堿熔法焙燒硼精礦提取硼和硅

寇金鑫 鄧玉菡 劉燁華

（大連華信理化檢測(cè)中心有限公司，遼寧 大連 116000）

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)原理

硼精礦和堿經(jīng)過(guò)混合、焙燒后，大部分硅和硼以可溶鹽形式溶出，此時(shí)為固體，對(duì)其淬冷，搗碎過(guò)濾。硼和硅以化合物形式存在于濾液中。涉及主要化學(xué)反應(yīng)：

（二）實(shí)驗(yàn)方法

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

以硼精礦為原料，加入燒堿混勻至不銹鋼坩堝，放入馬弗爐焙燒一定時(shí)間后，加入100 mL蒸餾水進(jìn)行水淬，后加熱煮沸，過(guò)濾，濾液冷卻待測(cè)，濾渣二次洗滌；重復(fù)以上步驟三次。測(cè)量三次濾液中SiO2和B2O3的含量，計(jì)算提取率，分別相加即得各自提取率。

2.浸出液溶液中硅含量的測(cè)定

移取5mL濾液于100mL容量瓶，定容，作為待測(cè)液；從待測(cè)液中移取5mL試樣于300mL錐形瓶中，加50mL蒸餾水，10滴甲基紅；用鹽酸滴定由黃色至微紅色，加入3gNaF，搖勻，溶液又變?yōu)辄S色；立即用HCl標(biāo)液滴定至紅色30秒不變色，過(guò)量2-3mL，記錄HCl標(biāo)液用量，用NaOH標(biāo)液滴定至黃色為終點(diǎn)。

提取率計(jì)算：X=[(VHCl·CHCl - VNaOH·CNaOH)/2×5]×20×V原液×MSiO2/(G×S）

式中：

VHCl—消耗HCl標(biāo)液的體積，mL

VNaOH—消耗NaOH標(biāo)液的體積，mL

CHCl—HCl標(biāo)液的實(shí)際濃度，mol/L

CNaOH—NaOH標(biāo)液的實(shí)際濃度，mol/L

V原液—濾液總體積，mL

MSiO2—SiO2的相對(duì)分子質(zhì)量，mol/L

G—礦樣的質(zhì)量，g

S—礦樣中SiO2的百分含量

3.浸出液溶液中硼含量的測(cè)定

取5mL濾液于100mL容量瓶定容。取稀釋液5mL于燒杯中，加1滴甲基紅，溶液變?yōu)辄S色，再用1：4HCl溶液中和使溶液剛好變紅；將碳酸鈣用去離子水調(diào)成糊狀，取一藥勺至燒杯，加熱微沸10分鐘，用中速定量濾紙趁熱過(guò)濾，并用熱水淋洗數(shù)次，濾液盛接于250 mL錐形瓶；加1滴甲基紅，溶液為淺黃色，加1：4HCl 1~2滴調(diào)溶液呈淺粉紅色，加熱至沸趕盡CO2；取下冷卻，滴加NaOH標(biāo)液至粉紅色褪盡呈亮黃色（不計(jì)體積數(shù)），加甘露醇1.2g，酚酞10滴，用NaOH標(biāo)液滴定至紅色不褪去為終點(diǎn)。做空白試驗(yàn)對(duì)照。

含量計(jì)算：B%＝TB×（V－VD）×C×100%/G

式中：

TB—與1 mLNaOH標(biāo)液相當(dāng)?shù)模趸鸬馁|(zhì)量，g

V—消耗NaOH標(biāo)液的體積，mL

VD—滴定空白樣消耗NaOH標(biāo)液的體積，mL

C—NaOH標(biāo)液的實(shí)際濃度，mol/L

G—礦樣的質(zhì)量，g

二、單因素控制變量

影響堿熔法提取二氧化硅和硼砂的重要因素有反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及堿礦比。設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)分別考察每個(gè)因素對(duì)于提取率的影響。進(jìn)行如下的單因素試驗(yàn)。

（一）反應(yīng)溫度

固定條件：堿礦比1.75：1，反應(yīng)時(shí)間150分鐘。

改變條件：反應(yīng)溫度分別為400℃、500℃、550℃、600℃、650℃。

（二）礦堿比

固定條件：反應(yīng)溫度550℃，反應(yīng)時(shí)間為150分鐘。

改變條件：堿礦比分別為 1：1、1.75：1、2：1、2.5：1。

（三）反應(yīng)時(shí)間

固定條件：反應(yīng)溫度550℃，堿礦比1.75：1。

改變條件：反應(yīng)時(shí)間分別為：90分鐘、120分鐘、150分鐘、180分鐘。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表1。

表1

（一）反應(yīng)溫度對(duì)提取率的影響

從表1可看出：當(dāng)溫度達(dá)到550 ℃時(shí)，硅和硼的提取率達(dá)最大，超過(guò)550 ℃，硅的提取率不再隨溫度升高而變化，硼的提取率隨溫度升高而降低。溫度較低或較高使礦樣發(fā)生生燒或過(guò)燒現(xiàn)象，導(dǎo)致提取率下降。

（二）堿礦比對(duì)提取率的影響

從表1可看出：堿礦比達(dá)到1.75：1時(shí)，硅和硼的提取率達(dá)最大，超過(guò)1.75：1，硅的提取率不再隨堿礦比的升高而變化，硼的提取率隨堿礦比的升高而降低，這是由于生成了大量不易與堿反應(yīng)的硼化鈣。

（三）反應(yīng)時(shí)間對(duì)提取率的影響

從表1可看出：反應(yīng)時(shí)間達(dá)到150分鐘時(shí)，硅和硼的提取率達(dá)最大，反應(yīng)時(shí)間較短不能使堿礦充分反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)則生成的偏硼酸鈉吸收二氧化碳生成了碳酸鈉。

四、結(jié)論

⑴焙燒溫度為550℃時(shí)的提取率很明顯優(yōu)于其他溫度。⑵提取率與樣品中的堿量成正比。

⑶焙燒時(shí)間超過(guò)150分鐘提取率不再上升。

⑷考慮到能源和成本，綜合硼和硅的提取率變化情況，我們選擇試驗(yàn)條件溫度550℃，堿礦比1.75：1，時(shí)間150分鐘為最佳工藝條件。