硼精矿加压碱解法偏硼酸钠清洁制备工艺研究

【摘要】：针对硼工业碳碱法处理翁泉沟硼精矿生产硼砂硼酸存在的高能耗、低资源利用率和硼泥严重污染环境等问题，开发了处理硼铁矿选矿所得硼精矿的加压碱解–苛化除杂–结晶分离新工艺，实现了偏硼酸钠清洁生产。本论文以NaOH强化分解硼精矿为切入点，进行应用基础研究和过程优化，主要取得以下创新性进展： (1)首次提出处理硼精矿的加压碱解–苛化除杂–结晶分离工艺。NaOH溶液选择性溶出硼精矿中B，达到与Mg和Fe良好的分离效果，溶出反应快，溶出率高。系统考查了初始NaOH溶液浓度、溶出温度、反应时间、液固比、搅拌速度和矿石粒度等因素对B溶出率的影响。实验结果表明，在初始NaOH溶液浓度25%、溶出温度140℃、反应时间2h、NaOH溶液与硼精矿质量比4:1、搅拌速度500r/min和矿石粒度小于74μm的优化条件下，B2O3渣计溶出率为95.91%。 (2)研究了硼精矿加压碱解过程的宏观反应动力学。结果表明，硼精矿中B的溶出过程为收缩核模型的表面化学反应控制，实验条件下宏观动力学方程为1(1X)1/3=1.3712×102×e(31640/(RT))×t，表观活化能E=31.64kJ/mol。采取提高溶出反应温度和初始NaOH溶液浓度等措施能强化B的溶出过程。 (3)初步研究了溶出液CaO苛化除杂和硼泥洗涤。结果表明，温度对苛化效果影响明显，100℃苛化2h，溶出液脱Si率69.93%。硼精矿最优溶出条件所得湿硼泥在各级洗涤温度90℃、时间1h、洗水和湿硼泥质量比3:1下三级逆流浆化洗涤，Na2O和B2O3含量分别降至0.35%和0.45%，浆洗效果显著。 (4)测定了NaOH NaBO2H2O理想体系的结晶成核诱导期和40和90℃的溶解度等温线。结果表明，该体系结晶成核诱导期短，属易结晶体系；NaBO2溶解度随温度升高而明显增大，随NaOH溶液浓度增大而先减小后变缓，可采用冷却结晶从溶出液中分离偏硼酸钠，避免了蒸发结晶的高能耗问题。 (5)探索实验表明，影响串联溶出反应B转化率的主要因素为NaOH补加量、溶液中B浓度和溶出温度等。B主要伴生元素Mg, Fe, Si和Al等的溶出行为研究表明，硼精矿加压碱解过程部分Si和Al从固相转入液相，Mg和Fe等基本富集于渣相终硼泥，终硼泥主要物相为Mg(OH)2。两级串联溶出的四次循环工艺实验研究结果表明，第一级最优溶出条件，第二级温度150℃，其余参数和第一级一致的溶出条件下，各次溶出B转化率86.84~96.26%，第二级溶出液含B27.33~29.84g/L，而Si和Al等杂质维持低浓度而无明显提高。二级溶出液经苛化除杂和净化液90℃密闭陈化脱色后自然降温至25℃恒温搅拌结晶6h (200r/min)，约2h达平衡，粗晶依次用无水乙醇和饱和偏硼酸钠溶液洗涤，40℃干燥，制得截面平行四边形或六边形的晶体NaB(OH)4，结晶率70%，纯度约90%。 【关键词】：硼精矿 加压碱解 动力学 净化 冷却结晶 偏硼酸钠 循环
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ128
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文献综述11-23
• 1.1 硼矿资源概述11-17
• 1.1.1 硼和硼化合物的性质及用途11-12
• 1.1.2 硼矿资源分布12-14
• 1.1.3 辽宁翁泉沟硼铁矿资源概述14-16
• 1.1.3.1 矿石类型14-15
• 1.1.3.2 主要目的矿物含量和嵌布特征15-16
• 1.1.4 国内外硼工业的发展概况16-17
• 1.2 硼矿加工工艺17-21
• 1.2.1 硼镁矿加工工艺17-20
• 1.2.1.1 硼镁矿加工生产硼酸17-19
• 1.2.1.2 硼镁矿加工生产硼砂19-20
• 1.2.2 硼镁铁矿加工工艺20-21
• 1.2.3 硼矿加工的机理研究21
• 1.3 本课题研究思路和内容21-23
• 第二章 硼精矿加压碱解工艺及动力学研究23-47
• 2.1 前言23
• 2.2 实验部分23-29
• 2.2.1 实验试剂和仪器23-24
• 2.2.2 实验装置24-25
