盐化工工艺学-第六章课件.ppt
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- 盐化 工艺学 第六 课件
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1、2022年11月17日星期四盐化工工艺学盐化工工艺学-第六章第六章 课时:课时:4学时学时 要求:要求:了解硼酸、硼砂性质、用途,熟悉它们的了解硼酸、硼砂性质、用途,熟悉它们的生产方法与生产工艺。生产方法与生产工艺。第六章第六章 硼酸与硼砂硼酸与硼砂6.1 硼与硼化合物、硼资源硼与硼化合物、硼资源6.2 硼酸的生产方法硼酸的生产方法6.3 硼砂硼砂 内内 容容6.1 硼与硼化合物、硼资源 硼以硼酸盐和硼化合物形式存在于自然界中。硼资源:1、易分解的矿物,主要是沉积生成的,如钾、钠、钙等的硼酸盐;2、难分解的火成岩矿物,如复杂的含 硼硅酸盐及硅铅酸盐;3、含有硼砂及硼酸的水溶液,如青海、西藏的天
2、然硼砂矿和盐湖卤水 硼在国内外的存在情况分布地点美国、土耳其、智利、阿根廷、秘鲁、中国、前苏联西半球(美国)储量90%产量85%中国辽宁吉林纤维硼镁矿2MgOB2O3H2O硼镁铁矿2MgOFeOFe2O3B2O3青海钠硼解石Na2O2CaO5B2O316H2O柱硼镁矿MgOB2O33H2O西藏天然硼砂硼镁矿四川含硼卤水 硼的生产方法 硼的化学性质B3C比金刚石还硬BN熔点高达3000硼酸酐 硼的化合物品种硼砂、硼酸、偏硼酸钡、氮化硼碳化硼、三氟化硼、硼酐等 无机硼化合物用途医药、防腐剂、陶瓷釉料、冶金熔剂、化妆品、防冻剂、阻燃剂、超硬磨料、玻璃和陶瓷工业。6.2 硼酸的生产方法 硼酸的性质颜色
3、无色微带珍珠光泽的三斜晶体或白色粉末。与皮肤接触有滑腻感。分子式H3BO3分子量61.83熔点185毒性无臭、味微酸后带甜味,对人体有毒,内服会影响中枢神经。分解性70100分解为偏硼酸,150160分解为焦硼酸;300失水为硼酸酐。其它性质易溶于水、乙醇、甘油和乙醚。硼酸的用途玻璃工业光学玻璃、耐酸玻璃、耐热玻璃、玻璃纤维改善玻璃制品的耐热、透明性能和机械强度。陶瓷和搪瓷工业增强搪瓷制品的光泽和牢固度,提高色釉的覆盖能力。化工、冶金、医药、食品、轻工、日用化工。缩合剂、助溶剂、添加剂、催化剂、杀虫剂、防腐剂农业微量元素肥料 硼酸的质量标准 硼酸生产方法 硫酸法制取硼酸 硼砂硫酸化或中和法制取
4、硼酸 碳氨法制取硼酸 萃取法制取硼酸 硫酸法制取硼酸 基本原理 副反应 主要反应 纤维硼镁矿为原料 结晶条件的选择溶液组成点M在100蒸发至N,然后降温到25,结晶析出硼酸晶体,母液接近E点,可加入沉淀剂,充分利用母液中的硼酸,剩下的母液组成接近F点,在100蒸发至接近G点,然后冷却即得到晶体,母液回到E点。工艺流程工艺流程 影响因素及工艺条件矿粉粒度反应时间反应温度液固比硫酸用量矿石选择工艺条件三氧化二硼含量尽可能高,镁硼比尽可能小,对生产有利确保将所有金属阳离子转化为硫酸盐确保料浆有良好的流动性,反应过程有水分损失,确保硼镁比适当;和适宜的硼酸浓度。影响分解速度,在85比较适宜。6090m
5、in比较适宜大于60目即可 最适宜操作条件:液固比:2.02.3:1(质量比);硫酸用量:理论量的5070%;反应终点游离酸:0.20.5%;反应温度:8595;反应时间:6090min(加酸完后)矿粉粒度:60目 主要设备干燥器分离器结晶器压滤机酸分解罐粉碎设备主要设备颚式破碎机和球磨或雷蒙粉碎机带搅拌的圆筒式间歇反应器板框压滤机带搅拌装置和冷却夹套的搪瓷或不锈钢设备离心机滚筒干燥器或沸腾干燥器 三废及处理方法三废水蒸气和二氧化碳含铁、镁、硅、钙杂质硫酸镁、硼酸、硼酸铁、硫酸亚铁硫酸钙及硫酸抽风机排出室外和喷淋塔吸收处理1015m3废液/1t硼酸直接排放24t废渣/1t硼酸无毒、直接排放 原
