我国硼酸生产工艺现状.doc
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1、(完整版)我国硼酸生产工艺现状我国硼酸生产工艺现状点击量:1936 作者:admin 日期:201102-23 生产硼酸的工艺方法很多。就目前的情况看,大体有硫酸法、盐酸法、碳铵法、硝酸法、多硼酸钠法、硫酸硼砂法等。但真正用于工业生产的,不外乎硫酸法,硫酸硼砂法、硝酸硼砂法等。 生产硼酸并不像人们想象的那么简单。就一步法而言,我国目前的工艺水平相对较低,尚有诸多技术问题没有彻底解决,其中焦点问题是收率问题、质量问题及母液的综合利用问题.国内用硫酸法处理硼镁矿石制取硼酸的企业有六十余家,但真正能全面解决上述问题的并不多。一些研究机构虽然也长期致力于硼化物生产新工艺的开发与研究,但要么产品过于超前
2、,与近、中期市场需求严重脱节;要么理论色彩过浓,与生产实践距离较大,注重于纸上谈兵式的夸夸其谈,忽视了硼工业的现实技术需求,以致无助于我国硼工业的科技进步。这是影响我国硼酸生产企业经济效益的关键因素之一. 一、我国硼酸工业的工艺状况 我国的硼酸工业起步于上个世纪50年代中期,50多年来发展迅速。到2010年底,产能已接近20万吨水平,基本满足了国民经济建设、人民生活对硼产品的需求. 目前我国所采用的硼酸生产方法可分为两步法和一步法。应该说,我国的硼酸工业首先是从两步法开始的.两步法工艺是将经预处理的矿粉与纯碱、CO2反应,首先制得工业硼砂,然后以硫酸或硝酸与硼砂溶液反应,经酸化制得工业硼酸,副
3、产品为芒硝或硝酸钠。硫酸法工艺由于受原料价格及生产成本等因素的影响,目前已不多采用。近几年来,随着硝酸钠需求量的增长,硝酸法工艺发展迅速,已成为两步法工艺的主流。 一步法工艺是以无机酸,如硫酸、盐酸、硝酸等为分解剂,直接与含硼矿物,如硼镁矿、硼砂矿、硬硼钙石矿、钠硼解石矿等反应制取工业硼酸的工艺过程。目前国内采用较多的是硫酸法工艺。该工艺的固有弱点是:设备腐蚀严重,对矿石品位要求较高,不适宜于处理低品位硼矿,硼收率低,产品质量不稳定,母液无可靠的利用途径等。该工艺也因此被认为是一种淘汰工艺。但是,由于硫酸法工艺具有工艺简单、成熟,流程短,设备投资少,操作容易等特点,国内仍以此法为主.其他工艺方
4、法,如盐酸法、硝酸法、碳铵法、多硼酸钠法、离子交换法等,目前仅限于研究范畴,工业上几乎没有得到应用。 二、硫酸一步法工艺及所存在的不足 1、生产原理: 在有洗液和母液组成的溶液中,硼镁矿粉与硫酸作用,其中硼、镁、钙、铁分别生成硼酸及相应的盐类。硼酸、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁转入液相,硫酸钙、二氧化硅呈固相连同其他酸不溶物经过滤除去。所获滤液为H3BO3MgSO4-H2O体系,主要成分为硼酸和硫酸镁,同时含有一定量的两价铁离子和三价铁离子。根据硼酸和硫酸镁在不同温度条件下溶解度的不同,将滤液冷却,析出硼酸晶体,而其中的硫酸镁处于不饱和或饱和状态,仍留存于溶液中,然后经脱水、洗涤、干燥制得硼酸产品
5、。 2、工艺流程: 我国目前硼酸生产的典型流程包括矿石预处理、酸解、过滤、结晶、脱水、干燥包装六个基本工序。为提高收率,部分企业在此基础上增加了母液浓缩、结晶与浮选分离三个工序。该工艺虽经改进,但生产过程耗能较高,硼酸产品质量问题仍然没有得到解决,收率的提高幅度也比较有限。近几年来,在一些地区又推广了以硼镁矿为原料的浮选法生产工艺。该工艺明显的提高了硼收率,节能优势明显,但存在的突出问题是产品质量差,无法在中高端领域应用,发展受到限制。 3、存在的不足: 即结晶料液是一个H3BO3MgSO4-H2O体系,其中硫酸镁浓度的高低对产品纯度有直接影响.如果硼酸、硫酸镁都进入某一温度条件下的饱和状态,
6、那么当温度条件变化(下降)时,硼酸与硫酸镁将同时析出,这样获得的产物将是硼酸和硫酸镁的混合物.因此,控制酸解液体系中硫酸镁的浓度,保证产物纯度,是硼酸生产的核心技术之一。 硼酸母液中的主要成分是硼酸和硫酸镁,浓度一般分别为45g/L和150320g/L。其中含硼约占总硼的25,如果将其排放,不仅会造成对环境的污染,而且会造成硼的大量流失,严重影响收率.如果完全循环使用,那么随着体系内硫酸镁的积累,势必会导致酸解液中硫酸镁浓度的急剧增加,最终造成硼酸与硫酸镁的混晶现象,使生产无法进行下去。为解决此问题,目前大部分企业采用部分循环,部分排放的办法,使收率由过去的55%60上升到目前的7075%。但
7、由于仍有50的母液排放,由此造成的硼损失约占总硼的13%.母液排放仍然是制约收率水平提高的主要因素之一。 为解决上述问题,一些科研单位先后提出了蒸发-浮选,盐析提镁,母液固硼,母液固镁等处理方法,以期将被排放母液中的硼酸或硫酸镁分离出来,达到提高收率的目的.蒸发浮选法在工业上应用较多,但存在着设备配套不科学,性能差,处理过程能耗高、效率低、硼镁分离不彻底等问题.从山东个别企业的情况看,每处理一立方母液约需付出60元的代价,而收回的硼酸仅价值67元,经济意义不大.有人提出以硫酸或氯化镁为盐析剂的析镁留硼工艺,以达到将硫酸镁析出,母液循环使用的目的,但由于该法对设备条件要求高,操作难度大,处理成本
8、高,目前在工业上没有得到应用。以碱土金属的氧化物为沉淀剂的母液固硼工艺,虽然处理过程可使母液中的硼酸大部分转化为偏硼酸盐而沉淀析出,但在对含硼沉淀物的使用上存在有较多的技术障碍。一是含硼沉淀物虽然含有一定量的偏硼酸盐,但主要成分为氧化镁、氢氧化镁和氢氧化钙,不具备商品价值;二是将其返回酸解工序做矿石使用,其中的氧化镁、氢氧化镁经酸解后会还原为硫酸镁,同时还会造成耗酸量的增加,对工艺和成本控制不利,因此在工业上也没有得到应用.近来一些地区的生产企业采用了高浓度反应、高浓度结晶,首先使硼酸与硫酸镁混晶,然后采用浮选的方法将硼酸分离出来的工艺方法。该工艺虽然省去了蒸发工序,节约了能耗,提高了收率,但
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