專利名稱：電滲電解法從硼礦石中制取硼酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硼礦石加工領(lǐng)域，特別涉及ー種電滲電解法從硼礦石中制取硼酸的方法。
背景技術(shù)：
目前，由硼礦石(包括硼鐵礦和硼鎂礦)生產(chǎn)硼酸的エ藝有兩種，其一是ー步法，即用硫酸和硼礦石直接反應(yīng)生產(chǎn)硼酸，如在專利CNlOl 182003A《利用硼鎂礦硫酸法生產(chǎn)硼酸和一水硫酸鎂的エ藝》中提到使用該エ藝生產(chǎn)硼酸。過程是將硼礦石焙燒熟化粉碎后加酸溶解、過濾、結(jié)晶、離心分離、洗滌、干燥的エ藝。此法雖然エ藝簡單，但是對礦石的品位要求高，需大于19%，產(chǎn)品中金屬離子和硫酸根含量難控制，硼酸純度不高。其ニ是兩步法，即用硼砂加硫酸生產(chǎn)硼酸，該エ藝可有效控制金屬離子含量，但是硫酸根含量仍然難于控制，影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時加工成本増大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)硼酸的新エ藝，采用電滲電解法從硼礦石加工后續(xù)產(chǎn)物硼砂中制備硼酸。具體采用如下方法①將硼礦石焙燒，熟化、粉碎成礦粉；②配制質(zhì)量濃度5% 40%的燒堿(NaOH)溶液作為母液；③將步驟①制備的礦粉和步驟②配制的母液按質(zhì)量比1:1. 2^1. 5投入碳解罐內(nèi)，輸入ニ氧化碳?xì)怏w進(jìn)行碳解反應(yīng)，制得含硼砂的漿液；④將步驟③反應(yīng)制得的漿液通過板框過濾機(jī)二次過濾結(jié)晶后得到含硼砂的溶液；⑤將步驟④制得的硼砂溶液作為陽極液、燒堿溶液作為陰極液進(jìn)行電解，陽極室生成硼酸并放出氧氣，陰極室生成燒堿并放出氫氣。上述反應(yīng)過程中，步驟③中碳解反應(yīng)的條件優(yōu)選為溫度115 140°C，反應(yīng)壓カO. 6 O. 8MPa，反應(yīng)7 12小時；進(jìn)一步優(yōu)選的反應(yīng)條件為碳解反應(yīng)溫度125 135°C，反應(yīng)壓カ O. 65 O. 8MPa0上述反應(yīng)過程中，步驟⑤中電解條件優(yōu)選陽極液為步驟④制得的硼砂溶液，陰極液為5% 40%的燒堿溶液，陰陽極室和陽離子選擇透過膜相平行的電解槽端板與離子交換膜的間距為2 200毫米，陰陽極溶液的溫度40 80°C，電解直流電壓，2V 8V，電解反應(yīng)時間4 14小時。步驟⑤電解反應(yīng)的原理為總反應(yīng)Na2B4O7+ 9H20 —~^ 2NaOH + 4H3B03+ O2 個 + 2H2 f陽極反應(yīng)=H2O— 2H++0 . 502 +2e_H++H2B(V — H3BO3、
陰極反應(yīng)2H20+2e_—20Η_+Η2 Na++0F —NaOH上述電解過程將步驟④獲得的硼砂水溶液作為陽極液直接進(jìn)行電解，電解產(chǎn)物經(jīng)降溫、結(jié)晶、過濾、干燥得硼酸產(chǎn)品；陰極液反應(yīng)生成燒堿水溶液，可直接回用到硼礦粉堿解エ序。因此，本發(fā)明的另ー特點(diǎn)是エ藝過程兼顧了エ藝整合，實(shí)現(xiàn)原料循環(huán)利用將步驟⑤陰極生成液作為步驟②的母液。本發(fā)明中，步驟⑤所述電解過程使用的電解槽是用陽離子選擇透過膜將與直流電源正極和負(fù)極相連接的正負(fù)極板隔開，形成兩個相互獨(dú)立的空間，正極板所在的部分是陽極室，負(fù)極板所在的部分是陰極室，陰陽極室之間溶液不能相互透過。