[发明专利]一种硝酸分解钠硼解石矿制备硼酸、碳酸钙和硝酸钠的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硝酸分解钠硼解石矿制备硼酸、碳酸钙和硝酸钠的工艺方法，属于化学工程学科领域。

背景技术

硼酸是一种用途十分广泛的基础硼化学品，主要应用在陶瓷、搪瓷、无碱玻璃纤维、高硼硅玻璃、冶金、核能等工业中（刘然等，材料导报,20(6)，2006）。此外，硼酸还可以作为其它硼化物的原料，如碳化硼、氮化硼、硼酸锌、硼酸钙、硼砂、硼酸酯等，这些硼的衍生物广泛应用于磨料、高温陶瓷、润滑油、阻燃剂、高能燃料、高分子复合工程材料、医药、航空航天等领域（Nizamettin Demirkiran,Hydrometallurgy,(95)，2009）。

目前，国内外主要以天然的硼矿资源（如硬硼钙石、钠硼解石、硼镁石、天然硼砂矿）或硼砂为原料，采用硫酸法来生产硼酸（冉启培等，硼化物的制造与应用，辽宁科学技术出版社，1985）。硼酸的生产工艺可简单概括为“一步法”和“两步法”：“一步法”是利用硫酸分解高品位的硼矿来生产硼酸；两步法则是以硼矿生产的硼砂为原料与硫酸或硝酸进行复分解反应制备硼酸，但是这种工艺生产成本较高，在国内外不是生产硼酸的主要方法（孙新华等，无机盐工业,43(11),2011；于长水等，化工科技市场,32(6),2009）。

我国主要是以高品位的纤维硼镁石矿为原料，采用硫酸分解“一步法”工艺生产硼酸。但近年来，由于我国纤维硼镁石矿资源接近枯竭，高品位硼镁矿十分稀缺，造成“一步法”硼酸的产量逐年减少，进口的硼酸在国内逐渐占据了主导地位。近年我国开始从南美和土耳其进口高品位的钠硼解石矿来生产硼酸。在南美的智利和阿根廷等国家，采用硫酸分解钠硼解石矿生产硼酸的工艺，由于副产品芒硝的附加值不高，母液中的硫酸钠不回收，因此硼的收率只有75%左右（Phyllis A.Lyday,U.S.Geological Survey Minerals Yearbook,Boron-2000;仲剑初等，硼工业，3（4），2007）。这种工艺过程只利用了钠硼解石中的硼元素，其中的钙和钠元素未加利用作为废弃物排除，不仅浪费资源，也污染环境。

发明内容

为了克服上述钠硼解石矿制硼酸技术中存在的问题，本发明提供一种硝酸分解钠硼解石矿制备硼酸、碳酸钙和硝酸钠的工艺方法，该工艺可有效利用钠硼解石矿中硼、钙、钠等有价元素，在生产硼酸的同时，副产高附加值的球形碳酸钙和硝酸钠，不仅资源获得综合利用，也避免了环境污染。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种硝酸分解钠硼解石矿制备硼酸、碳酸钙和硝酸钠的工艺方法，其特征在于：以钠硼解石矿为原料，硼酸洗水和硝酸钠母液为液相介质，在硝酸用量为理论量的50～110%、液固比为3-8:1、反应温度为50-90℃和反应时间为30-120min的条件下，将50-350目含重量百分数为20-42%的B₂O₃、5-20%的CaO、2-15%的Na₂O和1-15%的Cl的钠硼解石矿进行硝酸浸取反应，酸浸反应过程中硼的浸取率达到98%以上，酸解液降温至20-40℃时结晶析出硼酸，洗涤硼酸的洗水返回浸取工序，在30-90℃下利用适量碳酸钠与硼酸母液中的硝酸钙沉淀反应20-50min析出粒度为0.5-50μm的球形碳酸钙粉体，分离碳酸钙的母液蒸发至30-50波美度，降温至20-40℃时结晶析出硝酸钠和硼酸，采用浮选的方法分离硝酸钠和硼酸，分离的粗硼酸和硝酸钠母液返回钠硼解石矿酸解工序进行循环。

所述钠硼解石矿，既可以是钠硼解石原矿，也可以是用水擦洗后的钠硼解石精矿。

所述硝酸，既可以是浓度为68%的浓硝酸，也可以是浓度为98%的发烟硝酸。

所述适量碳酸钠是指与母液中硝酸钙反应的理论量的80-120%。

所述硝酸钠和硼酸的浮选分离，既可以采用柱式浮选设备，也可以采用槽式浮选设备。

本发明方案中的液固比是指浸取反应过程中的反应介质硼酸洗水、硝酸钠母液和硝酸等液体的体积与固体钠硼解石矿的质量之比（液体的体积与固体质量之比为3-8:1）。液体体积以升为单位，固体质量以公斤为单位；或液体体积以立方米为单位，固体质量以吨为单位。