专利名称：电渗电解法从硼矿石中制取硼酸的方法
技术领域：
本发明属于硼矿石加工领域，特别涉及ー种电渗电解法从硼矿石中制取硼酸的方法。
背景技术：
目前，由硼矿石(包括硼铁矿和硼镁矿)生产硼酸的エ艺有两种，其一是ー步法，即用硫酸和硼矿石直接反应生产硼酸，如在专利CNlOl 182003A《利用硼镁矿硫酸法生产硼酸和一水硫酸镁的エ艺》中提到使用该エ艺生产硼酸。过程是将硼矿石焙烧熟化粉碎后加酸溶解、过滤、結晶、离心分离、洗涤、干燥的エ艺。此法虽然エ艺简单，但是对矿石的品位要求高，需大于19%，产品中金属离子和硫酸根含量难控制，硼酸纯度不高。其ニ是两步法，即用硼砂加硫酸生产硼酸，该エ艺可有效控制金属离子含量，但是硫酸根含量仍然难于控制，影响产品质量，同时加工成本増大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产硼酸的新エ艺，采用电渗电解法从硼矿石加工后续产物硼砂中制备硼酸。具体采用如下方法①将硼矿石焙烧，熟化、粉碎成矿粉；②配制质量浓度5% 40%的烧碱(NaOH)溶液作为母液；③将步骤①制备的矿粉和步骤②配制的母液按质量比1:1. 2^1. 5投入碳解罐内，输入ニ氧化碳气体进行碳解反应，制得含硼砂的浆液；④将步骤③反应制得的浆液通过板框过滤机二次过滤结晶后得到含硼砂的溶液；⑤将步骤④制得的硼砂溶液作为阳极液、烧碱溶液作为阴极液进行电解，阳极室生成硼酸并放出氧气，阴极室生成烧碱并放出氢气。上述反应过程中，步骤③中碳解反应的条件优选为温度115 140°C，反应压カO. 6 O. 8MPa，反应7 12小时；进一步优选的反应条件为碳解反应温度125 135°C，反应压カ O. 65 O. 8MPa0上述反应过程中，步骤⑤中电解条件优选阳极液为步骤④制得的硼砂溶液，阴极液为5% 40%的烧碱溶液，阴阳极室和阳离子选择透过膜相平行的电解槽端板与离子交換膜的间距为2 200毫米，阴阳极溶液的温度40 80°C，电解直流电压，2V 8V，电解反应时间4 14小时。步骤⑤电解反应的原理为总反应Na2B4O7+ 9H20 —~^ 2NaOH + 4H3B03+ O2 个 + 2H2 f阳极反应=H2O— 2H++0 . 502 +2e_H++H2B(V — H3BO3、
阴极反应2H20+2e_—20Η_+Η2 Na++0F —NaOH上述电解过程将步骤④获得的硼砂水溶液作为阳极液直接进行电解，电解产物经降温、结晶、过滤、干燥得硼酸产品；阴极液反应生成烧碱水溶液，可直接回用到硼矿粉碱解エ序。因此，本发明的另ー特点是エ艺过程兼顾了エ艺整合，实现原料循环利用将步骤⑤阴极生成液作为步骤②的母液。本发明中，步骤⑤所述电解过程使用的电解槽是用阳离子选择透过膜将与直流电源正极和负极相连接的正负极板隔开，形成两个相互独立的空间，正极板所在的部分是阳极室，负极板所在的部分是阴极室，阴阳极室之间溶液不能相互透过。上述电解槽中，电解 槽阴阳极室两边的端板与于阳离子选择透过膜相平行，电解槽端板与阳离子选择透过膜的间距为2 200毫米。本发明提供的方法适用于含硼量> 9%的硼矿石制取硼酸，由此类硼矿石经碳解、过滤后得到的硼砂溶液中硼砂含量约为:T20wt%。相比于现有技术，本发明提出了ー种用电渗电解法从硼矿石加工后续产物硼砂中制取硼酸的エ艺。本发明提供的方法，原料适用性广，矿石品位可以扩大到大于9%，不用加入硫酸，材料成本降低，同时能有效控制杂质含量(金属离子和硫酸根离子)，依据本发明制备的硼酸參照GB/T12684-2006检测后，纯度达到99. 5%以上，具有良好的经济效益。
图I电渗电解法从硼矿石中制取硼酸エ艺流程框图。图2电渗电解法从硼矿石中制取硼酸エ艺中电解装置示意图。
具体实施例方式下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。本发明的具体实施方式
，实施例中的电解装置阳极采用过氧化铅电极，阴极采用铅电扱，隔板为阳离子选择透过膜。实施例I本实施例使用含硼量>9%的硼矿石，温度600°C焙烧后，粉碎、磨为颗粒度>60目矿粉。配置10%的烧碱溶液，向碳解炉内投入矿粉400Kg、烧碱溶液500Kg，保持碳解炉温度1200C，压カO. 6MPa，反应7. 5小吋。将反应后的浆液二次过滤，结晶后剩余滤液中硼砂含量约5%，放入电渗电解装置的阳极区，阴极区放入6%的烧碱溶液，阴阳极室和阳离子选择透过膜相平行的电解槽端板与离子选择透过膜的间距为2毫米，阴阳区温度50°C，电解直流电压3. 0V，电解反应时间4小时，阳极区溶液经降温结晶过滤干燥得到SOKg硼酸产品，经检测纯度达到99. 