CN104815482A - 一种富硼渣酸解料浆的脱水过滤方法 - Google Patents

Abstract

一种富硼渣酸解料浆的脱水过滤方法，属于化学工程科学研究领域。富硼渣酸解料浆脱水过滤方法有别于常规的直接趁热过滤，首先将酸解反应后的料浆在适当温度下蒸发干燥使其中的水分挥发掉，然后在剩下的干燥物中加入适量热水充分搅拌，最后趁热过滤。该方法干燥脱水使酸解料浆中剩余的盐酸挥发掉，同时使酸解料浆中的硅酸溶胶脱水生成不溶性SiO₂，减少了加热水后酸解料浆粘度和液相中硅的含量。本发明解决了酸解料浆中由于存在大量硅酸溶胶而过滤困难和硼酸提前结晶析出的问题，同时也提高了硼酸产品纯度，而且操作简单，方便实行。

Description

一种富硼渣酸解料浆的脱水过滤方法

技术领域

本发明是一种富硼渣酸解料浆的脱水过滤方法，就是将富硼渣酸解料浆干燥脱水，然后再加热水搅拌过滤，以达到改善料浆的过滤性能，减少硼酸损失和提高硼酸产品纯度的目的，属于化学工程科学领域。

背景技术

虽然我国硼资源总储量十分可观但是分布稀散，硼矿含硼量低，硼矿共生物多，提取硼化合物困难。尤其是近几年大量开采，含硼量相对较高的硼矿越来越少，而剩下的低品位硼矿资源利用困难，工业价值不高(龚殿婷等，化学工业与工程技术，2007,28(6):50-53)。富硼渣作为“火法”综合利用硼镁铁矿工艺的副产品，其中B₂O₃的含量可达12％～20％，达到了一级硼镁矿的标准。为了加强硼资源的利用，我国对富硼渣的研究不断加强，以强酸分解富硼渣生产硼酸有很大的工业价值但也因为共生物多，严重制约了生产应用(何丹等，大连理工大学，2010)。

在用富硼渣酸解制硼酸的过程中，随着反应温度的升高反应速率也随着加快，反应也更为彻底。但是由于富硼渣含有大量的硅氧化物，当反应温度达到50℃以上时硅氧化物也大量参与反应，生成硅酸溶胶。溶胶的存在使酸解料浆粘度大大增加，过滤极为困难。同时因为硅酸溶胶的吸水性导致酸解料浆中的液相减少，反应生成的硼酸浓度增大，部分硼酸提前结晶析出，过滤时结晶出的硼酸留在了滤渣中，损失巨大。还有就是，硅酸溶胶的存在也严重影响了硼酸产品的纯度。多年来由于对上述问题缺乏本质的认识和细致的研究，问题一直没有得到妥善解决。因此，如何改善富硼渣高温酸解后的料浆的过滤性能以及如何减少甚至防止硼酸提前结晶析出显得极为迫切。

中国专利申请，申请号为201110067238.2，在申请书中公布了一种用石灰和钙盐的混合物作为添加剂以改善富硼渣酸解料浆的过滤性，减少酸解液中硅含量以提高硼酸质量。但是此方法又引入了钙离子，降低了硼酸纯度，增加了提纯的难度。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的问题，保证富硼渣高温酸解反应后的料浆能够顺利过滤，同时保证酸解反应生成的硼酸全部溶于液相中与滤渣分离，降低损失；使料浆中的硅酸溶胶转化为不溶性SiO₂，减少液相中硅含量以提高硼酸纯度。

本发明为解决上述存在的问题所采取的技术方案为：一种富硼渣酸解料浆脱水过滤方法，其特征在于，将富硼渣酸解料浆置于室温～100℃的环境中蒸发干燥脱水，待料浆无流动性时按液(ml)固(即干燥物)(g)比为(1.5～4):1加入80℃～99℃的热水搅拌，直到无块状物后维持温度80℃～99℃过滤。

