堿熔法焙燒硼精礦提取硼和硅

寇金鑫 鄧玉菡 劉燁華

（大連華信理化檢測中心有限公司，遼寧 大連 116000）

一、實驗部分

（一）實驗原理

硼精礦和堿經過混合、焙燒后，大部分硅和硼以可溶鹽形式溶出，此時為固體，對其淬冷，搗碎過濾。硼和硅以化合物形式存在于濾液中。涉及主要化學反應：

（二）實驗方法

1.實驗內容

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間后，加入100 mL蒸餾水進行水淬，后加熱煮沸，過濾，濾液冷卻待測，濾渣二次洗滌；重復以上步驟三次。測量三次濾液中SiO2和B2O3的含量，計算提取率，分別相加即得各自提取率。

2.浸出液溶液中硅含量的測定

移取5mL濾液于100mL容量瓶，定容，作為待測液；從待測液中移取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，溶液又變為黃色；立即用HCl標液滴定至紅色30秒不變色，過量2-3mL，記錄HCl標液用量，用NaOH標液滴定至黃色為終點。

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

式中：

VHCl—消耗HCl標液的體積，mL

VNaOH—消耗NaOH標液的體積，mL

CHCl—HCl標液的實際濃度，mol/L

CNaOH—NaOH標液的實際濃度，mol/L

V原液—濾液總體積，mL

MSiO2—SiO2的相對分子質量，mol/L

G—礦樣的質量，g

S—礦樣中SiO2的百分含量

3.浸出液溶液中硼含量的測定

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，溶液變為黃色，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濾，并用熱水淋洗數次，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滴調溶液呈淺粉紅色，加熱至沸趕盡CO2；取下冷卻，滴加NaOH標液至粉紅色褪盡呈亮黃色（不計體積數），加甘露醇1.2g，酚酞10滴，用NaOH標液滴定至紅色不褪去為終點。做空白試驗對照。

含量計算：B%＝TB×（V－VD）×C×100%/G

式中：

TB—與1 mLNaOH標液相當的，三氧化硼的質量，g

V—消耗NaOH標液的體積，mL

VD—滴定空白樣消耗NaOH標液的體積，mL

C—NaOH標液的實際濃度，mol/L

G—礦樣的質量，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溫度、反應時間以及堿礦比。設計單因素試驗分別考察每個因素對于提取率的影響。進行如下的單因素試驗。

（一）反應溫度

固定條件：堿礦比1.75：1，反應時間150分鐘。

改變條件：反應溫度分別為400℃、500℃、550℃、600℃、650℃。

（二）礦堿比

固定條件：反應溫度550℃，反應時間為150分鐘。

改變條件：堿礦比分別為 1：1、1.75：1、2：1、2.5：1。

（三）反應時間

固定條件：反應溫度550℃，堿礦比1.75：1。

改變條件：反應時間分別為：90分鐘、120分鐘、150分鐘、180分鐘。

三、實驗結果與討論

實驗結果示于表1。

表1

（一）反應溫度對提取率的影響

從表1可看出：當溫度達到550 ℃時，硅和硼的提取率達最大，超過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生生燒或過燒現象，導致提取率下降。

（二）堿礦比對提取率的影響

從表1可看出：堿礦比達到1.75：1時，硅和硼的提取率達最大，超過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的硼化鈣。

（三）反應時間對提取率的影響

從表1可看出：反應時間達到150分鐘時，硅和硼的提取率達最大，反應時間較短不能使堿礦充分反應，反應時間較長則生成的偏硼酸鈉吸收二氧化碳生成了碳酸鈉。

四、結論

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

⑶焙燒時間超過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，我們選擇試驗條件溫度550℃，堿礦比1.75：1，時間150分鐘為最佳工藝條件。