专利名称：用熟化气体法生产硼酸的方法及其生产设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及硼酸的生产方法及其生产设备，尤其是涉及利用熟化的硼矿粉和气体二氧化硫交换反应，制取硼酸的方法及生产设备，属于化工制造领域。
背景技术：
硼酸是硼化工两大基本产品之一，广泛用于轻工、冶金、机械、化工、电子、电讯、航天、国防等工业，随着我国国民经济的快速发展，我国的硼酸需求量不断增大，每年需求约10～12万吨，国内生产能力为6万吨左右，不足的部分只能靠从美国、智利、土耳其、俄罗斯等国进口。传统的硼酸生产方法，大体上可分为两类，一是用高品位，即含硼量在22％以上的硼矿石磨成粉与硫酸、盐酸等直接反应，制取硼酸，即一步法，此种方法对硼矿石品位要求高，国内已探明的硼矿资源很少能符合这种生产方法的要求，同时，这种方法的收率低，产量低、消耗高；二是用硼砂与硫酸中和反应生产硼酸，即二步法，这种方法生产成本极高，收益很低，缺乏实用性；由于上述生产方法存在诸多缺点，所以很难保证实际生产的效益，严重影响了我国硼酸的生产和发展，致使不依赖进口，无法满足国内市场需求的局面。
发明内容
1、发明目的本发明提供一种用熟化气体法生产硼酸的方法及其生产设备，其目的是解决传统的制取硼酸的方法中存在需要高品位硼矿石，收率低、消耗高、成本极高，收益低、实用性差等缺点，严重影响硼酸的生产和发展的问题。
2、技术方案本发明是通过以下技术方案来实现的一种用熟化气体法生产硼酸的方法，其特征在于主要包括以下几个步骤a、硼矿石熟化步骤将硼矿石上窑焙烧，熟化、磨粉，加水后制成浓度为35％的硼矿浆；
b、制取二氧化硫步骤用沸腾炉焙烧硫铁矿石制取二氧化硫气体，或收集冶炼工业中产生的二氧化硫气体；c、交换反应步骤将配制好的熟化硼矿浆与二氧化硫气体在交换塔内进行正向或逆向交换反应，循环往复，直至三氧化二硼彻底反应完毕为止；d、硼酸生成步骤将反应完毕的料液趁热过滤，使过滤后的滤液降温结晶，将结晶硼酸液脱水洗涤，对脱水硼酸进行烘干，即得硼酸成品。
硼矿石熟化步骤中硼矿石的品位为含硼量≥12％；焙烧温度为600℃～800℃；磨粉的颗粒度≥60目。
硼酸生成步骤中脱水洗涤后所用的洗水和剩余的母液与再加入的硼矿粉形成硼矿浆，再与二氧化硫进行反应，洗水和母液与硼矿粉的重量比为2.5～3∶1，反应后料液中硼的含量≥110ml/克。
交换反应步骤及硼酸生成步骤中烘干所需的热量由在沸腾炉中焙烧硫铁矿产生的余热供给。
该生产设备主要由交换塔、配料罐、循环泵及与它们连接的若干管路构成；交换塔上设有二氧化硫供气口；交换塔的底部出料口置于配料罐内；交换塔内设有隔筛网；隔筛网上设有若干喷水孔；配料罐的供料口通过管路和循环泵与交换塔的进料口连通。
二氧化硫供气口设在隔筛下面的交换塔塔体上，其通过管路与过滤器与沸腾炉的供气口连通。
交换塔为锥体结构，出料口设在交换塔锥体的尖端部位。
3、优点及效果通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决传统的制取硼酸的方法中存在需要高品位硼矿石，收率低、消耗高、成本极高，收益低、实用性差等缺点，严重影响硼酸的生产和发展的问题。本发明用熟化气体法生产硼酸的方法及其生产设备，具有以下优点1、本发明先将硼矿石熟化处理，使经过焙烧、熟化、磨粉处理后的硼矿粉的活性大大提高，使活性较强硼矿粉与二氧化硫气体接触后迅速反应生成硼酸，达到最佳的反应效果，且其它物质沉淀，不饱和的部分可以循环使用，避免了排废液损失硼，污染环境问题，提高了硼的收率，产量，收率由原来的一步法的60％～65％提高到85％，收率的提高，使经济效益大幅提高。
2、贫富矿均可使有，能够有效地利用资源，原硼酸生产一步法，只能用硼矿石品位为22％以上的，低于22％的矿石收率低，无经济效益，而本发明的生产方法对硼矿石的品位要求不低于12％即可，使这一方法应用范围广。
