FR2750413A1 - Procede d'obtention de borate de calcium purifie et produit obtenu - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'obtention de borate de calcium à partir d'acide borique, l'acide borique obtenu à partir d'une source quelconque est amené à réagir avec un composé de calcium, de préférence de l'hydroxyde de calcium dans un milieu aqueux pour obtenir une suspension de borate de calcium solide qui est ensuite séparée de la liqueur résiduelle; de préférence l'acide borique est préparé à partir de minéraux contenant des borates en particulier la colémanite et l'howlite où lesdits minéraux sont broyés, amenés à réagir avec de l'acide sulfurique dans un milieu aqueux à une température élevée pour obtenir une pâte de solides comprenant principalement du gypse et de l'argile dans une liqueur; lesdits solides sont éliminés de la liqueur et l'acide borique est cristallisé.
Description
La présente invention concerne un procédé d'obtention de borate de calcium à partir de minéraux contenant des borates ou de l'acide borique. Le borate de calcium est utilisé principalement dans la production de fibres de verre lesquelles sont à leur tour palement utilisées pour renforcer et isoler des matériaux.
Il existe divers procédés dans llart antérieur pour la préparation de borate de calcium à la fois à partir d'acide borique et de minéraux qui contiennent des borates comme l'ulexite.
Le procédé de traitement spécifique dépend du type de minéral utilisé, de sa pureté (teneurs en impuretés) et de sa "qualité" (pourcentage de borate contenu dans les minéraux) ainsi que de la qualité désirée du borate de calcium devant être produit.
Le procédé de base pour la production d'acide borique comme indiqué dans 1'encyclopédie: Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2ème édition, 1964, vol. 3, p. 6i5 part de la réaction de colémanite avec de l'acide sulfurique.
Un exemple classique pour la formation de composés de bore et de calcium à partir d'acide borique, mentionné dans llencyclopédie: Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2ème édition, 1964, vol. 3 p. 649, fait référence à la formation de composés de calcium-bore (rapport molaire CaO/B203, 1:3) en faisant réagir de l'acide borique et de l'acétate de calcium.
Les exemples les plus fréquents des procédés pour la production de borate de calcium sont ceux qui partent de llulexite, (Na2O, 2CaO, 5B203, 15H20).
Un tel procédé est celui décrit par Eastes dans le brevet U.S. N 4 270 944, cédé à Owens Corning Fiberglass, dans lequel une ulexite de grande qualité (à partir de bcrate du Pérou ayano une ccmposition d'oxyde de 6,3S de
Na2O, 9,9' CaO rt 41,8' B203) est dissoute tout d'abord dans de l'acide chlorhydrique chaud pour oral un mélange contenant des solides non dissous. Ce mélange est filtré. Du chlorure de calcium est ajouté à la solution pour remplacer tout le sodium dans l'ulexite. Ladite solution est neutralisée avec de 1'hydroxyde de sodium à un pH de 7 à 9 pour former un précipité de borate de calcium blanc qui est filtré, lavé avec de l'eau et séché à llO"C pendant deux ou trois heures. Ce procédé donne un borate de calcium contenant de 46,78 à 49% de B203.
Na2O, 9,9' CaO rt 41,8' B203) est dissoute tout d'abord dans de l'acide chlorhydrique chaud pour oral un mélange contenant des solides non dissous. Ce mélange est filtré. Du chlorure de calcium est ajouté à la solution pour remplacer tout le sodium dans l'ulexite. Ladite solution est neutralisée avec de 1'hydroxyde de sodium à un pH de 7 à 9 pour former un précipité de borate de calcium blanc qui est filtré, lavé avec de l'eau et séché à llO"C pendant deux ou trois heures. Ce procédé donne un borate de calcium contenant de 46,78 à 49% de B203.
Un autre exemple récent est le procédé cyclique pour obtenir du borate de calcium et du borate de sodium comme décrit par Pepi dans le brevet U.S. N"5 268 154 cédé à
Bitossi Dianella S.P.A. Ce procédé comprend la désagrégation de l'ulexite dans un liquide contenant
H3B03 et Na2O à une température de 1200C à 2000C pour former une suspension. Le borate de calcium de formule oCaO, 5B2031 7H20 est récupéré de la suspension par filtration à chaud. Le borate de sodium déshydraté est cristallisé à partir du liquide restant à une température de 30 C et séparé de la liqueur mère. De lthvdroxyde de sodium est ajouté à la liqueur mère pour maintenir le rapport pondéral de H3SO3/Na2Q entre 1,8 et 2,7. La liqueur mère avec NaOH est recyclée pour être utilisée comme une partie du liquide de désagrégation.
Bitossi Dianella S.P.A. Ce procédé comprend la désagrégation de l'ulexite dans un liquide contenant
H3B03 et Na2O à une température de 1200C à 2000C pour former une suspension. Le borate de calcium de formule oCaO, 5B2031 7H20 est récupéré de la suspension par filtration à chaud. Le borate de sodium déshydraté est cristallisé à partir du liquide restant à une température de 30 C et séparé de la liqueur mère. De lthvdroxyde de sodium est ajouté à la liqueur mère pour maintenir le rapport pondéral de H3SO3/Na2Q entre 1,8 et 2,7. La liqueur mère avec NaOH est recyclée pour être utilisée comme une partie du liquide de désagrégation.
Dans le brevet U.S. N"3 332 738, de 1967, cédé au département de 1'U.S. Navy, Wieder et al. décrivent un procédé pour la production de colémanite synthétique où du borate de sodium ou de l'acide borique sont amenés à réagir avec des composés comme Ca(IO3)2 Caca2,
Ca(C2H302)2 pendant 1 à 8 jours.
Ca(C2H302)2 pendant 1 à 8 jours.
