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针对碳碱法处理硼精矿生产硼砂过程中存在的反应时间长、操作不安全、能耗高、资源利用率低等缺点,本论文结合侯氏制碱法,提出用侯氏制碱法的中间产物NaHCO3直接处理硼精矿熟料制取硼砂的新工艺,为开发加工东北硼铁矿提供了新的工艺思路。本论文对硼精矿熟料在NaHCO3溶液中的溶出过程、NaHCO3-Na2B4O7-H2O理想体系的溶解度和初级成核动力学、硼砂在NaHCO3水溶液体系中的结晶过程进行了研究。系统考察了液固质量比、NaHCO3用量、反应温度、反应时间、搅拌速度等工艺条件对溶出过程的影响。在液固质量比为2.1,NaHCO3用量为理论用量的150%,溶出温度为100℃,溶出时间为60 min,搅拌速度为400 r/min时,硼精矿熟料的碳解率最高,硼的提取率可达92.88%。硼精矿熟料的物相主要为金云母、遂安石、利蛇纹石和橄榄石,硼精矿熟料与NaHCO3溶液反应,最终得到的终硼泥的物相中出现了 MgCO3,Na2Mg(CO3)2新物相,遂安石物相消失。考察了各浸出工艺条件对硼精矿熟料中杂质元素浸出率的影响:Ca元素的浸出率在液固比超过1.7:1后增加不明显,Fe元素、Mg元素的浸出率在液固质量比超过2.3:1后几乎不再增加,Al元素、Si元素的浸出率在所考察范围内随着液固比的增加一直增大;碳酸氢钠用量超过理论用量的100%后,Fe元素、Mg元素的浸出率随碳酸氢钠用量增加增大不明显,Al元素、Si元素的浸出率在所考察范围内随着碳酸氢钠用量的增加而增加,碳酸氢钠用量超过理论用量的150%后,Ca元素的浸出率增加不明显;Ca元素的浸出率的最佳浸出温度为100℃,在120℃时,Fe、Mg、Si元素的浸出率最高,A1元素的浸出率在所考察浸出温度范围内随浸出温度升高而增加。Ca、Fe、Mg元素的最佳浸出时间为60 min,Al、Si元素的浸出率在所考察浸出时间范围内随浸出时间增加而增大;Fe、Mg、Si、Al元素的浸出率随着搅拌速度的加快而增大,Ca元素的浸出率随搅拌速度增加变化不大。测定了 298 K和308 K时的NaHCO3-Na2B4O7-H2O体系的溶解度等温线,可知可用冷却结晶法将硼砂晶体从NaHCO3溶液中结晶出来。同时测定了NaHCO3-Na2B4O7-H2O体系的结晶成核诱导期,实验结果表明NaHCO3-Na2B4O7-H2O体系属于易结晶体系。析出硼砂晶体在较高结晶温度下为椭圆状或不规则晶体形成的聚结体;较低温度下,随着过饱和度的增加,析出硼砂晶体由圆片状变为三棱柱状。分析了不同结晶条件下的晶体物相,所得晶体物相均为硼砂。对硼砂在NaHCO3溶液中的结晶过程进行研究,系统考察了结晶时间、结晶温度、溶液过饱和度和搅拌速度等工艺参数对结晶过程的影响。结晶时间增长,对晶体生长有利,所得硼砂晶体粒径增大。在结晶时间小于90 min时,随着结晶时间的增加,硼砂晶体的结晶率增加,结晶时间超过90min后,硼砂结晶率增加不明显。结晶温度的升高使得小粒径硼砂晶体数增加,对硼砂结晶过程是不利的。溶液的过饱和度越大,所得硼砂晶体的粒径越小,过饱和度比较大的情况下,对硼砂晶体的生长变大是不利的。搅拌速度越大,硼砂晶体粒径越小。