CN1359850A

CN1359850A - 用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法及其装置

Info

Publication number: CN1359850A
Application number: CN 02100151
Authority: CN
Inventors: 张茂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2002-07-24

Abstract

用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法及其装置,该方法包括以下步序:(1)粉碎硼镁矿石,保持矿粉的粒度为80—120目,(2)配制矿液,将矿粉与水混合搅拌均匀,水与矿石粉的比例为2.4—3.2∶1,(3)分解反应,将矿液与二氧化硫气体进行反应,使矿粉中的三氧化二硼以硼酸形成转入该液体中,(4)过滤,将反应后的液体过滤,去渣,(5)冷却结晶,将过滤后的液体冷却,得结晶硼酸,(6)固液分离,将结晶的硼酸与液体分离,(7)干燥,将分离后的结晶硼酸干燥成产品硼酸。本发明可降低硼酸的成本,提高硼酸的品位,使低品位的矿层均可利用,避免了破坏性的开采,适用于交通不便的硼镁矿区就地生产硼酸。

Description

用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法及其装置

技术领域

本发明涉及用硼酸镁矿石制取硼酸的方法及其装置，特别是用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法及其装置。

背景技术

硼矿是一种宝贵的矿藏，世界固体硼的资源主要分布在北美、俄罗斯、土耳其、中国等国家。而我国的富矿含B₂O₃在20％以上品位的硼镁矿资源90％以上是分布在西藏、青海地区。该硼镁矿产于青藏盐湖阶地，天然矿物组合为柱硼镁石、库水硼镁石，少量水硼镁石，外观呈糖粒状，内部为蜂窝状，极易粉碎和溶化。另外还有B₂O₃含量丰富的钠硼解石。世界上年需要B₂O₃矿石约120-150万吨，其中用于生产硼酸约90-100万吨，但由于大量的硼矿如硼镁矿、硼砂矿地处偏远、交通不便，销售成本中，运输费用占很大比重。例如西藏阿里地区，既无铁路又无公路，交通的不便导致运输费用增加，运输费用占销售成本的80％，此外，矿点分布在无人区，处于荒无人烟的戈壁、草滩盐湖边，缺水、无电、寒冷期长、海拔高(4300-4500米)，不适生活居住，无法形成矿区的生活区，因此现行开采方法是采富矿弃贫矿，一般是达到含B₂O₃为30％的则取走，达不到的丢弃不用。硼镁矿是一层层沉积形成，各层含量不同，需逐层挖开层层化验，被丢弃的25％含量左右的矿藏随处可见，造成破坏性的开采，浪费了大量宝贵的矿产资源。申请人曾提出一种含三氧化二硼矿石的提纯方法(申请号00103218.6申请日2000年3月28日)利用低品位的硼镁矿石，加热锻烧提纯，使提纯后的B₂O₃的品位提高至35％至左右，以降低矿石的外运成本，该方法简单易行，无需各种辅料，经济效益显著。但加热煅烧采用的是矿区缺少的燃煤，且硼酸品位提高仍嫌不足。

本发明内容

本发明的一个目的是提供一种用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法，与在矿区交通不便情况下，用锻烧法以煤加热该硼镁矿石提纯的方法相比，本发明除可节约矿区紧缺的燃料煤，降低提纯费用外，还比煅烧法大大提高提纯后的硼酸品位，可达80-90％，使被丢弃的低品位矿层得以充分利用。本发明的另一个目的是提供一种用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的装置。

本发明的一个目的是按如下技术方案实现的。用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法，其特征是：该方法包括以下步序：

(1)粉碎硼镁矿石，保持矿粉的粒度为80-120目，

(2)配制矿液，将矿粉与水混合搅拌均匀，水与矿石粉的比例为

2.4-3.2∶1，

(3)分解反应，将矿液与二氧化硫气体进行反应，使矿粉中的三氧化

二硼以硼酸形成转入该液体中，

(4)过滤，将反应后的液体过滤，去渣，

(5)冷却结晶，将过滤后的液体冷却，得结晶硼酸，

(6)固液分离，将结晶的硼酸与液体分离，分离后的液体送回至步序

(2)配制矿液，

(7)干燥，将分离后的结晶硼酸干燥成产品硼酸。

本发明利用与硼镁矿区伴生的硫磺资源做为加热所需的燃料，由于在盐湖矿区伴生的硫磺矿很多，同样由于运输条件所限，使运费居高不下，故一直未能开采。本发明以硫磺矿石为燃料，用燃料产生的二氧化硫气体与硼镁矿石反应生产硼酸，其机理是：硫磺在空气中燃烧生成二氧化硫气体与含硼镁矿液反应，使硼镁矿石中的三氧化二硼溶转于矿液中，其它成分如镁、钙、硅等，形成难溶性的亚硫酸镁、亚硫酸钙沉淀下来，二氧化硅也沉淀下来，然后滤去残渣，将含硼酸的液体加以冷却，利用硼酸的溶解度随温度降低而减小的特性，使硼酸结晶逐步从滤液中析出，再经分离、干燥，即得固体硼酸。