• 2.2.3 实验方法25-26
• 2.2.4 分析方法26-29
• 2.2.4.1 硼精矿和终硼泥的元素含量分析26-27
• 2.2.4.2 溶出液的组成分析27-28
• 2.2.4.3 硼精矿和硼泥的物相和形貌分析28-29
• 2.3 实验结果与讨论29-45
• 2.3.1 硼精矿的性质研究29-30
• 2.3.1.1 硼精矿的化学组成分析29
• 2.3.1.2 硼精矿的物相和形貌分析29-30
• 2.3.2 NaOH 溶液溶出硼精矿的正交实验30-32
• 2.3.3 NaOH 溶液溶出硼精矿单因素实验32-36
• 2.3.3.1 初始 NaOH 溶液浓度的影响32-33
• 2.3.3.2 液固比的影响33
• 2.3.3.3 反应时间的影响33-34
• 2.3.3.4 反应温度的影响34-35
• 2.3.3.5 矿石粒度的影响35-36
• 2.3.3.6 搅拌速度的影响36
• 2.3.4 硼精矿中硼溶出过程的反应机理分析36-38
• 2.3.5 硼精矿中硼溶出过程的宏观动力学研究38-45
• 2.3.5.1 硼溶出动力学模型的选择39-40
• 2.3.5.2 硼溶出动力学的速率控制步骤40-45
• 2.4 本章小结45-47
• 第三章 溶出液苛化除杂和硼泥的洗涤47-55
• 3.1 前言47
• 3.2 实验部分47-50
• 3.2.1 实验试剂和仪器47-48
• 3.2.2 实验装置48
• 3.2.3 实验方法48-49
• 3.2.4 分析方法49-50
• 3.2.4.1 终硼泥 Na 和 B 的含量分析49
• 3.2.4.2 液相 B, Si 和 Al 等含量分析49-50
• 3.3 实验结果和讨论50-53
• 3.3.1 溶出液苛化除杂50-51
• 3.3.2 硼泥的洗涤51-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 NaBO_2-NaOH-H_2O 理想体系溶解度测定和初级成核动力学研究55-65
• 4.1 引言55
• 4.2 理论基础55-57
• 4.2.1 溶液结晶55-56
• 4.2.2 结晶成核过程56
• 4.2.3 结晶诱导期56-57
• 4.3 实验部分57-60
• 4.3.1 实验仪器和试剂57-58
• 4.3.2 实验装置58
• 4.3.3 实验方法58-59
• 4.3.4 分析方法59-60
• 4.3.4.1 液相 B 和 NaOH 的含量分析59-60
• 4.3.4.2 平衡固相物相鉴定和形貌分析60
• 4.4 实验结果与讨论60-63
• 4.4.1 NaOH-NaBO_2-H_2O 理想体系 40 和 90 ℃的溶解度60
• 4.4.2 水合偏硼酸钠结晶诱导期60-61
• 4.4.3 SMT(偏硼酸钠)晶体的物相和形貌分析61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 偏硼酸钠清洁制备全流程实验65-83
• 5.1 引言65
• 5.2 实验部分65-67
• 5.2.1 实验试剂和仪器65-66
• 5.2.2 实验装置66
• 5.2.3 实验方法66-67
• 5.3 实验结果与讨论67-80
• 5.3.1 串联溶出反应的影响因素研究67-68
• 5.3.2 偏硼酸钠的分离方法68-72
• 5.3.2.1 硼精矿中硼主要伴生元素的溶出行为68-71
• 5.3.2.3 B 和 Si, Al 的分离71
• 5.3.2.4 B 与 NaOH 的分离71-72
• 5.3.3 循环实验硼精矿两级串联溶出反应的研究72-74
• 5.3.4 循环实验偏硼酸钠冷却结晶分离的研究74-78
• 5.3.5 循环工艺的稳定性分析78-80
• 5.3.5.1 硼精矿 B 转化率变化78
• 5.3.5.2 各次循环的各级溶出液组成变化情况78-80
• 5.4 硼精矿加压碱解全工艺流程80-81
• 5.5 本章小结81-83
• 第六章 结论与展望83-87
• 6.1 主要结论83-85
• 6.2 展望85-87
• 参考文献87-91
• 发表论文和参加科研情况说明91-93
• 致谢93

