CN101565188B - 卤水制取硼砂的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明的卤水制取硼砂的工艺，涉及无机盐生产技术领域，旨在解决传统硼砂生产工艺中所存在的总收率低、成本高、能耗高、环境污染严重和原料资源日趋匮乏等技术问题。本发明包括如下步骤：将原料卤水与混合醇萃取剂按质量比1∶1～3混合，通过连续逆流法萃取原料卤水，得萃余相和萃取相；将上述萃取相与水按质量比1∶0.1～3混合，通过连续逆流法进行反萃取，得反萃取液；调整上述反萃取液pH8～10，搅拌降温，形成硼砂沉淀物，过滤，得到固态十水硼砂。本发明适用于以卤水为原料制取硼砂。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机盐生产技术领域，特别是一种利用富钾硼卤水为原料制取硼砂的工艺方法。
背景技术
硼砂即十水四硼酸钠，分子式为Na2B4O7·10H2O。为无色半透明晶体或白色结晶粉末，是硼最重要的化合物。硼砂是重要的化工、冶金原料，在玻璃陶瓷工业中是制造光学玻璃、珐琅和瓷釉的原料；在冶金工业中用于生产高强硼钢、高硬耐热合金钢和耐三酸腐蚀的特种钢；在农业中即可作为微量元素肥料，又可作杀虫剂；在精细化工方面，是生产洗涤剂、黏合剂、化妆品的重要配料。
我国传统的硼资源利用以固体硼矿为主，主要来源于我国东北和西藏。经过几十年的工业开采，我国固体硼矿资源已近枯竭，可开发硼矿储量仅300余万吨，已不能满足日益增长的工业需求。
现有技术中，申请号85102759，发明名称《碱解法加工硼矿》，此法采用常压碱解法虽然优于加压碱解法和碳碱法，但此方法反应温度要求较高；申请号87101578，发明名称《硼砂的制取方法》，以硼镁铁矿石为原料，通过冶炼、熔态分离及富硼渣料钠化处理制得硼砂，此方法工艺步骤较长，耗能较大；申请号89105720.X，发明名称《一种用含钙高(CaO为32～38％)的硼矿生产硼砂的工艺》，此法是将硼矿粉高温焙烧后，用纯碱代替烧碱进行苛化碱解，此法是在850℃左右高温下焙烧，存在操作温度较高，反应时间较长，碱解率低等缺点。
目前用卤水生产硼砂的工艺是将卤水蒸发浓缩后，加入硫酸酸化提取硼酸，然后将硼酸与碱反应生成硼砂。此法工艺复杂、硼的收率仅50-70％，原辅材料耗用量大，生产成本高。
总的来说，目前硼砂生产技术存在的主要缺点是：
1、采用固体硼矿作为原料，成本高、能耗高，同时我国固体硼矿资源已近枯竭；
2、以硼镁矿为原料时需要加压高温碱解，造成较大的能量消耗和环境污染，同时从原材料浮选、精制过程算起总收率不高于40％；
3、以盐湖卤水为原料制硼砂总收率低，通过硫酸酸化获得粗硼酸，收率一般在70％，在进一步碱化过程制硼砂过程中，收率为65～70％，总收率一般不高于50％。
发明内容
本发明旨在解决传统硼砂生产工艺中所存在的总收率低、成本高、能耗高、环境污染严重和原料资源日趋匮乏等技术问题，以提供一种以卤水为原料、收率高、成本低、能耗小、环境污染少和原料资源丰富的卤水制取硼砂的工艺。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中包括如下步骤：
a)将原料卤水与混合醇萃取剂按质量比1∶1～3混合，通过连续逆流法萃取原料卤水，得萃余相和萃取相；
b)将上述萃取相与水按质量比1∶0.1～3混合，通过连续逆流法进行反萃取，得反萃取液；
c)调整上述反萃取液pH8～10，搅拌降温，形成硼砂沉淀物，过滤，得到固态十水硼砂。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中所述步骤a)中的连续逆流法萃取级数为5～15级，萃取温度为25～70℃，单级萃取时间为2～10分钟。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中所述步骤b)中的连续逆流法反萃取级数为3～10级，反萃取温度为25～70℃，单级反萃取时间为2～10分钟。