DE2454409A1

DE2454409A1 - Verfahren zur herstellung von borsaeure

Info

Publication number: DE2454409A1
Application number: DE19742454409
Authority: DE
Inventors: Richard Paul Allen; Cyril Alfred Morgan
Original assignee: United States Borax and Chemical Corp
Current assignee: US Borax Inc
Priority date: 1973-11-22
Filing date: 1974-11-16
Publication date: 1975-05-28
Also published as: CA1044611A; FR2252293B1; FR2252293A1; GB1484860A; IT1025896B; US3953580A; JPS50113497A

Description

49 675-BE .

Anmelder: United States Borax & öheraical Corporation, 3075 Wilshire Boulevard, Los Angeles, Californien/USA

Verfahren zur Herstellung von Borsäure

Die Erfindung "betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Borsäure aus Natriumborat oder Colemanit (einem Calciumboraterz).

Nach einem bekannten Verfahren wird Borsäure hergestellt durch Umsetzung von Schwefelsäure mit Borax (einem Natrium-¹ biborat mit niedriger Hydratation), gelöst in einer heißen, im Kreislauf geführten Mutterlauge. Dabei wird Natriumsulfat als Nebenprodukt gebildet. Durch geeignete Einstellung der Kristallisationsbedingungen ist es möglich, den größten Teil der Borsäure und das Natriumsulfat in Form verhältnismäßig reiner Kristalle abzutrennen, wobei eine Flüssigkeit zurückbleibt, die in den Kreislauf zurückgeführt

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werden kann. Zur Herstellung von Borsäure einer handelsüblichen Qualität können die Kristalle mit einer Lösung, die nur geringere Mengen an Verunreinigungen enthält, von der anhaftenden Mutterlauge freigewaschen werden. Sie kann auch durch Umkristallisation durch Auflösen in einer geringere Mengen an Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeit gereinigt werden·

Die Herstellung von Borsäure aus Colemaniterzen ist im wesentlichen ähnlich, obgleich die geringe Löslichkeit von Calciumsulfat erlaubt, daß praktisch die gesamte Menge durch Filtrieren entfernt wird. Einige Erzarten enthalten jedoch Verunreinigungen, die lösliche Sulfate, insbesondere Magnesiumverbindungen, ergeben, die sich in den im Kreislauf geführten Flüssigkeiten anreichern können.

In den beiden oben erwähnten Verfahren ist es zweckmäßig, daß die gebildeten Mutterlaugen im Kreislauf geführt werden und daß das Eindringen von Wasser genau kontrolliert wird. Bisher war es erforderlich, die Flüssigkeiten zu verwerfen oder mittels verhältnismäßig teurer Einrichtungen zu reinigen, um die Anreicherung von unerwünschten Mengen an Verunreinigungen in den im Kreislauf geführten Flüssigkeiten bis zur Erreichung bestimmter Werte, welche für das Verfahren nachteilig sind, indem sie unreine Produkte liefern, auszuschließen.

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Diese Verfahren werden erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die Mengen an Wasser und verworfener Borsäure verringert werden, ohne daß die Verfahren selbst dadurch nachteilig beeinflußt werden. In einigen Fällen kann die nicht-eindrin-. gende Flüssigkeit mit einer erhöhten Konzentration an Sulfaten innerhalb des Teils des Verfahrens im Kreislauf geführt werden, das zur Herstellung von Natriumsulfat verwendet wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Borsäure durch Umsetzung von Borat enthaltenden Erzen mit Schwefelsäure, bei dem die gebildete Borsäure von der Mutterlauge abgetrennt und die Mutterlauge als Lösungsmittel für die nachfolgenden Mengen an Borat oder Colemanit in den Prozeß im Kreislauf zurückgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mutterlauge während der Zurückführung im Kreislauf einem Umkehrosmoseprozeß unter Verwendung von semipermeablen Membranen mit einem geringen Zurückweisungswert für Bor unterworfen wird, und daß die durchgelassene Flüssigkeit (das Permeat) in den Prozeß zurückgeführt wird.

Die bevorzugt verwendeten Ausgangsmaterialien sind Natriumborat und Colemanit.

Es ist bekannt, daß Flüssigkeiten nach dem Umkehrosmoseverfahren gereinigt werden können. Es ist auch bekannt, daß bei

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der Reinigung von Flüssigkeiten, die geringe Mengen Bor enthalten, dann, wenn zum Entsalzen Membranen mit einer üblicherweise verwendeten Permeabilität eingesetzt werden, d.h. wenn die Zurückweisung von Natriumchlorid als Hauptverunreinigung mehr als 95 % beträgt, in dem durchgelassenen Anteil (der permeierten Flüssigkeit) eine merkliche Menge Bor zu finden ist. Es ist bekannt, daß die Zurückweisung von Bor mit dem pH-Wert zunimmt, so daß eher die Borsäure hindurchgeht als das Boration.

Es wurde nun gefunden, daß durch geeignete Auswahl von poröseren Membranen mit niedrigeren Borzurückweisungswerten beträchtliche Mengen an in der Beschickung vorhandener Borsäure, auch wenn diese in Konzentrationen vorhanden ist, die sich der Sättigung nähern, durch sie hindurchgehen, während mehr als 80 % der Hauptverunreinigungen (Natrium- und Magnesiumsulfat) zurückgehalten werden.

