生產(chǎn)工藝硼酸與硼砂課件

1、生產(chǎn)工藝硼酸與硼砂生產(chǎn)工藝硼酸與硼砂第一節(jié) 硼與硼化合物 1、硼是一種化學(xué)元素，化學(xué)符號(hào)是B，是一種類金屬。1808年，英國(guó)的戴維和法國(guó)的蓋呂薩克、泰納，用鉀還原硼酸而制得硼。在自然界中，硼只以其化合物形式存在著，天然的硼主要存在于硼砂礦及硼鈉方解石礦中。第一節(jié) 硼與硼化合物 1、硼是一種化學(xué)元素，化學(xué)符號(hào)是B，是2、物理性質(zhì)無(wú)定形為棕色粉末，晶體為黑灰色，硬度接近于金剛石，電阻較高；硼主要用于制備金屬硼化物、碳化硼等；單質(zhì)硼有多種同素異形體，基本結(jié)構(gòu)單元為B12二十面體。 二十面體連接的方式不同形成不同晶體。圖為最常見(jiàn)的一種 a-菱形硼中 B12 二十面體的透視圖。定形硼可用于生產(chǎn)硼鋼。硼鋼

2、具有優(yōu)良的抗沖擊性及吸收中子的能力主要用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和核反應(yīng)堆的控制棒。2、物理性質(zhì)無(wú)定形為棕色粉末，晶體為黑灰色，硬度接近于金剛石硼族元素的單質(zhì) 硼族元素的單質(zhì) 2、硼族元素的價(jià)電子構(gòu)型：1s22s22p1 價(jià)電子層：2s22p1 缺電子元素：價(jià)電子數(shù)價(jià)層軌道數(shù)缺電子化合物：成鍵電子對(duì)數(shù)99.95%)電解 B2O3 在 KBF4 中的融體可得晶態(tài)硼。用途：無(wú)定形硼可用于生產(chǎn)硼鋼。硼鋼主要用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和核反應(yīng)堆的控制棒。前一種用途基于其優(yōu)良的抗沖擊性，后一種用途基于硼吸收中子的能力。單質(zhì)的制備方法粗硼含金屬氧化物、硼化物及未反應(yīng)完的 B2O3用途：無(wú)定形硼酸是氧化硼的水合物（B2O3

3、.3H2O）,硼酸為白色粉末狀結(jié)晶或三斜軸面鱗片狀光澤結(jié)晶，有滑膩手感，無(wú)臭味。溶于水、酒精、甘油、醚類及香精油中，水溶液呈弱酸性。大量用于玻璃（光學(xué)玻璃、耐酸玻璃、耐熱玻璃、絕緣材料用玻璃纖維）工業(yè)，可以改善玻璃制品的耐熱、透明性能，提高機(jī)械強(qiáng)度，縮短溶融時(shí)間。第三節(jié) 硼酸硼酸是氧化硼的水合物（B2O3.3H2O）,第三節(jié) 硼酸H3BO3 有極弱的堿性B(OH)3 + H3PO4 = BPO4 + 3H2OH3BO3 在冷水中溶解度很小，在熱水中易溶，可通過(guò)水溶液中重結(jié)晶提純 。硼酸硼酸晶體的片層結(jié)構(gòu)H3BO3 有極弱的堿性硼酸硼酸晶體的片層結(jié)構(gòu)H3BO3 受熱脫水時(shí)先生成偏硼酸鹽 (HBO

4、2)，繼續(xù)加熱生成 B2O3HBO2有三種結(jié)構(gòu)，分別為片層狀、鏈狀和網(wǎng)狀，均有氫鍵存在。水溶液中除硼酸、偏硼酸外，多硼酸不存在，然而硼酸鹽卻主要以多硼酸鹽的形式存在，單硼酸鹽 如Mg3(BO3)2 反而很少，多數(shù)硼酸鹽是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的 BO3 原子團(tuán)組成環(huán)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)。硼酸NaBO2為三聚體鏈狀結(jié)構(gòu)以 (BO2)nn- 組成H3BO3 受熱脫水時(shí)先生成偏硼酸鹽 (HBO2)，繼續(xù)加熱第四節(jié) 硼酸生產(chǎn)方法1、硼砂硫酸中和法 將硼砂溶解后。加硫酸復(fù)分解制得硼酸。 Na2B4O7+H2SO4+5H2O4H3BO3+Na2SO4 2、碳氨法 將硼礦粉與碳酸氫銨溶液混合，經(jīng)加溫加熱后分解得到含硼酸氨

