本發明涉及無機化學技術領域，進一步涉及硼酸的規模化生產方法，具體涉及一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法。
背景技術：
鈉硼解石是硼酸鹽礦物，它產在干旱地區，是沉積物和火山碎屑中的硼被水沖刷分解出來后形成的。鈉硼解石的晶體是無色透明的，具有玻璃狀的光澤。其純品的化學式為NaCa[B3B2O7(OH)4]·6H2O，理論組成約為：Na2O 7.65％，CaO 13.85％，B2O3 42.95％，H2O 35.55％。微觀狀態下呈三斜晶系，a0＝0.881nm，b0＝1.286nm，c0＝0.668nm，α＝90°15'，β＝109°10'，γ＝105°05'；Z＝2。
天然狀態下鈉硼解石礦普遍以晶體的集合體狀態存在，除了鈉硼解石之外，還混有其他礦物成分，常與石鹽、芒硝、石膏、天然堿、鈉硝石以及硼砂、柱硼鎂石、水方硼石、庫水硼鎂石、板硼鈣石等共生，從而形成不同的色澤和晶形。
硼酸是一種一種重要的工業原料，廣泛用于玻璃、搪瓷、陶瓷、醫藥、冶金、皮革、染料、農藥、肥料、紡織等工業。現有技術中硼酸的制備方法主要包括以下幾類，
1、硼砂硫酸中和法：將硼砂濾去雜質，放入酸解罐，于90℃時加入當量硫酸，使溶液在pH2～3時進行反應。反應完成液經冷卻、結晶、分離、干燥后制得硼酸成品。反應原理：Na2B4O7+H2SO4+5H2O→4H3BO3+Na2SO4
2、碳氨法：將焙燒后的硼礦粉與碳酸氫銨混合，在浸取釜內加熱物料至140℃、壓力1.5～2.0Mpa反應4h左右，放出剩余氣體，經吸氨塔將氨回收，當溫度降至110℃時即可放料。經過濾機過濾洗滌后，排除廢渣，溶液送入蒸氨塔進行脫氨，可回收氨水。當蒸至氨硼比低于0.04(摩爾比)時再經濃縮、冷卻、結晶、分離、干燥后，制得硼酸產品。
反應原理：2MgO·B2O3+2NH4HCO3+H2O→2(NH4)H2BO3+2MgCO3(NH4)H2BO3→H3BO3+NH3
3、鹽酸法：將硼礦粉用母液和水調配至適當濃度后，送入酸解罐，徐徐加入鹽酸到指定的酸量后，攪拌一定時間，再升溫至95～100℃，反應2h，然后過濾，棄去濾渣，濾液經冷卻、結晶、離心分離、水洗、干燥、包裝，制得硼酸產品。
反應原理：2MgO+B2O3+4HCl+H2O→2H3BO3+2MgCl2
4、井鹽鹵水鹽酸法：由含硼鹵水與鹽酸一起蒸煮，再經脫水、冷卻結晶、離心分離、干燥，制得硼酸成品。重結晶法將工業硼酸溶于蒸餾水中，經除雜，提純，過濾，結晶，離心分離，干燥。
綜上所述，現有技術中硼酸的制備方法、尤其是硼酸的規模化制備方法普遍以硼硅酸鹽礦物、硼鋁硅酸鹽礦物和硼酸鹽礦物為原料，盡管有少量研究旨在開發以鈉硼解石礦為原料的硼酸生產方法，但其工藝水平較為低下，在產物純度、收率、工藝長度等方面扔不理想，此外，由于鈉硼解石礦成分多變，雜質含量較高，而現有技術的制備方法缺乏普適性，因此需要針對不同批次礦物的具體成分做工藝微調，從而影響了制備效率。
技術實現要素：
本發明旨在針對現有技術的技術缺陷，提供一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法，以解決現有技術中缺乏一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法的技術問題。
本發明要解決的另一技術問題是現有技術中以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法制備效率較低。
本發明要解決的再一技術問題是現有技術中以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法產物收率較低。
