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百家论坛钟州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沈阳化工大学能源与动力工程学院摘要：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獨酸和钠化法工业 制取棚砂。
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'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：★改变富硼淹溶体的冷却条件，以高炉生产的富硼渣为原 料进行试验，在15001C 1200^区间控制冷却速率为0.761C— I t/m in，在1200^ — 900^区间控制冷却速率小于2^，即在 1500T：— 900T；间先急冷，抑制玻璃相形成在1200^ — 900T：区间缓冷确保遂安石析晶并长大。
世上无难事，只要肯攀登硼矿的加工技术目前，中国绝大多数硼矿加工都是以硼镁石为原料生产硼砂和硼酸，然后进一步加工成其他的硼化合物。
1.硼镁矿加工制取硼砂硼砂（Na2B4O7•10H2O）又叫做十水四硼酸钠。
它是硼化工的母体产品。
中国已研制出并已工业化的制取工业硼砂的方法主要有硫酸法、常压碱解法、加压碱解法、酸碱联产法、碳碱法等。
目前绝大多数企业均用碳碱法。
碳碱法的工艺过程是：将硼镁矿粉加入碳酸钠溶液，通入石灰窑气（CO2）进行碳解，过滤、洗水后用于碳解配料，滤液适度蒸发浓缩，冷却结晶，离心分离而得到硼砂。
碳酸法制取硼砂工艺具有流程短、硼砂母液可循环套用、碱的利用率高、B2O3 收率较高、设备和厂房需用量较少、基建投资省等优点，特别是该法可加工低品位硼镁矿，适合中国硼矿资源的特点。
因此，是目前广泛使用的方法。
2.工业硼酸的生产方法硼酸（H3BO3）是生产硼化学品的母体。
其制法随原料品种不同而异。
中国目前主要生产硼酸的方法有硫酸法、硼砂硫酸酸化法、碳铵法、多硼酸钠法等。
（1）硫酸法制取工业硼酸这种方法是中国大多数厂家采用的生产硼酸的方法。
其工艺流程是：硼矿石经粗碎，磨到一定细度后，按一定的配料比依次将清水、洗水、矿粉和硫酸投入酸解反应器中。
料浆在一定反应温度下搅拌一定时间后，趁热过滤得硼酸及硫酸镁混合液，经冷却硼酸结晶析出，再经分离、干燥可得成品。
（2）硼砂硫酸酸化法制取工业硼酸目前，国内部分工厂（如营口化工厂等）采用此法生产硼酸。
该法的工艺流程是：将硼砂在溶解槽中加水和母液溶解配成一定浓度的溶液，经控制过滤，除去不溶物。
滤液送至中和槽，在规定的温度下加硫酸中和。
反应完成液再进行冷却、结晶、分。
高纯硼酸的制备及其影响因素龚殿婷;李凤华;樊占国;姜涛【摘要】以分析纯硼砂为原料,通过对传统的硼酸制备方法加以改进,采用氯化氢气体代替盐酸溶液中和硼砂,从而减少杂质的引入.结合离子交换吸附树脂法与重结晶法,制备出纯度达到99.99%的高纯硼酸.考察制备过程中相关因素对硼酸成品纯度与结晶率的影响.得到中和反应最佳工艺条件为:加酸温度90 ℃,pH 3～4,结晶温度8 ℃,结晶时间8 h;离子交换吸附最佳工艺条件为:阴离子与阳离子体积比3:1,溶液流速8～10 mL/min;重结晶最佳工艺条件为:硼酸溶液中硼酸质量分数为28.5%～31.0%,结晶温度10 ℃,采用慢速搅拌结晶15 h.硼酸晶体呈细小颗粒状,其Fe,Cl-和SO42-杂质含量符合高纯硼酸中的杂质含量指标.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(041)005【总页数】5页(P1756-1760)【关键词】高纯硼酸;酸化;重结晶;离子交换【作者】龚殿婷;李凤华;樊占国;姜涛【作者单位】辽宁石油化工大学,职业技术学院,辽宁,抚顺,113001;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004【正文语种】中文【中图分类】TQ016.1硼酸是一种多功能的化工原料，在国民经济及工农业生产发展中占有重要的地位。
