高純鋰鹽用硼酸精制提純?cè)囼?yàn)研究

萬凌云

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830000）

前言

硼酸作為含硼功能產(chǎn)品的基本原料，有著廣泛的應(yīng)用[1-3]。國(guó)產(chǎn)工業(yè)硼酸的標(biāo)準(zhǔn)要求在99%以上，但是不同廠家的生產(chǎn)工藝的不同，也導(dǎo)致其雜質(zhì)成分和主含量有較大差別[4-5]，應(yīng)用領(lǐng)域的不同對(duì)硼酸純度的要求不同。本文重點(diǎn)研究高純鋰鹽產(chǎn)品用硼酸的提純工藝，以工業(yè)硼酸為原料進(jìn)行精制提純，重點(diǎn)針對(duì)工業(yè)硼酸中的K、Na、Ca、Mg、Fe 雜質(zhì)進(jìn)行純化，在此基礎(chǔ)上還進(jìn)行了回收率和硼酸對(duì)不銹鋼腐蝕情況的研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料和儀器

試驗(yàn)用的工業(yè)硼酸是由青海某廠提供，主要成分及雜質(zhì)含量見下表1。試驗(yàn)用純水為自制純水。試驗(yàn)設(shè)備主要為強(qiáng)力攪拌，型號(hào)：歐洲之星數(shù)顯；電熱磁力攪拌，型號(hào)：CMG-HS7；平板式離心機(jī)，型號(hào)：LF350。

表1 原料工業(yè)級(jí)硼酸主成分及雜質(zhì)分析

1.2 試驗(yàn)原理和方法

試驗(yàn)通過重結(jié)晶及攪洗、淋洗等方式進(jìn)行提純。硼酸微溶于水，提純時(shí)需要考慮水的液固比量和洗滌對(duì)硼酸的提純的影響。硼酸精制提純的工藝流程圖見圖1。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 液固比的影響

圖1 硼酸精制提純的工藝流程圖

常溫下硼酸微溶于水，隨著溫度和液固比的升高硼酸的溶解度是不斷增大的，以工業(yè)硼酸完全溶清為基準(zhǔn)，在75℃的條件下，考察了不同液固比對(duì)工業(yè)硼酸中的K、Na、Ca、Mg、Fe雜質(zhì)純化的影響。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 工業(yè)級(jí)硼酸提純及檢測(cè)結(jié)果 （單位：ppm）

由表2 可知，試驗(yàn)中重結(jié)晶的液固比為4：1，K、Na、Ca、Mg 的含量明顯降低，符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)e 的含量略微超過標(biāo)準(zhǔn)，重結(jié)晶的液固比為5：1 時(shí)，全部雜質(zhì)元素均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2.2 洗滌方式的影響

為了考察洗滌方式對(duì)硼酸純化的影響，對(duì)重結(jié)晶液固比4：1處理后的物料進(jìn)行了淋洗和攪洗處理，淋洗和攪洗液固比均為1：1，攪洗時(shí)間5min，淋水流量0.76L/min，檢測(cè)結(jié)果如下見表3。

表3 不同洗滌方式的分析結(jié)果 （ppm）

由表3可知，對(duì)重結(jié)晶液固比4：1處理后的物料，在同樣液固比的條件下，攪洗1次后物料質(zhì)量可滿足要求。淋洗效果更為明顯，淋洗后的物料中Mg和Fe的含量低于攪洗一個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)淋濕的操作更為簡(jiǎn)易，利于量產(chǎn)。

2.3 硼酸對(duì)不銹鋼的腐蝕影響

對(duì)已提純過的的硼酸加入4倍質(zhì)量純水，分成3等份，第1份直接煮沸8h，第2份加入304不銹鋼片煮沸8h，第3份加入316L不銹鋼片煮沸，保持3份溶液濃度基本一致，重結(jié)晶后送樣檢測(cè)雜質(zhì)含量見表4。

表4 硼酸對(duì)不銹鋼腐蝕結(jié)果分析

由表4 可知，不銹鋼對(duì)硼酸溶液的雜質(zhì)含量基本無影響，主要可能帶入的雜質(zhì)Fe、Cr、Ni 均在1ppm 以下，可選擇價(jià)格較實(shí)惠的304 不銹鋼作為硼酸量產(chǎn)反應(yīng)容器的材質(zhì)。

2.4 溫度和液固比對(duì)回收率影響

為了考察溫度和液固比對(duì)回收率的影響，進(jìn)行了不同液固比和溫度的雙因素條件試驗(yàn)：試驗(yàn)1：液固比4：1，95℃溶解，冷卻重結(jié)晶；試驗(yàn)2：液固比6：1，72℃溶解，冷卻重結(jié)晶。試驗(yàn)3：液固比5：1，75℃溶解，冷卻重結(jié)晶。試驗(yàn)4：硼酸母液：工業(yè)硼酸=5：1，95℃溶解，冷卻重結(jié)晶。結(jié)晶后物料均進(jìn)行一次淋洗處理，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5 可知，試驗(yàn)1 在低液固比高溫度的條件下，物料最終的雜質(zhì)含量較低，收率中等，試驗(yàn)2在高液固比低溫度的條件下，物料最終的雜質(zhì)含量偏高，收率較低；試驗(yàn)3 在中等液固比低溫度的條件，雜質(zhì)含量中等，收率最高，試驗(yàn)4 在中等液固比高溫度的條件，雜質(zhì)含量較低，收率較低。在液固比5：1，75℃溶解，可以獲得最佳收率，收率可達(dá)98.4%。試驗(yàn)的結(jié)果表明，高溫高液固比，對(duì)于回收率的影響是最為不利，低溫低液固比次之，低溫中等液固比最優(yōu)。

表5 不同液固比和溫度的試驗(yàn)結(jié)果分析 （單位：ppm）

3 結(jié)論

（1）工業(yè)硼酸在溫度75℃、液固比4：1重結(jié)晶，液固比1：1淋洗1次的條件下，主要雜質(zhì)K、Na、Ca、Mg、Fe 可以達(dá)到高純鋰鹽用硼酸的標(biāo)準(zhǔn)，且操作簡(jiǎn)單易于量產(chǎn)。

（2）硼酸對(duì)不銹鋼腐蝕試驗(yàn)的研究表明，不銹鋼對(duì)硼酸溶液的雜質(zhì)含量基本無影響，主要可能帶入的雜質(zhì)Fe、Cr、Ni均在1ppm以下，不引入新的雜質(zhì)。

（3）高溫高液固比，對(duì)于回收率的影響是最為不利，低溫低液固比次之，低溫中等液固比最為有利。主要雜質(zhì)含量合格的條件下，工業(yè)硼酸在液固比5：1，75℃溶解，可以獲得較高收率，收率可達(dá)98.4%。