本發明要解決的又一技術問題是現有技術中以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法需要根據礦物具體成分調整工藝條件。
為實現以上技術目的，本發明采用以下技術方案：
一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法，包括以下步驟：
1)取粉末狀鈉硼解石礦與濃硫酸混合，在95～105℃范圍內反應；
2)固液分離取上清液；
3)將步驟2)所述上清液冷卻結晶；
4)固液分離取沉淀；
5)取步驟4)所述沉淀物，干燥，即得到硼酸產物。
作為優選，步驟1)所述的反應溫度為100℃。
作為優選，步驟1)中在95～105℃范圍內反應完全再執行步驟2)。
作為優選，步驟1)中反應時間為8～10h。
作為優選，步驟1)中反應過程中，粉末狀鈉硼解石礦與濃硫酸混合物處于攪拌狀態。
作為優選，步驟2)所述的固液分離是利用板框過濾器過濾。
作為優選，步驟3)所述冷卻結晶的過程中調整pH使溶液pH自始至終的變化范圍不超過0.5。
作為優選，步驟4)獲得沉淀物后，先對沉淀物進行水洗，而后再對沉淀物進行干燥。
作為優選，還包括步驟6)：收集步驟4)水洗后的洗液，對其重新執行步驟2)～步驟5)。
作為優選，步驟5)所述的干燥是利用盤式干燥機實現的。
在以上技術方案中，步驟1)中濃硫酸與鈉硼解石礦粉末應當盡可能充分接觸、并盡可能充分反應。步驟2)中的固液分離步驟主要用于去除礦物中帶有的CaSO4·2H2O、CaSO4·MgSO4復合鹽及泥沙等，在固液分離取上清的基礎上還可以對沉淀物進行洗滌，并將洗液返回至上清液中從而盡可能降低硼的損耗。步驟3)中的冷卻結晶步驟用于析出硼酸粗產物，過程中觀察其在不同溫度下pH值變化，適當調整pH，有助于使產品的顆粒度、凈白度得到更好的控制。步驟4)的固液分離步驟用于收集固態的硼酸粗產物，水洗粗產物并將洗液返回至第一道工序有助于提升收率。步驟5)采用盤式干燥機干燥硼酸具有較高的干燥效率。本發明根據鈉硼解石礦的成分特點開發了具有較高產率的硼酸制備方法，該方法操作簡便，成品純度高，且無需根據雜質種類、含量調整工藝條件，尤其適合萬噸級以上的規模化生產。
附圖說明
圖1是本發明實施例1的工藝流程圖。
具體實施方式
以下將對本發明的具體實施方式進行詳細描述。為了避免過多不必要的細節，在以下實施例中對屬于公知的結構或功能將不進行詳細描述。除有定義外，以下實施例中所用的技術和科學術語具有與本發明所屬領域技術人員普遍理解的相同含義。
實施例1
1、鈉硼解石礦原料成分分析
鈉硼解石礦呈粉末狀，檢測其成分含量如下：B2O3 32.94％，CaO 12.67％，MgO 1.03％，Cl 5.22％，水分16.73％。
其中酸不溶物含量為4％，以推理計算礦物大致組成如下：NaCaB5O9·8H2O含量76.6％，MgCl 2.44％，CaCO3 3.75％，NaCl 5.61％，游離水7.6％(與測量值差16.73％-7.6％＝9.13％，實為結晶水在105℃或110℃被脫出)。
礦物中CaO在此處都以NaCaB5O9·8H2O及CaCO3形式存在推算實際上也有可能以CaCl2或CaSO4·2H2O形式存在，但根據產生氣泡(膠體時)情況，CaCO3肯定是主要形式。
2、一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法，包括以下步驟(工藝流程如圖1所示)：
1)酸解：采用濃硫酸與原礦粉在100℃左右充分反應。