得到上述富硼渣酸解料的方法：是在常压、室温～95℃、液(ml)固(g)比为(1～3):1条件下用质量浓度36％～38％的浓盐酸搅拌分解粒度为50～100目、含B₂O₃质量百分数10％～20％、MgO质量百分数25％～45％、SiO₂质量百分数25％～50％、CaO质量百分数3％～6％的富硼渣，酸解45min～60min后

优选进一步优选盐酸的用量为0.85～1.05倍理论酸量，理论酸量是根据化学方程式(2MgO)·B₂O₃·H₂O+4HCl＝2H₃BO₃+2MgCl₂和MgO+2HCl＝MgCl₂+H₂O完全反应所需酸量。

本发明所述的富硼渣是硼铁矿高炉分离或是硼铁矿电炉分离获得的富硼渣，富硼渣酸解料浆蒸发干燥用的是干燥箱，维持过滤温度的是保温夹层砂芯漏斗，所用的过滤设备是真空抽滤设备。

本发明所述的富硼渣的主要组成物相是遂安石((2MgO)·B₂O₃)、镁橄榄石((2MgO)·SiO₂)和钙黄长石(Ca₂Al₂SiO₇)。用盐酸分解富硼渣时发生的主要反应是：

(2MgO)·B₂O₃·H₂O+4HCl＝2H₃BO₃+2MgCl₂

(2MgO)·SiO₂+4HCl＝2MgCl₂+H₂SiO₃+H₂O

Ca₂Al₂SiO₇+10HCl＝2CaCl₂+2AlCl₃+H₂SiO₃+4H₂O

酸解反应后的料浆液相中主要有硼酸、氯化镁、氯化钙和硅酸溶胶，固相主要是富硼渣中没有参与反应的组分。

富硼渣酸解料浆过滤的速率方程为(1)

       ${\mathrm{\α}}_m\∝\frac{1}{\mathrm{\ϵ}\·d_s}---\left(2\right)$

上述两式中V是液体体积，m³；A是过滤面积，m²；t是过滤时间，s；ΔP是过滤动力，Pa；m是单位过滤面积截留的干滤渣质量，kg·m^-2；μ是滤液粘度，Pa·S；R_m是过滤介质阻力，m^-1；α_m是滤渣平均质量阻比，m·kg^-1；ε是滤渣孔隙率；d_s是颗粒平均粒径。其中只有μ和α_m是可变因素。

在本发明的过滤条件下，料浆固相中除了未参与酸解反应的富硼渣组分以外没有其他物质，故没有其他物质的结晶影响滤渣平均质量阻比α_m。因此，影响过滤的只有滤液粘度μ，粘度越大过滤越困难。硅酸溶胶的存在极大的增加了液相粘度，增大了液相中硅含量影响硼酸质量，还大量吸自由水分子使部分硼酸提前结晶。

本发明对富硼渣酸解料浆干燥脱水时，发生的化学变化为：

H₂SiO₃＝SiO₂+H₂O

SiO₂是不溶性物质，硅酸溶胶转化为SiO₂后再加入热水时减少了液体粘度，同时SiO₂作为一种沉淀物不会吸收自由水分子，降低了液相中硅含量。用脱水过滤的方法改善富硼渣酸解料浆过滤可使过滤速率达到0.75～1.5m³/m²·h。

本发明的过滤方法相较于常规的直接过滤有以下优点：过滤速度快；酸解出来的硼酸全部转移到液相中，减少了损失；减少了滤液中硅含量，提高了硼酸产品的质量；过滤不再受溶胶的影响，避免了因为会产生溶胶而降低酸解温度导致酸解速率慢和酸解不彻底的问题。

具体实施方式

为进一步理解本方法，下面结合具体实施例，对本发明做进一步描述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