6、料定额消费硼矿粉(12%计):8.5t/t硼酸硫酸(89%计):4.8t/t硼酸:B2O3收率(%):5560 方法特点优点:工艺流程短,能耗较低,投资少,设备比较简单;缺点:母液难以利用,硼收率低,适合品位较高的硼矿。硼砂硫酸化或中和法制取硼酸 基本原理 不可逆反应,反应速度快,反应很完全。反应水溶液中进行,生成的硼酸和硫酸钠溶于溶液中,形成H3BO3-Na2SO4-H2O三元体系利用硼酸和硫酸钠在不同温度下的溶解特性,采用冷结晶析出硼酸,热结晶析出硫酸钠。工艺流程工艺流程硫酸钠的结晶分离硼酸干燥硼酸离心分离中和结晶化料与过滤工艺条件浓度:400450g/L化料温度:95100过滤温度:85
7、滤液:清澈透明无混浊中和温度:7585中和终点PH:23降温终止温度:3538硼酸质量分数:9395%洗水温度:3740湿硼酸游离水含量:7%热空气温度:3740风压:2500kpa成品硼酸游离水含量:0.5%母液中和PH45蒸浓液浓度:3435Be洗水温度:8090硫酸钠中硼酸含量:0.5%主要设备干燥设备蒸发器过滤设备结晶器化料罐主要设备带搅拌器及蒸汽间接加热的不锈钢设备。带搅拌器及蒸汽间带搅拌器及蒸汽间接加热的搪瓷反应接加热的搪瓷反应釜或不锈钢设备。釜或不锈钢设备。常压蒸发器和真空蒸发器均为不锈钢材质不锈钢真空叶片式过滤器。不锈钢干燥器或沸腾干燥器 定额消耗硼砂(100%计):1.58t
8、/t硼酸硫酸(100%计):0.4t/t硼酸:烟煤(29260kJ/kg):0.75t/t硼酸水:13t/t硼酸电:200kWh/t硼酸 优点:工艺流程短,设备简单,工艺条件易于控制,技术成熟,酸耗少,产品质量稳定可靠。缺点:就我国实际情况而言,需先用碱法加工硼镁矿制取硼砂,实际流程长。是国外生产硼酸的传统方法。方法特点 碳氨法制取硼酸 基本原理 焙烧反应 浸取反应 硼酸铵的逸氨反应硼酸铵的逸氨反应 碳化反应碳化反应 工艺流程工艺流程 工艺参数工艺参数 配料配料氨硼比氨硼比(NH3/H3BO3):1.92.4:1(摩尔比摩尔比)液固比液固比:2.52.7:1 矿石分解矿石分解鹏矿粉细度鹏矿粉细
9、度:160目目反应温度反应温度:(1405)反应时间反应时间:4小时以上小时以上反应压力反应压力:1.961052.94105Pa 过滤过滤叶片过滤机工艺条件叶片过滤机工艺条件密压机工艺条件密压机工艺条件 蒸氨蒸氨 蒸发蒸发出料浓度出料浓度:2025%(56BeBe)蒸发温度蒸发温度:85真空度真空度:4.01044.6104Pa 结晶与分离结晶与分离进料温度进料温度:90;进料浓度进料浓度:2025%(56BeBe)出料温度出料温度:2025每罐操作周期每罐操作周期:23h h;分离后水分含量分离后水分含量:5%左右左右 干燥干燥 脱氨吸氨脱氨吸氨 碳化碳化 主要设备主要设备 主要技术经济指
10、标主要技术经济指标 方法特点方法特点 优点:可直接加工硼矿生产硼酸,不需要消耗大量的优点:可直接加工硼矿生产硼酸,不需要消耗大量的硫酸和间接法生产所需的酸和碱,氨循环使用,消耗量少,硫酸和间接法生产所需的酸和碱,氨循环使用,消耗量少,设备腐蚀性有所改善。设备腐蚀性有所改善。缺点:流程复杂,能耗大。缺点:流程复杂,能耗大。适合我国低品位的硼矿。适合我国低品位的硼矿。萃取法制取硼酸萃取法制取硼酸 基本原理基本原理 萃取反应萃取反应实验室规模:实验室规模:TBC为萃取剂,回收率达为萃取剂,回收率达78%,产品纯度达产品纯度达99.5%;工艺流程短,生产成本低。;工艺流程短,生产成本低。以以50%Ac
11、Le磺化煤油做萃取剂,萃取率达磺化煤油做萃取剂,萃取率达95以上。以上。工艺流程工艺流程美国西尔斯盐湖卤水生产硼酸的工艺流程美国西尔斯盐湖卤水生产硼酸的工艺流程 特点特点 多元醇的煤油混合物为萃取剂,产品纯度达多元醇的煤油混合物为萃取剂,产品纯度达99.9%,生产成本低。生产成本低。6.3 硼硼 砂砂 硼砂性质硼砂性质和主要用途和主要用途 加压碱解法加工加压碱解法加工硼镁矿制取硼砂硼镁矿制取硼砂 碳碱法加工碳碱法加工硼镁矿制硼砂硼镁矿制硼砂 分步结晶法分步结晶法生产硼砂生产硼砂颜色颜色无色透明晶体或白色粉末。无色透明晶体或白色粉末。分子式分子式Na2B4O710H2O分子量分子量381.43相
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