Технология борной кислоты

Пермский Национальный Исследовательский  Политехнический Университет

Кафедра Технологии Неорганических Веществ

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

 

Технология борной кислоты.

 

 

 

 

 

Выполнил  студент гр. ТНВ-09:             Витовская М.А.

                 Проверил преподаватель:

                                                                                            Островский С.В.

 

 

 

 

 

Пермь, 2012

Оглавление

Введение 4

1. Сырьевая база технологии 5

1.1. Получение борной  кислоты из буры. 6

1.2.Получение борной  кислоты из магниевых боратов. 6

1.3 Производство борной  кислоты из датолитового сырья 9

2. Современное состояние технологии 12

3. Перспективы развития и совершенствование технологии 15

Литература 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Борная кислота (ортоборная кислота) —слабая кислота, имеющая химическую формулу H₃BO₃.Бесцветное кристаллическое вещество в виде чешуек без запаха, имеет слоистую триклинную решетку, в которой молекулы кислоты соединены водородными связями в плоские слои, слои соединены между собой межмолекулярными связями (d= 0,318 нм).

Метаборная кислота (HBO₂) также представляет собой бесцветные кристаллы. Она существует в трех модификациях — наиболее устойчивой γ-НВО₂ с кубической решеткой, β-НВО₂ с моноклинной решеткой и α-НВО₂ с ромбической решеткой.

При нагревании ортоборная кислота теряет воду и сначала  переходит в метаборную кислоту, затем в тетраборную H₂B₄O₇. При дальнейшем нагревании обезвоживается до борного ангидрида.

Водные растворы борной кислоты  являются смесью полиборных кислот общей  формулы Н_3m-2nВ_mО_3m-n.

Борная кислота применяется  во многих отраслях:

• В ядерных реакторах в качестве поглотителя нейтронов, растворённого в теплоносителе.
• Борное удобрение.
• В медицине — как самостоятельное дезинфицирующее средство.
• В фотографии — в составе мелкозернистых проявителей и кислых фиксажей для создания слабой кислотной среды.
• В быту используется для борьбы с тараканами.
• В пищевой промышленности — зарегистрирована как пищевая добавка E284.

1. Сырьевая база технологии

  В природе Борная кислота встречается в виде минерала сассолина, а также в термальных водах и природных рассолах, из которых ее экстрагируют спиртами или смесью полиолов, либо сорбируют неорганическими и органическими сорбентами. При получении Н3ВО3 из природных боратов их разлагают H2SO4 при 100°С и отфильтровывают нерастворимый остаток; фильтрат охлаждают до 15°С, выпавшие при этом кристаллы Н3ВО3 отделяют на центрифугах и сушат при температуре не выше 100°С.

Сырьем для производства борной кислоты в СССР служили, как известно, индерские бораты, содержащие кроме основного вещества, борного ангидрида, значительные количества окисей магния и кальция, а также глину, гипс, известняк и некоторые другие примеси. В соответствии с принятой на наших борнокислотных заводах технологией размолотую руду загружают в реактор, где обрабатывают серной кислотой и оборотными растворами разбавления, образующимися от промывки борной кислоты и шлама. Горячую суспензию из реактора ( реакторную пульпу) передавливают на фильтрпресс, где происходит отделение фильтрата от шлама. Отжатый на фильтр-прессе шлам содержит значительное количество борной кислоты и для ее отмывки репульпируется горячей водой. Полученная в результате репульпации шлама пульпа называется шламовой. Эту пульпу подвергают вторичной фильтрации на ленточных вакуум-фильтрах. Шлам на полотне ленточного фильтра дополнительно промывают водой. Маточные растворы и промывные воды направляют в головной реактор. Фильтрация шламовой, а в особенности реакторной пульп является операцией малопроизводительной и самой трудоемкой из всего процесса производства борной кислоты. При этой операции много рабочих занято тяжелым физическим трудом в атмосфере повышенной влажности и температуры. Кроме того, при фильтрации расходуется очень  много фильтровальных тканей, что сильно удорожает продукцию.

В издержках производства борной кислоты главное место занимают затраты на сырье и энергию, причем стоимость боратовой руды и кислоты ( серной и азотной) составляет 55 - 60 % основных расходов.

