專(zhuān)利名稱(chēng)：從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳氯化法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)化工的提取、分離工藝，特別是涉及一種化 學(xué)化工類(lèi)中硼和鎂元素的提取、分離工藝。
技術(shù)背景硼鐵礦在電爐或高爐內(nèi)經(jīng)熔態(tài)選擇性還原后實(shí)現(xiàn)鐵與硼的分離， 得到含硼生鐵及含硼爐渣兩種物質(zhì)。由于硼在渣中得到富集，故該含 硼爐渣稱(chēng)為富硼渣。富硼渣屬于二次硼資源，目前對(duì)富硼渣的綜合利 用工藝主要有以下幾種-1. 富硼渣熔態(tài)鈉化——加壓水浸制硼砂工藝該工藝是將硼鐵礦高溫分離所得的處于熔融狀態(tài)富硼渣，直接噴 入碳酸鈉高溫鈉化，生成不同硼鈉比的硼酸鈉鹽。采用加壓水浸法加 快反應(yīng)速度浸出硼酸鈉鹽。該法具有硼的收率較高，不需制備二氧化 碳等優(yōu)點(diǎn)。其主要產(chǎn)品為硼砂。該工藝主要缺點(diǎn)是反應(yīng)需要加壓， 浸出時(shí)間較長(zhǎng)，反應(yīng)工序較繁瑣。2. 富硼渣碳?jí)A法制硼砂工藝富硼渣中的硼主要以遂安石相存在，碳?jí)A法制硼砂時(shí)遂安石與碳酸 鈉和二氧化碳反應(yīng)后生成硼砂和碳酸鎂。通過(guò)控制pH值，使鎂生成碳酸鎂或堿式碳酸鎂沉淀與溶液中硼分離。加壓或提高反應(yīng)溫度均可縮短 反應(yīng)時(shí)間。其主要產(chǎn)品為硼砂。該工藝主要缺點(diǎn)為反應(yīng)需在高壓釜中 進(jìn)行，工序繁瑣，影響因素較多，對(duì)富硼渣的活性有一定的要求。3.富硼渣硫酸浸出一步法生產(chǎn)硼酸工藝研究在一定溫度下，硫酸浸出富硼渣時(shí)，以遂安石形式存在的富硼渣 中的硼與硫酸反應(yīng)生成硼酸和硫酸鎂，根據(jù)二者的結(jié)晶溫度的差別控 制結(jié)晶速度，使硼酸與硫酸鎂分離。該工藝具有反應(yīng)時(shí)間短，酸解率高等優(yōu)點(diǎn)。其主要產(chǎn)品為硼酸，還可副產(chǎn)硫酸鎂。其主要缺點(diǎn)為反 應(yīng)工序繁瑣，酸解后母液成分復(fù)雜，得到的產(chǎn)品達(dá)不到工業(yè)要求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種從富硼渣中提取硼和鎂并使其有效分 離的加碳氯化工藝；實(shí)現(xiàn)了既提取又分離硼和鎂元素的化工目的，本 發(fā)明包括低溫加碳氯化并使鋁、硅、硼與鈣、鎂初步分離工藝；采 用液相沉淀法分離鎂和鈣產(chǎn)品并制備超細(xì)氧化鎂工藝；分級(jí)冷卻法分 離鋁、硅、硼的氯化物工藝。本發(fā)明適用于從各種含硼、鎂的礦物以 及工業(yè)廢渣中提取并分離硼、鎂元素，能綜合利用其中有價(jià)成分減輕 環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳氯化法，它由三個(gè)技術(shù)作業(yè) 組成即低溫加碳氯化并使鋁、硅、硼與鈣、鎂初步分離工藝；采用 液相沉淀法分離鎂和鈣產(chǎn)品并制備超細(xì)氧化鎂工藝；分級(jí)冷卻法分離 鋁、硅、硼的氯化物工藝。如上所述的從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳氯化法，所說(shuō)的 低溫加碳氯化并使鋁、硅、硼與鈣、鎂初步分離工藝，是在富硼渣中 配入適量的碳，在600 90(TC與氯氣反應(yīng)，使得氣固相產(chǎn)物得以初
步分離；所說(shuō)的碳是活性碳、煤、焦炭。
