一种以硝酸处理硼砂矿制备硼酸和硝酸钠的方法技术

本发明专利技术公开了一种以硝酸处理硼砂矿制备硼酸和硝酸钠的方法，包括如下步骤：(1)以硼砂矿为原料，将硼砂矿与循环硼酸母液按1：5～1：6质量体积比于浸溶槽中配料；（2）在搅拌条件下，控制浸溶温度为85～100℃，浸溶时间为30～60min；(3)将完成浸溶的料浆过滤获硼泥和硼砂溶液；（4）将硼砂溶液送入中和反应器，加入硝酸进行中和，使其中的硼砂转化为硼酸和硝酸钠；（5）将中和后的溶液冷却结晶制得硼酸和硝酸钠混合晶浆；(6)将硼酸和硝酸钠混合晶浆放入钠硼分离器，经重力分离、脱水、洗涤、干燥制得硼酸和硝酸钠产品；(7)硼酸母液循环用于硼砂原矿的浸溶配料；反应稳定可靠，原料成本低廉，硼酸母液无需蒸发，降低硼酸生产成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括如下步骤：(1)以硼砂矿为原料，将硼砂矿与循环硼酸母液按1：5～1：6质量体积比于浸溶槽中配料；（2）在搅拌条件下，控制浸溶温度为85～100℃，浸溶时间为30～60min；(3)将完成浸溶的料浆过滤获硼泥和硼砂溶液；（4）将硼砂溶液送入中和反应器，加入硝酸进行中和，使其中的硼砂转化为硼酸和硝酸钠；（5）将中和后的溶液冷却结晶制得硼酸和硝酸钠混合晶浆；(6)将硼酸和硝酸钠混合晶浆放入钠硼分离器，经重力分离、脱水、洗涤、干燥制得硼酸和硝酸钠产品；(7)硼酸母液循环用于硼砂原矿的浸溶配料；反应稳定可靠，原料成本低廉，硼酸母液无需蒸发，降低硼酸生产成本。【专利说明】
本专利技术属于无机化工领域，具体涉及。
技术介绍
我国生产工业硼酸的方法有一步法和两步法。一步法是以硫酸或盐酸处理含硼化合物直接生产硼酸的方法，其中主流工艺为硫酸法。硫酸法又包含有硫酸硼镁矿法、硫酸钠硼钙石法、硫酸硼砂矿法等。其它如盐酸法、碳铵法、多硼酸钠法，虽有报道但没走向产业化。两步法是以硫酸或硝酸与工业硼砂(十水硼砂或五水硼砂)反应制备工业硼酸的方法。硫酸法与工业硼砂反应，主产品为工业硼酸，副产品为无水硫酸钠；硝酸法与工业硼砂反应，主产品为工业硼酸，副产品为硝酸钠。由于硝酸钠的附加值和无水硫酸钠相比相对较高，因此目前我国两步法硼酸生产工艺以硝酸硼砂法为主。但是，无论是硫酸硼砂法，还是硝酸硼砂法，和一步法硼酸工艺相比，一是存在着原料成本过高的问题，二是在副产品硫酸钠、硝酸钠的制备过程都需要对提取硼酸后的硼酸母液进行蒸发，而母液蒸发过程又需要增加大量的能源消耗。上述情况造成了生产成本的上升。由郑学家主编的《硼化合物生产与应用》第五章第5节对硫酸硼砂法、硝酸硼砂法工艺进行了描述，其工艺过程包括 硼砂溶料、溶液过滤、加酸中和、冷却结晶、硼酸分离、硼酸干燥与包装、母液蒸发(硫酸硼砂法为母液蒸发结晶)、冷却结晶、离心分离、硝酸钠干燥包装等工序。专利CN87100553A提出了硼酸钠盐硝酸法制取硼酸联产硝酸钠的工艺方法。该方法所用的原料包括硼砂、四硼酸钠(无水硼砂)、五硼酸钠(五水硼砂)等，产品为硼酸和硝酸钠。制备硝酸钠时需将分离硼酸后的溶液浓缩至35-50Be’。而并且需对硝酸钠作醇类洗涤。专利CN1030065A提出了硼矿制取硼酸联产硝酸钠的方法。其工艺过程需将硼矿进行焙烧，焙烧后又要与氢氧化钠反应，使三氧化二硼转化为偏硼酸钠。反应完成后将过滤所得偏硼酸钠溶液与硝酸反应，生成硼酸和硝酸钠，硝酸钠的制备过程需将硼酸母液浓缩至35-50Be’，该工艺适于处理硼镁矿和硬硼钙石矿。上述两项专利技术同样存在着硝酸钠的制备需要对硼酸母液进行蒸发，蒸发过程耗能闻的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以廉价的含硼矿物替代工业硼砂生产硼酸，并在不对硼酸母液进行蒸发的条件下制得副产品硝酸钠的工艺方法，以达到降低硼酸和硝酸钠生产过程原料和能源消耗成本，降低硼酸生产成本的目的。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案:本专利技术，其特征在于包括以下步骤: (1)、将硼砂矿和硼酸母液于浸溶槽中按固液比1:5~1:6混合，在搅拌条件下加温至90~95°C，然后计时保温浸溶30~60min ； (2)、将浸溶后的矿浆泵入压滤机过滤，获硼砂溶液和硼泥； (3)、将硼砂溶液进行二次过滤，并将经过二次过滤的硼砂溶液送入中和反应器； (4)、控制硼砂溶液温度为60~85°C，在搅拌条件下加入浓度为45%~67%的硝酸，中和液中硼酸浓度控制在100~160g/L之间，进行中和反应，控制中和反应终点PH值为1.5 ~3.5 ; (5)、然后将中和完成液送往冷却结晶器进行结晶，控制结晶时间为5~8个小时，结晶终点温度为20~30°C，此时，硼酸与硝酸钠共同结晶，形成硼酸与硝酸钠的混合晶浆； (6)、将硼酸与硝酸钠的混合晶浆放入钠硼分离器，经重力分离、脱水、洗涤、干燥制得硼酸和硝酸钠产品； (7)、硼酸和硝酸钠分离过程所产生的硼酸母液泵往母液储槽，循环用于硼砂矿的浸溶，母液管理温度控制在20-30°C之间。