CN101121535A - 从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化学化工的提取、分离工艺，特别是涉及一种化学化工类中硼和镁元素的提取、分离工艺。它由三个技术作业组成：即低温加碳氯化并使铝、硅、硼与钙、镁初步分离工艺；采用液相沉淀法分离镁和钙产品并制备超细氧化镁工艺；分级冷却法分离铝、硅、硼的氯化物工艺。本发明具有加工方法独特，硼转化率高，生产工艺简单，流程短，设备投资省，原料消耗少，生产过程不腐蚀设备，不产生废液的排放，易于工业化生产等特点。

Description

从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法
技术领域
本发明涉及一种化学化工的提取、分离工艺，特别是涉及一种化学化工类中硼和镁元素的提取、分离工艺。
背景技术
硼铁矿在电炉或高炉内经熔态选择性还原后实现铁与硼的分离，得到含硼生铁及含硼炉渣两种物质。由于硼在渣中得到富集，故该含硼炉渣称为富硼渣。富硼渣属于二次硼资源，目前对富硼渣的综合利用工艺主要有以下几种：
1.富硼渣熔态钠化——加压水浸制硼砂工艺
该工艺是将硼铁矿高温分离所得的处于熔融状态富硼渣，直接喷入碳酸钠高温钠化，生成不同硼钠比的硼酸钠盐。采用加压水浸法加快反应速度浸出硼酸钠盐。该法具有硼的收率较高，不需制备二氧化碳等优点。其主要产品为硼砂。该工艺主要缺点是：反应需要加压，浸出时间较长，反应工序较繁琐。
2.富硼渣碳碱法制硼砂工艺
富硼渣中的硼主要以遂安石相存在，碳碱法制硼砂时遂安石与碳酸钠和二氧化碳反应后生成硼砂和碳酸镁。通过控制pH值，使镁生成碳酸镁或碱式碳酸镁沉淀与溶液中硼分离。加压或提高反应温度均可缩短反应时间。其主要产品为硼砂。该工艺主要缺点为：反应需在高压釜中进行，工序繁琐，影响因素较多，对富硼渣的活性有一定的要求。
3.富硼渣硫酸浸出一步法生产硼酸工艺研究
在一定温度下，硫酸浸出富硼渣时，以遂安石形式存在的富硼渣中的硼与硫酸反应生成硼酸和硫酸镁，根据二者的结晶温度的差别控制结晶速度，使硼酸与硫酸镁分离。该工艺具有反应时间短，酸解率高等优点。其主要产品为硼酸，还可副产硫酸镁。其主要缺点为：反应工序繁琐，酸解后母液成分复杂，得到的产品达不到工业要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种从富硼渣中提取硼和镁并使其有效分离的加碳氯化工艺；实现了既提取又分离硼和镁元素的化工目的，本发明包括：低温加碳氯化并使铝、硅、硼与钙、镁初步分离工艺；采用液相沉淀法分离镁和钙产品并制备超细氧化镁工艺；分级冷却法分离铝、硅、硼的氯化物工艺。本发明适用于从各种含硼、镁的矿物以及工业废渣中提取并分离硼、镁元素，能综合利用其中有价成分减轻环境污染和资源浪费。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法，它由三个技术作业组成：即低温加碳氯化并使铝、硅、硼与钙、镁初步分离工艺；采用液相沉淀法分离镁和钙产品并制备超细氧化镁工艺；分级冷却法分离铝、硅、硼的氯化物工艺。
如上所述的从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法，所说的低温加碳氯化并使铝、硅、硼与钙、镁初步分离工艺，是在富硼渣中配入适量的碳，在600～900℃与氯气反应，使得气固相产物得以初步分离；所说的碳是活性碳、煤、焦炭。
