[发明专利]电渗电解法从硼矿石中制取硼酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于硼矿石加工领域，特别涉及一种电渗电解法从硼矿石中制取硼酸的方法。

背景技术

目前，由硼矿石（包括硼铁矿和硼镁矿）生产硼酸的工艺有两种，其一是一步法，即用硫酸和硼矿石直接反应生产硼酸，如在专利CN101182003A《利用硼镁矿硫酸法生产硼酸和一水硫酸镁的工艺》中提到使用该工艺生产硼酸。过程是将硼矿石焙烧熟化粉碎后加酸溶解、过滤、结晶、离心分离、洗涤、干燥的工艺。此法虽然工艺简单，但是对矿石的品位要求高，需大于19%，产品中金属离子和硫酸根含量难控制，硼酸纯度不高。其二是两步法，即用硼砂加硫酸生产硼酸，该工艺可有效控制金属离子含量，但是硫酸根含量仍然难于控制，影响产品质量，同时加工成本增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产硼酸的新工艺，采用电渗电解法从硼矿石加工后续产物硼砂中制备硼酸。具体采用如下方法：

①将硼矿石焙烧，熟化、粉碎成矿粉；

②配制质量浓度5%～40％的烧碱（NaOH）溶液作为母液；

③将步骤①制备的矿粉和步骤②配制的母液按质量比1:1.2~1.5投入碳解罐内，输入二氧化碳气体进行碳解反应，制得含硼砂的浆液；

④将步骤③反应制得的浆液通过板框过滤机二次过滤结晶后得到含硼砂的溶液；

⑤将步骤④制得的硼砂溶液作为阳极液、烧碱溶液作为阴极液进行电解，阳极室生成硼酸并放出氧气，阴极室生成烧碱并放出氢气。

上述反应过程中，步骤③中碳解反应的条件优选为温度115～140℃，反应压力0.6～0.8MPa，反应7~12小时；进一步优选的反应条件为碳解反应温度125～135℃，反应压力0.65～0.8MPa。

上述反应过程中，步骤⑤中电解条件优选阳极液为步骤④制得的硼砂溶液，阴极液为5%～40%的烧碱溶液，阴阳极室和阳离子选择透过膜相平行的电解槽端板与离子交换膜的间距为2～200毫米，阴阳极溶液的温度：40～80℃，电解直流电压，2V～8V，电解反应时间4～14小时。

步骤⑤电解反应的原理为：

总反应：

阳极反应：H₂O→2H⁺+0.5O₂↑+2e_-

H⁺+H₂BO₃^-→H₃BO₃

阴极反应：2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂↑

Na⁺+OH^-→NaOH

上述电解过程将步骤④获得的硼砂水溶液作为阳极液直接进行电解，电解产物经降温、结晶、过滤、干燥得硼酸产品；阴极液反应生成烧碱水溶液，可直接回用到硼矿粉碱解工序。因此，本发明的另一特点是工艺过程兼顾了工艺整合，实现原料循环利用：将步骤⑤阴极生成液作为步骤②的母液。

本发明中，步骤⑤所述电解过程使用的电解槽是用阳离子选择透过膜将与直流电源正极和负极相连接的正负极板隔开，形成两个相互独立的空间，正极板所在的部分是阳极室，负极板所在的部分是阴极室，阴阳极室之间溶液不能相互透过。上述电解槽中，电解槽阴阳极室两边的端板与于阳离子选择透过膜相平行，电解槽端板与阳离子选择透过膜的间距为2～200毫米。

本发明提供的方法适用于含硼量≥9%的硼矿石制取硼酸，由此类硼矿石经碳解、过滤后得到的硼砂溶液中硼砂含量约为3~20wt%。

相比于现有技术，本发明提出了一种用电渗电解法从硼矿石加工后续产物硼砂中制取硼酸的工艺。本发明提供的方法，原料适用性广，矿石品位可以扩大到大于9%，不用加入硫酸，材料成本降低，同时能有效控制杂质含量（金属离子和硫酸根离子），依据本发明制备的硼酸参照GB/T12684-2006检测后，纯度达到99.5%以上，具有良好的经济效益。

附图说明

图1电渗电解法从硼矿石中制取硼酸工艺流程框图。

图2电渗电解法从硼矿石中制取硼酸工艺中电解装置示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本发明的具体实施方式，实施例中的电解装置：阳极采用过氧化铅电极，阴极采用铅电极，隔板为阳离子选择透过膜。

实施例1