D'autres brevets relatifs à des procédés d'obtention d'acide borique sont:
1. Le brevet U.S. N"2 020 570 délivré à Solvay et
Cie dans lequel de la colémanite calcinée mise en suspension dans de l'eau est amenée à réagir avec du C02 dans un réacteur à pression élevée;
2. Le brevet U.S.N04 196 177, dans lequel un borate alcalin est amené à réagir avec de l'ammoniac et du sulfite d'ammonium en présence de méthanol.
1. Le brevet U.S. N"2 020 570 délivré à Solvay et
Cie dans lequel de la colémanite calcinée mise en suspension dans de l'eau est amenée à réagir avec du C02 dans un réacteur à pression élevée;
2. Le brevet U.S.N04 196 177, dans lequel un borate alcalin est amené à réagir avec de l'ammoniac et du sulfite d'ammonium en présence de méthanol.
3. Le brevet U.S. N03 650 690, délivré à staffer
Chemical, dans lequel un borate alcalin est amené à réagir avec de l'acide sulfurique et subséquemment avec de la vapeur surchauffée, l'acide borique est vaporisé et récupéré.
Chemical, dans lequel un borate alcalin est amené à réagir avec de l'acide sulfurique et subséquemment avec de la vapeur surchauffée, l'acide borique est vaporisé et récupéré.
4. D'autres brevets décrivent l'attaque de minéraux de bore et de calcium ou de bore et de sodium avec les réactifs suivants: l'acide chlorhyrique (brevet U.S. N02 855 276), acide phosphorique (brevet G.B. N0423 293), le carbonate d'ammonium (brevet CH N"354 760).
5. Le brevet U.S. N02 089 406, cédé à Pacific Coast
Borax Co. illustre la production d'acide borique à partir de la rasorite (Na2O, 2B203, 4H20) avec de l'acide sulfurique; et
6. Le brevet U.S. 3 103 412 cédé à Tholand Inc. dans lequel le minéral colémanite et/ou l'howlite est amené à réagir avec du sulfate d'ammonium.
Borax Co. illustre la production d'acide borique à partir de la rasorite (Na2O, 2B203, 4H20) avec de l'acide sulfurique; et
6. Le brevet U.S. 3 103 412 cédé à Tholand Inc. dans lequel le minéral colémanite et/ou l'howlite est amené à réagir avec du sulfate d'ammonium.
En outre, comme indiqué dans l'article "papiers
Bulltech University Istambul", vol. 38, p. 207-231, 1985;
Journal of Colloid Science, vol. 13, p. 386-396, Journal of Crystal Growth, vol. 20, p. 125-134, 1973, Can. J.
Bulltech University Istambul", vol. 38, p. 207-231, 1985;
Journal of Colloid Science, vol. 13, p. 386-396, Journal of Crystal Growth, vol. 20, p. 125-134, 1973, Can. J.
Chen. vol. 36, p. 1057-1063, 1958 dans la production d'acide borique avant la production de borate de calcium, la formation appropriée de gypse qui est l'un des produits de réaction de la colémanite avec de l'acide sulfurique est d'une grande importance.
Comme on peut le constater, la production d'acide borique peut être démarrée à partir d'une variété de mInéraux de bore et de calcium et/ou de bore et de sodium et/ou de composés utilisant divers agents et conditions de réaction.
Une recherche bibliographique montre que les procédés pour pouvoir enrichir de la colémanite et/ou de llhowlite utilisent à la =ois des procédés mécaniques tomme le broyage, l'attrition et la séparation et des procédés chimiques comme des réactions chimiques, l'extraction par solvant ou la calcination. Cependant, les minéraux de colémanite et/ou d'howlite qui sont contaminés avec de l'arsenic, du fer, du magnésium, du strontium, de la silice, des sulfates entre autres contaminants ne sont pas appropriés pour un enrichissement où le composé de calcium-bore obtenu demeure dans des conditions favorables pour une utilisation industrielle sans détérioration de l'appareillage et/ou des systèmes de mesure.
Des exemples de procédés permettant d'enrichir de la colémanite et/ou de llhowlite sont représentés dans les brevets U.S. 4 756 745, 4 756 894 et 4 804 524 délivrés à Polendo et cédés à Materias Primas Magdalena. Dans le premier des deux procédés, les minéraux de colémanite et/ou d'howlite sont amenés à réagir tout d'abord avec de i'acide sulfurique pour former une solution à partir de laqueile les solides sont éliminés comme un gâteau de gypse et la solution restante est amenée à réagir avec de l'hydrogène sulfuré (H2S) pour précipiter les impuretés d'arsenic et de fer afin de produire la colémanite ou l'acide borique enrichi avec une quantité inférieure d'impuretés. Ces brevets décrivent également la possibilité de produire du borate de calcium en faisant réagir la colémanite appropriée avec Ca(OH). Dans le deuxième brevet cité, après la précipitation des impuretés d'arsenic et de fer avec H2S, la solution restante est amenée à réagir avec NH3 pour précipiter les impuretés d'aluminium Al(OH)3 et à nouveau avec de l'acide sulfurique pour précipiter (NH4)2SO4 pour obtenir de l'acide borique.
Etant donné que ces procédés partent de minéraux de colémanite et/ou d'howlite à faible pureté (teneur en impuretés élevée) et de faible "qualité" (faible teneur a borate dans ces minéraux), on a toujours considéré qu'i étant strictement nécessaire de précipice et d'éliminer les impuretés d'arsenic, de fer et de sulfate d'ammonium pour obtenir une colémanite ou acide borique enrichi acceptables industriellement.
Dans la présente invention, des minéraux de colémanite et/ou d'howlite de faible pureté et de- faible qualité sont utilisés sans traitement de la liqueur intense avec des réactifs comme hydrogène sulfuré (H2S) et l'ammoniac (NH3) pour éliminer les impuretés.