由于传统制备工艺与低品位硼资源的限制，高纯硼酸在国内不易获得，主要依赖于进口。
近年来，大量的进口高纯硼酸进入我国市场，与国内产品相比，国外硼酸各项指标均远远高于国内产品的同类指标。
高纯硼酸用作高纯试剂及生产各种高纯硼酸盐晶体原料，在高科技领域中应用较广。
在核工业中，大都使用核级天然硼酸代替同位素10B作为中子慢化剂、捕集剂和冷却剂，并且用量很大[1]。
硼砂的酸化中和法技术成熟，是国内外传统的硼酸生产方法[2−3]，但传统工艺制备的硼酸成品中杂质含量较高，硼酸的纯度只能达到试剂标准，远远不能满足于国防科技中核级硼酸对纯度和杂质指标的要求。
1 前言硼酸在搪瓷、陶瓷业中，用以增强搪瓷产品的光泽和坚牢度，也是釉药和颜料的成份之一。
在医药工业、冶金工业中作添加剂、助溶剂，特别是硼钢具有高硬度和良好的轧延性，以代替镍钢。
硼酸有防腐性，可做防腐剂，如木材防腐。
在金属焊接、皮革、照相等行业以及染料、耐热防火织物、人造宝石、电容器、化妆品的制造方面都用到它，还可作杀虫剂和催化剂用。
在农业上作含硼微量元素肥料，对许多作物有肥效，可提高油菜籽的含油率。
由硼酸可制造多种硼化物，广泛用于国防和其他工业部门和科研单位，国内硼酸主要有工业I级和Ⅱ级(区别在于杂质含量)，而国外硼酸制定了多种产品标准和规格，在纯度上分为电子级、电容级、原子级、光谱级、工业级、食品级、医药级等。
硼酸是一种多功能的重要无机化工基本原料，在国民经济及工农业生产发展中占有重要的地位。
硼酸的生产概况目前，世界硼矿探明储量约为l70 000 kt，远景储量470 000 kt。
储量较多的国家依次为土耳其、美国、俄罗斯、中国和哈萨克斯坦，五国储量合计约占世界总量的90%[1]。
土耳其是世界硼资源最丰富的国家，硼矿储量占世界的60% [2]。
中国硼矿主要分布于辽宁、青海以及西藏自治区。
西藏矿虽然含硼量较高，加工也容易，但由于交通不便，很难满足我国东部工业发展的需求。
辽宁省硼矿探明储量26 772 kt(折B2O3)，占国内探明储量的57.32%，居全国第一位，其中硼镁型矿石4 922 kt，主要集中在凤城、宽甸和大石桥地区。
青海省柴达木盆地储藏着丰富的硼矿资源，是我国重要的硼资源宝库，硼储量占全国储量的29.8%，居全国第二位。
制取硼酸的含硼矿物主要是斜方硼砂和天然硼砂、钠硼解石、硬硼钙石、白硼钙石、纤维硼镁石，以及从含硼卤水中提取的硼酸。
由于各国硼矿资源不同，其生产硼酸的方法也不尽相同，但以酸法为主。
如美国、土耳其和俄罗斯多采用传统的硫酸法，所用原料含B2O3.一般都在25%以上，杂质少，易加工，成本低，硼酸的纯度比较高。
硼砂—硼砂的测定—中和滴定法应用范围：本方法采用中和滴定法测定硼砂（Na2B4O7·10H2O）的含量。
本方法适用于硼砂的测定。
方法原理：取供试品适量，加水溶解后，加0.05%甲基橙溶液1滴，用盐酸滴定液（0.1mol/L）滴定至橙红色，煮沸2分钟，冷却，如溶液呈黄色，继续滴定至溶液呈橙红色，加中性甘油与酚酞指示液，用氢氧化钠滴定液（0.1mol/L）滴定至显粉红色。
每1mL氢氧化钠滴定液（0.1mol/L）相当于9.534mg的Na2B4O7·10H2O，计算，即得。
试剂：1. 水（新沸放置至室温）2. 0.05%甲基橙溶液3. 中性甘油4. 盐酸滴定液（0.1mol/L）5. 甲基红-溴甲酚绿混合指示液6. 基准无水碳酸钠7. 氢氧化钠滴定液（0.1mol/L）8. 酚酞指示液9. 基准邻苯二甲酸氢钾试样制备：1. 0.05%甲基橙溶液取甲基橙0.05g，加水100mL使溶解，即得。
