一種利用富硼渣製造硼砂的方法
2023-06-17 15:55:41
一種利用富硼渣製造硼砂的方法
【專利摘要】一種利用富硼渣製造硼砂的方法，屬於礦物綜合利用【技術領域】。先將富硼渣破碎，然後將碳酸鈉和ZrO2加入到富硼渣中，並攪拌均勻，一起加熱至1450～1500℃，保溫後爐冷至600～700℃，得到鈉化後的富硼渣，將鈉化渣破碎後加入去離子水，加熱至130～145℃，保溫2～4小時後並通冷卻水降低溫度，然後趁熱過濾，得到硼砂溶液，將上述硼砂溶液蒸發分離後即可得到硼砂成品。本發明製備硼砂時，硼的一次水浸最高浸出率達80%以上；製備的硼砂符合國家標準。
【專利說明】一種利用富硼渣製造硼砂的方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種富硼渣利用方法，特別涉及一種利用富硼渣製造硼砂的方法，屬於礦物綜合利用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]我國是硼資源比較豐富的國家，除了西藏、青海等地的天然硼砂外，多數集中在遼寧省，以硼鐵礦和硼鎂礦的形式存在。目前，生產硼砂的主要原材料是硼鎂礦。遼寧地區的硼鎂礦經過多年的開採，儲量日益減少，平均品位下降到了 10%左右。硼鐵礦經高爐熔態還原後，實現了硼、鐵的分離，得到富硼渣和含硼生鐵。富硼渣中氧化硼的品位較高(一般12%~17%)，與焙燒後的硼鎂礦相似，可以代替硼鎂礦作為硼的來源。
[0003]對於富硼渣的開發利用，中國學者做了大量研究，中國發明專利CN101549876公開了一種利用富硼渣生產硼酸聯產氫氧化鎂和硫酸鈣的方法。該方法是將水和鹽酸，或反應循環後得到的母液和洗水，加入酸解罐升溫至95°C，加入富硼渣粉進行酸解，經過濾將濾液進行冷卻結晶，分離、乾燥得到硼酸產品。向濾液內加入石灰乳調節pH為6.0~7.5，過濾除去鐵鋁沉澱，濾液繼續與一定濃度的石灰乳反應，生成氯化鈣溶液和氫氧化鎂沉澱，經固液分離，濾餅經洗滌、乾燥得到氫氧化鎂產品，向濾液中加入硫酸溶液，與氯化鈣反應生成硫酸鈣，過濾，濾餅經洗滌、乾燥得到硫酸鈣產品，濾液返回酸解罐循環利用。該發明以富硼渣為主要原料，生產硼酸的同時，回收了渣中的鎂、鈣資源，實現了資源綜合利用，減少了對環境的汙染。中國發明專利CN101274852還公開了一種利用富硼渣製備MgAlON基複合材料的方法，其特徵在於:第一步採用MgO含量為30~40%的富硼渣為主要原料，先將塊狀富硼渣製成富硼渣粉，然後將富硼渣粉細磨、篩分；將篩分後的富硼渣粉與含鋁化合物和炭黑混合，製備成混合還料；然後將混合還料壓製成圓還，經過燒結製備成MgAlON複合粉體；第二步將製備好的MgAlON複合粉體與添加劑混合,壓製成圓還，經過燒結製備成MgAlON基複合材料。該發明的特點在於利用冶金廢渣為原`料製備MgAlON基複合材料，降低材料的生產成本，合成的MgAlON基複合材料具有各種優異性能，可以廣泛應用於冶金及陶瓷等領域。該發明工藝簡單，生產成本低，對於富硼渣的綜合利用具有重要意義。中國發明專利CN101186506還公開了利用富硼渣製備氮化硼/賽隆陶瓷複合材料的方法分兩步製取:第一步合成BN/(Ca，Mg) a ' -Sialon粉末:⑴破碎；⑵球磨；(3)過篩；(4)磁選；(5)配料:按質量百分比為:富硼渣7.94~45.79，矽灰12.19~58.78，鋁礬土 3.82~19.78，碳黑21.70~35.41 ； (6)溼混:以無水乙醇為介質進行混合；(7)乾燥:在60°C下烘乾；⑶幹混；(9)模壓成型；(10)高溫燒成:在一個大氣壓、溫度1450~1500°C、恆溫6~10小時，氮氣保護下燒成；(11)燒去殘碳；第二步是將第一步燒成的粉末與添加劑CaCO3混合，經模壓成型後，在爐中埋粉條件下，溫度1600~1700°C下燒結獲取BN/(Ca，Mg) a ' -Sialon陶瓷複合材料，其各種性能優良。