如上所述的从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法，所说的采用液相沉淀法分离镁和钙产品并制备超细氧化镁工艺，是在固相产物氯化钙和氯化镁不需预分离，直接与表面活性剂混合，加入沉淀剂，制备超细氧化镁。所说的表面活性剂是聚乙二醇、聚乙烯醇等高分子表面活性剂；沉淀剂是氨水，尿素，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙可溶或微溶碱类。
如上所述的从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法，所说的分级冷却法分离铝、硅、硼的氯化物工艺，是在于不需要其他化学试剂就可将铝、硅、硼的氯化物得以初步分离，反应剩余氯气可循环利用，三氯化铝的分级冷却温度小于200℃，四氯化硅的分级冷却温度小于50℃，三氯化硼分级冷却温度小于8℃。
本发明优点与效果：
1.本发明是从富硼渣中提取并分离硼、镁元素合二为一的工艺方法。与现有技术相比，本发明具有加工方法独特，硼转化率高，生产工艺简单，流程短，设备投资省，原料消耗少，生产过程不腐蚀设备，不产生废液的排放，易于工业化生产等特点。
2.本发明由碳热氯化法直接制得产品三氯化硼和氯化镁，产品三氯化硼与现有技术生产出的产品硼酸和硼砂相比具有经济价值高，用途广等特点，产品氯化镁不需除杂可直接用于生产价值较高的超细氧化镁。
3.本工艺不仅适用于富硼渣，还可应用于含硼、含镁的其他矿矿物，如：硼铁矿。使含硼量高低不同的各种硼矿真正具备了开采价值。
4.本发明不但可以提取并分离富硼渣中的硼、镁元素，而且还可使富硼渣中的铝、硅元素全部或部分氯化，并根据产物物理化学性质的不同得以分离，真正的做到了资源的综合利用；
具体实施方式
本发明的技术路线是：以活性碳为还原剂，氯气为氯化剂，在一定温度下将富硼渣中的硼和镁分别转化为三氯化硼和氯化镁，根据氯化产物的物理化学性质的不同实现硼和镁的分离。本发明的具体技术方案是：将富硼渣粉碎，粒度需达到100目或更细，然后将富硼渣和活性碳按一定的碳渣比(1∶2～1∶4)混合均匀，置于高温反应炉中，控制反应温度在600～900℃，氯气流量为0.15克/分钟，反应时间为60～120分钟。氯化反应完成后，气相产物分级冷却可直接得到三氯化硼，固相产物水溶得到氯化钙和氯化镁的混合溶液，将混合溶液以氨水为沉淀剂、聚乙二醇为分散剂用直接沉淀法制备超细氧化镁。
实施例1
高炉富硼渣主要化学成份(％)：氧化硼(B2O3)10.40；氧化镁(MgO)：39.79；二氧化硅(SiO2)：28.18；氧化钙CaO：12.79；氧化铝(Al2O3)：6.88；其它1.96。
这是硼、镁含量较低的高炉富硼渣，因此选用活性碳的量较低。
将粒径为75微米的富硼渣10克和活性碳2.5克混匀后，置于高温反应炉中，在700℃下与输入速度为每分钟0.15克的氯气反应2小时。气相产物三氯化铝、四氯化硅、三氯化硼和未反应的氯气以低沸点挥发物或气体形式排出，三氯化铝沉积在小于200℃的低温区内，通过分级冷凝，四氯化硅在50℃左右冷凝，三氯化硼在8℃左右冷凝，从而实现气相产物分离。固相产物水溶后过滤，向滤液中加入约0.3克聚乙二醇混合均匀，反应温度为40℃，氨镁摩尔比为2.5∶1时，向反应体系中逐滴加入11％质量百分比氨水，并不断搅拌，反应180分钟后共沉淀出氢氧化镁和氢氧化钙，在室温下陈化24小时，减压过滤、洗涤至无氯离子，得到氢氧化镁沉淀，然后将氢氧化镁在100℃下干燥180分钟，将干燥后的氢氧化镁在600℃下煅烧3小时得到超细氧化镁。
实施例2
电炉富硼渣主要化学成份(％)：B2O3：19.96；MgO：49.35；SiO2：24.98；CaO：1.73；Al2O3：2.03；其它1.95。
这是硼、镁含量较高的电炉富硼渣，所以选用的活性碳量较大。