La présente invention décrit un procédé d'obtention de borate de calcium à partir de minéraux de colémanite et/ou d'howlite de faible pureté et de faible "qualité" contaminés avec des composés comme du gypse (CaSO4,2H2O), de la calcite (CaCO3), de la célestite (SrSO4), du quartz (six2), de l'orthoclase (KAlSi3O8), etc. tout d'abord en faisant réagir lesdits minéraux avec de l'acide sulfurique pour former de l'acide borique qui est cristallisé et en faisant réagir ensuite l'acide borique avec de l'hydroxyde de calcium dans un milieu aqueux sans étapes d'enrichissement intermédiaires pour produire du borate de calcium. Contrairement à ce qu'on aurait pu s'attendre à partir des procédés existants, ce nouveau procédé est non seulement réalisable au point de vue économique, mais, de façon surprenante fournir également un borate de calcium de grande pureté et de grande "qualité" .
La présente invention concerne un procédé d'obtention de borate de calcium à partir d'acide borique ou de minéraux contenant du borate de calcium en particulier la colémanite et l'howlite. Contrairement aux brevets U.S. 4 804 524 et 4 756 894 délivrés à Polendo et cédés à Materias Primas Magdalena, aucun traitement de la liqueur intense avec des réactifs comme l'hydrogène sulfuré (M25) et l'ammoniac (NH3) n'est prévu dans la présente invention pour éliminer les impuretés.
En général avant le procédé d'obtentIon du borate de calcium, la colémanite et/'ou lrhowlite est soumis à un procédé de lavage dans lequel le taux des produits contaminants, comme le sulfure d'arsenic, le sulfate de calcium et de strontium, le carbonate de calcium, ainsi que la plupart de l'argile contenu dans la roche cachée du minéral est réduit et de l'acide borique est obtenu.
Dans ce procédé de lavage, le minéral est broyé selon une dimension des particules de 12,7 mm, puis amené dans un réservoir à une concentration de 65% en solides et agité vigoureusement. a pâte obtenue est criblée à travers un tamis de 150 mailles. La fraction fine constituant 35% en poids est rejetée. La colémanite et/ou l'howlite lavée qui est obtenue dans la fraction grossière, est séchée et broyée selon une dimension des particules de 2 mm.
Le criblage à travers un tamis de 150 mailles élimine les impuretés de la colémanite et/ou de l'howlite, augmente la concentration des valeurs en bore, réduit la consommation d'acide sulfurique et réduit les durées de filtration.
Cependant, ce procédé pour la production de borate de calcium peut également être amorcé avec un matériau brut comme de la colémanite et de l'howlite obtenue à partir de la mine, sans procédé de lavage.
Le minéral lavé ou brut comme la colémanite et/ou l'howlite, est amené à réagir tout d'abord avec de l'acide sulfurique H2SO4 dans un premier réacteur avec agitation.
Les réactions principales mises en oeuvre dans le premier réacteur sont:
La consommation d'acide sulfurique dans les réactions peut varier de 0,56 à 3,0 tonnes de H2SO4 par tonne de H3BO3. L'acide sulfurique utilisé pour la réaction est de 20 à 36 M. La température de a réaction est de 800C à i00 C, et la durée de réaction est de 0,25 à 2,5 heures. Cette réaction donne une pâte ayant 25 à 35 de solides, principalenent de sulfate de calcium, d'argile et d'autres composés Insolubles ainsi que de l'acide borique en solution. Ladite pâte est filtrée et lavée avec de l'eau chaude, en séparant le matériau lLXsoluble, la "boue de gypse", de la liqueur restante, la "liqueur intense", qui est déposée dans un réservoir.
Cette liqueur intense contient de 10 à 18% d'acide borique en poids en plus des contaminants solubles et de 1 'eau.
La liqueur intense obtenue a un pH de 0,5 à 3,0 et continent de 0,1 à 4% d'acide libre sous la forme d'acide sulfurique, H2SO4. Cette liqueur intense est refroidie à une température allant jusqu'à 450C pour obtenir de l'acide borique H3B03. Le mélange obtenu contenant l'acide borique est ensuite filtré en séparant l'acide borique de la liqueur restante, la "liqueur mère". Il convient de remarquer, à ce stade, que l'acide borique obtenu par refroidissement est habituellement cristallisé. L'acide borique est lavé pour éliminer les impuretés qui auraient dû être absorbées si l'acide borique était séché. La liqueur mère peut être recyclée au premier réacteur et l'acide borique obtenu est déposé et agité dans un deuxième réacteur pour former une solution aqueuse de 16 à 50% d'acide borique en poids.
Cette solution aqueuse est ensuite amenée à réagir avec un composé de calcium de haute qualité, comme de l'hydroxyde de calcium à une température de 80 C à 1000C et pendant une durée de réaction de 1 à 3 heures pour obtenir le borate de calcium. Dans cette invention, d'autres composés de calcium comme de l'oxyde de calcium, du chlorure de calcium, de l'acétate de calcium, de l'iodate de calcium et du carbonate de calcium peuvent être utilisés à la place de l'hydroxyde de calcium. Le mélange de borate de calcium obtenu est filtré en séparant le borate de calcium de la liqueur restante appelée "liqueur de borate". Le borate de calcium est ré et lavé dans un filtre et séché dans un dispositif de séchage à ll00C pour obtenir le borate de calcium. La liqueur de borate peut être recyclée au premier réacteur.
Dans ce procédé, le borate de calcium produit est un composé comprenant en poids de 48% à 61p d'oxyde de bore, de 19 à 31% d'oxde de calcium, de 19% à 23% d'eau et de 0t à 1 d'impuretés.
Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, le minerai de colémanite et/ou d'howlite est agité dans un premier réacteur avec de l'acide sulfurique et les liqueurs recyclées à une température de 950C pour donner une pâte qui est filtrée et lavée avec de l'eau chaude (950C), en séparant le matériau insoluble, la "boue de gypse" à partir de la liqueur restante, la "liqueur Intense". La liqueur intense est déposée dans un réservoir. Cette liqueur intense est refroidie sous vide à une température allant jusqu'à 300C dans un dispositif de cristallisation pour obtenir des cristaux d'acide borique H3B03. Le mélange obtenu est filtré pour séparer les cristaux d'acide borique de la liqueur restante, la "liqueur mère". Les cristaux d'acide borique sont filtrés et lavés avec de l'eau dans un filtre. La liqueur mère est recyclée au premier réacteur, et les cristaux d'acide borique obtenus sont déposés et agités dans un deuxième réacteur avec de l'eau pour former une solution aqueuse d'acide borique à 35% en poids. Cette solution aqueuse est ensuite amenée à réagir avec de l'hydroxyde de calcium de qualité élevée dans un rapport de cinq (5) parties d'acide borique pour une (1) partie de chaux en poids, ou un rapport molaire de 6 moles de bore pour une mole de calcium à une température de 900C et une durée de réaction de une à trois heures pour obtenir un mélange contenant du borate de calcium, ledit borate de calcium répondant à la formule CaO,3B2G3,5H2O. Le mélange contenant du borate de calcium est filtré en séparant le borate de calcium de la liqueur restante, la "lIqueur de borate". Le borate de calcium est lavé dans un filtre et secé dans un dispositif de séchage à 110 C pour obtenir un borate de calcium de formule CaO,3B203,4H2O qui renferme de 60 à 61% de B203. Aux températures de séchage de 140 à 300 C, il est possible d'obtenir du borate de calcium ayant même une teneur en eau plus basse. La liqueur de borate a un pH de 6 à 7 et est recyclée au premier réacteur.
Dans le mode de réalisation préféré, le poids du composé de calcium utilisé sera déterminé afin maintenir le rapport molaire de 6 moles de bore pour 1 mole de calcium.
En utilisant ce procédé on a obtenu un composé de borate de calcium d'une pureté non habituelle, comprenant en poids d'environ 61% d'oxyde de bore, d'environ 18,5% d'oxyde de calcium, d'environ 20% d'eau et d'environ 0,5% d'impuretés.
Exemples
On a indiqué ci-après certains exemples du procédé qui ont été mis en oeuvre au laboratoire et à une échelle pilote chez Materias Primas Magdalena, S.A. de C.V.
On a indiqué ci-après certains exemples du procédé qui ont été mis en oeuvre au laboratoire et à une échelle pilote chez Materias Primas Magdalena, S.A. de C.V.
Dans ces divers exemples, les pourcentages données le sont toujours en pourcentages pondéraux.
Exemple 1
On mélange 10 g de minéral de colémanite et/ou d'howlite contenant 39% de B203 avec 60 g de liqueur recyclée (H3B03 = 5,8%) à une température de 95"C et on fait réagir avec 2 g d'acide sulfurique à 100% pendant 2 heures à ladite température. On lave le gâteau de gypse et on le filtre et on obtient une liqueur intense d'acide borique à 16%. On abaisse la température de 9S"C à 300C pour obtenir des cristaux d'acide borique qui sont séparés par filtration à partir de la liqueur mère. On recycle la liqueur mère. Après le lavage de ces cristaux cn mélange avec 6,9 g d'eau à 950C et on fait réagir avec 2,5 g d'oxyde de calcium sous la forme d'hydroxyde de calcium à une température re de 95"C à 1000C et on laisse la rection se dérouler pendant 3 heures. On filtre et on lave le produit, on recycle la liqueur de borate et on sèche le borate de calcium à 110 C.
On mélange 10 g de minéral de colémanite et/ou d'howlite contenant 39% de B203 avec 60 g de liqueur recyclée (H3B03 = 5,8%) à une température de 95"C et on fait réagir avec 2 g d'acide sulfurique à 100% pendant 2 heures à ladite température. On lave le gâteau de gypse et on le filtre et on obtient une liqueur intense d'acide borique à 16%. On abaisse la température de 9S"C à 300C pour obtenir des cristaux d'acide borique qui sont séparés par filtration à partir de la liqueur mère. On recycle la liqueur mère. Après le lavage de ces cristaux cn mélange avec 6,9 g d'eau à 950C et on fait réagir avec 2,5 g d'oxyde de calcium sous la forme d'hydroxyde de calcium à une température re de 95"C à 1000C et on laisse la rection se dérouler pendant 3 heures. On filtre et on lave le produit, on recycle la liqueur de borate et on sèche le borate de calcium à 110 C.
L'analyse indique:
B203 = 46%, CaO = 30%; L.O.I. (Loss Of Ignition perte d'inflammation) = 24%
L'analyse du produit à partir des étapes principales est comme suit: 'répare.
B203 = 46%, CaO = 30%; L.O.I. (Loss Of Ignition perte d'inflammation) = 24%
L'analyse du produit à partir des étapes principales est comme suit: 'répare.