本发明的另一目的是按如下技术方案实现的。一种用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的装置，其特征是：它包括燃硫炉、配料反应装置、过滤器、冷却釜、分离器，燃硫炉的排气口与配料反应装置相连，配料反应装置的排液口与过滤器的入液口相连，过滤器的排液口与冷却釜的入液口相连，冷却釜的排出口与分离器相连。所述配料反应装置包括配料罐和反应塔，燃硫炉的出气口径升华硫磺收集器与反应塔的进气口相连；反应塔的排液口与配料罐的入液口相连；配料罐的排液口经泵、阀门与反应塔内的喷头相连，还经泵、另一阀门与过滤器的入液口相连。采用本装置可适应工艺要求，尤其是配料罐的排液口经泵与反应塔内的喷头相连，当配料罐中排出的液中含硼酸品位不足时，可用泵循环反应以提高品位。

综上所述，本发明采用将硼镁矿石液中通以二氧化硫反应制取硼酸，采用硼镁矿区伴生的硫磺矿石做为产生二氧化硫的原料，无需从交通不便的矿区以外运来原、辅料，大大节约了燃料等的运输费，降低了生产成本。由于采用的装置可循环反应，使矿液中硼酸的含量可逐步循环加以提高，可得到高品位的硼酸，且可将低品位的矿层加以逐次反应以提高其品位，避免了盐湖矿层的破坏性开采。

本发明方法及其装置适于交通不便的盐湖矿区就地生产硼酸用。

附图说明图1为本发明方法的工艺流程图。图2为本装置的示意图。图3为本装置的另一方案的示意图。图中代号：1燃硫炉 11送风口 12炉膛 13炉篦14排气口 15装料口2升华硫磺收集器3反应塔 3A反应釜 31、31A进气口 32喷头 33、33A排气口34排液 35排气 36排液口 37搅拌器 38入液口 39保温套4配料罐 41搅拌 42回液 43装料口 44排液口 45入液口5泵 51阀门 52 另一阀门6过滤器 61排液口 62大度水池 63过滤器入液 64热水管65热水罐 66汽套 67蒸汽管 68排水管 69泵7冷却釜 71搅拌器 72入液 73水套 74排出口 75冷水总管76排水口 77排水管8分离器 81入口 82出口 83母液池 84回液泵9真空气包 91排气口 93排水 94真空泵 95管道

实施例1，生产方法：

采用中国西北地区的盐湖的硼镁矿，该类矿中，包括柱硼镁石MgO·B₂O₃·3H₂O、或多水镁石MgO·4B₂O₃·4H₂O为主体的矿石，还含有少量的方解石CaCO₃、水镁石Mg(OH)₂二氧化硅SiO₂，采用硫磺矿石为燃料，燃烧生成二氧化硫SO₂，主要化学反应为： SiO₂↓

其中，反应后生成的硼酸H₂SO₃转溶于矿液中，镁盐MgSO₃，钙盐CaSO₃成固体沉淀下来，二氧化硅不变化，也沉淀下来。1.制作硼酸，采用以下加工步序，参照图1：

(1)粉碎硼镁矿石，保持矿粉的粒度为100目，用甩锤式矿石粉碎机进行粉碎。

(2)配料，将矿粉与水混合搅拌均匀形成矿液，水与矿石粉的重量比为2.5∶1，在带有搅拌器的配料罐内进行，将矿液输送到反应器内进行分解反应，反应器可为反应罐或反应塔。

(3)分解反应，将被加热的二氧化硫气体通入到反应器内进行分解反应，使矿粉中的三氧化二硼分解，以硼酸形式溶入该矿液中，其余如镁、钙、硅成分则以固体化合物形式沉淀下来，其操作方法为：当通入热的二氧化硫气体后，反应器中矿液温度开始上升，当到达80℃时，开始计时，逐步升温度至90℃并保持此温度，至3小时时，测量液体的PH值，以后每隔0.5小时测一次PH值，一般在计时后2小时内当PH值达到4-5时，停止该反应。

