从富硼渣中提取硼砂和硼酸的综合性分析
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钟州
从富硼渣中提取硼砂和硼酸的综合性分析
蔡长庸姜梦雨战洪仁
沈阳化工大学能源与动力工程学院
摘要:对于我国硼化工历史和现状以及对富硼渣的组成和 结构特点的考虑,采用硫酸分解一步法提取獨酸和钠化法工业 制取棚砂。
从工业废料富硼渣中提取的硼酸和硼砂,成本低廉,原料丰富,绿色环保。
硼酸与硼砂为工业产品添加剂,可广泛 用于陶瓷,玻璃,冶金等各种行业,著有“工业味精”之称。
且此做法有变废为宝、价格低廉、绿色环保、技术先进的优点。
文中对该技术的综合条件进行了分析。
关键词:富硼渣;硼砂;硼酸
一、社会背景
据相关资料,调查显示,中国已经探明的硼矿点有63处,保有储量(B2O3)4670.6万t,储量位居世界第四,仅次于土耳 其、美国和俄罗斯。
但是其结构复杂,共生矿物多,常规分离 方法困难。
硼矿主要分为硼镁矿(俗称白硼矿)和硼铁矿(俗 称黑硼矿),现存主要硼资源为硼铁矿。
据统计,至21世纪初 期,具有工业价值的高品位硼镁石矿储量已不足200万t,预计 到2020年硼镁矿资源将被开采殆尽。
但由于硼铁矿的品质较 低,对硼铁矿的开发利用很少。
当前生产硼砂硼酸的主要原料 任是硼镁矿,而我们是基于储量丰富的硼铁矿衍生产物。
富硼渣是硼铁矿高炉炼铁所产生的高炉废渣。
因此由硼铁 矿所产生的富硼渣也相当丰富。
据统计,平均每个产铁锅炉每 年产出富硼渣1500吨,(硼酸与硼砂)的最大优势在于廉价的 原料带来相对低廉的售价。
因此我们的主要市场定位在工业和 农业企业,该类企业对硼酸和硼砂的占有的市场需求量巨大且 要求相对低,不像医药企业对硼酸硼砂有高纯度的要求。
二'景
1,技术原理
★从富硼渣提出遂安石
★用遂安石提取硼酸和硼砂
详细说明:
★改变富硼淹溶体的冷却条件,以高炉生产的富硼渣为原 料进行试验,在15001C 1200^区间控制冷却速率为0.761C— I t/m in,在1200^ — 900^区间控制冷却速率小于2^,即在 1500T:— 900T;间先急冷,抑制玻璃相形成在1200^ — 900T:区间缓冷确保遂安石析晶并长大。
2,技术优势
变废为宝:其生产的硼酸和硼砂是由以前废弃堆积或当廉 价铺路、建筑原料使用的高炉富硼渣制成
技术先进:生产工艺简单可行,技术先进。
面对富硼矿的 越来越稀缺,由贫硼矿生产硼酸和硼渣是必然要考虑的方法,本公司的技术品牌将走在前列。
价格低廉:由于原材料为工业废渣,因此原料丰富、价格 低廉、利润高。
绿色环保:对工业废渣进行循环再利用,绿色环保。
3,理论分析
B203系分离富集路线理论分析
研究表明含硼炉渣中硼元素以晶体的形体存在时,有利于 硼的提取。
B203、Si02、MgO、CaO与A1203构成的含硼炉渣熔体,其析晶过程相当复杂,但冷却过程仍然遵循结晶规律.
根据晶体动力学,晶体的成核、生长和粗化都与过冷度(A T=
TL-T1)有关,即过冷度对熔体的控制析晶起着关键作用,控
制一定的冷却制度,就能达到选择析晶的目的.因此,若使硼
元素以晶体状态富集长大,首先应弄清楚B203、Si02、MgO、
CaO与A1203含硼炉渣中硼的结晶物相及结晶温度区间.含硼
炉渣主要成分(w/%): MgO,40 %60 %; S02, 10 % -30 %、
B203, 10%-30%以及少量的A1203、CaO。
由于熔渣析晶过
程的复杂性,硼元素的富集路线可通过分析Mg0Si02-B203三
元系相图,获得硼元素富集的基本思想,再通过实验研究对分
析结果加以修正。
由以上分析可知:在研究的组成范围内,熔体温度冷却
到1300 T:以上时,首先析出2MgO •Si02,随着温度的降低和
2MgO •Si02的析出,相的组成也会随之发生变化,在1 270-1
203丈,2MgO •Si02和2M g0 .B203开始同时析出。
遂安石
为非均相成核机制,晶体在介稳区就可以生长。
因此,本实验
所确定的冷却路线为:将熔渣由其溶融状态以不同的冷却速率
分别冷却到 1300 X;、1270 T:、1250 、1220 T:、1200T:、
1150 ^、1100 T:和1000 后保温,分析冷却制度对物相组
成的影响,从而确定含硼富集的最佳冷却制度。
三、市场分析
随着中国近年来经济的飞速发展和工业化水平的快速提
高,对于化工原料矿物硼砂和硼酸的需求日益增加,并且拥有
着相当大的市场前景:当前中国硼酸和硼砂除了用于玻璃工业、
陶瓷工业、洗漆剂和农用化肥等传统硼化工产业,更是涉及到
军事装备、电子器件及光学仪器等各个领域。
硼的广泛重要的
用途导致国内在硼生产能力及加工量逐年递增的情况下仍供不
应求。
据统计预测,硼砂和硼酸的需求,每年将分别以6.25%
和6.5%的平均速度增长。
2014年,全世界硼产量为492万吨
(除美国外),其中土耳其产300万吨,阿根廷产70万吨,俄罗
斯产25万吨,中国产16万吨。
土耳其每年约95%的硼用于出
口,其中50%销往东亚,美国每年约50%的硼用于出口,其
中60%销往东亚,主要为中国和日本。
中国每年有70%的硼
砂均为进口。
我国硼产品的进口量从2001年的7万吨增长到
2011年的70余万吨,到如今增长为80余万吨。
国内缺口日益
增加。
由此可见,中国硼酸与硼砂市场存在严重的持续自供不足
现象,国内市场潜力巨大。
综合以上几个方面,对从富硼渣中提取硼砂和硼酸采取综
合性分析,本技术创新优良,且产品的市场前景广阔,技术操
作体现绿色环保的理念,并加以理论实验分析,可操作性强。
现技术不仅解决了硼酸与硼砂日益不足的原料问题,而且充分
利用了资源,保护了环境,适应当前社会和未来发展趋势。
参考文献:
[1] 国土资源部信息中心.《世界矿产资源年评》(2011— 2012年本)[M].北京:地质出版社,2012.
[2] 战洪仁,樊占国,周淑娟,等.富硼渣冷却过程温度场数 值模拟[J].矿冶,2008, 17(2): 34-35.
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