5%。实施例2本实施例使用含硼量> 12%的硼矿石，温度700°C焙烧后，粉碎、磨为颗粒度> 60目矿粉。配置20%的烧碱溶液，向碳解炉内投入矿粉lOOOKg，烧碱溶液1300Kg，保持碳解炉温度130°C，压カO. 6MPa，反应10小时。将反应后的浆液二次过滤，结晶后剩余滤液中硼砂含量约12%，放入电渗电解装置的阳极区，阴极区放入9%的烧碱溶液，阴阳极室和阳离子选择透过膜相平行的电解槽端板与离子选择透过膜的间距为70毫米，阴阳区温度60°C，电解直流电压4. 3V，电解反应时间8小吋，阳极区溶液经降温结晶过滤干燥得到210Kg硼酸产品，经检测纯度达到99. 7%。实施例3本实施例使用含硼量>9%的硼矿石，温度700°C焙烧后，粉碎、磨为颗粒度>60目矿粉。配置30%的烧碱溶液，向碳解炉内投入矿粉2000Kg，烧碱溶液2800Kg，保持碳解炉温度130°C，压カO. 7MPa，反应10小吋。将反应后的浆液二次过滤，结晶后剩余滤液中硼砂含量约16%，放入电渗电解装置的阳极区，阴极区放入2 0%的烧碱溶液，阴阳极室和阳离子选择透过膜相平行的电解槽端板与离子选择透过膜的间距为140毫米，阴阳区温度70°C，电解直流电压5. 5V，电解反应时间10小吋，阳极区溶液经降温结晶过滤干燥得到310Kg硼酸产品，经检测纯度达到99. 7%。实施例4本实施例使用含硼量>9%的硼矿石，温度700°C焙烧后，粉碎、磨为颗粒度>60目矿粉。配置40%的烧碱溶液，向碳解炉内投入矿粉2000Kg，烧碱溶液3000Kg，保持碳解炉温度140°C，压カO. 8MPa，反应12小时。将反应后的浆液二次过滤，结晶后剩余滤液中硼砂含量约20%，放入电渗电解装置的阳极区，阴极区放入40%的烧碱溶液，阴阳极室和阳离子选择透过膜相平行的电解槽端板与离子选择透过膜的间距为200毫米，阴阳区温度80°C，电解直流电压7. 2V，电解反应时间14小吋，阳极区溶液经降温结晶过滤干燥得到315Kg硼酸产品，经检测纯度达到99. 9%。
权利要求
1.电渗电解法从硼矿石中制取硼酸的方法，其特征在于用直流电解的方法从硼矿石中制取硼酸；具体采用如下方法 ①配料将硼矿石焙烧，熟化、粉碎成矿粉； ②配制质量浓度5% 40%的碱溶液作为母液； ③将步骤①制备的矿粉和步骤②配制的母液按质量比I:1. 2^1. 5投入碳解罐内，输入ニ氧化碳气体进行碳解反应，制得含硼砂的浆液； ④将步骤③反应制得的浆液通过板框过滤机二次过滤结晶后得到含硼砂的溶液； ⑤将步骤④制得的硼砂溶液进行电解，阳极室生成硼酸并放出氧气，阴极室生成烧碱并放出氢气； 上述方法中，所述步骤⑤的阴极生成液用作步骤②的母液。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤⑤所述电解过程的电解槽是用阳离子选择透过膜将与直流电源正极和负极相连接的正负极板隔开，形成两个相互独立的空间，正极板所在的部分是阳极室，负极板所在的部分是阴极室，阴阳极室之间溶液不能相互透过。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于阴阳极室和阳离子选择透过膜相平行的电解槽端板与离子交換膜的间距为2 200毫米。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤③中碳解反应的条件为温度115 .140°C，反应压カO. 6 O. 8MPa，反应7 12小时。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述碳解反应温度125 135°C，反应压力 O. 65 O. 8MPa0
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤⑤中电解条件为阳极液为步骤④得到的硼砂溶液，阴极液为5% 40%的烧碱溶液，阴阳极溶液的温度为40 80°C，电解直流电压为2V 8V，电解反应时间4 14小时。
全文摘要
本发明提供一种电渗电解法从硼矿石中制取硼酸的方法，是将硼矿石焙烧、粉碎后，经碳解和电解得到硼酸。本发明提供的方法，原料适用性广，矿石品位可以扩大到大于9%，不用加入硫酸，材料成本降低，同时能有效控制杂质金属离子和硫酸根离子含量，具有良好的经济效益。
文档编号C25B1/00GK102644090SQ20121013885
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者张金鹤, 李静静, 林军, 连志荣, 邹恩义 申请人:大连交通大学