2. 中性甘油取甘油80mL，加水20mL与酚酞指示液1滴，用氢氧化钠滴定液（0.1mol/L）滴定至粉红色。
3. 盐酸滴定液（0.1mol/L）配制：取盐酸9.0mL，加水适量使成1000mL，摇匀，得0.1mol/L盐酸滴定液。
标定：取在270~300℃干燥至恒重的基准无水碳酸钠约0.15g，精密称定，加水50mL 使溶解，加甲基红-溴甲酚绿混合指示液10滴，用本液滴定至溶液由绿色转变为紫红色时，煮沸2分钟，冷却至室温，继续滴定至溶液由绿色变为暗紫色。
每1mL盐酸滴定液（0.1mol/L）相当于5.30mg的无水碳酸钠。
根据本液的消耗量与无水碳酸钠的取用量，算出本液的浓度。
4. 甲基红-溴甲酚绿混合指示液取0.1%甲基红的乙醇溶液20mL，加0.2%溴甲酚绿的乙醇溶液30mL，摇匀。
5. 氢氧化钠滴定液（0.1mol/L）配制：取氢氧化钠适量，加水振摇使溶解成饱和溶液，冷却后，置聚乙烯塑料瓶中，静置数日，澄清后备用。
一、实验目的1. 了解硼砂制备硼酸的基本原理和过程。
2. 掌握实验室制备硼酸的操作技能。
3. 分析实验结果，探讨影响硼酸制备的因素。
二、实验原理硼砂（Na2B4O7·10H2O）是一种含硼矿物，经过酸化反应可以制备硼酸（H3BO3）。
在实验中，硼砂与浓硫酸反应，生成硼酸和硫酸钠。
反应方程式如下：Na2B4O7·10H2O + 6H2SO4 → 4H3BO3 + 3Na2SO4 + 11H2O三、实验仪器与试剂1. 仪器：烧杯、玻璃棒、电热套、蒸发皿、抽滤瓶、布氏漏斗、滤纸、量筒、电子天平、干燥器等。
2. 试剂：硼砂（Na2B4O7·10H2O）、浓硫酸、去离子水。
四、实验步骤1. 称取一定量的硼砂，精确到0.01g，置于烧杯中。
2. 用量筒量取适量的浓硫酸，缓慢加入烧杯中，边加边搅拌，防止局部过热。
3. 将烧杯置于电热套中，加热至溶液沸腾，保持沸腾状态约10分钟，观察溶液颜色变化。
4. 将沸腾后的溶液转移至蒸发皿中，继续加热蒸发，直至溶液浓缩至约1/3体积。
5. 停止加热，待溶液冷却后，用抽滤瓶和布氏漏斗进行过滤，收集滤液。
6. 将滤液转移至烧杯中，加入适量的去离子水，搅拌溶解。
7. 将溶液转移至蒸发皿中，继续加热蒸发，直至溶液浓缩至干燥。
8. 将干燥后的固体转移至干燥器中，待其完全干燥后，称量，计算产率。
五、结果与讨论1. 实验结果（1）硼砂与浓硫酸反应后，溶液颜色由无色变为浅黄色。
（2）经过蒸发浓缩后，溶液体积减少至原来的1/3。
（3）干燥后，得到固体产物，称量质量为1.25g，计算产率为70.2%。
2. 讨论（1）实验过程中，硼砂与浓硫酸反应剧烈，需缓慢加入浓硫酸，防止溶液局部过热。
（2）加热蒸发过程中，溶液浓缩至1/3体积为宜，过浓或过稀均会影响产率。
（3）实验结果与理论产率存在一定差距，可能是由于实验过程中部分硼酸挥发或损失。
六、结论通过本次实验，我们掌握了硼砂制备硼酸的基本原理和操作技能，了解了影响硼酸制备的因素。
以硼砂为原料制备硼酸方程式硼砂是一种重要的无机化合物，其分子式为Na2B4O7·10H2O。
硼砂在工业生产中具有广泛的应用，其中之一就是作为制备硼酸的原料。
下面将详细介绍以硼砂为原料制备硼酸的方法及方程式。
一、硼酸的概述1. 硼酸的化学式硼酸是一种无机化合物，其化学式为H3BO3。
它是一种白色或无色晶体，具有良好的水溶性和稳定性。
2. 硼酸的性质硼酸具有较弱的酸性，在水中呈现微弱的电离。
它可以与碱反应生成对应的盐类，并且可以形成大量的配合物。
3. 硼酸的应用硼酸在工业生产中具有广泛的应用，主要用于制造玻璃、陶瓷、釉料、纤维素等材料。
此外，它还可以用作防腐剂、消毒剂和药品等。
二、以硼砂为原料制备硼酸1. 实验原理以Na2B4O7·10H2O为原料，在酸性条件下水解生成硼酸。
2. 实验步骤（1）称取适量的硼砂，加入适量的稀盐酸中。
