高纯硼酸制备过程中的结晶动力学

时间：2025-04-04

第８卷第６期过程工程学报

、，０１．８ＮＯ．６２００８年ｌ２月

ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｄｅｃ．２００８

高纯硼酸制备过程中的结晶动力学

龚殿婷，

李凤华，

樊占国，

刘素兰

（东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳Ｉ１０００４）

摘要：采用ＨＣｌ气体液相酸化硼砂的中和反应，并结合重结晶法与离子树脂交换法，制备了高纯Ｈ３８０３产品．实验考察了Ｈ３８０３－ＮａＣＩ—Ｈ２０体系中溶液过饱和度、结晶温度、结晶时间、搅拌速度及溶液中所含杂质等因素对Ｈ３８０３结晶过程的影响．结果表明，溶液浓度为１８．２６％、结晶温度为１０℃、结晶时间为４８０ｍｉｎ、搅拌速度为３００ｒ／ｒａｉｎ，并选取适当的降温方式有利于Ｈ３８０３析晶，结晶率大于８３％，晶体呈细小颗粒状，体系中所含的ＮａＣｌ杂质促进了Ｈ３８０３析晶．由实验数据得到该体系中Ｈ，ＢＯ，的结晶动力学曲线，并建立了结晶动力学方程，结晶反应级数为２．关键词：硼酸；结晶；动力学；影响因素中图分类号：ＴＱ０１３．２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００９－６０６Ｘ（２００８）０６－１１５８－０５

１前言

上海国药集团），实验所用水为去离子水．７８ＨＷ－Ｉ恒温磁力电动搅拌器（江苏金坛市环宇科学仪器厂），溶液结晶操作简单、分离效率高、产品纯度高、成ＴＨＤ．０５１５低温恒温槽（宁波天恒仪器厂），ＧＥＮＩＵＳ．５Ｋ本低，在精细化工、冶金工业、材料工业、特别是超纯台式低速离心机（长沙市鑫奥仪器仪表有限公司），物质的净化分离中应用广泛【ｌ】．Ｈ３８０３是一种多功能重ＤＺＦ．６０２０真空干燥箱（上海博迅实业有限公司），要无机化工原料，在国民经济及工农业生产中占重要地ＰＨＳ．３Ｃ雷磁数字酸度计（上海申光仪器仪表有限公司），位．近年来，我国大量进口Ｈ３８０３，其纯度、形态、级真空吸滤装置，石英砂漏斗，冷凝回流装置，密度计等．

别等各项指标均远高于国内产品【２】．高纯Ｈ３８０３用作高２．２实验方法

纯试剂及生产各种高纯Ｈ３８０３盐晶体，在高科技领域应按质量比２：ｌ称取Ｈ３８０３和ＮａＣｌ，加入８０ｍＬ去用较广．核工业中大都使用核级天然Ｈ３８０３代替同位素离子水，搅拌加热至９５℃左右．采用冷凝同流装置，直。ｏＢ作为中子慢化剂、捕集剂和冷却剂，并且用量很大１３】．至溶质全部溶解，然后用石英砂漏斗趁热快速过滤，过目前国内Ｈ３８０３产品不能满足国防科技核级Ｈ３８０３的滤时保证无Ｈ３８０３晶体析出．之后将结晶液放入密闭装纯度和杂质指标要求．从工艺控制方面提高产品的结晶置，于低温恒温槽中冷却结晶．离心分离后真空吸滤，完整性、减少杂质吸附，对提高Ｈ３８０３的级别非常重要．

将结晶的Ｈ３８０３置于真空干燥箱中烘干，得到Ｈ３８０３制备硼砂的酸化中和法又称两步法，是国内外传统晶体．实验中选取连续不同的结晶时间，测定每个结晶的Ｈ３８０３生产方法【４卅．采用ＨＣＩ气体液相酸化硼砂，时间下Ｈ３８０３结晶后母液中剩余Ｈ３８０３与ＮａＣｌ的浓度反应后溶液主要为Ｈ３８０３—ＮａＣｌ－Ｈ２０体系．将结晶的粗及母液的ｐＨ值、密度，并计算每个结晶时间下Ｈ３８０３品Ｈ３８０３经重结晶和离子交换吸附得到Ｈ３８０３成品．溶的结晶率．

质从溶液中结晶需要经历２个步骤：晶核生成与晶体生２．３分析方法

长，过饱和溶液中先生成一定数量的晶核，在晶核的基Ｈ３８０３分析采用甘露醇络合，再以ＮａＯＨ标准溶础上成长为晶体．影响整个结晶过程的因素很多，如溶液进行滴定；ＮａＣｌ分析用Ｋ２Ｃｒ０４作指示剂，采用硝液的过饱和度、结晶温度与时间、搅拌速度及溶液中的

酸银沉淀滴定法，母液的ｐＨ值和密度分别用酸度计杂质等…们．本工作对Ｈ３８０３－ＮａＣＩ—Ｈ２０体系中Ｈ３８０３

和密度计测定．

结晶的影响因素及其结晶动力学进行了研究．

３结果与讨论

２

实验

３．１溶液浓度对Ｈ。Ｂ０。结晶的影响

２．１试剂与仪器设备

溶液浓度是结晶动力过程的推动力，结晶学中常将Ｈ３８０３（分析纯，沈阳第三试剂厂），ＮａＣＩ（分析纯，

浓度用过饱和度表示．结晶速度随溶液过饱和度的增加