如上所述的從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳氯化法，所說(shuō)的 采用液相沉淀法分離鎂和鈣產(chǎn)品并制備超細(xì)氧化鎂工藝，是在固相產(chǎn) 物氯化鈣和氯化鎂不需預(yù)分離，直接與表面活性劑混合，加入沉淀劑， 制備超細(xì)氧化鎂。所說(shuō)的表面活性劑是聚乙二醇、聚乙烯醇等高分子 表面活性劑；沉淀劑是氨水，尿素，氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣 可溶或微溶堿類(lèi)。
如上所述的從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳氯化法，所說(shuō)的 分級(jí)冷卻法分離鋁、硅、硼的氯化物工藝，是在于不需要其他化學(xué)試 劑就可將鋁、硅、硼的氯化物得以初步分離，反應(yīng)剩余氯氣可循環(huán)利 用，三氯化鋁的分級(jí)冷卻溫度小于20(TC，四氯化硅的分級(jí)冷卻溫度 小于50°C,三氯化硼分級(jí)冷卻溫度小于8°C 。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)與效果1. 本發(fā)明是從富硼渣中提取并分離硼、鎂元素合二為一的工藝 方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有加工方法獨(dú)特，硼轉(zhuǎn)化率高，生 產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，流程短，設(shè)備投資省，原料消耗少，生產(chǎn)過(guò)程不腐蝕設(shè) 備，不產(chǎn)生廢液的排放，易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。2. 本發(fā)明由碳熱氯化法直接制得產(chǎn)品三氯化硼和氯化鎂，產(chǎn)品 三氯化硼與現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品硼酸和硼砂相比具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值高， 用途廣等特點(diǎn)，產(chǎn)品氯化鎂不需除雜可直接用于生產(chǎn)價(jià)值較高的超細(xì) 氧化鎂。3. 本工藝不僅適用于富硼渣，還可應(yīng)用于含硼、含鎂的其他礦
礦物，如硼鐵礦。使含硼量高低不同的各種硼礦真正具備了開(kāi)采價(jià) 值。4.本發(fā)明不但可以提取并分離富硼渣中的硼、鎂元素，而且還 可使富硼渣中的鋁、硅元素全部或部分氯化，并根據(jù)產(chǎn)物物理化學(xué)性 質(zhì)的不同得以分離，真正的做到了資源的綜合利用；具體實(shí)施方式
本發(fā)明的技術(shù)路線是以活性碳為還原劑，氯氣為氯化劑，在一 定溫度下將富硼渣中的硼和鎂分別轉(zhuǎn)化為三氯化硼和氯化鎂，根據(jù)氯 化產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)的不同實(shí)現(xiàn)硼和鎂的分離。本發(fā)明的具體技術(shù) 方案是將富硼渣粉碎，粒度需達(dá)到100目或更細(xì)，然后將富硼渣和活性碳按一定的碳渣比(l : 2 1 : 4)混合均勻，置于高溫反應(yīng)爐中， 控制反應(yīng)溫度在600 90(TC，氯氣流量為0.15克/分鐘，反應(yīng)時(shí)間為 60 120分鐘。氯化反應(yīng)完成后，氣相產(chǎn)物分級(jí)冷卻可直接得到三氯 化硼，固相產(chǎn)物水溶得到氯化鈣和氯化鎂的混合溶液，將混合溶液以 氨水為沉淀劑、聚乙二醇為分散劑用直接沉淀法制備超細(xì)氧化鎂。 實(shí)施例1高爐富硼渣主要化學(xué)成份(％):氧化硼(B203) 10.40;氧化鎂 (MgO) : 39.79 ; 二氧化硅(Si02) : 28.18;氧化f丐CaO: 12.79; 氧化鋁(A1203) : 6.88;其它1.96。這是硼、鎂含量較低的高爐富硼渣，因此選用活性碳的量較低。 將粒徑為75微米的富硼渣10克和活性碳2.5克混勻后，置于高 溫反應(yīng)爐中，在70(TC下與輸入速度為每分鐘0.15克的氯氣反應(yīng)2