PRODUIT Poids (g) B203 B903 MINERAS 10,0 39,0
LIQUEUR RECYCLEE o0,0 3,9 100,0
LIQUEUR INTENSE o0,0 9,0
GATEAU DE GYPSE 10,0 1,2 2,0
ACIDE BORIQUE 3,7 56,2
LIQUEUR MERE 54,0 3,3 30,3
LIQUEUR DE BORATE 15,0 3,o 9,2
BORATE DE CALCIUM 7,4 46,0 57,9
Exemple 2
On ajoute 2 kg de minéral de colémanite et/ou d'howlite contenant B203 à 14% à 4,8 kg de liqueur recyclée à une température de 95"C. On fait réagir avec 0,53 kg d'acide sulfurique à 100% pendant deux heures; le pH de ce mélange est 1,5. On filtrée et on lave le gâteau de gypse, poids humide 2,5 kg (séchage à 500C). On soumet la liqueur intense à une cristallisation sous vide (17% d'eau évaporée) en réduisant la température de 950C à 300C, on filtre et on lave le magma obtenu, on recycle la liqueur mère obtenant de cette façon 0,49 kg d'acide borique que l'on mélange ensuite avec 0,92 kg d'eau à 950C et enfin on fait réagir l'acide borique avec 0,098 kg d'hydroxyde de calcium Industriel à une température de 95 à 1000C pendant 3 heures. Le pH de la réaction est de 6,4. Après filtration et lavage avec de l'eau à 90"C, on obtient une liqueur de borate que l'on recycle et on sèche le borate de calcium à ll0aC en obtenant un poids de 0,415 kg.
LIQUEUR RECYCLEE o0,0 3,9 100,0
LIQUEUR INTENSE o0,0 9,0
GATEAU DE GYPSE 10,0 1,2 2,0
ACIDE BORIQUE 3,7 56,2
LIQUEUR MERE 54,0 3,3 30,3
LIQUEUR DE BORATE 15,0 3,o 9,2
BORATE DE CALCIUM 7,4 46,0 57,9
Exemple 2
On ajoute 2 kg de minéral de colémanite et/ou d'howlite contenant B203 à 14% à 4,8 kg de liqueur recyclée à une température de 95"C. On fait réagir avec 0,53 kg d'acide sulfurique à 100% pendant deux heures; le pH de ce mélange est 1,5. On filtrée et on lave le gâteau de gypse, poids humide 2,5 kg (séchage à 500C). On soumet la liqueur intense à une cristallisation sous vide (17% d'eau évaporée) en réduisant la température de 950C à 300C, on filtre et on lave le magma obtenu, on recycle la liqueur mère obtenant de cette façon 0,49 kg d'acide borique que l'on mélange ensuite avec 0,92 kg d'eau à 950C et enfin on fait réagir l'acide borique avec 0,098 kg d'hydroxyde de calcium Industriel à une température de 95 à 1000C pendant 3 heures. Le pH de la réaction est de 6,4. Après filtration et lavage avec de l'eau à 90"C, on obtient une liqueur de borate que l'on recycle et on sèche le borate de calcium à ll0aC en obtenant un poids de 0,415 kg.
On analyse tant l'acide borique (H3BO3) que le borate de calcium (CaO,3BgO3,4H20).
CaO,3B203,4420 H3BO3 B203 61,0 56,200 -CaO 18,0 0,005 H2O 20,1 < 0,100 ppm As < 1 < 1 %Fe2O3 0,06 0,010 %SO3 0,29 < 0,010 ~ 5 0,30 < 0,iO10
g 0,06 0,008 6 2,10 1,480
%répart.
g 0,06 0,008 6 2,10 1,480
%répart.
PRODUIT Quantité (kg) B203 B203 MINERAS 2,000 ;4,0
LIQUEUR RECYCLEE 4,800 3,7 100,0
GATEAU DE GYPSE 1,900 1,2 5,0
LIQUEUR INTENSE 4,800 9,0
ACIDE BORIQUE 0,490 56,3
LIQUEUR MERE 3,400 3,8
LIQUEUR DE BORATE 1,350 3,8 11,20
BORATE DE CALCIUM 0,415 61,0 55,32
Exemple 3
On mélange 10 g de colémanite et/ou d'howlite contenant 15% de B203 avec 30 g de liqueur recyclée contenant 3,7% d'acide borique à 95 C et on fait réagir avec agitation continue avec 3 g d'acide sulfurique à 95 C pendant 2 heures à un pH de 1,5.
LIQUEUR RECYCLEE 4,800 3,7 100,0
GATEAU DE GYPSE 1,900 1,2 5,0
LIQUEUR INTENSE 4,800 9,0
ACIDE BORIQUE 0,490 56,3
LIQUEUR MERE 3,400 3,8
LIQUEUR DE BORATE 1,350 3,8 11,20
BORATE DE CALCIUM 0,415 61,0 55,32
Exemple 3
On mélange 10 g de colémanite et/ou d'howlite contenant 15% de B203 avec 30 g de liqueur recyclée contenant 3,7% d'acide borique à 95 C et on fait réagir avec agitation continue avec 3 g d'acide sulfurique à 95 C pendant 2 heures à un pH de 1,5.
On filtre et on lave la pâte résultante avec de l'eau à 95 C. On obtient un gâteau humide de 13 g et 30 g de liqueur intense à un pH de 1,8. On cristallise ceci sous vide en condensant 8 g d'eau et en diminuant la température de 95 C à 30 C. On lave et on filtre la pâte d'acide borique en obtenant 18,7 g de liqueur mère.
L'acide borique humide représente 4,1 g et après avoir été séché on le mélange avec 4,94 g d'eau à 95 C. On ajoute 2,o6 g d'hydroxyde de calcium et on fait réagir à une température de 95 C à 100 C pendant 2 heures et on filtre et lave avec de l'eau à 95 C en obtenant 3 g de liqueur de borate et 9,42 g de borate de calcium humide qui est séché à 1100C. L'analyse indique:
32 3 = 36-5; CaO = 39; L.O.I. = 25%
Quantité ig) BB203 %répart.
32 3 = 36-5; CaO = 39; L.O.I. = 25%
Quantité ig) BB203 %répart.
