专利名称：用硼砂制硼酸的方法
技术领域：
本发明属于硼酸盐技术领域。
背景技术：
我国硼酸随着工业发展需求量的不断增加。目前硫酸分解硼矿一步法制硼酸，由于富矿不断开采利用而逐渐枯竭，而贫矿一步法制硼酸时，母液量大，使硼的利用率低且回收母液中硼酸和硫酸镁成本较高，造成硼酸母液排放污染环境。所以目前在我国工业硼酸生产中利用硼砂硫酸中和法已成主导地位。硼砂硫酸中和法产物是硼酸和硫酸钠。由于原料易得，工艺流程短，设备简单，工艺条件易于控制，技术成熟，硫酸耗量低，产品质量稳定可靠。所以目前仍为国内外生产厂家普遍采用(《硼化合物的生产与应用》成都科技大学出版社1992年版)。硼酸是一种相当弱的酸。当强酸等其盐类作用时，即可将硼酸置换出来。主要反应
在通常条件下，这是一个不可逆反应，反应速度快，且相当完全，反应通常是在水溶液中进行。它们的分离是依据在水溶液中不同温度下的溶解度特性的。先低温冷却结晶出硼酸，后高温蒸发分离出硫酸钠。分离出硫酸钠后的母液返回溶解硼砂进行循环，为了下一步冷却结晶硼酸时，硫酸钠不至于共析，必须补加适量的水于溶解硼砂的溶液中，以控制硫酸钠的浓度不能太高。补加的水量和循环母液量是该生产工艺控制的两个重要的指标。在生产中若能设法减少这两个的指标的操作量则可有效地降低能耗，明显的提高经济效益。
由于硼砂中和法生产硼酸技术成熟，至今对生产方法改进很少。河北工业大学和天津大学曾提出用氯化钠作盐析剂改进硼砂中和法生产硼酸的工艺(曹吉林等.硫酸中和硼砂制硼酸新工艺研究河北工业大学学报2000年10月第29卷第5期37～39页)。尽管比传统工艺补加水量少、蒸发液量和冷却液量少等，但仍然没有脱离水溶液中进行中和法生产硼酸的技术路线，仍然存在加热反应、冷却分离硼酸、加热分离硫酸钠等能源利用不合理等问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题。本发明的目的是提供一条工艺简单、节省能源并可立即实现工业化生产的硫酸中和法生产硼酸的技术路线。
本发明的技术方案是；用硫酸或硝酸中和硼砂制得反应产物为硼酸和硫酸钠(或硝酸钠)的混合物，利用硼酸在含硼酸的饱和液(如硼酸和硫酸钠、硝酸钠、硫酸镁、硝酸镁或硫酸钙的饱和液)中易于漂浮的特性，将硼酸和硫酸钠(或硝酸钠)分离。
本发明的具体方法是制备工艺分两步进行，即反应和分离第一步在有搅拌装置的反应器中使硼砂和浓度为55～98％的无机酸(如硫酸或硝酸)进行中和反应5～15min，控制产物PH值2.00～3.00，反应是自动升温，其温度最高可达70℃左右。此状态下反应热把水分不断蒸发，使无机酸始终保持在较高浓度，则反应可持续进行至完全。反应得到的产物为硼酸和硫酸钠的混合物，其含水量＜20％。反应产物可以堆放进行自然降温后进入下一个工序，也可以直接进入下一个工序。第二步用硼酸和硫酸钠的饱和液(根据硼酸和硫酸钠的相图可知温度确定后其组成不变)对上一步的产物进行调浆，使其固含量为10～80％，利用硼酸在饱和液中易于漂浮的特性，可以在常温下用不参加反应的气体或饱和液为动力进行分离。调制好的浆料从分级器的中上部进入，不参加反应的气体或饱和液从分级器的下部进入，在不参加反应的气体或饱和液的推动下硼酸逐渐漂浮于分级器的上部，而硫酸钠则沉于分级器的下部，各自进行离心分离后得到硼酸和硫酸钠。分离器是圆筒形，且在下部是直径逐步缩小的圆椎体，上述作为原料的硼砂是十水、五水或无水硼砂，也可以用多硼酸盐，斜方硼砂矿，软、硬硼钙石矿，也实用于硼镁矿制硼酸等，采用本发明的方法都能生产出硼酸和硫酸钠或硝酸钠。上述的饱和液，除已述的硼酸-硫酸钠外，还可以是硼酸-硝酸钠、硼酸-硫酸镁、硼酸-硝酸镁或硼酸-硫酸钙的这类含硼酸的饱和液，都可以很好地起到硼酸和硫酸钠的分离作用。所述不参加反应的气体是空气、氮气、二氧化碳及其他惰性气体。
与现有技术相比，本发明的突出效果是1.生产工艺简单，流程短，设备投资省，生产成本低，实现了直接出固体硼酸，设备生产能力大。2.生产方法独特，生产过程不产生、不排放废液，不腐蚀设备，环保效果好。3.由于采用无需加热溶解的直接反应和饱和液常温分离，大量节省能源。上述突出效果是现有技术无法达到的。
具体实施例方式
实例1取硼砂1200g加到带有搅拌装置的反应器中，搅拌下加入93％浓度的硫酸200ml反应5min。期间反应物料自动升温，开始升温较慢，随着反应温度升高反应速度加快，则反应温度迅速升高，最高时达到70℃。随着温度的升高反应物的水分不断蒸发，反应物料粘度降低。反应毕产物为粉状，得到粉状物料1510g。测其pH值2.73，含水16.99％，含B2O328.91％。将物料过筛得到三种粒径物料，分别测其水与B2O3的含量基本一致，说明反应物是很均匀的，反应效果很好。
