從富硼渣中提取硼砂和硼酸的綜合性分析

蔡長庸?姜夢雨?戰洪仁

摘要：對于我國硼化工歷史和現狀以及對富硼渣的組成和結構特點的考慮，采用硫酸分解一步法提取硼酸和鈉化法工業制取硼砂。從工業廢料富硼渣中提取的硼酸和硼砂，成本低廉，原料豐富，綠色環保。硼酸與硼砂為工業 產品添加劑，可廣泛用于陶瓷，玻璃，冶金等各種行業，著有“工業 味精”之稱。且此做法有變廢為寶、價格低廉、綠色環保、技術先進的優點。文中對該技術的綜合條件進行了分析。

關鍵詞：富硼渣；硼砂；硼酸

一、社會背景

據相關資料，調查顯示，中國已經探明的硼礦點有 63 處，保有儲量（B2O3）4670.6 萬 t， 儲量位居世界第四，僅次于土耳其、美國和俄羅斯。但是其結構復雜，共生礦物多，常規分離方法困難。硼礦主要分為硼鎂礦（俗稱白硼礦）和硼鐵礦（俗稱黑硼礦），現存主要硼資源為硼鐵礦。據統計，至21世紀初期，具有工業價值的高品位硼鎂石礦儲量已不足 200 萬 t，預計到 2020 年硼鎂礦資源將 被開采殆盡。但由于硼鐵礦的品質較低，對硼鐵礦的開發利用很少。當前生產硼砂硼酸的主要原料任是硼鎂礦，而我們是基于儲量豐 富的硼鐵礦衍生產物。

富硼渣是硼鐵礦高爐煉鐵所產生的高爐廢渣。因此由硼鐵礦所產生的富硼渣也相當豐富。據統計，平均每個產鐵鍋爐每年產出富硼渣 1500 噸，（硼酸與硼砂）的最大優勢在于廉價的原料帶來相對低廉的售價。因此我們的主要市場定位在工業和農業企業，該類企業對硼酸和硼砂的占有的市場需求量巨大且要求相對低，不像醫藥企業對硼酸硼砂有高純度的要求。

二、技術背景

1，技術原理

★從富硼渣提出遂安石

★用遂安石提取硼酸和硼砂

詳細說明：

★改變富硼渣熔體的冷卻條件，以高爐生產的富硼渣為原料進行 試驗，在1500℃1200℃區間控制冷卻速率為 0.76℃一 2℃/min，在 1200℃一900℃區間控制冷卻速率小于2℃，即在1500℃一900℃間先 急冷，抑制玻璃相形成在 1200℃一 900℃區間緩冷確保遂安石析晶并長大。

2，技術優勢

變廢為寶：其生產的硼酸和硼砂是由以前廢棄堆積或當廉價鋪路、建筑原料使用的高爐富硼渣制成

技術先進：生產工藝簡單可行，技術先進。面對富硼礦的越來越稀缺，由貧硼礦生產硼酸和硼渣是必然要考慮的方法，本公司的技術品牌將走在前列。

價格低廉：由于原材料為工業廢渣，因此原料豐富、價格低廉、 利潤高。

綠色環保：對工業廢渣進行循環再利用，綠色環保。

3，理論分析

B2O3系分離富集路線理論分析

研究表明含硼爐渣中硼元素以晶體的形體存在時，有利于硼的提取。B2O3、SiO2、MgO、CaO與Al2O3 構成的含硼爐渣熔體，其析晶過程相當復雜，但冷卻過程仍然遵循結晶規律. 根據晶體動力學，晶體 的成核、生長和粗化都與過冷度（ΔT = TL-T1）有關，即過冷度對熔體 的控制析晶起著關鍵作用，控制一定的冷卻制度，就能達到選擇析晶的目的. 因此，若使硼元素以晶體狀態富集長大，首先應弄清楚B2O3、 SiO2、MgO、CaO 與Al2O3 含硼爐渣中硼的結晶物相及結晶溫度區間. 含硼爐渣主要成分（w / %）：MgO，40 % 60 %； SiO2，10 % -30 % 、 B2O3，10 %-30 % 以及少量的Al2O3、CaO。由于熔渣析晶過程的復雜性，硼元素的富集路線可通過分析MgOSiO2-B2O3 三元系相圖，獲得硼元素富集的基本思想，再通過實驗研究對分析結果加以修正。

由以上分析可知：在研究的組成范圍內，熔體溫度冷卻到1300 ℃ 以上時， 首先析出2MgO· SiO2，隨著溫度的降低和2MgO·SiO2 的析出，相的組成也會隨之發生變化，在1 270-1 203 ℃ ，2MgO·SiO2 和 2MgO·B2O3 開始同時析出。 遂安石為非均相成核機制，晶體在介穩區就可以生長。 因此，本實驗所確定的冷卻路線為：將熔渣由其熔融狀態以不同的冷卻速率分別冷卻到1300 ℃ 、1270 ℃ 、1250 ℃ 、 1220 ℃ 、1200℃ 、1150 ℃ 、1100 ℃ 和1000 ℃ 后保溫，分析冷卻制度對物相組成的影響，從而確定含硼富集的最佳冷卻制度。

三、市場分析

隨著中國近年來經濟的飛速發展和工業化水平的快速提高，對于化工原料礦物硼砂和硼酸的需求日益增加，并且擁有著相當大的市場前景：當前中國硼酸和硼砂除了用于玻璃工業、陶瓷工業、 洗滌劑和農用化肥等傳統硼化工產業，更是涉及到軍事裝備、電子器件及光學儀器等各個領域。硼的廣泛重要的用途導致國內在 硼生產能力及加工量逐年遞增的情況下仍供不應求。據統計預測， 硼砂和硼酸的需求，每年將分別以 6.25%和 6.5%的平均速度增長。2014 年，全世界硼產量為 492 萬噸（除美國外），其中土耳其產 300 萬噸，阿根廷產 70 萬噸，俄羅斯產 25 萬噸，中國產 16 萬噸。 土耳其每年約 95%的硼用于出口，其中 50%銷往東亞，美國每年約50%的硼用于出口，其中 60%銷往東亞，主要為中國和日本。中國每年有 70%的硼砂均為進口。我國硼產品的進口量從 2001 年的 7 萬噸增長到 2011 年的 70 余萬噸，到如今增長為 80 余萬噸。國內缺口日益增加。

由此可見，中國硼酸與硼砂市場存在嚴重的持續自供不足現象，國內市場潛力巨大。

綜合以上幾個方面，對從富硼渣中提取硼砂和硼酸采取綜合性分析，本技術創新優良，且產品的市場前景廣闊，技術操作體現綠色環保的理念，并加以理論實驗分析，可操作性強。現技術不僅解決了硼酸與硼砂日益不足的原料問題，而且充分利用了資源，保護了環境，適應當前社會和未來發展趨勢。

參考文獻：

[1]國土資源部信息中心.《世界礦產資源年評》（2011—2012年本）[M].北京：地質出版社，2012.

[2]戰洪仁，樊占國，周淑娟，等.富硼渣冷卻過程溫度場數值模擬[J].礦冶，2008，17（2）：34-35.endprint