該發明工藝簡單，製造成本低，為富硼渣綜合利用開闢了新途徑，減少環境汙染。中國發明專利CN1105393還公開了一種直流等離子爐直接冶煉鐵基非晶態母合金的方法。以硼鎂礦、富硼渣或直接還原硼鐵礦為原料、焦炭或無煙煤及矽鐵作為還原劑，按比例預混合、生鐵、廢鋼在碳質爐襯的直流等離子爐內預熔造高溫鐵浴。混合料全部通過電極中心孔在氬氣攜帶下加入電弧區，完成碳一矽複合熱還原直接冶煉FeSiB非晶態母合金。其特點是工藝簡單，冶煉操作靈活；開停方便，可以使用粉料收得率高；原料和還原劑價格低廉，生產成本低。
[0004]在硼砂的製備方面，中國發明專利CN87101578公開了一種製取硼砂的方法。該方法以硼鎂鐵礦礦石、焦炭、工業蘇打為原料，以電爐為主要設備，經過冶煉、熔態分離及富硼渣料鈉化處理，硼酸鈉鹽加壓水浸等主要工序，可生產出合格的硼砂產品，而熔態分離出的鐵是其付產品。該方法的優點是擴大了生產硼砂的資源，並能使硼鎂鐵礦中的有價元素均能得到充分利用，整個工藝經濟可行。中國發明專利CN1785805還公開了一種添加活化劑的碳鹼法生產硼砂工藝。其特徵是在溶液中添加0.05-0.2mol/L的二乙醇胺(DEA)或甲基二乙醇胺(MDEA)做活化劑，該發明的效果和益處是:減少了碳解罐的數目，特別適合大型化硼砂的生產。分解時間只需10h，且不需攪拌，碳酸化塔單位產量的比散熱面也很小，節能效果明顯，採用的活化劑損失也很小。中國發明專利CN101597068還公開了一種從青藏高原鹽湖低品位沉積物中富集五水硼砂的製備方法，按如下工藝步驟進行:鹽湖原礦採運一原礦除鉀鹽、鈉鹽一高溫溶解一渣漿分離一溶液脫色一降溫重結晶一脫水一烘乾一計量、包裝得成品。該發明製備工藝簡單、成本低，在資源產地即可直接實施，且產品質量穩定，硼砂的得率高達80%以上，從而使不可再生的資源合理化、最大化地加以富集利用，且產品可用於多個行業，解決了我國現有硼資源十分局限的難題。中國發明專利CN1396141還公開了多元素硼砂及其製備工藝，其特徵在於:含有:硼砂、硫酸鎂、鐵、硫、鈣、氯化物、水；其製備工藝按如下步驟依次進行:(A)將母液送入蒸發器中進行蒸發；(B)當硼酸或硫酸鎂已達到近飽和濃度時，進行中和，使其pH控制在4~7 ; (C)將中和完畢的料漿送入結晶器中結晶；(D)冷卻至20°C~40°C時，將料漿放入自然沉降槽，進行沉降，排出液體；(E)脫水；(F)檢測成分；(G)調配；(H)稱量、分裝。中國發明專利CN1041577還公開了一種以溼混磨生產硼砂的工藝方法。硼砂石經過焙燒後，先進行配料，然後採用溼混磨工序，溼混磨後的料漿泵入反應釜後，先通蒸汽加熱，然後通入CO2，使之在同一反應釜內完成兩種反應。採用該發明的方法生產硼砂，不僅工藝簡單，而且與碳鹼法相比，生產工藝完全過程對硼礦石的分解率可提高6 — 12%。中國發明專利CN1047267還公開了一種用含鈣量高(C a O為32~38%)的硼礦生產硼砂的工藝，涉及一`種生產硼砂的工藝，其原理是將去除鹼解法中的苛化反應，用純鹼代替燒鹼，該發明較之鹼解法生產硼砂工藝過程簡單，比碳鹼法生產硼砂減少了 CO2的用量，降低了石灰石的消耗，具有經濟效益好的特點，對於開發利用含鈣量高的硼礦，具有遠大的前景。
[0005]但是，利用硼鐵礦選鐵棄硼後剩餘的富硼渣製造硼砂，國內外報導較少。目前，富硼渣的大量廢棄造成了資源的巨大浪費和環境的破壞。硼在富硼渣中以2Mg0.B2O3形式存在，相當於硼鎂礦，且品位相當於其精礦，因此，利用富硼渣製造硼砂具有極大的應用價值。