2)采用板框過濾將CaSO4·2H2O及CaSO4·MgSO4復合鹽及泥沙去除，然后洗滌使棄渣含硼量達到合理損耗。
3)冷卻結晶：將過濾液體在搪瓷罐中冷卻結晶，觀察其在不同溫度下PH值變化，適當調整PH，使產品的顆粒度白度得到有效控制。
4)過濾洗滌：將結晶物料通過離心機離心出來，適當采用洗水，母液回到第一道工序循環往復使用。
5)干燥：通過盤式干燥設備處理H3BO3，達到合格產品。
通過上述過程，經過幾年的努力已經形成年產2萬噸的能力。更重要的是為國內硼酸的制造方式又增加一條途徑，增強了國產硼酸的制造能力
實施例2
一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法，包括以下步驟：
1)取粉末狀鈉硼解石礦與濃硫酸混合，在95～105℃范圍內反應；
2)固液分離取上清液；
3)將步驟2)所述上清液冷卻結晶；
4)固液分離取沉淀；
5)取步驟4)所述沉淀物，干燥，即得到硼酸產物。
在以上技術方案的基礎上，滿足以下條件：
步驟1)所述的反應溫度為100℃。
步驟1)中在95～105℃范圍內反應完全再執行步驟2)。
步驟1)中反應時間為8～10h。
步驟1)中反應過程中，粉末狀鈉硼解石礦與濃硫酸混合物處于攪拌狀態。
步驟2)所述的固液分離是利用板框過濾器過濾。
步驟3)所述冷卻結晶的過程中調整pH使溶液pH自始至終的變化范圍不超過0.5。
步驟4)獲得沉淀物后，先對沉淀物進行水洗，而后再對沉淀物進行干燥。
還包括步驟6)：收集步驟4)水洗后的洗液，對其重新執行步驟2)～步驟5)。
步驟5)所述的干燥是利用盤式干燥機實現的。
實施例3
一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法，包括以下步驟：
1)取粉末狀鈉硼解石礦與濃硫酸混合，在95～105℃范圍內反應；
2)固液分離取上清液；
3)將步驟2)所述上清液冷卻結晶；
4)固液分離取沉淀；
5)取步驟4)所述沉淀物，干燥，即得到硼酸產物。
在以上技術方案的基礎上，滿足以下條件：
步驟1)所述的反應溫度為100℃。
步驟1)中在95～105℃范圍內反應完全再執行步驟2)。
步驟2)所述的固液分離是利用板框過濾器過濾。
步驟3)所述冷卻結晶的過程中調整pH使溶液pH自始至終的變化范圍不超過0.5。
步驟5)所述的干燥是利用盤式干燥機實現的。
實施例4
一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法，包括以下步驟：
1)取粉末狀鈉硼解石礦與濃硫酸混合，在95～105℃范圍內反應；
2)固液分離取上清液；
3)將步驟2)所述上清液冷卻結晶；
4)固液分離取沉淀；
5)取步驟4)所述沉淀物，干燥，即得到硼酸產物。
在以上技術方案的基礎上，滿足以下條件：
步驟1)中在95～105℃范圍內反應完全再執行步驟2)。
步驟2)所述的固液分離是利用板框過濾器過濾。
步驟3)所述冷卻結晶的過程中調整pH使溶液pH自始至終的變化范圍不超過0.5。
實施例5
一種以鈉硼解石礦為原料制備硼酸的方法，包括以下步驟：
1)取粉末狀鈉硼解石礦與濃硫酸混合，在95～105℃范圍內反應；
2)固液分離取上清液；
3)將步驟2)所述上清液冷卻結晶；
4)固液分離取沉淀；
5)取步驟4)所述沉淀物，干燥，即得到硼酸產物。
以上對本發明的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明。凡在本發明的申請范圍內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。