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中所述的混合醇萃取剂中混合醇为C8～C12带支链脂肪醇中的任意一种或任意两种按体积比1～20∶1混合而成。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中所述的混合醇萃取剂中混合醇为辛醇、异戊醇、正戊醇、正庚醇、环己醇、壬醇、正癸醇、二丁基卡苄醇中的任意一种或任意两种按体积比1～20∶1混合而成。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中所述的混合醇萃取剂由混合醇和烃类溶剂按体积比1～3∶1混合而成。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中所述的烃类溶剂为航空煤油、溶剂油。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中所述的原料卤水中B2O3含量为15～35克/升，Ca2+含量为3～100克/升、Mg2+含量为3～100克/升。
本发明的卤水制取硼砂的工艺，其中所述步骤c)中在温度15～40℃条件下，加入氢氧化钠，调整反萃取液pH，搅拌时间0.5～2.5小时，降温形成硼砂沉淀物的温度条件为10～35℃。
本发明卤水制取硼砂的工艺的有益效果：
1、本发明以地下卤水代替传统的固体硼矿为原料，原料资源丰富，能耗小，降低生产成本；
2、萃取过程中，采用混合醇作为萃取剂，具有选择性高、杂质分离彻底的优点，大幅提高了硼砂收率；
3、反萃过程中，采用水作为反萃取液，具有成本低，环境污染小的优点；
4、硼砂生产过程中，采用氢氧化钠调节pH，具有用量少，不产生副产物；
5、本发明填补了国内制备硼砂技术的一大空白，具有较大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明卤水制取硼砂的工艺流程示意图
具体实施方式
本发明应用原理、作用与功效，参照附图1通过如下实施方式予以说明。
实施例1
使用采自四川邛崃平落4井的卤水，蒸发35％～40％水分后的卤水母液，卤水成份见表1。
表1蒸发卤水母液成份
| 元素 | K+ | Na+ | Ca2+ | Mg2+ | Cl- | B2O3 | Br- |
| 含量(g/L) | 81.32 | 78.52 | 5.423 | 6.097 | 223.7 | 27.89 | 4.583 |
取表1组成的蒸发卤水母液500mL，恒温在60℃下倒入分液漏斗中，加入1000mL的混合醇作为萃取剂，混合醇为辛醇与二丁基卡必醇混合物，混合比例为辛醇∶卡必醇＝20∶1，采用连续逆流法萃取原料卤水。即将前述已混合溶液摇匀，萃取5分钟，分液，得萃余相和负载有机相。萃余相进行下一级萃取，共进行12级萃取，萃取剂循环使用。
将上述负载有机相1000mL在60℃下倒入分液漏斗中，加入0.3倍体积的水作为反萃液，采用连续逆流法进行反萃取。即将前述混合溶液摇匀，恒温反萃取5分钟，分液，共进行5级反萃取。
反萃液在20℃下加一定量的工业一级氢氧化钠，氢氧化钠的加入量一控制溶液pH＝9为准，恒温搅拌1小时后，再降温到15℃，此时溶液中的硼以十水硼砂形式析出。
过滤后，得到的硼砂经60℃烘干后，硼砂纯度达99.7％，达到国家优等品标准，硼砂单次收率70％，循环收率96％。
实例2
使用采自四川邛崃平落4井的卤水，蒸发35％～40％水分后的卤水母液，卤水成份参见表1。
取表1组成的蒸发卤水母液500mL，恒温在60℃下倒入分液漏斗中，加入1000mL的混合醇作为萃取剂，混合醇为辛醇与二丁基卡必醇混合物，混合比例为辛醇∶二丁基卡必醇＝20∶1，摇匀，萃取5分钟，分液。萃余相进行下一级萃取，共进行12级萃取，萃取剂循环使用，负载有机相进行反萃取。将上述负载有机相1000mL在60℃下倒入分液漏斗中，加入0.3倍体积的水作为反萃液，摇匀，恒温反萃取2分钟，分液，共进行5级反萃取，反萃液在20℃下加一定量的工业一级氢氧化钠，氢氧化钠的加入量一控制溶液pH＝8为准，恒温搅拌0.5小时后，再降温到15℃，此时溶液中的硼以十水硼砂形式析出，过滤后，得到的硼砂经60℃烘干后，硼砂纯度达99.5％，达到国家优等品标准，硼砂单次收率72％，循环收率98％。