PRODUIT B203 COLEMITE 10,0 15,0 LAQUEUR RECYCLE 30,0 2,1 100,0
GATEAU DE GYPSE 10,00 0,30 3,75
LIQUEUR INTENSE 30,00 7,10
ACIDE BORIQUE 2,66 56,30
BORATE DE CALCIUM 3,95 36,00 66,70
LIQUEUR DE BORATE 3,00 0,10 0,14 LIQUEUR MERLE 18,701 3,35 29,40
Exemple 4
On mélange à 85 C 506 g de H2O, 31 g d'acide borique (qualité réactif) . On ajoute 200 g de colémanite et/ou d 'howlite contenant 17,49O de B203 au mélange et on fait réagir avec 63 g d'acide sulfurique à 100% pendant deux heures à une température de 90 C à 950C à un pH de 2,3.
GATEAU DE GYPSE 10,00 0,30 3,75
LIQUEUR INTENSE 30,00 7,10
ACIDE BORIQUE 2,66 56,30
BORATE DE CALCIUM 3,95 36,00 66,70
LIQUEUR DE BORATE 3,00 0,10 0,14 LIQUEUR MERLE 18,701 3,35 29,40
Exemple 4
On mélange à 85 C 506 g de H2O, 31 g d'acide borique (qualité réactif) . On ajoute 200 g de colémanite et/ou d 'howlite contenant 17,49O de B203 au mélange et on fait réagir avec 63 g d'acide sulfurique à 100% pendant deux heures à une température de 90 C à 950C à un pH de 2,3.
On filtre et on lave la pâte résultante avec de l'eau à 95 C, on obtient un gâteau de gypse humide de 288 g et une liqueur intense de H33O3 à 17,8% selon un poids de 600 g, cette liqueur avec une acidité libre de 0,08% en acide sulfurique est évaporée sous vide pour condenser 295 g d'eau. On fait réagir la liqueur résultante contenant de l'acide borique à 353O avec 21,3 g d'hydroxyde de calcium de haute pureté à une température de 95 C à 100 C pendant deux heures. On filtre et on lave le mélange résultant avec de l'eau chaude à une température de 95 C en obtenant 230 g d'une liqueur de borate et d'un solide humide de couleur jaune-orange avec un poids de 140 g, on sèche celui-ci à 110 C.
Poids (g) %B203 répart.
PRODUIT B203 MINERAS 200,0 17,40
LIQUEUR SYNTHETIQUE 537,0 3,25 100,0
GATEAU DE GYPSE 201,0 1,80 6,9
LIQUEUR INTENSE 600,0 10,00
LIQUEUR DE BORATE 230,0 3,50 15,4 BORATE DE CALCIUM 73,6 55,00 77,5
L'analyse chimique des étapes principales souligne, comme cela est décrit la relation de la liqueur intense et de la liqueur de borate et de borate de calcium.
LIQUEUR SYNTHETIQUE 537,0 3,25 100,0
GATEAU DE GYPSE 201,0 1,80 6,9
LIQUEUR INTENSE 600,0 10,00
LIQUEUR DE BORATE 230,0 3,50 15,4 BORATE DE CALCIUM 73,6 55,00 77,5
L'analyse chimique des étapes principales souligne, comme cela est décrit la relation de la liqueur intense et de la liqueur de borate et de borate de calcium.
3203 % As ppm Fe O C MgO * S03 M CaO %
MINERAL 7,4 1921 3,090 5,04 7,58 21,800
LIQUEUR
INTENSE 10,0 280 0,698 0,31 1,43 0,026
BORATE DE
CALCIUM 55,0 2032 5,470 1,40 8,70 16,500
LIQUEUR DE
BORATE 3,5 80 0,068 0,36 0,95 0,100
Dans cet exemple, on obtient du borate de calcium très contaminé à partir de l'addition d'hydroxyde de calcium à une liqueur intense concentrée (contenant l'acide borique). Si les cristaux d'acide borique sont séparés de la liqueur mère et amenés ensuite à réagir avec de la chaux, on obtient du borate de calcium de pureté supérieure (taux faible de produits contaminants).
MINERAL 7,4 1921 3,090 5,04 7,58 21,800
LIQUEUR
INTENSE 10,0 280 0,698 0,31 1,43 0,026
BORATE DE
CALCIUM 55,0 2032 5,470 1,40 8,70 16,500
LIQUEUR DE
BORATE 3,5 80 0,068 0,36 0,95 0,100
Dans cet exemple, on obtient du borate de calcium très contaminé à partir de l'addition d'hydroxyde de calcium à une liqueur intense concentrée (contenant l'acide borique). Si les cristaux d'acide borique sont séparés de la liqueur mère et amenés ensuite à réagir avec de la chaux, on obtient du borate de calcium de pureté supérieure (taux faible de produits contaminants).
Claims (66)
1.- Procédé d'obtention de borate de calcium à partir d'acide borique, caractérisé en ce que ledit acide borique est mis dans une solution d'acide borique à 3040% en poids et amené à réagir avec un composé de calcium dans un rapport molaire d'environ 6 moles de bore pour une mole de calcium afin d'obtenir ledit borate de calcium.
2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite solution est amenée à réagir avec ledit composé de calcium à une température de 800C à 100 C pendant la durée de réaction.
3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réaction de la solution d'acide borique avec le composé de calcium est mise en oeuvre pendant 1 à 3 heures.
procédé selon la revendication 1, caract6risé en ce que ladite solution est amenée à réagir avec ledit composé de calcium à une température d'environ 900C pendant 1 à 3 heures.
5.- Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que ladite solution est une solution aqueuse.
6.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est au moins un composé choisi parmi le groupe comprenant l'hydroxyde de calcium, l'oxyde de calcium, le sulfate de calcium, le chlorure de calcium, l'acétate de calcium, le mélange d'acétate de calcium et d'hydroxyde de sodium, l'iodate de calcium et le carbonate de calcium.
7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est l'hydroxyde de calcium.
8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est l'oxyde de calcium.