将粒径为75微米的富硼渣10克和活性碳3.5克混匀后，置于高温反应炉中，在700℃下与输入速度为每分钟0.15克的氯气反应2小时。气相产物三氯化铝、四氯化硅、三氯化硼和未反应的氯气以低沸点挥发物或气体形式排出，三氯化铝沉积在小于200℃的低温区内，通过分级冷凝，四氯化硅在50℃左右冷凝，三氯化硼在8℃左右冷凝，从而实现气相产物分离。固相产物水溶后过滤，向滤液中加入约0.35克聚乙二醇混合均匀，反应温度为40℃，氨镁摩尔比为2.5∶1时，向反应体系中逐滴加入11％质量百分比氨水，并不断搅拌，反应180分钟后共沉淀出氢氧化镁(含有少量氢氧化钙)。其他步骤如实例1。
实施例3
硼铁矿主要化学成份(％)：全铁(TFe)：22.91；B2O3：7.55；MgO：30.91；SiO2：18.29；CaO：0.72；其它19.62。
这是低品位的硼铁矿，硼含量较低，铁含量较高，所以铁的氯化产物的分离对其他氯化产物的分离有重要影响，反应要控制还原剂的量将铁氯化为沸点较低的三氯化铁，以实现气固相产物的分离。
将硼铁矿在780℃氧化焙烧，硼铁矿中的硼镁石转变遂安石，磁铁矿转变成赤铁矿，矿物中的叶蛇纹石经焙烧将分解脱除结构水，晶体结构发生相变化，转变成橄榄石矿物，焙烧引发比表面积增大，满足进一步氯化反应的需要。
将粒径为75微米的硼铁矿10克和活性碳3克混匀后，置于高温反应炉中，在750℃下与输入速度为每分钟0.15克的氯气反应2小时。三氯化铁、四氯化硅、三氯化硼和未反应的氯气以气体或低沸点挥发物形式排出。三氯化铁沉积在200～350℃温度区间内，通过分级冷凝，四氯化硅在50℃左右冷凝，三氯化硼在8℃左右冷凝，从而实现气相产物分离。固相产物水溶后过滤，向滤液中加入约0.25克聚乙二醇混合均匀，反应温度为40℃，氨镁摩尔比为2.5∶1时，向反应体系中逐滴加入11％质量百分比氨水，并不断搅拌，反应180分钟后共沉淀出氢氧化镁(含有少量氢氧化钙)。其他步骤如实例1。

Claims (4)

1.从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法，其特征在于它由三个技术作业组成：即低温加碳氯化并使铝、硅、硼与钙、镁初步分离工艺；采用液相沉淀法分离镁和钙产品并制备超细氧化镁工艺；分级冷却法分离铝、硅、硼的氯化物工艺。
2.根据权利要求1所述的从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法，其特征在于所说的低温加碳氯化并使铝、硅、硼与钙、镁初步分离工艺，是在富硼渣中配入适量的碳，在600～900℃与氯气反应，使得气固相产物得以初步分离；所说的碳是活性碳、煤、焦炭。
3.根据权利要求1所述的从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法，其特征在于所说的采用液相沉淀法分离镁和钙产品并制备超细氧化镁工艺，是在固相产物氯化钙和氯化镁不需预分离，直接与表面活性剂混合，加入沉淀剂，制备超细氧化镁，所说的表面活性剂是聚乙二醇、聚乙烯醇等高分子表面活性剂；沉淀剂是氨水，尿素，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙可溶或微溶碱类。
4.根据权利要求1所述的从富硼渣中提取并分离硼和镁的加碳氯化法，其特征在于所说的分级冷却法分离铝、硅、硼的氯化物工艺，是在于不需要其他化学试剂就可将铝、硅、硼的氯化物得以初步分离，反应剩余氯气可循环利用，三氯化铝的分级冷却温度小于200℃，四氯化硅的分级冷却温度小于50℃，三氯化硼分级冷却温度小于8℃。
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