上述電解槽中，電解 槽陰陽極室兩邊的端板與于陽離子選擇透過膜相平行，電解槽端板與陽離子選擇透過膜的間距為2 200毫米。本發(fā)明提供的方法適用于含硼量> 9%的硼礦石制取硼酸，由此類硼礦石經(jīng)碳解、過濾后得到的硼砂溶液中硼砂含量約為:T20wt%。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了ー種用電滲電解法從硼礦石加工后續(xù)產(chǎn)物硼砂中制取硼酸的エ藝。本發(fā)明提供的方法，原料適用性廣，礦石品位可以擴(kuò)大到大于9%，不用加入硫酸，材料成本降低，同時能有效控制雜質(zhì)含量(金屬離子和硫酸根離子)，依據(jù)本發(fā)明制備的硼酸參照GB/T12684-2006檢測后，純度達(dá)到99. 5%以上，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖I電滲電解法從硼礦石中制取硼酸エ藝流程框圖。圖2電滲電解法從硼礦石中制取硼酸エ藝中電解裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，實(shí)施例中的電解裝置陽極采用過氧化鉛電極，陰極采用鉛電扱，隔板為陽離子選擇透過膜。實(shí)施例I本實(shí)施例使用含硼量>9%的硼礦石，溫度600°C焙燒后，粉碎、磨為顆粒度>60目礦粉。配置10%的燒堿溶液，向碳解爐內(nèi)投入礦粉400Kg、燒堿溶液500Kg，保持碳解爐溫度1200C，壓カO. 6MPa，反應(yīng)7. 5小吋。將反應(yīng)后的漿液二次過濾，結(jié)晶后剩余濾液中硼砂含量約5%，放入電滲電解裝置的陽極區(qū)，陰極區(qū)放入6%的燒堿溶液，陰陽極室和陽離子選擇透過膜相平行的電解槽端板與離子選擇透過膜的間距為2毫米，陰陽區(qū)溫度50°C，電解直流電壓3. 0V，電解反應(yīng)時間4小時，陽極區(qū)溶液經(jīng)降溫結(jié)晶過濾干燥得到SOKg硼酸產(chǎn)品，經(jīng)檢測純度達(dá)到99. 5%。實(shí)施例2本實(shí)施例使用含硼量> 12%的硼礦石，溫度700°C焙燒后，粉碎、磨為顆粒度> 60目礦粉。配置20%的燒堿溶液，向碳解爐內(nèi)投入礦粉lOOOKg，燒堿溶液1300Kg，保持碳解爐溫度130°C，壓カO. 6MPa，反應(yīng)10小時。將反應(yīng)后的漿液二次過濾，結(jié)晶后剩余濾液中硼砂含量約12%，放入電滲電解裝置的陽極區(qū)，陰極區(qū)放入9%的燒堿溶液，陰陽極室和陽離子選擇透過膜相平行的電解槽端板與離子選擇透過膜的間距為70毫米，陰陽區(qū)溫度60°C，電解直流電壓4. 3V，電解反應(yīng)時間8小吋，陽極區(qū)溶液經(jīng)降溫結(jié)晶過濾干燥得到210Kg硼酸產(chǎn)品，經(jīng)檢測純度達(dá)到99. 7%。實(shí)施例3本實(shí)施例使用含硼量>9%的硼礦石，溫度700°C焙燒后，粉碎、磨為顆粒度>60目礦粉。配置30%的燒堿溶液，向碳解爐內(nèi)投入礦粉2000Kg，燒堿溶液2800Kg，保持碳解爐溫度130°C，壓カO. 7MPa，反應(yīng)10小吋。將反應(yīng)后的漿液二次過濾，結(jié)晶后剩余濾液中硼砂含量約16%，放入電滲電解裝置的陽極區(qū)，陰極區(qū)放入2 0%的燒堿溶液，陰陽極室和陽離子選擇透過膜相平行的電解槽端板與離子選擇透過膜的間距為140毫米，陰陽區(qū)溫度70°C，電解直流電壓5. 5V，電解反應(yīng)時間10小吋，陽極區(qū)溶液經(jīng)降溫結(jié)晶過濾干燥得到310Kg硼酸產(chǎn)品，經(jīng)檢測純度達(dá)到99. 7%。