将25g粒度为70目，B₂O₃质量百分数为12.57％的富硼渣加入到容量为250ml反应容器中，然后加入37ml浓度为37％(质量浓度)的浓盐酸，将温度升高至75℃搅拌反应45min，取出酸解料浆在室温下陈化1小时再放入温度为50℃的烘干箱中，直到料浆无流动性时取出并加入95℃的热水50ml搅拌，用电热套维持温度90℃，当料浆中无块状物时用保温漏斗真空抽滤，过滤用时50s。分析结果是：硼的浸出率达到86％，硼酸中硅含量低于0.1％。

实施例2

将25g粒度为70目，B₂O₃质量百分数为12.57％的富硼渣加入到容量为250ml反应容器中，然后加入37ml浓度为37％(质量浓度)的浓盐酸，再加入13ml去离子水，将温度升高至75℃搅拌反应45min，取出酸解料浆在室温下陈化1小时再放入温度为50℃的烘干箱中，直到料浆无流动性时取出并加入95℃的热水75ml搅拌，用电热套维持温度90℃，当料浆中无块状物时用保温漏斗真空抽滤，过滤用时57s。分析结果是：硼的浸出率达到88％，硼酸中硅含量低于0.07％。

实施例3

将50g粒度为70目，B₂O₃质量百分数为12.57％的富硼渣加入到容量为250ml反应容器中，然后加入75ml浓度为37％(质量浓度)的浓盐酸，将温度升高至75℃搅拌反应60min，取出酸解料浆在室温下陈化1.5小时再放入温度为50℃的烘干箱中，直到料浆无流动性时取出并加入95℃的热水150ml搅拌，用电热套维持温度90℃，当料浆中无块状物时用保温漏斗真空抽滤，过滤用时82s。分析结果是：硼的浸出率达到91％，硼酸中硅含量低于0.08％。

实施例4

将50g粒度为70目，B₂O₃质量百分数为12.57％的富硼渣加入到容量为250ml反应容器中，然后加入75ml浓度为37％(质量浓度)的浓盐酸，再加入25ml去离子水，将温度升高至75℃搅拌反应60min，取出酸解料浆在室温下陈化1.5小时再放入温度为50℃的烘干箱中，直到料浆无流动性时取出并加入95℃的热水100ml搅拌，用电热套维持温度90℃，当料浆中无块状物时用保温漏斗真空抽滤，过滤用时77s。分析结果是：硼的浸出率达到88％，硼酸中硅含量低于0.08％。

Claims (6)

1.一种富硼渣酸解料浆脱水过滤方法，其特征在于，将富硼渣酸解料浆置于室温～100℃的环境中蒸发干燥脱水，待料浆无流动性时按液(ml)固(g)比为(1.5～4):1加入80℃～99℃的热水搅拌，直到无块状物后维持温度80℃～99℃过滤。

2.按照权利要求1的一种富硼渣酸解料浆脱水过滤方法，其特征在于，得到富硼渣酸解料浆的方法：是在常压、室温～95℃、液(ml)固(g)比为(1～3):1条件下用质量浓度36％～38％的浓盐酸搅拌分解粒度为50～100目、含B₂O₃质量百分数10％～20％、MgO质量百分数25％～45％、SiO₂质量百分数25％～50％、CaO质量百分数3％～6％的富硼渣，酸解45min～60min。

3.按照权利要求2的一种富硼渣酸解料浆脱水过滤方法，其特征在于，盐酸的用量为0.85～1.05倍理论酸量，理论酸量是根据化学方程式(2MgO)·B₂O₃·H₂O+4HCl＝2H₃BO₃+2MgCl₂和MgO+2HCl＝MgCl₂+H₂O完全反应所需酸量。

4.按照权利要求2的一种富硼渣酸解料浆脱水过滤方法，其特征在于，富硼渣是硼铁矿高炉分离或是硼铁矿电炉分离获得的富硼渣。

5.按照权利要求1的一种富硼渣酸解料浆脱水过滤方法，其特征在于，富硼渣酸解料浆蒸发干燥用的是干燥箱。

6.按照权利要求1的一种富硼渣酸解料浆脱水过滤方法，其特征在于，维持过滤温度的是保温夹层砂芯漏斗，所用的过滤设备是真空抽滤设备。