從富硼渣中提取硼砂和硼酸的綜合性分析

蔡長(zhǎng)庸?姜夢(mèng)雨?戰(zhàn)洪仁

摘要：對(duì)于我國(guó)硼化工歷史和現(xiàn)狀以及對(duì)富硼渣的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的考慮，采用硫酸分解一步法提取硼酸和鈉化法工業(yè)制取硼砂。從工業(yè)廢料富硼渣中提取的硼酸和硼砂，成本低廉，原料豐富，綠色環(huán)保。硼酸與硼砂為工業(yè) 產(chǎn)品添加劑，可廣泛用于陶瓷，玻璃，冶金等各種行業(yè)，著有“工業(yè) 味精”之稱。且此做法有變廢為寶、價(jià)格低廉、綠色環(huán)保、技術(shù)先進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。文中對(duì)該技術(shù)的綜合條件進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：富硼渣；硼砂；硼酸

一、社會(huì)背景

據(jù)相關(guān)資料，調(diào)查顯示，中國(guó)已經(jīng)探明的硼礦點(diǎn)有 63 處，保有儲(chǔ)量（B2O3）4670.6 萬 t， 儲(chǔ)量位居世界第四，僅次于土耳其、美國(guó)和俄羅斯。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，共生礦物多，常規(guī)分離方法困難。硼礦主要分為硼鎂礦（俗稱白硼礦）和硼鐵礦（俗稱黑硼礦），現(xiàn)存主要硼資源為硼鐵礦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至21世紀(jì)初期，具有工業(yè)價(jià)值的高品位硼鎂石礦儲(chǔ)量已不足 200 萬 t，預(yù)計(jì)到 2020 年硼鎂礦資源將 被開采殆盡。但由于硼鐵礦的品質(zhì)較低，對(duì)硼鐵礦的開發(fā)利用很少。當(dāng)前生產(chǎn)硼砂硼酸的主要原料任是硼鎂礦，而我們是基于儲(chǔ)量豐 富的硼鐵礦衍生產(chǎn)物。

富硼渣是硼鐵礦高爐煉鐵所產(chǎn)生的高爐廢渣。因此由硼鐵礦所產(chǎn)生的富硼渣也相當(dāng)豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每個(gè)產(chǎn)鐵鍋爐每年產(chǎn)出富硼渣 1500 噸，（硼酸與硼砂）的最大優(yōu)勢(shì)在于廉價(jià)的原料帶來相對(duì)低廉的售價(jià)。因此我們的主要市場(chǎng)定位在工業(yè)和農(nóng)業(yè)企業(yè)，該類企業(yè)對(duì)硼酸和硼砂的占有的市場(chǎng)需求量巨大且要求相對(duì)低，不像醫(yī)藥企業(yè)對(duì)硼酸硼砂有高純度的要求。

二、技術(shù)背景

1，技術(shù)原理

★從富硼渣提出遂安石

★用遂安石提取硼酸和硼砂

詳細(xì)說明：

★改變富硼渣熔體的冷卻條件，以高爐生產(chǎn)的富硼渣為原料進(jìn)行 試驗(yàn)，在1500℃1200℃區(qū)間控制冷卻速率為 0.76℃一 2℃/min，在 1200℃一900℃區(qū)間控制冷卻速率小于2℃，即在1500℃一900℃間先 急冷，抑制玻璃相形成在 1200℃一 900℃區(qū)間緩冷確保遂安石析晶并長(zhǎng)大。

2，技術(shù)優(yōu)勢(shì)

變廢為寶：其生產(chǎn)的硼酸和硼砂是由以前廢棄堆積或當(dāng)廉價(jià)鋪路、建筑原料使用的高爐富硼渣制成

技術(shù)先進(jìn)：生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單可行，技術(shù)先進(jìn)。面對(duì)富硼礦的越來越稀缺，由貧硼礦生產(chǎn)硼酸和硼渣是必然要考慮的方法，本公司的技術(shù)品牌將走在前列。