5、料液，再經(jīng)脫去反應(yīng)生成的氨，即得硼酸。 2MgO.B2O3+2NH4HCO3+H2O2(NH4)H2BO3+2MgCO3 (NH4)H2BO3H3BO3+NH3 3、鹽酸法。用鹽酸酸解硼精礦，再經(jīng)過(guò)濾、結(jié)晶和干燥，即得硼酸。 2MgO.B2O3+4HCl+ H2O2H3BO3+2MgCl2 4、井鹽鹵水鹽酸法。由含硼鹵與鹽酸一起蒸煮，再經(jīng)脫水、結(jié)晶、干燥即得硼酸。第四節(jié) 硼酸生產(chǎn)方法1、硼砂硫酸中和法 將硼砂溶解后。加硫酸精硼酸的制備精硼酸的制備一.制備原理 利用硼酸（H3BO3）在不同的溫度下溶解度的不同，達(dá)到分離硼酸中的雜質(zhì)，得到純度較高的硼酸產(chǎn)品的目的。一.制備原理 利用硼酸（H3BO3

6、）在不同的溫度下溶溫度（）01020253040506080100溶解度（g/100g水）2.773.654.875.746.778.9011.3914.8923.5439.60硼酸在水中的溶解度溫度01020253040506080100溶解度2.773二.制備過(guò)程粗硼渣硼渣洗滌熱溶過(guò)濾冷卻結(jié)晶硼酸洗滌干燥包裝精硼酸產(chǎn)品精硼酸的制備過(guò)程分為五個(gè)步驟，具體如右圖所示：二.制備過(guò)程粗硼渣硼渣洗滌熱溶過(guò)濾冷卻結(jié)晶硼酸洗滌干燥包裝精2.1硼渣洗滌在車間粗硼渣中加入飽和硼酸母液（一般為冷卻結(jié)晶工段的冷母液），使部分氯化鎂、硫酸鎂等雜質(zhì)進(jìn)入液相達(dá)到分離部分雜質(zhì)的目的。2.2熱溶過(guò)濾在洗滌后的粗硼渣中加入

7、淡水以及部分飽和硼酸母液并加熱至沸點(diǎn)（95100），使硼酸全部進(jìn)入液相達(dá)到分離不溶于水雜質(zhì)的目的。在熱溶配漿的過(guò)程中加入5%的粉煤灰以及0.1%的雙氧水以達(dá)到硼酸脫色的目的。2.1硼渣洗滌2.3冷卻結(jié)晶通過(guò)真空結(jié)晶器將熱硼酸母液冷卻至常溫，使硼酸從母液中析出固相來(lái)，分離得到粗硼酸。2.4硼酸洗滌在粗硼酸中加入純凈水，使粗硼酸中夾帶的少量的氯化鎂、硫酸鎂等雜質(zhì)進(jìn)入液相達(dá)到硼酸提純的目的得到濕的精硼酸。2.5干燥包裝通過(guò)蒸汽加熱（應(yīng)將溫度控制在90以下）將濕精硼酸脫水后包裝得精硼酸產(chǎn)品。2.3冷卻結(jié)晶三.工藝流程粗硼渣板框過(guò)濾洗滌熱溶過(guò)濾真空冷卻結(jié)晶冷母液冷母液淡水粉煤灰+H2O2熱母液濕精硼酸帶