【發明內容】
[0006]本發明是利用富硼渣採用碳鹼法製備硼砂，具體製備工藝步驟包括如下:
[0007](I)先將含質量分數 16 ~19%B203、39 ~42%Mg0、18 ~21%Si02、5 ~8%A1203、15 ~18%Ca0和1.1~1.6%Fe的富硼渣破碎至10~40目，然後將180~250目的碳酸鈉和100~150目的ZrO2加入到上述富硼渣中，並在攪拌機中攪拌25~30分鐘，使碳酸鈉和ZrO2與富硼渣混合均勻；優選碳酸鈉加入量佔富硼渣質量分數的21~25%，ZrO2加入量佔富硼渣質量分數的1.2~1.8% ；
[0008](2)將上述含碳酸鈉和ZrO2且攪拌均勻後的富硼渣加熱至1450~1500°C，保溫
1.0~1.5小時後，爐冷至600~700°C，然後空冷至室溫得到鈉化後的富硼渣；
[0009](3)將上述鈉化後的富硼渣在球磨機內研磨至200~280目，然後加入去離子水，去離子水與鈉化後的富硼渣質量比為4:1~6:1 ;
[0010](4)將步驟(3)去離子水和鈉化後的富硼渣加熱至130~145°C，保溫2~4小時，然後通冷卻水降低溫度，當溫度降至45~60°C時，趁熱過濾，得到硼砂溶液；
[0011](5)將上述硼砂溶液蒸發分離後即可得到硼砂成品。
[0012]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0013]I)採用本發明製備硼砂，以富硼渣為主要原料，實現了變廢為寶；
[0014]2)本發明製備硼砂時，硼的一次水浸最高浸出率達80%以上；
[0015]3 )製備的硼砂符合國家標準。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發明做進一步詳述，但本發明並不限於以下實施例。
·[0017]實施例1:
[0018]本發明以富硼渣為主要原料製備硼砂，具體工藝步驟如下:
[0019](I)先將含質量分數 16.43%Β203、41.28%Mg0、19.05%Si02、6.78%Α1203、15.15%Ca0和1.31%Fe的富硼渣破碎至10~40目，然後將180~250目的碳酸鈉和100~150目的ZrO2加入到上述富硼渣中，並在攪拌機中攪拌30分鐘，使碳酸鈉和ZrO2與富硼渣混合均勻，碳酸鈉加入量佔富硼渣質量分數的25%，ZrO2加入量佔富硼渣質量分數的1.2% ；
[0020](2)將上述含碳酸鈉和ZrO2且攪拌均勻後的富硼渣加熱至1450°C，保溫1.5小時後，爐冷至600°C，然後空冷至室溫得到鈉化後的富硼渣；
[0021](3)將上述鈉化後的富硼渣在球磨機內研磨至200~280目，然後加入去離子水，去離子水與鈉化後的富硼渣質量比為4:1 ;
[0022](4)將步驟(3)去離子水和鈉化後的富硼渣加熱至130°C，保溫4小時，然後通冷卻水降低溫度，當溫度降至45°C時，趁熱過濾，得到硼砂溶液。
[0023](5)將上述硼砂溶液蒸發分離後即可得到硼砂成品，本發明製備硼砂時，硼的一次水浸最高浸出率達82.37%，製備的硼砂符合國家標準。
[0024]實施例2:
[0025]本發明以富硼渣為主要原料製備硼砂，具體工藝步驟如下:
[0026](I)先將含質量分數 18.46%Β203、39.62%Mg0、18.04%Si02、5.54%Α1203、17.20%Ca0和1.14%Fe的富硼渣破碎至10~40目，然後將180~250目的碳酸鈉和100~150目的ZrO2加入到上述富硼渣中，並在攪拌機中攪拌25分鐘，使碳酸鈉和ZrO2與富硼渣混合均勻，碳酸鈉加入量佔富硼洛質量分數的21%, ZrO2加入量佔富硼洛質量分數的1.8% ；
