一种高纯硼酸的制备方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高纯硼酸制备方法及装置,属于无机化工技术领域。
【背景技术】
[0002] 我国的硼资源非常丰富,但受硼矿品位和制备工艺技术的限制,目前硼酸的生产 尚属于初级水平,传统工艺制备的硼酸成品中杂质含量较高,硼酸的纯度只能达到试剂标 准,远远不能满足于高科技领域中所用硼酸对纯度和杂质指标的要求,致使我国高纯硼酸 方面十分紧缺,基本依赖进口。因此,开展高纯硼酸制备技术和工艺研究具有重要意义。
[0003] 目前国产硼酸生产工艺多为浮选法,存在着铁等杂质指标超标的问题,直接应用 于高科技行业存在相当高的难度,这不仅削弱了产品的竞争力,更影响了产品的价值。对于 高纯硼酸的制备方法,中国专利200810155683. 2采用将优级纯试剂级硼酸溶液通入加热 的强酸型阳离子交换柱,放出后直接通入冷却槽进行冷却结晶的方法。该方法不能以工业 硼酸为原料进行提纯,同时,由于离子交换树脂的工作温度范围受限制,其加热的温度会有 一定限制,影响提纯效果,而且由于方法过于简单,对于一些特殊杂质的提纯还是不足。中 国专利201010581338. 2公开一种以工业硼酸为原料直接得到核电级高纯硼酸的方法,须 经过将工业硼酸溶于溶剂再加入助剂反应一定时间后,蒸发结晶,烘干后得中间产物与反 应物混合,加热搅拌反应一定时间之后,再共沸蒸馏,得到的馏出物与水混合,待反应完全 后蒸发结晶,得到产品后经过过滤洗涤干燥得到核电级高纯硼酸。该方法流程过于复杂,需 要控制的步骤过多,因而限制了在工业上的应用。
【发明内容】
[0004] 针对目前高纯硼酸纯度不高和制备工艺复杂等问题,本发明设计一种高纯硼酸的 制备方法和装置,根据不同温度时硼酸的溶解度不同,同时硼酸的溶解度随温度的变化比 杂质快的原理,可生产> 4N高纯硼酸。
[0005] 为达到上述发明的目的,本发明采用以下技术方案:
[0006] 一种高纯硼酸的制备方法,包括以下步骤:
[0007] (1)离子交换前处理步骤
[0008] 将工业级硼酸制成饱和硼酸溶液,首先过阳离子交换柱,除去硼酸溶液中的阴离 子杂质,过柱温度为20-30°C,过柱的速度为5-20mL/min ;再将饱和硼酸溶液过阴离子交换 柱,除去硼酸溶液中的阳离子杂质,过柱温度为20-30°C,过柱的速度为5-20mL/min ;
[0009] (2)蒸发再结晶提纯步骤
[0010] 将经过步骤(1)处理后的饱和硼酸溶液保持低泡沸腾状态持续加热蒸发,至硼酸 在高温状态时初出小结晶时停止加热,直接放入冷却结晶容器中进行结晶,冷却结晶温度 为20-30°C室温自然冷却结晶,结晶时间为IOh以上;
[0011] (3)抽滤烘干步骤
[0012] 冷却结晶后的混合物去除上层母液,将得到的结晶固体抽滤,洗涤后烘干,干燥温 度为50-KKTC,得到白色结晶状高纯硼酸。
[0013] 如上所述的制备方法,优选地,所述阳离子交换柱填充商用强酸性阳离子交换树 脂。
[0014] 如上所述的制备方法,优选地,所述阴离子交换柱填充商用强碱性阳离子交换树 脂。
[0015] 如上所述的制备方法,优选地,所述步骤(2)的蒸发状态下饱和硼酸溶液的温度 为 80-100°C。
[0016] 如上所述的制备方法,优选地,所述步骤(3)分离所得母液返回步骤(1)配制饱和 硼酸溶液循环使用。
[0017] 如上所述的制备方法,其中,所述低泡沸腾状态是指溶液中有非连续的气泡生成 的沸腾状态。
[0018] 另一方面,本发明提供一种制备高纯硼酸的装置,其包括顺序连接的饱和溶液预 混器1、过滤器7、阳离子交换柱2、阴离子交换柱3、蒸发装置4、冷却结晶容器5和抽滤烘干 设备6。