小時(shí)。氣相產(chǎn)物三氯化鋁、四氯化硅、三氯化硼和未反應(yīng)的氯氣以低沸點(diǎn)揮發(fā)物或氣體形式排出，三氯化鋁沉積在小于200°C的低溫區(qū)內(nèi)， 通過(guò)分級(jí)冷凝，四氯化硅在5(TC左右冷凝，三氯化硼在8。C左右冷凝， 從而實(shí)現(xiàn)氣相產(chǎn)物分離。固相產(chǎn)物水溶后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入約0.3 克聚乙二醇混合均勻，反應(yīng)溫度為40°C，氨鎂摩爾比為2.5 : l時(shí)， 向反應(yīng)體系中逐滴加入11%質(zhì)量百分比氨水，并不斷攪拌，反應(yīng)180 分鐘后共沉淀出氫氧化鎂和氫氧化鈣，在室溫下陳化24小時(shí)，減壓 過(guò)濾、洗滌至無(wú)氯離子，得到氫氧化鎂沉淀，然后將氫氧化鎂在IO(TC 下干燥180分鐘，將干燥后的氫氧化鎂在600'C下煅燒3小時(shí)得到超 細(xì)氧化鎂。 實(shí)施例2電爐富硼渣主要化學(xué)成份(％): B203: 19.96; MgO: 49.35 ; Si02: 24.98; CaO: 1.73; A1203: 2.03;其它1.95。這是硼、鎂含量較高的電爐富硼渣，所以選用的活性碳量較大。 將粒徑為75微米的富硼渣10克和活性碳3.5克混勻后，置于高 溫反應(yīng)爐中，在70(TC下與輸入速度為每分鐘0.15克的氯氣反應(yīng)2 小時(shí)。氣相產(chǎn)物三氯化鋁、四氯化硅、三氯化硼和未反應(yīng)的氯氣以低 沸點(diǎn)揮發(fā)物或氣體形式排出，三氯化鋁沉積在小于200°C的低溫區(qū)內(nèi)， 通過(guò)分級(jí)冷凝，四氯化硅在5(TC左右冷凝，三氯化硼在8。C左右冷凝， 從而實(shí)現(xiàn)氣相產(chǎn)物分離。固相產(chǎn)物水溶后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入約0.35 克聚乙二醇混合均勻，反應(yīng)溫度為40°C，氨鎂摩爾比為2.5 : 1時(shí)， 向反應(yīng)體系中逐滴加入11%質(zhì)量百分比氨水，并不斷攪拌，反應(yīng)180
分鐘后共沉淀出氫氧化鎂(含有少量氫氧化鈣)。其他步驟如實(shí)例1。
實(shí)施例3
硼鐵礦主要化學(xué)成份(％):全鐵(TFe) : 22.91; B203: 7.55; MgO: 30.91 ; Si02: 18.29; CaO: 0.72;其它19.62。
這是低品位的硼鐵礦，硼含量較低，鐵含量較高，所以鐵的氯化 產(chǎn)物的分離對(duì)其他氯化產(chǎn)物的分離有重要影響，反應(yīng)要控制還原劑的 量將鐵氯化為沸點(diǎn)較低的三氯化鐵，以實(shí)現(xiàn)氣固相產(chǎn)物的分離。
將硼鐵礦在780'C氧化焙燒，硼鐵礦中的硼鎂石轉(zhuǎn)變遂安石，磁 鐵礦轉(zhuǎn)變成赤鐵礦，礦物中的葉蛇紋石經(jīng)焙燒將分解脫除結(jié)構(gòu)水，晶 體結(jié)構(gòu)發(fā)生相變化，轉(zhuǎn)變成橄欖石礦物，焙燒引發(fā)比表面積增大，滿 足進(jìn)一步氯化反應(yīng)的需要。