实例3
使用采自四川邛崃平落4井的卤水，蒸发35％～40％水分后的卤水母液，卤水成份参见表1。
取表1组成的蒸发卤水母液500mL，恒温在25℃下倒入分液漏斗中，加入1500mL的辛醇作为萃取剂，摇匀，萃取3分钟，分液。萃余相进行下一级萃取，共进行15级萃取，萃取剂循环使用，负载有机相进行反萃取。将上述负载有机相1000mL在25℃下倒入分液漏斗中，加入0.1倍体积的水作为反萃液，摇匀，恒温反萃取2分钟，分液，共进行3级反萃取，反萃液在15℃下加一定量的工业一级氢氧化钠，氢氧化钠的加入量一控制溶液pH＝8为准，恒温搅拌1小时后，再降温到20℃，此时溶液中的硼以十水硼砂形式析出，过滤后，得到的硼砂经50℃烘干后，硼砂纯度达99.5％，达到国家优等品标准，硼砂单次收率70％，循环收率95％。
实例4
使用采自四川邛崃平落4井的卤水，蒸发35％～40％水分后的卤水母液，卤水成份参见表1。
取表1组成的蒸发卤水母液500mL，恒温在70℃下倒入分液漏斗中，加入1200mL的混合醇作为萃取剂，混合醇为辛醇与航空煤油混合物，混合比例为辛醇∶航空煤油＝1∶2作为萃取剂，摇匀，萃取3分钟，分液。萃余相进行下一级萃取，共进行5级萃取，萃取剂循环使用，负载有机相进行反萃取。将上述负载有机相1000mL在70℃下倒入分液漏斗中，加入3倍体积的水作为反萃液，摇匀，恒温反萃取10分钟，分液，共进行10级反萃取，反萃液在40℃下加一定量的工业一级氢氧化钠，氢氧化钠的加入量一控制溶液pH＝8为准，恒温搅拌2.5小时后，再降温到35℃，此时溶液中的硼以十水硼砂形式析出，过滤后，得到的硼砂经65℃烘干后，硼砂纯度达99.3％，达到国家优等品标准，硼砂单次收率71％，循环收率96％。
从上所述，本发明的卤水制取硼砂的工艺，以地下卤水代替传统的固体硼矿为原料，原料资源丰富，能耗小，降低生产成本；萃取过程中，采用混合醇作为萃取剂，具有选择性高、杂质分离彻底的优点，大幅提高了硼砂收率；反萃过程中，采用水作为反萃取液，具有成本低，环境污染小的优点；同时，本发明在硼砂生产过程中采用氢氧化钠调节pH，不仅用量少，还具有不产生副产物等诸多优点。
Claims (5)
1.一种卤水制取硼砂的工艺，其特征在于包括如下步骤：
a)将原料卤水与混合醇萃取剂按质量比1∶1～3混合，通过连续逆流法萃取原料卤水，得萃余相和萃取相，其中的原料卤水中B2O3含量为15～35克/升，Ca2+含量为3～100克/升、Mg2+含量为3～100克/升，其中混合醇萃取剂由混合醇和烃类溶剂按体积比1～3∶1混合而成，其中连续逆流法萃取级数为5～15级，萃取温度为25～70℃，单级萃取时间为2～10分钟；
b)将上述萃取相与水按质量比1∶0.1～3混合，通过连续逆流法进行反萃取，得反萃取液，其中连续逆流法反萃取级数为3～10级，反萃取温度为25～70℃，单级反萃取时间为2～10分钟；
c)调整上述反萃取液pH8～10，搅拌降温，形成硼砂沉淀物，过滤，得到固态十水硼砂。
2.如权利要求1所述的卤水制取硼砂的工艺，其特征在于：所述的混合醇萃取剂中混合醇为C8～C12带支链脂肪醇中的任意一种或任意两种按体积比1～20∶1混合而成。
3.如权利要求1所述的卤水制取硼砂的工艺，其特征在于：所述的混合醇萃取剂中混合醇为辛醇、异戊醇、正戊醇、正庚醇、环己醇、壬醇、正癸醇、二丁基卡苄醇中的任意一种或任意两种按体积比1～20∶1混合而成。
4.如权利要求1所述的卤水制取硼砂的工艺，其特征在于：所述的烃类溶剂为航空煤油或溶剂油。
5.如权利要求1所述的卤水制取硼砂的工艺，其特征在于：所述步骤c)中在温度15～40℃条件下，加入氢氧化钠，调整反萃取液pH，搅拌时间0.5～2.5小时，降温形成硼砂沉淀物的温度条件为10～35℃。
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