Способ получения борной кислоты

Способ получения борной кислоты, включающий сернокислотное разложение боросиликатного сырья, выщелачивание смеси оборотными растворами, нейтрализацию пульпы борсодержащими реагентами, отделение раствора борной кислоты от шлама и его промывку, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь борной кислоты при переработке сырья с содержанием железа более 2,0% одновременно с промывкой шлама ведут обработку пульпы газами, содержащими углекислоту до pH 6,15 6,40.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам получения борной кислоты, используемой в производстве стекла и стекловолокна, эмалей, глазури и в других отраслях народного хозяйства.
Целью изобретения является снижение потерь борной кислоты при переработке сырья с содержанием железа более 2,0%
Пример 1. 100 г датолитового концентрата (содержание B₂O₃ 17,34% Fe₂O₃ кислоторастворимого (к.р.) 2,04% CaCO₃ 7,5%) смешивают с 70 г оборотного борнокислотного раствора (B₂O₃ 2,6%) и 71,5 г серной кислоты H₂SO₄ 93,5% Пульпу перемешивают и затем выдерживают в течение 90 мин при 105 107^oC.
К полученному продукту разложения, содержащему 2,9% свободной H₂SO₄, добавляют 600 г оборотного раствора B₂O₃ 2,6% и для нейтрализации H₂SO_4своб 20 г молотой прокаленной датолитовой руды (B₂O₃ 15,2%) и 10 г бората кальция (B₂O₃ 27,73%). Полученную пульпу выщелачивают путем перемешивания при 65^oC в течение 45 мин.
После выщелачивания пульпу отфильтровывают с получением 565 г продукционного раствора (B₂O₃ 5,2%) и 262,0 г влажного шлама. Из продукционного раствора путем кристаллизации при охлаждении выделяют 28,2 г борной кислоты, что соответствует извлечению от исходного концентрата 91,7% Влажный шлам после основной фильтрации смешивают с 212 г воды, фильтрации смешивают с 212 г воды, предназначенной для отмывки борной кислоты, и при перемешивании пульпы при 65^oC через нее пропускают 30%-ную углекислоту, при этом величина pH снижается с 6,7 до 6,15. Прокарбонизованную пульпу отфильтровывают, шлам на фильтре промывают дополнительно 100 г воды и сушат.
Получают 156,2 г сухого шлама с содержанием B₂O₃ водорастворимого (в.р. т.е. недоотмытого) 0,61% и B₂O₃ кислоторастворимого (недоразложенного) 0,19% Потеря основного компонента за счет недоотмывки составляет 5,49%
В параллельных опытах, проведенных в таких же условиях (аналогичных прототипу) с нейтрализацией свободной кислотности прокаленной датолитовой рудой или смесью ее с боратом кальция, но без карбонизации шламовой пульпы на стадии отмывки, содержание B₂O_{3 в.р.} в шламе составило 0,70% что соответствует потерям за счет недоотмывки 6,37% т.е. на 0,88% выше, чем по данному способу.
Пример 2. 100 г датолитового концентрата (содержание B₂O₃ 17,65% Fe₂O_{3 к.р.} 2,60% CaCO₃ 5,6%) смешивают с 70 г оборотного раствора (B₂O₃ 2,6% ) и 68,9 г серной кислоты (H₂SO₄ 93,5%). Пульпу перемешивают и выдерживают при 105 107^oC в течение 90 мин.
К полученной разложенной массе добавляют 600 г оборотного раствора (B₂O₃ 2,6% ), 20 г молотой прокаленной датолитовой руды (B₂O₃ 14,30%) и 13,8 г бората кальция (B₂O₃ 28,05%). Выщелачивание проводят при 65^oC в течение 15 мин. Затем пульпу отфильтровывают и получают 577 г основного фильтрата (B₂O₃ 5,7%) и 250,5 г влажного шлама.
Из основного раствора при охлаждении выделяют 29,0 г борной кислоты, что соответствует извлечению от исходного концентрата 92,51%
Влажный шлам, полученный после основной фильтрации, смешивают с 215 г воды и отмывают шлам путем перемешивания пульпы при 65^oC при одновременном пропускании через нее 30%-ной углекислоты, величина pH при этом снижается с 6,8 до 6,4.
Прокарбонизованную пульпу отфильтровывают, шлам на фильтре промывают дополнительно 110 г воды и сушат. Получают 154,5 г сухого шлама, содержащего 0,54% B₂O_{3 в.р.} и 0,26% B₂O_{3 к.р.}. Потери борного ангидрида от недоотмывки в опыте составляют 4,73%
В аналогичном опыте, проведенном без карбонизации пульпы в процессе отмывки шлама, содержание B₂O_{3 в.р.} составляет 0,68% что соответствует потерям борного ангидрида от исходного 5,94% Следовательно, по данному способу потери B₂O₃ со шламом на 1,21% ниже по сравнению с прототипом.
Пример 3. 100 г датолитового концентрата (содержание B₂O₃ 17,27% Fe₂O_{3 к.р.} 5,5% CaCO₃ 5,84%) смешивают с 70 г оборотного раствора (B₂O₃ 2,6% ) и 70,4 г серной кислоты (H₂SO₄ 93,5%).