8、式過(guò)濾化漿洗滌干燥包裝精硼酸成品粗硼酸粗硼渣煤渣蒸發(fā)水硼酸洗液硼渣洗液三.工藝流程粗硼渣板框過(guò)熱溶真空冷冷母液冷母液淡水粉煤灰+H設(shè)備操作流程一.硼渣洗滌工段二.熱溶過(guò)濾工段三.冷卻結(jié)晶工段四.硼酸洗滌工段五.干燥包裝工段設(shè)備操作流程一.硼渣洗滌工段一.硼渣洗滌工段 根據(jù)精硼酸1萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)量，粗硼渣的加入量為8.11噸/小時(shí)，母液來(lái)自冷卻結(jié)晶工段的冷母液。粗硼渣8.11t/h冷母液一段洗滌配漿槽一.硼渣洗滌工段 根據(jù)精硼酸1萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)量，粗硼一段洗滌配漿槽粗硼渣洗滌板框壓濾機(jī)料漿去過(guò)濾一段洗滌配漿槽粗硼渣洗滌料漿去2.1熱溶配漿二.熱溶過(guò)濾工段熱溶配漿槽洗滌后粗硼渣來(lái)自洗滌工段冷母液來(lái)

9、自冷卻結(jié)晶工段淡水（按粗硼酸固液比1:0.8-1.2）硼酸洗液來(lái)自硼酸洗滌工段脫色需加入硼渣量的5%粉煤灰與0.1%的H2O22.1熱溶配漿二.熱溶過(guò)濾工段熱溶配漿槽洗滌后粗硼渣冷母液來(lái)2.2熱溶熱溶槽 該工段需控制溫度 在95100之間 （即料漿達(dá)到沸騰）2.2熱溶熱溶槽 該工段需控制溫度2.3熱過(guò)濾 熱溶后料漿需趁 熱過(guò)濾，防止熱 母液溫度降低析 出硼酸晶體。熱溶粗硼酸板框過(guò)濾機(jī)料漿來(lái)自熱溶槽2.3熱過(guò)濾 熱溶后料漿需趁熱溶粗硼酸料漿來(lái)自 板框過(guò)濾后濾液進(jìn)入真空冷卻裝置降溫后，溫度控制在室溫（25左右）。母液中將析出大量的硼酸晶體。三.冷卻結(jié)晶工段真空冷卻結(jié)晶裝置三.冷卻結(jié)晶工段真空冷卻洗

10、滌配漿： 冷卻后硼酸溶液經(jīng)帶慮機(jī)過(guò)濾得粗硼酸，粗硼酸中夾帶了少量的氯化鎂、硫酸鎂等雜質(zhì)，需加入純凈水洗滌，使雜質(zhì)進(jìn)入液相中。四.硼酸洗滌工段洗滌配漿槽粗硼酸純凈水1:0.7洗滌配漿：四.硼酸洗滌工段洗滌配漿槽粗硼酸純凈水1:0.75.1溫度控制五.干燥包裝工段 由于硼酸在加熱至100105時(shí)失去一分子水而形成偏硼酸 ，所以在干燥硼酸的過(guò)程中應(yīng)將溫度控制在90 以下。5.2包裝標(biāo)準(zhǔn) 按50kg/包的標(biāo)準(zhǔn)裝袋。5.1溫度控制五.干燥包裝工段 由于硼酸在加熱至10設(shè)備流程圖粗硼渣洗滌配漿槽洗滌板框熱溶配漿槽熱溶槽熱硼酸母液緩沖槽熱液板框離心機(jī)高位槽二段洗滌配漿槽帶慮機(jī)帶慮機(jī)高位槽真空結(jié)晶裝置硼酸熱液

11、槽濕產(chǎn)品皮帶輸送機(jī)盤式干燥器粉料輸送機(jī)包裝機(jī)成品離心機(jī)冷母液槽母液鹽田渣料皮帶一段濾液槽硼酸洗液槽設(shè)備流程圖粗硼渣洗滌配漿槽洗滌板框熱溶配漿槽熱溶槽熱硼酸母液第五節(jié) 硼砂第五節(jié) 硼砂 四硼酸鈉: 俗稱硼砂Na2B4O710H2O 無(wú)色半透明的晶體或白色結(jié)晶粉末。在空氣中容易失水風(fēng)化，加熱到650K左右，失去全部結(jié)晶水成無(wú)水鹽，在1150K熔成玻璃態(tài)。 四硼酸鈉: 俗稱硼砂 OH O B O HO B O B OH O B O OH2- 硼砂的結(jié)構(gòu) B4O5(OH)42-四硼酸鈉: 俗稱硼砂Na2B4O710H2O 硼酸的分子結(jié)構(gòu)硼酸的分子結(jié)構(gòu)硼砂的應(yīng)用主要用于玻璃、陶瓷和搪瓷工業(yè)，以及洗滌劑制