Beispiele für solche Membranen sind solche, in denen dann, wenn sie für die Behandlung von Beschickungslösungen verwendet werden, die mehr als 2 % Borsäure (BA) und 0,1 % NapSO^, enthalten und 80 % des Wassers in Form der durchgelassenen Flüssigkeit (des Permeats) wegnehmen, das Verhältnis (BA/Was-

^ser)durchgelassen^/(BA/Wasser)zugeführt ^{nicht kleiner als} °'? ist und in denen gleichzeitig das Verhältnis (Na^SO^/Wasser), ,

gelassen^/(Na2^SV^Wasser)zu₆eführt ^nicht S^{rößer als} ⁰^ ^ist« Membranen, die erfindungs-

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gemäß verwendet werden können, bestehen in der Regel aus

Celluloseacetat, das bei niedrigen Temperaturen getempert(annealed) worden ist, obgleich auch andere, wie z.B. solche aus Nylon, verwendet werden können.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Borsäure nach einem der oben genannten Verfahren anzugeben, bei dem die Umkehrοsmosemethode zur Aufarbeitung der im Kreislauf geführten Mutterlaugenflüssigkeiten verwendet wird, wodurch die Menge des die Säure enthaltenden Abströmes verringert wird, ohne daß die Reinheit der Produkte dadurch beeinträchtigt wird. Ein zweites Ziel der Erfindung besteht darin, Flüssigkeiten anzugeben, die nur geringe Mengen an Verunreinigungen enthalten, die mit Vorteil in anderen Teilen des Verfahrens verwendet werden können.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein ausgewählter Teil der im Kreislauf geführten unreinen Mutterlauge in einer typischen Umkehrosmoseeinheit durch Oelluloseacetatmembranen geleitet. Ein Teil der in der Beschickungsflüssigkeit enthaltenen Borsäure wird zurückgehalten (zurückgewiesen), es wurde jedoch gefunden, daß eine Rückgewinnung von mehr als 90 % Borsäure in der Beschickung erzielt werden kann. Die zurückgewiesenen Verunreinigungen, insbesondere Natrium, Magnesium und Sulfat, verbleiben in der Flüssigkeit, welche die Membran nicht passiert. Die unbehandelte Flüssigkeit kann

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entweder verworfen, in einen geeigneten Abschnitt des Verfahrens zurückgeführt oder für die Behandlung mit einer anderen Einheit verdünnt werden. Die Menge des Abstroms wird in der Regel auf ein Minimum eingestellt, um einen übermäßigen Verlust an Borsäure und Wasser zu verhindern, wobei gleichzeitig eine mögliche Kristallisation der Borsäure und der in dem System gelösten Elektrolyte und die Anwendung übermäßiger Drucke vermieden wird_a

In einem Anwendungsbeispiel für dieses Verfahren passieren 90 % einer im Kreislauf geführten Mutterlauge die' ausgewählten Membranen einer Umkehrosmoseeinheit, während 10 %, welche die zurückgewiesenen Ionen enthalten, verworfen werden. Ein Beispiel für typische Ergebnisse, die unter Verwendung einer porösen Oelluloseacetatmembran erhalten werden, ist das folgende :

Zusammensetzung der zurückgewiesene Bor- zurückgewiesenes Beschickung säure in % Natriumsulfat in %

4 % Borsäure

5 % Natriumsulfat 9 95

Nach dem Passieren der Umkehrosmoseeinheit kann die Flüssigkeit im Kreislauf in das Reaktionsgefäß zurückgeführt werden für die weitere Behandlung oder sie kann in einem anderen Abschnitt des Systems verwendet werden, in dem verhältnismäßig reine Flüssigkeiten erforderlich sind, beispielsweise zum Waschen des Produkts.

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Obgleich nach den vorstehenden Angaben durch die Umkehrosmose Sulfate, die Hauptverunreinigungen, entfernt werden können, können auch viele andere Verunreinigungen in einem größeren oder geringeren Ausmaß im Vergleich zu den Sulfaten entfernt werden.

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Claims

Patentansprüche

(i) Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Borsäure durch Umsetzung von Borat enthaltenden Erzen mit Schwefelsäure, bei dem die gebildete Borsäure von- der Mutterlauge abgetrennt und die Mutterlauge als Lösungsmittel für die nachfolgenden Mengen an Borat oder Colemanit in den Prozeß im Kreislauf zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutterlauge während der Zurückführung im Kreislauf unter Verwendung von semipermeablen Membranen mit einem niedrigen Zurückweisungswert für Bor einem Umkehrosmoseprozeß unterworfen wird und daß die durchgelassene flüssigkeit (das Permeat) in den Prozeß im Kreislauf zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Borat enthaltendes Erz Natriumborat oder Colemanit verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als semipermeable Membran eine bei niedriger Temperatur getemperte Oelluloseacetatmembran verwendet wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die semipermeable Membran zurückgewiesene Flüssigkeit zur Gewinnung der Sulfatnebenprodukte getrennt behandelt wird.

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5- Verfahren nach, mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß 90 % der Flüssigkeit die Membran passieren und daß 10 % verworfen oder zur Gewinnung der Sulfatnebenprodukte, behandelt werden.

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