1.1. Получение борной кислоты  из буры.

При обработке буры кислотами  образуется борная кислота, например:

Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O = 4H3BO3 + Na2SO4

Кроме серной и соляной  кислот, можно применять и сернистую. В последнем случае через раствор  буры или через водную суспензию  содержащего буру минерала пропускают SO2 .

1.2.Получение борной кислоты  из магниевых боратов.

Ашарит - 2MgO*B2O3*H2O

Ашарит — распространённый минерал эндогенных месторождений  Борных руд и соленосных осадочных  толщ. Главный минерал эндогенных борных руд суанитового, котоитового, людвигитового и других типов. В  Канаде, КНДР и Марокко значительны  его концентрации в серпентинитах. В CCCР известны крупные скопления  Ашарита в галогенных толщах.

Серная кислота - H2SO4

Серная кислота — довольно сильный окислитель, особенно при  нагревании и в концентрированном  виде.

Сульфат магния - MgSO4

Используется как протрава для крашения тканей, отбелке бумаги. Лекарственное средство: слабительное при приеме внутрь, спазмолитическое при инъекционном введении. Используется для производства водостойкого цемента.

 

Магниевые бораты сравнительно легко и полностью разлагаются  серной, соляной, азотной и фосфорной  кислотами. Ашарит трудно и недостаточно полно разлагается сернистым  газом, а двуокисью углерода и  растворами бикарбоната и соды ашарит практически не разлагается. Разложение ашарита и гидроборацита серной кислотой идёт по следующим реакциям:

2MgO*B2O3*H2O + 2H2SO4 + aq = 2MgSO4 + 2H3BO3  + aq

CaO*MgO*3B2O3*6H2O+2H2SO4+aq = CaSO4+MgSO4 +6H3BO3 +aq

Присутствующие в породе примеси, реагируя с серной кислотой, превращаются в сернокислые соли. Скорость разложения ашарита резко  возрастает с повышением температуры  до 80°.

Борную кислоту получают следующим способом. Ашаритовую руду дробят, высушивают при температуре 400° во вращающейся барабанной печи топочным газом, затем размалывают. Боратовую муку разлагают в системе  реакторов с мешалками серной кислотой в течение 1часа при 90-95°. В 1-й реактор одновременно с мукой  подают 75-78%-ную серную кислоту, маточный раствор от кристаллизации борной кислоты, воду и промывную воду. Во избежание  выделения вместе с кристаллами  борной кислоты полуторных окислов  фильтрат, поступающий на кристаллизацию, должен быть слабокислым. Кристаллы  H3BO3  отделяют от маточного раствора  на центрифуге, на которой затем промывают чистой холодной водой-конденсатом. Промывную воду возвращают в реактор. Сушку борной кислоты во вращающейся сушилке с барабаном из нержавеющей стали осуществляют воздухом с температурой 90-100°.Более высокая температура сушки недопустима, так как вызывает потери кислоты и частичный переход её в метаборную кислоту.

Борная кислота способна флотироваться без специальных  реагентов. Суспензия боратовой  руды в маточном растворе после отделения  кристаллов сульфата магния разлагается  серной кислотой при 90-95°. Шлам отделяется и промывается, промывные воды возвращаются на разложение, а концентрированный  раствор охлаждается, причём из него выделяется смесь кристаллов борной кислоты и сульфата магния. При  разделении этой суспензии во флотационной машине борная кислота поступает  в пенный продукт, а сульфат магния-в хвосты.Пенный продукт подвергается нескольким перечисткам, а затем полученная борная кислота репульпируется в промывной воде, отфуговывается, промывается водой и высушивается.

1.3 Производство борной кислоты из датолитового сырья

Датолит при обычных условиях плохо разлагается щелочами, но хорошо сильными минеральными кислотами, такими, как серная, фосфорная, азотная и  соляная. Наиболее целесообразно использовать серную кислоту, так как она позволяет  перевести кальций датолита в  нерастворимый сульфат кальция.