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

铬酸钠溶液中微量铝硅杂质的脱除    郭为;余志辉;王京刚;曲景奎;齐涛;韩晓英;

西藏硼矿的开发利用    陈良琨

碳化法制备重铬酸钠工艺优化    曲景奎;周恩年;郭为;余志辉;齐涛;

铬盐生产工艺中除铝方法的研究进展    魏广叶;曲景奎;齐涛;郑裕东;郭强;

低品位硼镁矿及富硼渣综合利用研究    李杰

低品位富硼渣制备硼酸、一水硫酸镁和硼砂的研究    李金生

碱溶碳分法氧化铝生产新工艺碳酸钠电解液中杂质铝的去除方法研究    张彦玲

高纯五氧化二钒制备及P、Si、Al测定    徐辉

竹浆深度脱木素蒸煮同步留硅工艺优化及机理研究    胡忠宇

硼精矿钠化焙烧制取硼砂工艺研究    朱蕾

富硼渣常压碱浸及浸出液净化结晶硼砂的研究    宋丽

富硼渣钠化—钙化焙烧制取硼砂实验研究    王菲

硅酸钠和硅铝酸钠溶液的研究    马淑杰,辛敏谦,冯典英,丁红

常压下高浓度NaOH浸取铝土矿预脱硅    杨波;王京刚;张亦飞;张懿;

中高浓度铝酸钠溶液硫酸钙深度脱硅    李玉国;王雅静;翟玉春;

铝酸钠溶液深度脱硅的研究    刘连利,刘玉静,翟玉春

含硅铝酸钠溶液深度脱硅动力学及脱硅机理的研究    王雅静;陈同军;翟玉春;

铬盐行业的现状及发展建议    李兆业;

铝在稀土萃取分离流程中的分布及分离方法研究(I)    贾江涛,张亚文,吴声,廖春生,严纯华,刘均云,邓光明,芮新斌

铝酸钠溶液添加铝酸钙脱硅过程研究    元炯亮,张懿

硅铝酸钠溶液添加硫酸钙和氧化钙脱硅过程的对比研究    高波;

铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除    王少娜;郑诗礼;张懿;

胶体硼酸盐的抗磨性及其机理的研究    郑梧泉,陶德华

偏硼酸钠体系铝合金仿木纹交流电解工艺    安茂忠,赵连城,屠振密

电解偏硼酸钠制备硼氢化钠的研究进展    余丹梅;张代雄;李小艳;王洁;申燕;

胶体硼酸盐的抗磨性和作用机理研究    郑悟泉;陶德华;

四水偏硼酸钠－三水醋酸钠截面的相图研究    黎厚斌，胡起柱

硼精矿加压碱解与结晶制备偏硼酸钠的动力学    殷保稳;秦士跃;张亦飞;张懿;

偏硼酸钠电化学还原制备硼氢化钠初探    王建强;孙彦平;梁镇海;

利用硼砂厂废渣制取硫酸镁    周如宝

一次有效显影液    杜国庆

    

硼精矿加压碱解法偏硼酸钠清洁制备工艺研究    殷保稳

电解偏硼酸钠合成硼氢化钠的研究    赵家雄