（2）在搅拌的同时，缓慢加入蒸馏水，使溶液浓度逐渐降低。
（3）过滤得到硼酸溶液，并进行结晶干燥处理。
3. 实验方程式Na2B4O7·10H2O + 2HCl → 4H3BO3 + 2NaCl + 5H2O三、实验注意事项1. 稀盐酸要慢慢加入，以免产生剧烈反应。
2. 水的加入要缓慢，以免产生大量的气泡。
3. 过滤时要注意过滤纸是否完全覆盖漏斗孔口，以免漏出固体物质。
四、实验结果分析通过上述实验步骤可以制备出纯度较高的硼酸。
此外，在实际生产中还可以采用其他方法制备硼酸，例如采用硼矿或硼化合物等作为原料进行水解反应。
不同的制备方法会对产品质量和成本产生不同的影响，需要根据实际情况进行选择。
五、结语硼酸是一种重要的无机化合物，在工业生产中具有广泛的应用。
以硼砂为原料制备硼酸是一种常见的方法，通过水解反应可以得到纯度较高的硼酸。
在实际生产中需要注意操作规范，选择适当的制备方法，以确保产品质量和成本控制。
1 前言硼酸在搪瓷、陶瓷业中，用以增强搪瓷产品的光泽和坚牢度，也是釉药和颜料的成份之一。
在医药工业、冶金工业中作添加剂、助溶剂，特别是硼钢具有高硬度和良好的轧延性，以代替镍钢。
硼酸有防腐性，可做防腐剂，如木材防腐。
在金属焊接、皮革、照相等行业以及染料、耐热防火织物、人造宝石、电容器、化妆品的制造方面都用到它，还可作杀虫剂和催化剂用。
在农业上作含硼微量元素肥料，对许多作物有肥效，可提高油菜籽的含油率。
由硼酸可制造多种硼化物，广泛用于国防和其他工业部门和科研单位，国内硼酸主要有工业I级和Ⅱ级(区别在于杂质含量)，而国外硼酸制定了多种产品标准和规格，在纯度上分为电子级、电容级、原子级、光谱级、工业级、食品级、医药级等。
硼酸是一种多功能的重要无机化工基本原料，在国民经济及工农业生产发展中占有重要的地位。
硼酸的生产概况目前，世界硼矿探明储量约为l70 000 kt，远景储量470 000 kt。
储量较多的国家依次为土耳其、美国、俄罗斯、中国和哈萨克斯坦，五国储量合计约占世界总量的90%[1]。
土耳其是世界硼资源最丰富的国家，硼矿储量占世界的60% [2]。
中国硼矿主要分布于辽宁、青海以及西藏自治区。
西藏矿虽然含硼量较高，加工也容易，但由于交通不便，很难满足我国东部工业发展的需求。
辽宁省硼矿探明储量26 772 kt(折B2O3)，占国内探明储量的57.32%，居全国第一位，其中硼镁型矿石4 922 kt，主要集中在凤城、宽甸和大石桥地区。
青海省柴达木盆地储藏着丰富的硼矿资源，是我国重要的硼资源宝库，硼储量占全国储量的29.8%，居全国第二位。
制取硼酸的含硼矿物主要是斜方硼砂和天然硼砂、钠硼解石、硬硼钙石、白硼钙石、纤维硼镁石，以及从含硼卤水中提取的硼酸。
由于各国硼矿资源不同，其生产硼酸的方法也不尽相同，但以酸法为主。
如美国、土耳其和俄罗斯多采用传统的硫酸法，所用原料含B2O3.一般都在25%以上，杂质少，易加工，成本低，硼酸的纯度比较高。
一、实验目的1. 掌握硼砂制备硼酸的基本原理和实验方法。
2. 熟悉实验仪器的使用和实验操作技能。
3. 了解硼酸的性质及其在工业中的应用。
二、实验原理硼砂（Na2B4O7·10H2O）在酸性条件下，与盐酸反应生成硼酸（H3BO3）。
反应方程式如下：B4O7^2- + 6H+ → 4H3BO3通过调节溶液的pH值，使硼酸从溶液中结晶析出，然后进行过滤、洗涤和干燥，得到纯净的硼酸。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：烧杯、玻璃棒、漏斗、布氏漏斗、滤纸、烘箱、电子天平、滴定管、锥形瓶、pH试纸等。
2. 试剂：硼砂（Na2B4O7·10H2O）、盐酸（HCl）、蒸馏水、酚酞指示剂、氢氧化钠（NaOH）标准溶液等。
四、实验步骤1. 称取一定量的硼砂（Na2B4O7·10H2O）放入烧杯中，加入适量的蒸馏水溶解。
2. 用玻璃棒搅拌溶液，使硼砂充分溶解。