9.- Procédé selon la revendication 1, carac Drisé en ce que ledit composé de calcium est l'hydroxyde de calcium et l'oxyde de calcium.
10.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite solution est de l'acide borique à 33-37%.
11.- Procédé selon la revendIcation 1, caractérisé en ce que ladite solution est de l'acide borique à environ 35%.
12.- Procédé pour l'obtentIon de borate de calcium à partir d'au moins un minéral contenant un sel de borate, caractérisé en ce que ledit minéral est amené à réagir avec de l'acide sulfurique à une température de réaction pour obtenir une pâte de solides et une première solution d'acide borique, en ce qu'on sépare la pâte de solides de la première solution, on cristallise l'acide borique de la première solution pour obtenir des cristaux d'acide borique, on forme une seconde solution d'acide borique de 30 à 40% en poids et on fait réagir la deuxième solution d'acide borique avec un composé de calcium dans un rapport molaire d'environ 6 moles de bore pour une mole de calcium.
13.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la réaction du minéral avec l'acide sulfurique est mise en oeuvre par agitation.
14.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la réaction du minéral avec l'acide sulfurique est mise en oeuvre à une température de 900C à 1000C.
15.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la réaction du minéral avec l'acide sulfurique est mise en oeuvre pendant 0,25 à 2,5 heures.
16.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la cristallisation de l'acide borique à partir de la première solution est mise en oeuvre par refroidissement à moins de 45 C.
17.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la cristallisation de l'acide borique à partir de la première solution est mise en oeuvre par refroidissement à environ 30"C.
18.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la cristallisation de l'acide borique à partir de la première solution est mise en oeuvre sous des conditions de vide.
19.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la réaction de la deuxième solution avec le composé de calcium est mise en oeuvre à une température de 800C à 100"C.
20.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la réaction de la deuxième solution a-vec le composé de calcium est mise en oeuvre pendant 1 à 3 heures pour obtenir le borate de calcium.
21.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite deuxième solution est amenée à réagir, avec ledit composé de calcium à une température d'environ 900C pendant 1 à 3 heures.
22.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le borate de calcium obtenu est filtré et séché à 1100C.
23.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit acide sulfurique a une concentration de 20 à 36 M.
24.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit minéral est la colémanite, llhowlite ou un mélange des deux.
25.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite deuxième solution est une solution aqueuse.
26.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est au moins un composé choisi parmi le groupe comprenant l'hydroxyde de calcium, l'oxyde de calcium, le sulfate de calcium, le chlorure de calcium, l'acétate de calcium, le mélange d'acétate de calcium et d'hydroxyde de sodium, l'iodate de calcium et le carbonate de calcium.
27.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est l'hydroxyde de calcium.
28.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le composé de calcium est l'oxyde de calcium.
29.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est 1 'hydroxyde de calcium et l'oxyde de calcium.
30.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite deuxième solution est de l'acide borique à 3337%.
31.- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite solution est de l'acide borique à environ 35%.
32.- Borate de calcium comprenant en poids de 48% à 61% d'oxyde de bore, de 19% à 31% d'oxyde de calcium, de 19% à 23% d'eau et de 0% à 1% d'impuretés.
33.- Borate de calcium obtenu par un procédé caractérisé en ce qu'au moins un minéral contenant un sel de borate est amené à réagir avec de l'acide sulfurique en agitant à une température de 900C à 1000C pendant 0,25 à 2,5 heures pour obtenir une pâte de solides et une première solution d'acide borique, ladite pâte de solides est séparée de ladite première solution et ladite première solution est refroidie à moins de 450C pour obtenir des cristaux d'acide borique, lesdits cristaux d'acide borique sont agités dans une deuxième solution d'acide borique à 30-40E en poids et amenés à réagir avec un composé de calcium selon un rapport molaire d'environ 6 moles de bore pour une mole de calcium à une température de 800C à 1000C et pendant une à trois heures pour obtenir ledit borate de calcium.
34.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que lesdits cristaux obtenus pendant ledit procédé sont obtenus par cristallisation.
35.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que lesdits cristaux obtenus pendant ledit procédé sont obtenus par cristallisation sous vide.
36.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que le borate de calcium obtenu est filtré et séché à 1^0 C.
37.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ledit acide sulfurique a une concentration de 20 à 36 M.
38.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ledit minéral est la colémanite, l'howlite ou un mélange des deux.
39.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ladite première solution est refroidie à environ 300C.
40.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ladite deuxième solution est une solution aqueuse.
41.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est au moins un composé choisi parmi le groupe comprenant lthydroxyde de calcium, l'oxyde de calcium, le sulfate de calcium, le chlorure de calcium, l'acétate de calcium, le mélange d'acétate de calcium et d'hydroxyde de sodium, l'iodate de calcium et le carbonate de calcium.
42.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est l'hydroxyde de calcium.
43.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est l'oxyde de calcium.
44.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est l'hydroxyde de calcium et l'oxyde de calcium.
45.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ladite deuxième solution est de l'acide borique à 33-37%.
46.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ladite deuxième solution est de l'acide borique à environ 35%.
47.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que le borate de calcium obtenu est filtré et séché à llO"C.
48.- Borate de calcium selon la revendication 33, caractérisé en ce que ledit borate de calcium est un composé comprenant, en poids de 48% à 61% d'oxyde de bore, de 19% à 318 d'oxyde de calcium, de 19% à 23% d'eau et de O à 1% d'impuretés.
49.- Borate de calcium obtenu par un procédé caractérisé en ce qu'au moins un minéral contenant un sel de borate est amené à réagir avec de l'acide sulfurique tout en agitant à une température de 900C à 1000C pendant 0,25 à 2,5 heures pour obtenir une pâte de solides et une première solution d'acide borique, ladite pâte de solides est séparée à partir de ladite première solution et ladite première solution est refroidie à moins de 450C sous un vide pour cristalliser afin d'obtenir des cristaux d'acide borique, lesdits cristaux d'acide borique sont agités dans une deuxième solution d'acide borique à 30-40% en poids et amenés à réagir avec un composé de calcium à une température de 800C à 1000C pendant 1 à 3 heures pour obtenir ledit borate de calcium.
