从H3BO3-HCl-MgCl2体系中回收硼酸的新方法
- 发布人：管理员
- 发布时间：2014-03-06
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作者：季荣 李昱昀 汤建良
1 引言
生产硼酸的工艺方法有两类，一类是先利用含硼矿石生产硼砂，然后以无机酸和硼砂反应获得硼酸和钠盐，一般称之为两步法;另一类是以无机酸直接作用于含硼矿物，如硼镁矿、硼砂矿、硬硼钙石矿、钠硼解石矿等反应直接制取工业硼酸，这一类方法称之为一步法。一步法按照无机酸的不同又可以分为硫酸法、盐酸法、硝酸法等。目前应用较多的是一步法提硼，且考虑到工艺流程的简单和工业上易实现，研究较多和应用最为广泛的主要是硫酸法。对于盐酸一步法提硼制备硼酸的方法及其对应的H3BO3-HCl-MgCl2-H2O体系理论研究一直较少，工业上的应用几乎没有。近年来，盐湖卤水中硼资源的开发逐渐提上日程，含硼卤水中不可避免的存在大量Cl-，因此对于H3BO3-HCl-MgCl2-H2O体系提硼方法的深入研究仍具有较大的现实意义，本文利用该体系相图，提出了利用蒸发—选矿工艺路线从含硼母液中提取硼酸的新方法。
2 工艺路线分析
根据H3BO3-HCl-MgCl2-H2O体系溶解度数据绘制25℃相图，见图1，本次所用原料为某含硼母液，其组成按质量百分比为B2O31.64%，Mg2+1.43%，Cl-10.84%，H2O86.00 %。将该分析数据换算成化合物，求出其分子摩尔百分数，计算出该母液中各组分的耶涅克指数(即J值)，结果见表1。将J值标于H3BO3-MgCl2-HCl-H2O相图中于m点，m点位于相图中的溶液区。
当我们对该系统点m所示的含硼母液进行25℃等温蒸发浓缩时，系统点m首先达到饱和线的m1点，H3BO3开始析出，继续蒸发，当蒸发至点m2时，此时析出了一定数量的H3BO3，继续等温蒸发，系统点达到m3点时，纯H3BO3析出的量达到最大值，若在m3继续等温蒸发，将会有MgCl2·6H2O析出，因此该值是蒸发工艺路线所能得到的硼酸的最大回收量，显然蒸发到此时剩余母液(图中E点)中尚含有不少硼，影响了硼的回收率。而系统点m3继续等温蒸发将析出MgCl2·6H2O与H3BO3的混合物，采取化学方法分离存在一定的难度。为此，本文提出采用浮选工艺来分离系统点m3继续蒸发获得的MgCl2·6H2O与H3BO3的混合物。由于硼酸有天然可浮性，甚至不加选矿药剂也能有效浮选分离，相对应的，MgCl2·6H2O可浮性较差，在不加药剂情况下则浮不起来，故该工艺流程分离H3BO3与H3BO3具有较强的可行性。
3 实验过程
配制前文表1所示组成的含硼母液1000克，在25℃下进行等温蒸发，当母液蒸发水量达到545.75克时，母液系统点移至相图中E点，此时分离过滤，得到析出的H3BO3质量为23.98克，此时继续蒸发将得到MgCl2·6H2O与H3BO3的混合物，故纯H3BO3已经是最大析出量。此时，H3BO3的回收率为82.51%，达到蒸发过程中纯硼酸产量的最大值。得到的剩余母液E，母液E的组成按质量百分比为B2O30.74% ，Mg2+7.56%，Cl-28.06%，H2O63.63%，剩余母液E剩余的硼酸为17.49%。蒸发后E点母液量较少，故重新配置E点母液1000克，在25℃进行等温蒸发，当蒸发水量为282.04克时，析出10.5克H3BO3和502.91克MgCl2·6H2O。计算可知E点母液在本工段有79.55%的H3BO3结晶析出。将该混合盐送入浮选工段进行浮选。
浮选：H3BO3和MgCl2·6H2O的混合物加入浮选母液(采用E点母液作浮选母液)，不加任何选矿药剂进行泡沫浮选，浮选结果见表2。
综合E点母液蒸发析出H3BO3的回收率与浮选该析出物H3BO3的回收率，得到基于m点母液的综合回收率为12.38%，即相当于初始原料通过增加E点母液等温蒸发和引入浮选分离H3BO3与 MgCl2·6H2O工艺，可增加H3BO3回收率12.38%，总的硼酸综合收率达到94.89%。
4 结论
通过蒸发—浮选的工艺路线，能成功地从H3BO3-HCl-MgCl2-H2O体系中将硼酸提出，相较于常规的工艺路线，硼酸的收率得到极大的提高，工艺流程验证试验得到的硼酸综合收率为94.89%，得到的产品精矿品位达到B2O3含量51.5%，且基本无杂质。文章论述的方法，也适应于含SO42-离子型的硼母液，只是相图不同，且H3BO3与MgSO4·7H2O分离也可采用浮选工艺。
