Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

Получение буры из борной кислоты

Процесс основан на реакции

Na2C03 + 4Н3ВО3 = Na2B407 - f С02 + 6Н20

В реакторе, снабженном мешалкой, приготовляют раствор соды, нагревают его до 95—100° и загружают борную кислоту. Во избежание выброса раствора из-за сильного вспенивания, обуслов­ленного выделением углекислого газа, борную кислоту добавляют небольшими порциями. Соотношение между загружаемыми компо­нентами должно быть таким, чтобы полученный раствор содержал 14—20% Na2B407 и 0,5—1,0% Na2C03. Избыток соды затрудняет в дальнейшем отмывку буры и увеличивает количество промывных вод; недостаток соды уменьшает выход В203 в буру (часть В203 переходит в более растворимые соли) и затрудняет ее кристалли­зацию. На 1 т буры расходуют 0,65 г технической борной кислоты и 0,307 т кальцинированной соды.

После 30-минутного нагревания при 100° раствор отделяют от шлама — нерастворимых загрязнений, попавших из сырья, и на­правляют для охлаждения от 90° до 15—20° в кристаллизаторы, где из него кристаллизуется бура Na2B407 • ЮН20. Кристаллы буры отделяют от маточного раствора на центрифуге. Здесь же их промывают водой. Маточный раствор и промывные воды возвра­щают в реактор на растворение соды. Вследствие этого в растворе накапливается сульфат натрия, образующийся из содержащегося в сырой борной кислоте сульфата магния:

MgS04 + Na2C03 = Na2S04 + MgC03

На рис. 104 приведены некоторые изотермы системы Na2B407— Na2S04—Н20 (сплошные линии) 157 и изотермы 15 и 35° той же

Системы в присутствии 1,5% Na2C03 (пунктирные линии). Влияние такого количества соды не существенно. Накопление же сульфата натрия может привести к загрязнению буры мирабилитом. При 25° в эвтоническом растворе содержится 21,9% Na2S04. В присутствии примеси Na2C03 и NaCl эта концентрация несколько понижается. Если раствор буры при кристаллизации охлаждается до 25°, то практически недопустимо содержание в исходном растворе больше 12% Na2S04; при этом в маточном растворе не должно быть боль­ше 20% Na2S04. Чем больше в растворе Na2S04, тем выше должна

24

Быть конечная температура кристаллизации буры. Следовательно, часть маточного раствора должна выводиться из цикла. Кроме того, в присутствии в растворе более 2,5% Na2S04 образующиеся кристаллы буры уменьшаются в размере,57>,5Э. Удовлетворитель­ные по размерам кристаллы буры получаются, если в исходном растворе, содержащем 1,5% Na2C03 и 0,5 % NaCl, не больше 5% Na2S04; маточный раствор при этом не насыщен сульфатом нат­рия— он содержит ~8% Na2S04. В выводимом из цикла маточ­ном растворе содержится 1,3—1,7% Na2B407. А. А. Соколовским разработан способ, позволяющий возвратить этот раствор в цикл после извлечения большей части Na2S04. Этот способ заключается в переводе содержащегося в растворе тетрабората в более раство­римый пентаборат натрия, в выпарке раствора и кристаллизации из него сульфата натрия; обедненный сульфатом раствор, содер­жащий В203 в форме пентабората, может быть возвращен в цикл.

На рис. 105 показана изотерма 30° системы Na20—В203—Н20. Линия АБ — растворимость пентабората натрия Na2B10Oi6 • ЮН20 или Na20 • 5В20з-ЮН20; растворимость тетрабората имеет мини­мум в точке В. С более щелочными растворами в равновесии нахо­дятся метабораты натрия Na20 • В203 • 8Н20 и Na20 • В203 • 4Н20. Перевод тетрабората в пентаборат добавкой к раствору борной кис­лоты неприемлем, так как состав полученного раствора неблаго­приятен для кристаллизации из него сульфата натрия. Этот перевод можно осуществить добавкой к раствору такого количества серной

Ео-

Кислоты, которое требуется для нейтрализации Na2C03 и перевода буры в пентаборат натрия; при этом содержание Na2S04 в растворе увеличивается. После выпарки раствора до достижения концентра­ции Na2S04 23—24%, при охлаждении до 20° выкристаллизовы­вается мирабилит Na2S04-10H20 (рис. 106) 160. Выход сульфата натрия (50—60%) зависит от начального состава маточного рас­твора и может быть увеличен до 80% и более путем повторения операций с добавкой к вторичному маточному раствору после выде­ления мирабилита новых порций исходного маточного раствора.

Недостатком описанного выше процесса получения буры из бор­ной кислоты является его периодичность. Наибольшие трудности при переходе на непрерывный процесс вызывает кристаллизация буры. Применяемые на заводах периодически действующие кри­
сталлизаторы представляют собой резервуары с мешалками, охла­ждаемые водой через металлические стенки или с помощью змее - виков. Они требуют частой чистки от налипающих кристаллов - и малопроизводительны. Попытка применения вакуум-кристаллиза­торов оказалась неудачной вследствие обильного вспенивания в - них растворов буры и переброса пены в коммуникации. Образова­ние пены объясняется выделением С02 при взаимодействии буры, с остатками соды:

Na2B407 + Na2C03 = 4NaB02 + С02

Метаборат натрия образуется медленно, и для полного завер­шения этого процесса с образованием непенящегося раствора буры требуется длительное время. Кроме того, работа с раство­ром, содержащим вместо небольшого избытка соды эквивалентное - ему количество метабората, нецелесообразна из-за ухудшения, условий кристаллизации буры и увеличения содержания В20з в ма­точном растворе. Поэтому важной задачей является разработка конструкции непрерывно действующего кристаллизатора с водя­ным охлаждением или вакуумного типа, пригодного для пеняще­гося раствора. •

При производстве буры из датолитового сырья для реакции с содовым раствором можно использовать не кристаллическую - борную кислоту, а получаемый при кислотном разложении датоли - тов раствор борной кислоты, так как он не содержит сульфата магния. (Таким образом исключаются стадии кристаллизации Н3В03 и ее медленного растворения в содовом растворе). Оба раствора можно одновременно подавать в реактор непрерывного действия; после 30—60-минутного перемешивания в реакторе при 95—100° и контрольной фильтрации раствор буры должен в этом случае подвергнуться выпарке для удаления избытка воды, после чего может быть направлен на политермическую кристаллизацию.