
[0098] 根据另一个实施方案，提供了硼回收系统，其包括：供给单元，其将含硼溶液供给 至曝气型水通道反应器；pH控制单元，其将含硼溶液的pH控制在约7. 5至约9. 5内；以及 沉积单元，其通过所述pH控制部分使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积。
[0099] 硼回收系统的描述与根据一个实施方案的硼回收方法是相同的，因此省略。
[0100] 以下实施例更详细地阐述了本发明。
[0101] 然而，这些实施例不应从任何意义上被解释为限制本发明的范围。
[0102] 实施例
[0103] 制备了具有6. 02g/l的硼浓度、63. 4g/l的钠浓度和14. 5g/l的钾浓度的合成卤 水，并将所述合成卤水的PH调节至8. 5。精细的硼砂粉末以0. 01至0. 5的重量比被加入 卤水中，基于卤水中的硼含量计，随后将所述卤水搅拌5分钟。然后取反应滤液以测量硼浓 度。
[0104] 以下的表1示出根据此实施例的硼的回收率。
[0105] 全部实施方案显示大于或等于60%的硼沉积率。
[0106]表1
[0107]
【权利要求】
1. 硼回收设备，其包含： 曝气型水通道反应器，其包含水通道； 至少一个曝气单元，其被置于水通道中并使含硼溶液通过穿过所述水通道而曝气从而 使硼以硼砂的形式沉积；以及 沉淀浴，其使已穿过所述曝气型水通道反应器的含硼溶液中的沉积的硼砂沉淀并通过 溢流分离出滤液。
2. 权利要求1的硼回收设备，另外包含固液分离单元以分离从所述沉淀浴得到的硼砂 中存在的水分。
3. 权利要求1的硼回收设备，其中所述曝气型水通道反应器另外包含pH控制单元，其 控制含硼溶液的pH。
4. 权利要求1的硼回收设备，其中所述曝气型水通道反应器另外包含核颗粒供给单 元，其将核颗粒供给至所述含硼溶液。
5. 权利要求3的硼回收设备，其中所述pH控制单元包含测量含硼溶液的pH的传感器， 和供给酸以达到预定pH范围的酸供给单元。
6. 权利要求5的硼回收设备，其中所述预定pH在约7. 5至约9. 5的范围内。
7. 权利要求5的硼回收设备，其中所述酸是盐酸。
8. 权利要求4的硼回收设备，其中由所述核颗粒供给单元供给的核颗粒以约0. 01至 0. 5的重量比供给，基于含硼溶液中所包含的硼含量计。
9. 权利要求1的硼回收设备，其中所述曝气型水通道反应器中的曝气单元是塔型曝气 单元，并且所述塔型曝气单元使用空气。
10. 权利要求1的硼回收设备，其中所述沉淀浴另外包含旋转刮板，其将所述沉淀浴中 沉淀的硼砂收集至所述沉淀浴的中部。
11. 权利要求10的硼回收设备，其中叶片沿旋转方向设置于所述旋转刮板中，并且所 述叶片从垂直方向至旋转轴向旋转方向倾斜10至45°。
12. 权利要求10的硼回收设备，其中所述旋转刮板以约0. 1至lrpm旋转。
13. 权利要求10的硼回收设备，另外包含旋转倾泻阀，其排放收集在沉淀浴的中部的 硼砂。
14. 权利要求2的硼回收设备，其中所述固液分离单元使用转鼓过滤器或离心过滤器。
15. 回收硼的方法，其包括： 使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积；以及 使所述沉积的硼砂沉淀以从滤液中分离硼砂。
16. 权利要求15的方法，其中使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积通过控制含硼 溶液的pH实施。
17. 权利要求16的方法，其中所述pH在约7. 5至约9. 5的范围内。
18. 权利要求15的方法，其中使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积包括： 将核颗粒供给至含硼溶液中；以及 使含硼溶液中包含的硼以硼砂的形式沉积。
19. 权利要求18的方法，其中所述核颗粒以约0. 01至约0. 5的重量比被添加，基于含 硼溶液中包含的硼含量计。
20.硼回收系统，其包含： 供给单元，其将含硼溶液引入至曝气型水通道反应器中； pH控制单元，其将含硼溶液的pH控制在约7. 5至约9. 5内；以及 沉积单元，其使含硼溶液中的硼以硼砂的形式沉积。
【文档编号】C02F1/26GK104364202SQ201280073788
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年4月5日
【发明者】全雄, 金畿永, 韩基天, 李任昌, 张永硕, 孙修焕 申请人:Posco公司, 浦项产业科学研究院, 株式会社Mpply