碱熔法焙烧硼精矿提取硼和硅

寇金鑫 邓玉菡 刘烨华

（大连华信理化检测中心有限公司，辽宁 大连 116000）

一、实验部分

（一）实验原理

硼精矿和碱经过混合、焙烧后，大部分硅和硼以可溶盐形式溶出，此时为固体，对其淬冷，捣碎过滤。硼和硅以化合物形式存在于滤液中。涉及主要化学反应：

（二）实验方法

1.实验内容

以硼精矿为原料，加入烧碱混匀至不锈钢坩埚，放入马弗炉焙烧一定时间后，加入100 mL蒸馏水进行水淬，后加热煮沸，过滤，滤液冷却待测，滤渣二次洗涤；重复以上步骤三次。测量三次滤液中SiO2和B2O3的含量，计算提取率，分别相加即得各自提取率。

2.浸出液溶液中硅含量的测定

移取5mL滤液于100mL容量瓶，定容，作为待测液；从待测液中移取5mL试样于300mL锥形瓶中，加50mL蒸馏水，10滴甲基红；用盐酸滴定由黄色至微红色，加入3gNaF，摇匀，溶液又变为黄色；立即用HCl标液滴定至红色30秒不变色，过量2-3mL，记录HCl标液用量，用NaOH标液滴定至黄色为终点。

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

式中：

VHCl—消耗HCl标液的体积，mL

VNaOH—消耗NaOH标液的体积，mL

CHCl—HCl标液的实际浓度，mol/L

CNaOH—NaOH标液的实际浓度，mol/L

V原液—滤液总体积，mL

MSiO2—SiO2的相对分子质量，mol/L

G—矿样的质量，g

S—矿样中SiO2的百分含量

3.浸出液溶液中硼含量的测定

取5mL滤液于100mL容量瓶定容。取稀释液5mL于烧杯中，加1滴甲基红，溶液变为黄色，再用1：4HCl溶液中和使溶液刚好变红；将碳酸钙用去离子水调成糊状，取一药勺至烧杯，加热微沸10分钟，用中速定量滤纸趁热过滤，并用热水淋洗数次，滤液盛接于250 mL锥形瓶；加1滴甲基红，溶液为浅黄色，加1：4HCl 1~2滴调溶液呈浅粉红色，加热至沸赶尽CO2；取下冷却，滴加NaOH标液至粉红色褪尽呈亮黄色（不计体积数），加甘露醇1.2g，酚酞10滴，用NaOH标液滴定至红色不褪去为终点。做空白试验对照。

含量计算：B%＝TB×（V－VD）×C×100%/G

式中：

TB—与1 mLNaOH标液相当的，三氧化硼的质量，g

V—消耗NaOH标液的体积，mL

VD—滴定空白样消耗NaOH标液的体积，mL

C—NaOH标液的实际浓度，mol/L

G—矿样的质量，g

二、单因素控制变量

影响碱熔法提取二氧化硅和硼砂的重要因素有反应温度、反应时间以及碱矿比。设计单因素试验分别考察每个因素对于提取率的影响。进行如下的单因素试验。

（一）反应温度

固定条件：碱矿比1.75：1，反应时间150分钟。

改变条件：反应温度分别为400℃、500℃、550℃、600℃、650℃。

（二）矿碱比

固定条件：反应温度550℃，反应时间为150分钟。

改变条件：碱矿比分别为 1：1、1.75：1、2：1、2.5：1。

（三）反应时间

固定条件：反应温度550℃，碱矿比1.75：1。

改变条件：反应时间分别为：90分钟、120分钟、150分钟、180分钟。

三、实验结果与讨论

实验结果示于表1。

表1

（一）反应温度对提取率的影响

从表1可看出：当温度达到550 ℃时，硅和硼的提取率达最大，超过550 ℃，硅的提取率不再随温度升高而变化，硼的提取率随温度升高而降低。温度较低或较高使矿样发生生烧或过烧现象，导致提取率下降。

（二）碱矿比对提取率的影响

从表1可看出：碱矿比达到1.75：1时，硅和硼的提取率达最大，超过1.75：1，硅的提取率不再随碱矿比的升高而变化，硼的提取率随碱矿比的升高而降低，这是由于生成了大量不易与碱反应的硼化钙。

（三）反应时间对提取率的影响

从表1可看出：反应时间达到150分钟时，硅和硼的提取率达最大，反应时间较短不能使碱矿充分反应，反应时间较长则生成的偏硼酸钠吸收二氧化碳生成了碳酸钠。

四、结论

⑴焙烧温度为550℃时的提取率很明显优于其他温度。⑵提取率与样品中的碱量成正比。

⑶焙烧时间超过150分钟提取率不再上升。

⑷考虑到能源和成本，综合硼和硅的提取率变化情况，我们选择试验条件温度550℃，碱矿比1.75：1，时间150分钟为最佳工艺条件。