(4)过滤，将分解反应后的矿液过滤去渣，将反应器中的反应完毕的液体输送至板框式过滤机进行过滤，检测滤液的硼酸含量，本实施例中制品要求的硼酸含量为每升350克，当含量达不到时，将反应液用泵回输到配料罐中，在配料罐中适当增加矿粉以增加反应液中的硼酸含量。直至反应液的含量达标为止。然后将过滤的反应液输送至冷却釜进行冷却结晶。

(5)冷却结晶，将过滤后的液体冷却，得结晶硼酸，在带有冷却水套的冷却釜中将所述液体逐步冷却至15℃以下，冷却时加以搅拌，硼酸逐步结晶析出。

(6)分离，将结晶的硼酸与液体分离，采用离心机加以固液分离。或采用浮选法进行矿液分离，采用二号浮选油按每吨矿用量40克，和油酸按每吨矿用量80克做为浮选剂，前者作用是发泡作用，后者是捕收作用。其效果很好。

(7)干燥，将分离后的结晶硼酸干燥成硼酸，采用自然干燥或烘干方式。

2.二氧化硫气体的制做，上述在步序(3)分解反应中，采用的二氧化硫气体是由硫磺矿石焙烧而产生的，其制做方法包括：

(1)焙烧，将硫磺矿石破碎成块状放在焙烧炉中焙烧，产生二氧化硫气体及升华的硫磺，

(2)分离，将二氧化硫气体与升华的硫磺分离，采用升华硫磺分离器将升华硫磺收集，将二氧化硫气体排放与矿液反应。生产用装置：

如图2，3本装置通用方案包括燃硫炉1、配料反应装置3.4，过滤器6，并联的两个冷却釜7、分离器8，燃硫炉1的排气口14经升华硫磺收集器2与配料反应装置3.4相连，配料反应装置3.4的排液口44与过滤器的入液口63相连，过滤器6的排液口61与冷却釜7的入液口72相连，冷却釜7的排液口74与分离器8相连。过滤器的排液口61与冷却釜7的入液口72之间具有大度水池62。图2所示方案中配料反应装置4包括配料罐4和反应塔3，用于大批量生产，燃硫炉1的出气口14经升华硫磺收集器2与反应塔3的进气口31相连；反应塔3的排液口34与配料罐4的入液口45相连；配料罐4的排液口44经泵5、阀门51与反应塔3内的喷头32相连；还经泵5、另一阀门52与过滤器6的入口63相连。如图3为本装置的加一方案示意，与图2方案不同的是本方案中的配料反应装置包括配料罐4和3个反应釜3A，燃硫炉1的排气口14经升华硫磺收集器2与3个反应釜3A的3个串联进气口31A相连；配料罐的排液口44经泵5与反应釜3A的3个并联的入液口38相连；反应釜的排液口44与过滤器6的入液口63相连。如图2、3，在各配料罐4中具有搅拌器41。在各冷却釜7中具有搅拌器71，在冷却釜7的壳体外包覆有冷却水套73。反应釜3A、反应塔3的顶端经管道95与真空气包9相连。当图2方案使用时，硫磺矿石从燃硫炉1的装料口15装入到炉膛同的炉篦13上，盖好装料口15将矿石点燃，生成的二氧化硫气体经排气口14送至反应塔下部的进气口31入反应塔31，升华硫磺被收集器2收集。从配料罐4的装料口43装入硼矿粉加水搅拌均匀，用泵5将硼镁矿石液体经阀51进入喷头32并喷射，与从下方喷上的二氧化硫气体作用形成带有硼酸的液体从排液口34流入到反应罐4中，并经阀门44、泵5、阀门52、从过滤器入口63送入过滤器中，采用的过滤器6为板框式过滤机。此时，可从过滤器6中的滤液中检测含硼酸的品位，如品位不够高，则可将反应罐4加入硼矿粉，液体经泵5、阀门51再送到喷头32，重新用二氧化硫气体反应，直到品位达到要求。当品位达标后，将滤液从过滤器6的排液口61送至大度水池62，将大度水池中的液体用泵69送至二并联的冷却釜7，从入液口72进入，将搅拌器71搅拌，经水套73中从冷水总管75进入进入冷水经排水口76排出后，从排水管77排入地沟，冷却器7中的液体经冷却搅拌，使硼酸析出结晶，含硼酸结晶的液体经排出口气74送至分离器8，从入口81进入，经离心运动，将固体硼酸与液体分开，液体由出口排出到母液池中，用泵84将其送回经回液口42送回至配料罐4中重复使用。如图3，用于小批量生产，与图1不同的是配料反应装置，使用时，由燃硫炉1排出的二氧化硫经收集器2，进气口31A送至反应釜3A内，经底部的排气口35排出，与3个反应釜3A中的含硼矿液(该矿液为来自配料罐4的、经入液口38送入的)反应，使液体中生成硼酸，经排液口36送到过滤器6的排液口63，以下的动作与图1中的动作相同。在反应釜3A的外壳上套有保温套39用于保温。如图2、3中，在热水罐65的外壳上覆有汽套66，从蒸汽总管67引入的加热蒸汽，一路送入罐内，另一路送入汽套66内，热水罐65中的热水经热水管64引入过滤器6，用于清洗该过滤器避免堵塞。用真空泵94经排气口91将真空气包9内的废气吸出，废水经排水口93排入地沟。