После разложения сырья по условиям примеров 1 и 2 к продукту разложения добавляют 600 г оборотного раствора (B₂O₃ 2,6%), 20 г молотой прокаленной датолитовой руды (B₂O₃ 14,8%) и 12,0 г бората кальция (B₂O₃ 27,91%). Выщелоченную пульпу отфильтровывают и получают 572 г основного раствора, из которого пи охлаждении выделяют 28,2 г H₃BO₃, что соответствует извлечению от исходного концентрата 91,96%
Влажный шлам после основной фильтрации смешивают с 220 г воды и отмывают аналогично примерам 1 и 2. В результате получают 156,9 г сухого шлама, содержащего 0,58% B₂O_{3 в.р.} и 0,25% B₂O_{3 к.р.}. Потери B₂O₃ от недоотмывки составляют 5,27%
В параллельных опытах без карбонизации отмываемого шлама содержание B₂O_{3 в.р.} составляет 0,78% что соответствует потерям с недоотмывкой 7,09% Потери по данному способу ниже по сравнению с прототипом на 1,82%
Пример 4. Процесс осуществляют на датолитовом концентрате с содержанием 1,57% Fe₂O_{3 к.р.}. 100 г датолитового концентрата (B₂O₃ 17,55% CaCO₃ 8,0%) смешивают с 70 г оборотного раствора (B₂O₃ 2,6%) и 70,5 г серной кислоты (H₂SO₄ 93,5%).
К разложенной по условиям примеров 1 3 массе добавляют 600 г оборотного раствора (B₂O₃ 2,6%), 20 г молотого датолитового спека (B₂O₃ 14,3%) и 12,8 г бората кальция (B₂O₃ 26,9% ). Выщелачивание проводят в течение 45 мин при 65^oС, после чего пульпу отфильтровывают и получают 570 г основного фильтрата (B₂O₃ 5,68%) и 257,8 г влажного шлама.
Из основного раствора путем охлаждения выкристаллизовывают борную кислоту и отделяют 28,7 г продукта, что соответствует извлечению от исходного концентрата 92,20%
Влажный шлам после основной фильтрации смешивают с 210 г воды, промывают при перемешивании и одновременной карбонизации пульпы 30%-ным углекислотным газом, pH пульпы при этом снижается с 6,8 до 6,3. Прокарбонизованную пульпу отфильтровывают, шлам на фильтре дополнительно промывают 100 г воды и сушат.
В результате опыта получено 156,1 г сухого шлама, содержащего 0,59% B₂O_{3 в.р.} и 0,23% B₂O_{3 к.р.}. Потери борного ангидрида от недоотмывки (от исходного концентрата) составляют 5,25%
В параллельном опыте, проведенном по условиям прототипа (без карбонизации), потери борной кислоты от недоотмывки шламов составляют 5,19%
В таблице приведены основные технологические показатели процесса получения борной кислоты по данному способу (карбонизация шламовой пульпы на стадии отмывки) и по прототипу.
Как следует из приведенных данных, если при содержании в датолитовом концентрате Fe₂O_{3 к.р.} около 1,5% (т.е. величине, соответствующей сегодняшнему качеству датолитового концентрата, получаемого путем флотационного обогащения руды) эффекта карбонизационной отмывки шламов не наблюдается, то при переработке сырья с повышенным содержанием Fe₂O_{3 к.р.} (примеры 1 3) отмывка шламов при одновременной карбонизации пульпы позволяет по сравнению с прототипом снизить потери водорастворимого B₂O₃ на 0,8 1,8% и соответственно повысить извлечение борной кислоты. При этом эффективность карбонизации возрастает с увеличением содержания Fe₂O_{3 к.р.} в датолитовом концентрате.
Указанная величина pH обусловлена следующим: при значении pH пульпы более 6,40 имеет место образование малорастворимых боратов железа, что приводит к потере основного компонента со шламом. Нижний предел pH 6,15 достигается при использовании на стадии отмывки углекислоты и ограничен активностью угольной кислоты в технологических растворах борнокислотного производства. Дальнейшее снижение величины pH отмываемой пульпы возможно только при введении более сильной минеральной кислоты, например серной или соляной. Но это приводит, в свою очередь, к нежелательному растворению и переходу в продукционный раствор примесей и коррозии технологического оборудования.
Таким образом, данное изобретение позволяет снизить потери борной кислоты за счет недоотмывки по сравнению с прототипом на 0,88 1,82% и соответственно на эту величину повысить степень извлечения из бора в продукт.
Изобретение относится к получению борной кислоты сернокислотным методом из боросиликатного сырья с содержанием железа более 2%. Датолитовый концентрат, содержащий 2,0 - 5,51% Fe₂O₃, смешивают с оборотными растворами и серной кислотой. После перемешивания и выдержки пульпы при 105 - 107^oC в течение 90 мин в нее добавляют оборотные растворы и нейтрализуют пульпу введением прокаленной датолитовой руды и бората кальция. Пульпу выщелачивают при 65^oC в течение 45 мин, затем отфильтровывают с получением продукционного раствора и шлама. Шлам промывают водой и одновременно с промывкой ведут обработку газом, содержащим углекислоту до pH 6,15 - 6,40. Пульпу отфильтровывают. Изобретение позволяет снизить потери борной кислоты за счет недоотмывки при переработке сырья с содержанием железа более 2,0% с 5,94 - 7,09% до 4,73 - 5,49%. 1 табл.