步骤(1)中保温浸溶应控制所制得的硼砂溶液中以十水硼砂计的硼砂浓度在150~280g/L之间，85°C条件下婆美度在36~45BV之间，浸溶终点PH值控制在6~7.5之间。所述步骤(4)中加入硝酸浓度为60%~67%。步骤(6)所述的钠硼分离器为充气式浮选机、搅拌式浮选机、重力分离柱、自吸式浮选机或其它型号浮选机中的任意一种。所述步骤(1)中的硼砂矿也可以是斜方硼砂矿或钠硼钙石矿，并采用前述(O- (7)步骤制备工业硼酸和硝酸钠。所述步骤(1)中的硼砂矿原料为工业硼砂，以工业硼砂与硼酸母液混合并按步骤(4)控制浓度标准和PH值标准制得中和液，再按步骤(5)、(6),(7)操作制得工业硼酸和硝酸钠。本专利技术的原理: 硼砂矿主要成份为十水硼砂，含量在55%-77%之间(按Na2B407.10H20计)，同时还含有Ca、Mg、Si等杂质。以其与无机酸，如硫酸、盐酸、硝酸、磷酸等反应均可生成并制得硼酸。在以硝酸处理硼砂矿生产硼酸时，原矿中的Ca、Mg将转化为Ca(N03)2、Mg(N03)2并进入液相。在母液循环利用的条件下，当母液中的Ca(N03)2、Mg (N03) 2浓度积累到一定值时将会严重影响硼酸纯度。为避免Mg(N03) 2、Ca(N03) 2在硼酸母液中的积累，就应严格控制反应过程原矿中Ca、Mg成分的溶出。本专利首先以硼酸母液为浸溶剂，与硼砂原矿混合并将其中的硼砂溶出，经过滤收得硼砂溶液和硼泥。实验证明，以硼酸母液浸溶硼砂矿，体系的PH值被控制在6.5-7.5之间，在此条件下原矿中的Ca、Mg几乎不溶出。硼砂溶液中的Mg (N03) 2、Ca (N03) 2含量(按MgO, CaO计)分别被控制在0.25g/L和0.15g/L上下，且处于相对稳定状态。然后再以硝酸对硼砂溶液进行酸化，使溶液中的硼砂与硝酸反应转化为硼酸和硝酸钠。硼酸的相对密度为1.435g/cm3，硝酸钠的相对密度为2.26 g/cm3。二者相比，硼酸晶体颗粒小，相对密度低，形状系数小，当量直径小，相对难沉淀，而硝酸钠颗粒较粗，相对密度大，易沉淀。据此，实验使溶液中的硼酸与硝酸钠共同进入过饱和状态，经冷却结晶，形成硼酸与硝酸钠的混合晶浆。再利用二者物性特征的不同，对二者实施重力沉降分离。分别将分离出的硼酸和硝酸钠进行洗涤、脱水、干燥，制得硼酸和硝酸钠产品。工艺过程所发生的化学反应:Na2B4O7.IOH2O + 2HN03 — 4H3B03 + 2NaN03 + 5H20与现有技术相比，本专利技术的优势在于: 1、以硼砂矿代替工业硼砂，大幅度降低了原料成本； 2、在不对硼酸母液进行蒸发的条件下对硼酸和硝酸钠进行分离，降低了能源消耗； 3、工艺过程减去了母液蒸发工序，节约了设备投资； 4、产品质量符合国家标准。经检测，硼酸产品质量符合GB/T538— 2006 一级品以上标准，硝酸钠主含量在98%以上。【专利附图】【附图说明】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的说明。图1为现有技术硫酸硼砂法制取硼酸和硝酸钠工艺流程图； 图2为现有技术硼砂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以硝酸处理硼砂矿制备硼酸和硝酸钠的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）、将硼砂矿和硼酸母液于浸溶槽中按固液比1：5～1：6混合，在搅拌条件下加温至90～95℃，然后计时保温浸溶30～60min；（2）、将浸溶后的矿浆泵入压滤机过滤，获硼砂溶液和硼泥；（3）、将硼砂溶液进行二次过滤，并将经过二次过滤的硼砂溶液送入中和反应器；（4）、控制硼砂溶液温度为60～85℃，在搅拌条件下加入浓度为45％～67％的硝酸，中和液中硼酸浓度控制在100～160g/L之间，进行中和反应，控制中和反应终点PH值为1.5～3.5；（5）、然后将中和完成液送往冷却结晶器进行结晶，控制结晶时间为5～8个小时，结晶终点温度为20～30℃，此时，硼酸与硝酸钠共同结晶，形成硼酸与硝酸钠的混合晶浆；（6）、将硼酸与硝酸钠的混合晶浆放入钠硼分离器，经重力分离、脱水、洗涤、干燥制得硼酸和硝酸钠产品；?（7）、硼酸和硝酸钠分离过程所产生的硼酸母液泵往母液储槽，循环用于硼砂矿的浸溶，母液备用温度在20?30℃之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建楠，郭捷，陈居玲，夏娇彬，胡彩华，王卫东，
申请(专利权)人：南阳东方应用化工研究所，
类型：发明
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