将所得到的粉状物用硼酸硫酸钠饱和液调浆使其含固量为60％。常温下在分级器中进行分离调制好的浆料从分级器的中上部进入分级器中，空气从分级器的下部进入分级器中，在空气的推动下，物料中的硼酸逐渐上升并漂浮在分级器的上层，硫酸钠沉降在分级器的下部。分别经离心分离得到硼酸和硫酸钠。硼酸符合GB-538-90。
实例2取硼砂1200g加到带有搅拌装置的反应器中，搅拌下加入93％浓度的硫酸200ml反应5min。反应状况同实例1。将所得得粉状物料经硼酸-硫酸钠饱和液调浆，使其固含量为30％。常温下分离时浆料从分级器中上部进入分级器，硼酸-硫酸钠饱和液从分级器下部进入分级器，在饱和液的推动下硼酸逐渐上升并漂浮于分级器上部而硫酸钠则沉降至分级器下层，分别离心分离得到硼酸和硫酸钠。
实例3硼砂1040g，搅拌下与93％浓度硫酸173ml反应5min，的粉状物1300g，经测定pH 2.86，含水18.67％，含B2O328.23％。粉状物经用硼酸-硫酸钠饱和液调浆，使其固含量为15％。常温下浆料从分级器的中上部进入分级器中，空气从分级器的下部进入分级器中，在空气的推动下，硼酸逐渐上升并漂浮在分级器的上层，硫酸钠则沉降在分级器的下部。分别经离心分离得到硼酸和硫酸钠。
实例4硼砂1040g，搅拌下与93％浓度硫酸173ml反应5min，的粉状物1300g，经测定pH 2.86，含水18.67％，含B2O328.23％。粉状物经用硼酸-硫酸钠饱和液调浆，使其固含量为80％。用实例1的方法分离得到硼酸和硫酸钠。
实例5取硼酸-硫酸钠饱和液1800ml加入到带有搅拌装置的反应器中，搅拌下加入硼砂500g、93％硫酸115ml反应15min，使温度保持在50℃左右，反应毕降温至室温得到含固量40％的料浆。用实例1的方法分离得到硼酸和硫酸钠。
实例6取硼砂1000g加入到反应器中，搅拌下加入70％浓度的硝酸170ml，反应15min，pH控制在2.00～3.00。将反应物用硼酸-硝酸钠饱和液调成含固量30％的浆料。用实例1的方法分离得到硼酸和硝酸钠。
实例7硼砂500g搅拌下与65％浓度的硫酸176ml反应5～10min，得到的粉状物的pH值2.25。如下过程同实例1。
实例8硼砂1000g搅拌下与80％浓度的硫酸270ml反应5～10min，得到的粉状物的pH值2.26。如下过程同实例1。
权利要求
1.一种用硼砂制硼酸的方法，其特征在于制备工艺分为反应与分离两步，具体步骤为(1)反应在有搅拌装置的反应器中使硼砂和浓度为55～98％的硫酸或硝酸进行反应5～15min，控制产物PH值2.00～3.00，反应是自动升温，最高可达70℃，反应毕产物为粉状；(2)分离上述产物经与含硼酸的饱和液进行调浆，使其含固量为10～80％；常温下浆料从分级器中上部进入，不参加反应的气体从分级器下部进入，在其推动下物料自动进行分离漂浮在分级器上部的是硼酸，沉在下部的是硫酸钠或硝酸钠；各自经离心分离得到硼酸和硫酸钠或硝酸钠；其中所述含硼酸的饱和液为硼酸-硫酸钠的饱和液；所述分级器为圆筒状，下部有直径逐渐缩小的圆锥体；所述不参加反应的气体为空气、氮气、二氧化碳及其他惰性气体。
2.根据权利要求1所述用硼砂制硼酸的方法，其特征在于所述反应产物降温是将产物堆放自然降温，物料含水量＜20％。
3.根据权利要求1所述用硼砂制硼酸的方法，其特征在于所述反应是在含硼酸的饱和液中进行，反应毕其中固含量达到10～80％，并直接进入分级器进行分离步骤。
4.根据权利要求1所述用硼砂制硼酸的方法，其特征在于所述分离中从分级器下部进入的是含硼酸的饱和液，在其推动下物料自动进行分级。
5.根据权利要求1、3或4所述用硼砂制硼酸的方法，其特征在于所述含硼酸的饱和液是硼酸-硝酸钠、硼酸-硫酸镁、硼酸-硝酸镁或硼酸-硫酸钙的饱和液。
6.根据权利要求1所述用硼砂制硼酸的方法，其特征在于所述的硼砂是五水、十水、无水硼砂，以及多硼酸盐，斜方硼砂矿，软、硬硼钙石矿；也适用于硼镁矿制硼酸。
全文摘要
硼砂制硼酸的方法，用硼砂和浓度为55～98％的硫酸或硝酸进行反应5～15min，控制产物pH2.00～3.00，反应自动升温，最高70℃，反应毕产物成粉状物；经用硼酸－硫酸钠(硼酸－硝酸钠、硼酸－硫酸镁、硼酸－硝酸镁或硼酸－硫酸钙)饱和液调浆至固含量10～80％后从分级器的中上部进入，空气(氮、二氧化碳或其他惰性气体)或上述饱和液从分级器下部进入，室温下进行分离在其推动下硼酸漂浮在分级器上部，硫酸钠则沉入下部，各自离心分离得硼酸和硫酸钠或硝酸钠。反应还可以在上述饱和液中进行，直接制得调浆料进行分级。与现有技术相比本发明生产工艺简单，流程短，成本低，不产生、不排放废液，不腐蚀设备，大量节省能源。
文档编号C01B35/10GK1899963SQ200610047289
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者张有俊, 胡月阳 申请人:大连市中山区鑫阳矿业化工研究所