50.- Borate de calcium obtenu par un procédé caractérisé en ce que l'acide borique est mis dans une solution d'acide borique de 30 à 40% en poids et amen à réagir avec un composé de calcium dans un rapport molaire d'environ 6 moles de bore pour 1 mole de calcium.
51.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ladite solution est une solution aqueuse.
52.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est au moins un composé choisi parmi le groupe comprenant l'hydroxyde de calcium, l'oxyde de calcium, le sulfate de calcium le chlorure de calcium, l'acétate de calcium, le mélange d'acétate de calcium et d'hydroxyde de sodium, l'iodate de calcium et le carbonate de calcium.
53.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est lthydroxyde de calcium.
54.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est l'oxyde de calcium.
55.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ledit composé de calcium est l'hydroxyde de calcium et l'oxyde de calcium.
56.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ladite solution est de l'acide borique à 33-37.
57.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ladite solution est de l'acide borique à environ 35%.
58.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ledit borate de calcium obtenu est filtré et séché à 1100C.
59.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que le borate de calcium est un composé comprenant en poids, de 48% à 61% d'oxyde de bore, de 19% à 31% d'oxyde de calclum, de 19% à 23% d'eau et de 0 à 1% d'impuretés.
60.- Borate de calcium obtenu par un procédé caractérisé en ce qu'au moins un minéral contenant un sel de borate est amene à réagir avec de l'acide sulfurique avec agitation à une température de 900C à 1000C pendant 0,25 à 2,5 heures pour obtenir une pâte de solides et une première solution d'acide borique, ladite pâte de solides est séparée à partir de ladite première solution et ladite première solution est refroidie à environ 300C pour obtenir des cristaux d'acide borique, lesdits cristaux d'acide borique sont agités dans une deuxième solution d'acide borique à environ 35% en poids et amenés à réagir avec un composé de calcium dans un rapport molaire d'environ o moles de bore pour 1 mole de calcium à une température d'environ 900C pendant 1 à 3 heures pour obtenir ledit borate de calcium.
61.- Borate de calcium selon la revendication 60, caractérisé en ce que ie borate de calcium obtenu est filtré et séché à 1100C.
62.- Borate de calcium selon la revendication 60, caractérisé en ce que ledit borate de calcium est un composé comprenant, en poids, de 48% à 61% d'oxyde de bore, de 19% à 31% d'oxyde de calcium, de 19% à 23% d'eau et de 0% à 1% d'impuretés.
63.- Borate de calcium selon la revendication 50, caractérisé en ce que ledit borate de calcium est un composé comprenant en poids d'environ 61% d'oxyde de bore, d'environ 18,5% d'oxyde de calcium, d'environ 20% d'eau et d'environ 0,5% d'impuretés.
64.- Borate de calcium obtenu par un procédé caractérisé en ce que l'acide borique obtenu à partir d'une source quelconque est mis dans une solution d'acide borique à environ 35% en poids et amené à réagir avec un composé de calcium dans un rapport molaire d'environ 6 moles de bore pour 1 mole de calcium à une température d' environ 900C pendant 1 à 3 heures pour obtenir ledit borate de calcium.
65.- Borate de calcium selon la revendication 64, caractérisé en ce que le borate de calcium obtenu est filtré et séché à llO"C.
66.- Borate de calcium selon la revendication 64, caractérisé en ce que ledit borate de calcium est un composé comprenant, en poids, de 48% à 61% d'oxyde de bore, de 19% à 31% d'oxyde de calcium, de 19% à 23% d'eau et de 0% à 1% d'impuretés.
67.- Borate de calcium selon la revendication 64, caractérisé en ce que ledit borate de calcium est un composé comprenant, en poids, d'environ 61% d'oxyde de bore, d'environ 18,5e d'oxyde de calcium, d'environ 20% d'eau et d'env environ 0,5% d'impuretés
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5322198A (en) * | 1976-08-12 | 1978-03-01 | Agency Of Ind Science & Technol | Production of water-containing calcium borate |
| US4270944A (en) * | 1980-01-11 | 1981-06-02 | Owens-Corning Fiberglas Corporation | Method for producing calcium borates |
| JPS56120513A (en) * | 1980-02-22 | 1981-09-21 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacture of calcium borate |
| SU948882A1 (ru) * | 1980-07-16 | 1982-08-07 | Приморское Ордена "Знак Почета" Производственное Объединение "Бор" Им.50-Летия Ссср | Способ получени бората кальци |
| US4756745A (en) * | 1986-01-29 | 1988-07-12 | Materias Primas Magdalena, S.A.DE C. V. | Process to benefit colemanite and/or howlite minerals |
-
1996
- 1996-06-28 DE DE19626034A patent/DE19626034A1/de not_active Withdrawn
- 1996-06-28 FR FR9608118A patent/FR2750413B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1996-07-01 JP JP8205150A patent/JPH1017318A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| DATABASE WPI Section Ch Week 7815, Derwent World Patents Index; Class E33, AN 78-27796A, XP002025708 * |
| DATABASE WPI Section Ch Week 8144, Derwent World Patents Index; Class L02, AN 81-80899D, XP002025709 * |
| DATABASE WPI Section Ch Week 8325, Derwent World Patents Index; Class E33, AN 83-60807K, XP002025710 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2750413B1 (fr) | 1998-09-18 |
| JPH1017318A (ja) | 1998-01-20 |
| DE19626034A1 (de) | 1998-01-02 |
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