[0019] 如上所述的装置,优选地,所述过滤器7与阳离子交换柱2之间、阳离子交换柱2 与阴离子交换柱3之间,和阴离子交换柱3与蒸发装置4之间均安装水泵。
[0020] 本发明的有益效果在于:本发明的高纯硼酸制备方法首先使用阳离子交换柱,除 去硼酸溶液中的SO广等阴离子杂质;再将饱和硼酸溶液过阴离子交换柱,除去硼酸溶液中 的阳离子杂质。蒸发再结晶提纯阶段,根据硼酸在水溶液中不同温度下的溶解度之间的差 异,及硼酸的溶解度随温度的变化比杂质快的原理,采用低泡沸腾蒸发再结晶的方式提纯 硼酸。硼酸在水溶液中的的溶解度如表1所示。
[0021] 表1硼酸在不同温度下水溶液中的溶解度
[0022]
【主权项】
1. 一种高纯硼酸的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: (1) 离子交换前处理步骤 将工业级硼酸制成饱和硼酸溶液,首先过阳离子交换柱,除去硼酸溶液中的阴离子杂 质,过柱温度为20-30°C,过柱的速度为5-20mL/min ;再将饱和硼酸溶液过阴离子交换柱, 除去硼酸溶液中的阳离子杂质,过柱温度为20-30°C,过柱的速度为5-20mL/min ; (2) 蒸发再结晶提纯步骤 将经过步骤(1)处理后的饱和硼酸溶液保持低泡沸腾状态持续加热蒸发,至硼酸在 高温状态时初出小结晶时停止加热,直接放入冷却结晶容器中进行结晶,冷却结晶温度为 20-30°C室温自然冷却结晶,结晶时间为IOh以上; (3) 抽滤烘干步骤 冷却结晶后的混合物去除上层母液,将得到的结晶固体抽滤,洗涤后烘干,干燥温度为 50-KKTC,得到白色结晶状高纯硼酸。
2. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述阳离子交换柱填充强酸性阳离子 交换树脂。
3. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述阴离子交换柱填充强碱性阳离子 交换树脂。
4. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)的蒸发状态下饱和硼酸溶 液的温度为80-KKTC。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)分离所得母液 返回步骤(1)配制饱和硼酸溶液循环使用。
6. -种制备高纯硼酸的装置,其特征在于,其包括顺序连接的饱和溶液预混器(1)、过 滤器(7)、阳离子交换柱(2)、阴离子交换柱(3)、蒸发装置(4)、冷却结晶容器(5)和抽滤烘 干设备(6)。
7. 如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述过滤器(7)与阳离子交换柱⑵之间、 阳离子交换柱(2)与阴离子交换柱(3)之间,和阴离子交换柱(3)与蒸发装置(4)之间均 安装水泵。
【专利摘要】一种高纯硼酸的制备方法及装置,该方法包括(1)离子交换前处理步骤,(2)蒸发再结晶提纯步骤和(3)抽滤烘干步骤。根据硼酸在水溶液中不同温度下的溶解度之间的差异,及硼酸的溶解度随温度的变化比杂质快的原理,提纯硼酸。该方法可以采用工业硼酸为原料,原料易得,成本低廉,工艺步骤简单,操作方便。
【IPC分类】C01B35-10
【公开号】CN104743564
【申请号】CN201310751850
【发明人】于丽敏, 蒋文全, 郭荣贵, 李涛, 张婧, 黄小卫, 胡运生
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月31日