本方法的效果，采用本发明方法得到的硼酸其品位可达90％，而用煤煅烧方法得到的品位一般为35％左右。由于本方法中采用的循环反应方法，使其不但可提高品位，还可将低品位的硼镁矿如品位低至5％的矿石层加以利用，从而使矿区的全部矿层均可就地得到利用，避免了破坏性的开采。又由于硼酸产品的品位提高，单位重量的硼酸的运费又可降低。

Claims

1、用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法，其特征是：该方法包括以下步序：

(1)粉碎硼镁矿石，保持矿粉的粒度为80-120目，

2.4-3.2∶1，

二硼以硼酸形成转入该液体中，

(4)过滤，将反应后的液体过滤，去渣，

(5)冷却结晶，将过滤后的液体冷却，得结晶硼酸，

(2)配制矿液，

(7)干燥，将分离后的结晶硼酸干燥成产品硼酸。

2、根据权利要求1所述的用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法，其特征是：步序(3)中所述的二氧化硫气体是由硫磺矿石焙烧产生的，其制做方法包括：

(1)焙烧，将硫磺矿石在炉中焙烧，产生二氧化硫气体及升华硫磺，

(2)气体分离，将二氧化硫气体与升华硫磺分离，将二氧化硫气体送

出与矿液进行化学反应，将升华的硫磺收集处置，

3、根据权利要求1所述的用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法，其特征是：在所述的步序(3)中，分解反应的时间为3-5小时，温度保持80-100℃，PH值为4-5。

4、根据权利要求1所述的用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法，其特征是：检测反应后的液体中的硼酸含量，当含量达到标准时，则将所述液体进行分离及冷却结晶，否则，将液体送回到工序(2)的矿液中，重新循环。

5、根据权利要求1所述的用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法，其特征是：在所述步序(5)中冷却温度为15℃至0℃。

6、一种用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的装置，其特征是：它包括燃硫炉、配料反应装置、过滤器、冷却釜、分离器，燃硫炉的排气口与配料反应装置相连，配料反应装置的排液口与过滤器的入液口相连，过滤器的排液口与冷却釜的入液口相连，冷却釜的排出口与分离器相连。

7、根据权利要求6所述的用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的装置，其特征是：所述过滤器的排液口与冷却釜的入液口相连是指在二者之间经大度水池相连。

8、根据权利要求6所述的用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的装置，其特征是：所述配料反应装置包括配料罐和反应塔，燃硫炉的出气口经升华硫磺收集器与反应塔的进气口相连；反应塔的排液口与配料罐的入液口相连；配料罐的排液口经泵、阀门与反应塔内的喷头相连，还经泵、另一阀门与过滤器的入液口相连。

9、根据权利要求6所述的用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的装置，其特征是：所述配料反应装置包括配料罐和反应釜，燃硫炉的排气口经升华硫磺收集器与反应釜的进气口相连；配料罐的排液口与反应釜的入液口相连；反应釜的排液口与过滤器的入液口相连。

10、根据权利要求1所述的用二氧化硫分解硼镁矿石制取硼酸的方法，其特征是：所述步序(6)固液分离中，采用浮选法进行分离，用二号浮选油按每吨矿用量20-50克，和油酸按每吨矿用量为60-100克，做为浮选剂。