[0027](2)將上述含碳酸鈉和ZrO2且攪拌均勻後的富硼渣加熱至1500°C，保溫1.0小時後，爐冷至700°C，然後空冷至室溫得到鈉化後的富硼渣；[0028](3)將上述鈉化後的富硼渣在球磨機內研磨至200~280目，然後加入去離子水，去離子水與鈉化後的富硼渣質量比為6:1 ;
[0029](4)將步驟(3)去離子水和鈉化後的富硼渣加熱至145°C，保溫2小時，然後通冷卻水降低溫度，當溫度降至60°C時，趁熱過濾，得到硼砂溶液。
[0030](5)將上述硼砂溶液蒸發分離後即可得到硼砂成品，本發明製備硼砂時，硼的一次水浸最高浸出率達83.84%，製備的硼砂符合國家標準。
[0031]實施例3:
[0032]本發明以富硼渣為主要原料製備硼砂，具體工藝步驟如下:
[0033](I)先將含質量分數 16.95%Β203、39.32%Mg0、18.67%Si02、6.82%Α1203、16.71%Ca0和1.53%Fe的富硼渣破碎至10~40目，然後將180~250目的碳酸鈉和100~150目的ZrO2加入到上述富硼渣中，並在攪拌機中攪拌28分鐘，使碳酸鈉和ZrO2與富硼渣混合均勻，碳酸鈉加入量佔富硼渣質量分數的23%，ZrO2加入量佔富硼渣質量分數的1.5% ；
[0034](2)將上述含碳酸鈉和ZrO2且攪拌均勻後的富硼渣加熱至1480°C，保溫1.2小時後，爐冷至650°C，然後空冷至室溫得到鈉化後的富硼渣；
[0035](3)將上述鈉化後的富硼渣在球磨機內研磨至200~280目，然後加入去離子水，去離子水與鈉化後的富硼渣質量比為5:1 ;
[0036](4)將步驟(3)去離子水和鈉化後的富硼渣加熱至140°C，保溫3小時，然後通冷卻水降低溫度，當溫度降至50°C 時，趁熱過濾，得到硼砂溶液。
[0037](5)將上述硼砂溶液蒸發分離後即可得到硼砂成品，本發明製備硼砂時，硼的一次水浸最高浸出率達83.05%,製備的硼砂符合國家標準。
【權利要求】
1.一種利用富硼渣製造硼砂的方法，其特徵在於，包括以下工藝步驟: (1)先將含質量分數16 ~19%B203、39 ~42%MgO、18 ~21%Si02、5 ~8%A1203、15 ~18%CaO和1.1~1.6%Fe的富硼渣破碎至10~40目，然後將180~250目的碳酸鈉和100~150目的ZrO2加入到上述富硼渣中，並在攪拌機中攪拌25~30分鐘，使碳酸鈉和ZrO2與富硼渣混合均勻； (2)將上述含碳酸鈉和ZrO2且攪拌均勻後的富硼渣加熱至1450~1500°C，保溫1.0~1.5小時後，爐冷至600~700°C，然後空冷至室溫得到鈉化後的富硼渣； (3)將上述鈉化後的富硼渣在球磨機內研磨至200~280目，然後加入去離子水，去離子水與鈉化後的富硼洛質量比為4:1~6:1 ; (4)將步驟(3)去離子水和鈉化後的富硼渣加熱至130~145°C，保溫2~4小時，然後通冷卻水降低溫度，當溫度降至45~60°C時，趁熱過濾，得到硼砂溶液； (5)將上述硼砂溶液蒸發分離後即可得到硼砂成品。
2.一種如權利要求1所述的利用富硼渣製造硼砂的方法，其特徵在於，碳酸鈉加入量佔富硼渣質量 分數的21~25%，ZrO2加入量佔富硼渣質量分數的1.2~1.8%。
【文檔編號】C01B35/12GK103864086SQ201410035570
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】符寒光, 劉建偉, 魏永強, 匡加才, 秦廣勝, 劉元朋, 文振華, 王振, 馮憲章, 蔣志強 申請人:北京工業大學