將粒徑為75微米的硼鐵礦10克和活性碳3克混勻后，置于高溫 反應(yīng)爐中，在75(TC下與輸入速度為每分鐘0.15克的氯氣反應(yīng)2小 時(shí)。三氯化鐵、四氯化硅、三氯化硼和未反應(yīng)的氯氣以氣體或低沸點(diǎn) 揮發(fā)物形式排出。三氯化鐵沉積在200 35(TC溫度區(qū)間內(nèi)，通過(guò)分 級(jí)冷凝，四氯化硅在5(TC左右冷凝，三氯化硼在8'C左右冷凝，從而 實(shí)現(xiàn)氣相產(chǎn)物分離。固相產(chǎn)物水溶后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入約0.25克 聚乙二醇混合均勻，反應(yīng)溫度為40°C,氨鎂摩爾比為2.5 : l時(shí)，向 反應(yīng)體系中逐滴加入11%質(zhì)量百分比氨水，并不斷攪拌，反應(yīng)180 分鐘后共沉淀出氫氧化鎂(含有少量氫氧化鈣)。其他步驟如實(shí)例l。
權(quán)利要求
1. 從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳氯化法，其特征在于它 由三個(gè)技術(shù)作業(yè)組成即低溫加碳氯化并使鋁、硅、硼與鈣、鎂初步 分離工藝；采用液相沉淀法分離鎂和鈣產(chǎn)品并制備超細(xì)氧化鎂工藝； 分級(jí)冷卻法分離鋁、硅、硼的氯化物工藝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳 氯化法，其特征在于所說(shuō)的低溫加碳氯化并使鋁、硅、硼與鈣、鎂初 步分離工藝，是在富硼渣中配入適量的碳，在600 90(TC與氯氣反 應(yīng)，使得氣固相產(chǎn)物得以初步分離；所說(shuō)的碳是活性碳、煤、焦炭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳 氯化法，其特征在于所說(shuō)的采用液相沉淀法分離鎂和鈣產(chǎn)品并制備超 細(xì)氧化鎂工藝，是在固相產(chǎn)物氯化鈣和氯化鎂不需預(yù)分離，直接與表 面活性劑混合，加入沉淀劑，制備超細(xì)氧化鎂，所說(shuō)的表面活性劑是 聚乙二醇、聚乙烯醇等高分子表面活性劑；沉淀劑是氨水，尿素，氫 氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣可溶或微溶堿類(lèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從富硼渣中提取并分離硼和鎂的加碳 氯化法，其特征在于所說(shuō)的分級(jí)冷卻法分離鋁、硅、硼的氯化物工藝， 是在于不需要其他化學(xué)試劑就可將鋁、硅、硼的氯化物得以初步分離， 反應(yīng)剩余氯氣可循環(huán)利用，三氯化鋁的分級(jí)冷卻溫度小于200。C，四 氯化硅的分級(jí)冷卻溫度小于50°C ，三氯化硼分級(jí)冷卻溫度小于8°C 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種化學(xué)化工的提取、分離工藝，特別是涉及一種化學(xué)化工類(lèi)中硼和鎂元素的提取、分離工藝。它由三個(gè)技術(shù)作業(yè)組成即低溫加碳氯化并使鋁、硅、硼與鈣、鎂初步分離工藝；采用液相沉淀法分離鎂和鈣產(chǎn)品并制備超細(xì)氧化鎂工藝；分級(jí)冷卻法分離鋁、硅、硼的氯化物工藝。本發(fā)明具有加工方法獨(dú)特，硼轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，流程短，設(shè)備投資省，原料消耗少，生產(chǎn)過(guò)程不腐蝕設(shè)備，不產(chǎn)生廢液的排放，易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01F7/00GK101121535SQ20071001205
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者侯明艷, 寧志高, 張麗清 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)化工學(xué)院