3、有利于环保，解决了以往硼酸生产过程中环境污染问题，本发明中的硼酸母液得到了充分利用，杜绝了排硼酸母液问题，解决了硼酸生产过程中最大的污染问题，另外，本发明生产过程中排出的废渣均属水不溶物，不会污染地下水和堆放场地附近的植被。
4、节约能源，沸腾炉焙烧硫铁矿石制取二氧化硫，产生大量的余热，可以供硼酸生产用热，传统生产硼酸每吨约需燃料为300元～400元，在硼酸生产成本中占的比重较大，以一般年产5000吨硼酸计算，可节约燃料费用150～200万元，本发明对余热的利用有效地降低了成本，节约了能源。
5、本发明生产设备采用正向法进行硼酸的生产，其采用锥体结构，并且出料口设在锥体的尖端部位，使与二氧化硫气体反应的硼矿浆在重力作用下集中向出料口流动，并且经过隔筛的处理，使料液呈雨淋状与二氧化硫气体充分进行接触，反应效果好，缩短每次的生产的处理时间，使硼酸的收率好，有效降低成本。
四
附图1为本发明生产设备结构示意图；附图2为本发明生产设备中隔筛结构示意图；附图3为本发明生产方法流程图。
五具体实施例方式本发明是用以下技术文案实现的如附图1所示，本发明用熟化气体法生产硼酸的生产设备，该生产设备主要由交换塔5、配料罐7、循环泵8及与它们连接的若干管路构成；沸腾炉1的供气口通过管路经第一过滤器2、第二过滤器3和第三过滤器4与交换塔6的二氧化硫供气口10连通，经第一过滤器2、第二过滤器3和第三过滤器4过滤后的二氧化硫气体进入交换塔5；锥体结构的交换塔5的底部出料口置于配料罐7内；出料口设在交换塔5锥体的尖端部位，交换塔5内设有隔筛6，隔筛6设置在交换塔5内的顶部的入料口下面，如附图2所示，隔筛6上设有若干喷水孔9，可以使硼矿浆呈喷雾状向底部的出料口流动，由于二氧化硫供气口10设置在隔筛6下面的交换塔5的塔体上，所以经入料口进入的硼矿料浆经隔筛6的喷水孔9呈雨淋状均匀喷出后，与二氧化硫供气口10提供的二氧化硫气体同向流动充分发生同向反应；配料罐7的供料口通过管路和循环泵8与交换塔5的进料口连通，使未完全反应的料液和反应后在结晶罐中结晶的硼酸液脱水洗涤后，所用洗水与剩余的母液和再次加入的硼矿粉，形成的硼矿浆，加入配料罐后，回到交换塔中，再次进行反应，直到反应完毕为止，将二氧化硫供气口10设在反应塔的底部，使二氧化硫气体与经隔筛喷出的呈雨淋状的料浆在反应塔中相反方向发生反应，即为逆向反应。
如附图3所示，本发明用熟化气体法生产硼酸的方法，主要包括以下几个步骤a、硼矿石熟化步骤取500Kg品位为含硼量≥12％的硼矿石，将硼矿石上窑焙烧，焙烧温度≥600℃～800℃，熟化、磨粉，磨粉颗粒度≥60目，经过上述处理后，大大增加了硼矿石的活性，增加其与二氧化硫气体的反应效果，加水后制成浓度为35％的硼矿浆；将硼矿浆装入本发明生产设备的配料罐中；b、制取二氧化硫步骤用沸腾炉焙烧硫铁矿石制取二氧化硫，也可以收集冶炼工业中产生的二氧化硫气体，但考虑到余热的利用，所以本发明采用焙烧硫铁矿石的方法，制取二氧化硫气体；c、交换反应步骤将配制好的熟化硼矿浆与制取生成的二氧化硫气体在锥体结构的交换塔内进行正向交换反应，反应后的硼矿浆母液在重力作用下集中经出料口流入配料罐中，再经循环泵流回反应塔，再次经隔筛后呈雨淋状流入配料罐中与二氧化硫气体进行反应，如此循环往复，直至三氧化二硼彻底反应完毕为止，交换反应所需的热量由硫铁矿在沸腾炉中焙烧产生的热量供给；d、硼酸生成步骤将反应完毕的料液趁热过滤，使过滤后的滤液在结晶罐中缓缓降温结晶，将结晶硼酸液脱水洗涤，洗涤用的洗水和剩余的母液，与再次加入硼矿粉制成硼矿浆，放入配料罐中再次循环进行反应，直到全部反应完毕为止，这样很好地利用了洗水和剩余的母液，不致造成硼流失，提高了硼酸收率的同时，也减少了环境污染，洗水和母液与硼矿粉的重量比为2.5～3∶1，反应后料液中硼的含量≥110ml/克；利用上述制取二氧化硫步骤中，硫铁矿在沸腾炉中焙烧产生的大量余热，对脱水硼酸进行烘干，即得硼酸成品。