實(shí)施例4本實(shí)施例使用含硼量>9%的硼礦石，溫度700°C焙燒后，粉碎、磨為顆粒度>60目礦粉。配置40%的燒堿溶液，向碳解爐內(nèi)投入礦粉2000Kg，燒堿溶液3000Kg，保持碳解爐溫度140°C，壓カO. 8MPa，反應(yīng)12小時。將反應(yīng)后的漿液二次過濾，結(jié)晶后剩余濾液中硼砂含量約20%，放入電滲電解裝置的陽極區(qū)，陰極區(qū)放入40%的燒堿溶液，陰陽極室和陽離子選擇透過膜相平行的電解槽端板與離子選擇透過膜的間距為200毫米，陰陽區(qū)溫度80°C，電解直流電壓7. 2V，電解反應(yīng)時間14小吋，陽極區(qū)溶液經(jīng)降溫結(jié)晶過濾干燥得到315Kg硼酸產(chǎn)品，經(jīng)檢測純度達(dá)到99. 9%。
權(quán)利要求
1.電滲電解法從硼礦石中制取硼酸的方法，其特征在于用直流電解的方法從硼礦石中制取硼酸；具體采用如下方法 ①配料將硼礦石焙燒，熟化、粉碎成礦粉； ②配制質(zhì)量濃度5% 40%的堿溶液作為母液； ③將步驟①制備的礦粉和步驟②配制的母液按質(zhì)量比I:1. 2^1. 5投入碳解罐內(nèi)，輸入ニ氧化碳?xì)怏w進(jìn)行碳解反應(yīng)，制得含硼砂的漿液； ④將步驟③反應(yīng)制得的漿液通過板框過濾機(jī)二次過濾結(jié)晶后得到含硼砂的溶液； ⑤將步驟④制得的硼砂溶液進(jìn)行電解，陽極室生成硼酸并放出氧氣，陰極室生成燒堿并放出氫氣； 上述方法中，所述步驟⑤的陰極生成液用作步驟②的母液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟⑤所述電解過程的電解槽是用陽離子選擇透過膜將與直流電源正極和負(fù)極相連接的正負(fù)極板隔開，形成兩個相互獨(dú)立的空間，正極板所在的部分是陽極室，負(fù)極板所在的部分是陰極室，陰陽極室之間溶液不能相互透過。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于陰陽極室和陽離子選擇透過膜相平行的電解槽端板與離子交換膜的間距為2 200毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟③中碳解反應(yīng)的條件為溫度115 .140°C，反應(yīng)壓カO. 6 O. 8MPa，反應(yīng)7 12小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述碳解反應(yīng)溫度125 135°C，反應(yīng)壓力 O. 65 O. 8MPa0
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟⑤中電解條件為陽極液為步驟④得到的硼砂溶液，陰極液為5% 40%的燒堿溶液，陰陽極溶液的溫度為40 80°C，電解直流電壓為2V 8V，電解反應(yīng)時間4 14小時。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電滲電解法從硼礦石中制取硼酸的方法，是將硼礦石焙燒、粉碎后，經(jīng)碳解和電解得到硼酸。本發(fā)明提供的方法，原料適用性廣，礦石品位可以擴(kuò)大到大于9%，不用加入硫酸，材料成本降低，同時能有效控制雜質(zhì)金屬離子和硫酸根離子含量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號C25B1/00GK102644090SQ20121013885
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者張金鶴, 李靜靜, 林軍, 連志榮, 鄒恩義 申請人:大連交通大學(xué)