12、造、微量元素肥料、抗腐蝕劑、纖維素的阻燃劑等等。硼砂的應(yīng)用主要用于玻璃、陶瓷和搪瓷工業(yè)，以及洗滌劑制造、微量硼砂的應(yīng)用 2，硼砂是制造光學(xué)玻璃、琺瑯 和瓷釉的原料 （1）光學(xué)玻璃是用于制造 光學(xué)儀器或機(jī)械系統(tǒng)的透鏡、棱 鏡、反射鏡、窗口等的玻璃材料 、可分為硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸 鹽、氟化物和硫系化合系列,其中 含堿硼硅酸鹽體系的稱為冕玻璃 硼砂的應(yīng)用 硼砂在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用 （2）琺瑯，瓷釉；中國(guó)古代習(xí)慣將附著在陶或瓷胎表面的稱“釉”；附著在建筑瓦件上的稱“琉璃”；而附著在金屬表面上的則稱為“琺”，琺瑯、陶瓷釉的基本成分為石英、長(zhǎng)石、硼砂和氟化物，與琉璃、玻璃（料）同屬硅酸鹽類物質(zhì)。硼砂在生產(chǎn)

13、生活中的應(yīng)用 （2）琺瑯，瓷釉；中國(guó)古代習(xí) 紅底清綠龍盤 晚清 乾隆藍(lán)琺瑯彩山水紋御詩(shī)碗生產(chǎn)工藝硼酸與硼砂硼砂在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用 利用硼砂珠實(shí)驗(yàn)的原理，硼砂也常被用作除銹劑.因?yàn)榕鹕霸诩訜釙r(shí),能熔解金屬表面的氧化物除銹.此外,在焰火中也用到硼砂,因?yàn)樗軣岷?會(huì)射出美麗的綠色光芒. 銀飾氧化后，加適量 硼砂加熱，可除去氧化物， 恢復(fù)其光澤硼砂在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用 利用硼砂珠實(shí)驗(yàn)的硼砂生產(chǎn)方法主要有碳?jí)A法、常壓堿解法和水浸溶法硼砂生產(chǎn)方法主要有碳?jí)A法、常壓堿解法和水浸溶法（1）由硼鎂礦制硼砂（又稱硼酸鈉、月石粉）的工藝A碳?jí)A法工藝：將預(yù)處理的硼鎂礦粉與碳酸鈉溶液混合加溫，通二氧化碳升壓后反應(yīng)制取。

14、B堿法工藝：又分為常壓堿解法和加壓堿解法。是用NaOH溶液加熱分解硼鎂礦粉制取，亦可由天然硼砂直接制取。 由于堿法工藝不適宜加工品位低的礦粉，且工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備多，現(xiàn)已逐步被碳?jí)A法取代。（1）由硼鎂礦制硼砂（又稱硼酸鈉、月石粉）的工藝1、加壓堿解法：將預(yù)處理的硼鎂礦粉與氫氧化鈉溶液混合，加溫加壓分解得偏硼酸鈉溶液，再經(jīng)碳化處理即得硼砂。 2MgO.B2O3+2NaOH+H2O2NaBO2+2Mg(OH)2 4 NaBO2+CO2Na2B4O7+Na2CO3 2、碳?jí)A法：將預(yù)處理的硼鎂礦粉與碳酸鈉溶液混合加溫，通二氧化碳升壓后反應(yīng)得硼砂。 2(2MgO.B2O3)+Na2CO3+2CO2+xH2ONa2B4O7+4MgO.3CO2. xH2O 1、加壓堿解法：將預(yù)處理的硼鎂礦粉與氫氧化鈉溶液混合，加溫加3、純堿堿解法(井鹽鹵水)：將井鹽鹵水處理后得硼砂糊