本发明生产方法工作机理如下熟化后的硼矿粉，增加了活性，使二氧化硫气体与活性较强的三氧化二硼接触后迅速反应成硼酸，溶转于液体中，而与硼共生的镁、钙、硅与二氧化硫接触后，只能生成水不溶物亚硫酸镁、亚硫酸钙，在液体中沉淀下来，而硅与二氧化硫不反应也沉淀下来，经过滤，实现了液体与固体的分离，也实现了硼与镁、钙、硅的分离，其化学方程式如下
SiO2↓由于液体中只存在硼，超饱和部分结晶析出，不饱和的部分继续存在液体中，可以循环使用，避免了排废液损失硼，污染环境问题，提高了硼的收率，产量和效益。
权利要求
1.一种用熟化气体法生产硼酸的方法，其特征在于主要包括以下几个步骤a、硼矿石熟化步骤将硼矿石上窑焙烧，熟化、磨粉，加水后制成浓度为35％的硼矿浆；b、制取二氧化硫步骤用沸腾炉焙烧硫铁矿石制取二氧化硫气体，或收集冶炼工业中产生的二氧化硫气体；c、交换反应步骤将配制好的熟化硼矿浆与二氧化硫气体在交换塔内进行正向或逆向交换反应，循环往复，直至三氧化二硼彻底反应完毕为止；d、硼酸生成步骤将反应完毕的料液趁热过滤，使过滤后的滤液降温结晶，将结晶硼酸液脱水洗涤，对脱水硼酸进行烘干，即得硼酸成品。
2.根据权利要求1中所述的用熟化气体法生产硼酸的方法，其特征在于硼矿石熟化步骤中硼矿石的品位为含硼量≥12％；焙烧温度为600℃～800℃；磨粉的颗粒度≥60目。
3.根据权利要求1中所述的用熟化气体法生产硼酸的方法，其特征在于硼酸生成步骤中脱水洗涤后所用的洗水和剩余的母液与再加入的硼矿粉形成硼矿浆，再与二氧化硫进行反应，洗水和母液与硼矿粉的重量比为2.5～3∶1，反应后料液中硼的含量≥110ml/克。
4.根据权利要求1中所述的用熟化气体法生产硼酸的方法，其特征在于交换反应步骤及硼酸生成步骤中烘干所需的热量由在沸腾炉中焙烧硫铁矿产生的余热供给。
5.一种用熟化气体法生产硼酸的生产设备，其特征在于该生产设备主要由交换塔(5)、配料罐(7)、循环泵(8)及与它们连接的若干管路构成；交换塔(5)上设有二氧化硫供气口(10)；交换塔(5)的底部出料口置于配料罐(7)内；交换塔(5)内设有隔筛网(6)；隔筛网(6)上设有若干喷水孔(9)；配料罐(7)的供料口通过管路和循环泵(8)与交换塔(5)的进料口连通。
6.根据权利要求5中所述的用熟化气体法生产硼酸的生产设备，其特征在于二氧化硫供气口(10)设在隔筛(6)下面的交换塔(5)塔体上，其通过管路与过滤器与沸腾炉(1)的供气口连通。
7.根据权利要求5中所述的用熟化气体法生产硼酸的生产设备，其特征在于交换塔(5)为锥体结构，出料口设在交换塔锥体的尖端部位。
全文摘要
本发明用熟化气体法生产硼酸的方法及其生产设备，方法如下a.硼矿石熟化步骤将硼矿石上窑焙烧，熟化、磨粉，加水后制成浓度35％的硼矿浆；b.制取二氧化硫步骤用沸腾炉焙烧硫铁矿石制取或收集工业中的二氧化硫气体；c.交换反应步骤将配制好的熟化硼矿浆与二氧化硫气体在交换塔内进行正向或逆向交换反应，循环往复，直至彻底反应完毕；d.硼酸生成步骤将反应后料液过滤后降温结晶，脱水洗涤，烘干，得硼酸成品。生产设备为交换塔上设有二氧化硫供气口；交换塔的底部出料口置于配料罐内；交换塔内设有隔筛；隔筛上设有若干喷水孔；配料罐的供料口通过管路和循环泵与交换塔的进料口连通。优点收率好，节省能源，利于环保。
文档编号C01B35/10GK1699169SQ200510046500
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月24日 优先权日2005年5月24日
发明者耿玉琴 申请人:耿玉琴