3. 使用pH试纸测定溶液的pH值，调整至3-4。
4. 将溶液倒入漏斗中，过滤，收集滤液。
5. 将滤液倒入锥形瓶中，加入几滴酚酞指示剂。
6. 使用NaOH标准溶液滴定锥形瓶中的溶液，直到溶液颜色由无色变为浅红色，半分钟内不褪色。
7. 计算NaOH标准溶液的用量，确定硼酸的物质的量。
8. 将溶液倒入烧杯中，冷却至室温。
9. 使用布氏漏斗过滤溶液，收集滤液。
10. 将滤液倒入烧杯中，用烘箱进行干燥。
11. 将干燥后的硼酸称重，计算硼酸的纯度。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）称取硼砂0.3g，溶解后得到溶液的体积为100mL。
（2）使用NaOH标准溶液滴定锥形瓶中的溶液，消耗了22.00mL的NaOH标准溶液，浓度为0.2000mol/L。
（3）干燥后的硼酸质量为0.2728g。
2. 结果分析根据实验结果，可以计算出硼酸的物质的量：n(NaOH) = C × V = 0.2000mol/L × 0.0220L = 0.0044mol根据反应方程式，可知n(H3BO3) = n(NaOH) × 1/4 = 0.0044mol × 1/4 =0.0011mol根据摩尔质量，可知m(H3BO3) = n(H3BO3) × M = 0.0011mol × 61.83g/mol = 0.0672g因此，本次滴定测得的硼酸样品中硼酸的质量分数为：质量分数 = (m(H3BO3) / m(样品)) × 100% = (0.0672g / 0.3g) × 100% =22.4%六、实验总结1. 本实验成功制备了硼酸，并测定了其纯度。
一、实验目的1. 熟悉实验室的基本操作，提高实验技能。
2. 学习硼酸的制备方法，掌握硼酸溶液的配制过程。
3. 了解硼酸的化学性质及其应用。
二、实验原理硼酸（H3BO3）是一种无机化合物，是一种重要的工业原料，广泛应用于玻璃、陶瓷、制药、农药等领域。
本实验采用硼砂（Na2B4O7·10H2O）与硫酸反应制备硼酸溶液。
反应方程式如下：Na2B4O7·10H2O + 3H2SO4 → 4H3BO3 + 2NaHSO4 + 9H2O三、实验器材与试剂1. 器材：烧杯、玻璃棒、漏斗、滤纸、容量瓶、移液管、电子天平、滴定管、洗瓶、烧瓶、铁架台、酒精灯等。
2. 试剂：硼砂（Na2B4O7·10H2O）、硫酸（H2SO4）、蒸馏水、酚酞指示剂。
四、实验步骤1. 称取一定量的硼砂，准确至0.01g。
2. 将称量好的硼砂放入烧杯中，加入适量的蒸馏水，用玻璃棒搅拌使其溶解。
3. 将溶解后的硼砂溶液转移至容量瓶中，用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒，并将洗涤液一并转移到容量瓶中。
4. 向容量瓶中加入适量的硫酸，用玻璃棒搅拌均匀。
5. 将容量瓶中的溶液静置一段时间，待沉淀完全沉降后，用漏斗和滤纸过滤。
6. 将滤液收集于烧杯中，用酚酞指示剂检验溶液的酸碱性，如呈酸性，可继续加入少量硫酸进行滴定。
7. 将滴定后的溶液转移至容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线。
8. 计算硼酸溶液的浓度。
五、实验数据与结果1. 硼砂的质量：0.5g2. 溶液体积：100mL3. 硼酸溶液的浓度：0.1mol/L六、实验讨论1. 在实验过程中，硼砂的溶解速度较慢，可能是因为硼砂的溶解度较小。
因此，在实验过程中应充分搅拌，以提高溶解速度。
2. 在滴定过程中，酚酞指示剂的颜色变化不明显，可能是因为溶液的酸碱性较弱。
在这种情况下，可适当延长滴定时间，以提高滴定的准确性。
3. 实验过程中，应注意防止溶液溅出，以免影响实验结果。
七、实验总结本次实验通过硼砂与硫酸反应制备硼酸溶液，掌握了硼酸溶液的配制方法。