Датолитовая руда разрабатываемого месторождения содержит 45 – 50% основного  минерала датолита. Сопутствующими минералами являются: кальцит (CaCO₃), волластонит (CaO∙SiO₂), гранат (3CaO∙Fe₂O₃ ∙3SiO₂), геденбергит (CaO∙ FeO∙2SiO₂), гизингерит (Fe₂O₃ ∙nSiO₂∙mH₂O), кварц( SiO₂). При взаимодействии с серной кислотой они частично или полностью разлагаются. С целью сокращения расхода серной кислоты на разложение минералов пустой породы, руду обогащают, в результате чего содержание датолита повышается до 72 – 76%.

Таким образом, при разложении датолитового концентрата образуется борная кислота, сульфаты кальция и  железа(3) и гидротированная кремниевая кислота. Сульфат кальция ввиду  его малой растворимости выпадает в осадок, а сульфат железа, борная и кремниевая кислоты переходят  в раствор. Наличие в исходном сырье больших количеств кремниевой кислоты и переход ее в раствор  обуславливает образование геля, поглощающего много воды. В результате этого раствор борной кислоты становится интермицеллярной жидкостью, отделение которой от твердого остатка затруднено.

Для извлечения кислоты студнеобразную массу необходимо подсушить, т.е. вызвать  старение геля. При этом объем геля резко меняется. Практическое применение нашел способ подсушки реакционной  массы. Ввиду способности массы  к налипанию, требуется смешивание ее со значительными количествами подсушечной  массы. Это малоэффективно, так как  существенно снижает производительность сушильного агрегата. По этой причине  от такого способа пришлось отказаться, а разложение концентрата стали  проводить в типовой суперфосфатной камере непрерывного действия.

Благодаря теплоте реакции  концентрата с серной кислотой масса  в камере разогревается до 110 - 125°с. За время пребывания в камере гель частично обезвоживается, стареет, а сама масса затвердевает и вырезается из камеры в виде рассыпчатого продукта. В процессе его выщелачивания образуется удовлетворительно фильтрующаяся суспензия. Но процесс фильтрации ограничен по времени, фильтровальная ткань загипсовывается, происходит это из–за неполной гидратации сульфата кальция. Для завершения гидратации до процесса фильтрования разработан режим выщелачивания, по которому сначала суспензию выдерживают при 45 - 55°с в течении 15 – 60 мин., после чего температуру повышают до 85 - 90 °с.

Комбинацией перечисленных  приемов удается положительно решить основной вопрос сернокислотного способа  переработки датолитового сырья  – отделение борной кислоты от кремниевой и разделение полученного  раствора и гипсо – кремнеземистого  остатка – шлама.

Концентрат упаковывают  в бумажные мешки вместимостью на 50 килограмм и транспортируют в  крытых железнодорожных вагонах  либо в резинокордные контейнеры вместимостью на 2000 килограмм. На предприятии  концентрат поступает в цех борной кислоты по трубопроводу в виде водной суспензии. При производстве борной кислоты применяют серную кислоту  собственного производства, полученную контактным методом, с содержанием H₂SO₄ около 93%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Современное состояние технологии

 

На сегодняшний день в СНГ  существует 3 крупнейших производителя  борной кислоты.

1. ЗАО Горно-химический комбинат "Бор" (Дальнегорск, Приморский  край, РФ)

2. ОАО "Южно-Уральский криолитовый  завод" (Кувандык, Оренбургская обл., РФ)

3. ОАО "Индербор" (Атырауская  обл., Республика Казахстан)

Технические характеристики борной кислоты.

Наименование показателя	Марка А	Марка Б	Марка В
1. Внешний вид	Мелкий кристаллический  сыпучий порошок белого цвета
2. Массовая доля, %:
борной кислоты (H3BO3), %, не менее	99,9	99,90	99,6
хлоридов (Сl–), %, не более	0,0001	0,001	-
сульфатов (SO42-), %, не более	0,0005	0,008	0,2
железа (Fe), %, не более	0,0002	0,0005	0,002
тяжелых металлов (Pb), %, не более	0,0005	0,001	0,001
остатка, не растворимого в  воде, %, не более	Должна выдерживать испытание	0,005	0,01
кальция (Ca), %, не более	0,001	0,005	-
мышьяка (As), %, не более	0,0001	0,0002	–
фосфатов (PO43-), %, не более	0,001	0,001	–