價(jià)格低廉：由于原材料為工業(yè)廢渣，因此原料豐富、價(jià)格低廉、 利潤(rùn)高。

綠色環(huán)保：對(duì)工業(yè)廢渣進(jìn)行循環(huán)再利用，綠色環(huán)保。

3，理論分析

B2O3系分離富集路線理論分析

研究表明含硼爐渣中硼元素以晶體的形體存在時(shí)，有利于硼的提取。B2O3、SiO2、MgO、CaO與Al2O3 構(gòu)成的含硼爐渣熔體，其析晶過程相當(dāng)復(fù)雜，但冷卻過程仍然遵循結(jié)晶規(guī)律. 根據(jù)晶體動(dòng)力學(xué)，晶體 的成核、生長(zhǎng)和粗化都與過冷度（ΔT = TL-T1）有關(guān)，即過冷度對(duì)熔體 的控制析晶起著關(guān)鍵作用，控制一定的冷卻制度，就能達(dá)到選擇析晶的目的. 因此，若使硼元素以晶體狀態(tài)富集長(zhǎng)大，首先應(yīng)弄清楚B2O3、 SiO2、MgO、CaO 與Al2O3 含硼爐渣中硼的結(jié)晶物相及結(jié)晶溫度區(qū)間. 含硼爐渣主要成分（w / %）：MgO，40 % 60 %； SiO2，10 % -30 % 、 B2O3，10 %-30 % 以及少量的Al2O3、CaO。由于熔渣析晶過程的復(fù)雜性，硼元素的富集路線可通過分析MgOSiO2-B2O3 三元系相圖，獲得硼元素富集的基本思想，再通過實(shí)驗(yàn)研究對(duì)分析結(jié)果加以修正。

由以上分析可知：在研究的組成范圍內(nèi)，熔體溫度冷卻到1300 ℃ 以上時(shí)， 首先析出2MgO· SiO2，隨著溫度的降低和2MgO·SiO2 的析出，相的組成也會(huì)隨之發(fā)生變化，在1 270-1 203 ℃ ，2MgO·SiO2 和 2MgO·B2O3 開始同時(shí)析出。 遂安石為非均相成核機(jī)制，晶體在介穩(wěn)區(qū)就可以生長(zhǎng)。 因此，本實(shí)驗(yàn)所確定的冷卻路線為：將熔渣由其熔融狀態(tài)以不同的冷卻速率分別冷卻到1300 ℃ 、1270 ℃ 、1250 ℃ 、 1220 ℃ 、1200℃ 、1150 ℃ 、1100 ℃ 和1000 ℃ 后保溫，分析冷卻制度對(duì)物相組成的影響，從而確定含硼富集的最佳冷卻制度。

三、市場(chǎng)分析

隨著中國(guó)近年來經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和工業(yè)化水平的快速提高，對(duì)于化工原料礦物硼砂和硼酸的需求日益增加，并且擁有著相當(dāng)大的市場(chǎng)前景：當(dāng)前中國(guó)硼酸和硼砂除了用于玻璃工業(yè)、陶瓷工業(yè)、 洗滌劑和農(nóng)用化肥等傳統(tǒng)硼化工產(chǎn)業(yè)，更是涉及到軍事裝備、電子器件及光學(xué)儀器等各個(gè)領(lǐng)域。硼的廣泛重要的用途導(dǎo)致國(guó)內(nèi)在 硼生產(chǎn)能力及加工量逐年遞增的情況下仍供不應(yīng)求。據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)， 硼砂和硼酸的需求，每年將分別以 6.25%和 6.5%的平均速度增長(zhǎng)。2014 年，全世界硼產(chǎn)量為 492 萬噸（除美國(guó)外），其中土耳其產(chǎn) 300 萬噸，阿根廷產(chǎn) 70 萬噸，俄羅斯產(chǎn) 25 萬噸，中國(guó)產(chǎn) 16 萬噸。 土耳其每年約 95%的硼用于出口，其中 50%銷往東亞，美國(guó)每年約50%的硼用于出口，其中 60%銷往東亞，主要為中國(guó)和日本。中國(guó)每年有 70%的硼砂均為進(jìn)口。我國(guó)硼產(chǎn)品的進(jìn)口量從 2001 年的 7 萬噸增長(zhǎng)到 2011 年的 70 余萬噸，到如今增長(zhǎng)為 80 余萬噸。國(guó)內(nèi)缺口日益增加。

由此可見，中國(guó)硼酸與硼砂市場(chǎng)存在嚴(yán)重的持續(xù)自供不足現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)潛力巨大。

綜合以上幾個(gè)方面，對(duì)從富硼渣中提取硼砂和硼酸采取綜合性分析，本技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)良，且產(chǎn)品的市場(chǎng)前景廣闊，技術(shù)操作體現(xiàn)綠色環(huán)保的理念，并加以理論實(shí)驗(yàn)分析，可操作性強(qiáng)?，F(xiàn)技術(shù)不僅解決了硼酸與硼砂日益不足的原料問題，而且充分利用了資源，保護(hù)了環(huán)境，適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)和未來發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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