从富硼渣中提取硼砂和硼酸的综合性分析

蔡长庸?姜梦雨?战洪仁

摘要：对于我国硼化工历史和现状以及对富硼渣的组成和结构特点的考虑，采用硫酸分解一步法提取硼酸和钠化法工业制取硼砂。从工业废料富硼渣中提取的硼酸和硼砂，成本低廉，原料丰富，绿色环保。硼酸与硼砂为工业 产品添加剂，可广泛用于陶瓷，玻璃，冶金等各种行业，著有“工业 味精”之称。且此做法有变废为宝、价格低廉、绿色环保、技术先进的优点。文中对该技术的综合条件进行了分析。

关键词：富硼渣；硼砂；硼酸

一、社会背景

据相关资料，调查显示，中国已经探明的硼矿点有 63 处，保有储量（B2O3）4670.6 万 t， 储量位居世界第四，仅次于土耳其、美国和俄罗斯。但是其结构复杂，共生矿物多，常规分离方法困难。硼矿主要分为硼镁矿（俗称白硼矿）和硼铁矿（俗称黑硼矿），现存主要硼资源为硼铁矿。据统计，至21世纪初期，具有工业价值的高品位硼镁石矿储量已不足 200 万 t，预计到 2020 年硼镁矿资源将 被开采殆尽。但由于硼铁矿的品质较低，对硼铁矿的开发利用很少。当前生产硼砂硼酸的主要原料任是硼镁矿，而我们是基于储量丰 富的硼铁矿衍生产物。

富硼渣是硼铁矿高炉炼铁所产生的高炉废渣。因此由硼铁矿所产生的富硼渣也相当丰富。据统计，平均每个产铁锅炉每年产出富硼渣 1500 吨，（硼酸与硼砂）的最大优势在于廉价的原料带来相对低廉的售价。因此我们的主要市场定位在工业和农业企业，该类企业对硼酸和硼砂的占有的市场需求量巨大且要求相对低，不像医药企业对硼酸硼砂有高纯度的要求。

二、技术背景

1，技术原理

★从富硼渣提出遂安石

★用遂安石提取硼酸和硼砂

详细说明：

★改变富硼渣熔体的冷却条件，以高炉生产的富硼渣为原料进行 试验，在1500℃1200℃区间控制冷却速率为 0.76℃一 2℃/min，在 1200℃一900℃区间控制冷却速率小于2℃，即在1500℃一900℃间先 急冷，抑制玻璃相形成在 1200℃一 900℃区间缓冷确保遂安石析晶并长大。

2，技术优势

变废为宝：其生产的硼酸和硼砂是由以前废弃堆积或当廉价铺路、建筑原料使用的高炉富硼渣制成

技术先进：生产工艺简单可行，技术先进。面对富硼矿的越来越稀缺，由贫硼矿生产硼酸和硼渣是必然要考虑的方法，本公司的技术品牌将走在前列。

价格低廉：由于原材料为工业废渣，因此原料丰富、价格低廉、 利润高。

绿色环保：对工业废渣进行循环再利用，绿色环保。

3，理论分析

B2O3系分离富集路线理论分析

研究表明含硼炉渣中硼元素以晶体的形体存在时，有利于硼的提取。B2O3、SiO2、MgO、CaO与Al2O3 构成的含硼炉渣熔体，其析晶过程相当复杂，但冷却过程仍然遵循结晶规律. 根据晶体动力学，晶体 的成核、生长和粗化都与过冷度（ΔT = TL-T1）有关，即过冷度对熔体 的控制析晶起着关键作用，控制一定的冷却制度，就能达到选择析晶的目的. 因此，若使硼元素以晶体状态富集长大，首先应弄清楚B2O3、 SiO2、MgO、CaO 与Al2O3 含硼炉渣中硼的结晶物相及结晶温度区间. 含硼炉渣主要成分（w / %）：MgO，40 % 60 %； SiO2，10 % -30 % 、 B2O3，10 %-30 % 以及少量的Al2O3、CaO。由于熔渣析晶过程的复杂性，硼元素的富集路线可通过分析MgOSiO2-B2O3 三元系相图，获得硼元素富集的基本思想，再通过实验研究对分析结果加以修正。

由以上分析可知：在研究的组成范围内，熔体温度冷却到1300 ℃ 以上时， 首先析出2MgO· SiO2，随着温度的降低和2MgO·SiO2 的析出，相的组成也会随之发生变化，在1 270-1 203 ℃ ，2MgO·SiO2 和 2MgO·B2O3 开始同时析出。 遂安石为非均相成核机制，晶体在介稳区就可以生长。 因此，本实验所确定的冷却路线为：将熔渣由其熔融状态以不同的冷却速率分别冷却到1300 ℃ 、1270 ℃ 、1250 ℃ 、 1220 ℃ 、1200℃ 、1150 ℃ 、1100 ℃ 和1000 ℃ 后保温，分析冷却制度对物相组成的影响，从而确定含硼富集的最佳冷却制度。

三、市场分析

随着中国近年来经济的飞速发展和工业化水平的快速提高，对于化工原料矿物硼砂和硼酸的需求日益增加，并且拥有着相当大的市场前景：当前中国硼酸和硼砂除了用于玻璃工业、陶瓷工业、 洗涤剂和农用化肥等传统硼化工产业，更是涉及到军事装备、電子器件及光学仪器等各个领域。硼的广泛重要的用途导致国内在 硼生产能力及加工量逐年递增的情况下仍供不应求。据统计预测， 硼砂和硼酸的需求，每年将分别以 6.25%和 6.5%的平均速度增长。2014 年，全世界硼产量为 492 万吨（除美国外），其中土耳其产 300 万吨，阿根廷产 70 万吨，俄罗斯产 25 万吨，中国产 16 万吨。 土耳其每年约 95%的硼用于出口，其中 50%销往东亚，美国每年约50%的硼用于出口，其中 60%销往东亚，主要为中国和日本。中国每年有 70%的硼砂均为进口。我国硼产品的进口量从 2001 年的 7 万吨增长到 2011 年的 70 余万吨，到如今增长为 80 余万吨。国内缺口日益增加。

由此可见，中国硼酸与硼砂市场存在严重的持续自供不足现象，国内市场潜力巨大。

综合以上几个方面，对从富硼渣中提取硼砂和硼酸采取综合性分析，本技术创新优良，且产品的市场前景广阔，技术操作体现绿色环保的理念，并加以理论实验分析，可操作性强。现技术不仅解决了硼酸与硼砂日益不足的原料问题，而且充分利用了资源，保护了环境，适应当前社会和未来发展趋势。

参考文献：

[1]国土资源部信息中心.《世界矿产资源年评》（2011—2012年本）[M].北京：地质出版社，2012.

[2]战洪仁，樊占国，周淑娟，等.富硼渣冷却过程温度场数值模拟[J].矿冶，2008，17（2）：34-35.endprint