核电级高纯硼酸的制备工艺探讨 霍松岷（中国核动力研究设计院，四川成都６１００４１） 摘要：硼酸属于无机化工原料，广泛应用于工业各领域，但 度为５０℃，反应ｐＨ值为６．０－６．５ｌ一次转化反应温度为７０ｑＣ，反 是长期受到制备工艺技术的，尚难以满足核电工业的要 应ｐＨ值为２．０－３．０。 求，因此，重视核电级高纯硼酸制备工艺的研究具有重要的现 １．３制备工艺流程设计 实意义。本文基于传统工业硼酸生产工艺，对核电级高纯硼酸 制备核电级高纯硼酸过程中，会在一次转化反应和二次转 制备工艺进行优化，并对其可行性及经济价值进行探讨，以期 化反应中各产生一部分母液，为节约资源和缩减成本，应对这 能够为该项技术的产业化提供一定的指导。 关键词：工业硼酸；核电及级硼酸；纯度；可行性 两部分的母液加以循环利用，但要想确保产品的纯度，就必须 对母液循环次数对产品纯度产生的影响进行分析，确定最优母 近年来，随着我国高新科技的不断发展，对高纯硼酸的需 液循环次数 。通过以往实验对产品中Ｃａ、Ｐｂ、Ｆ、ｓ０４２一、ｃｒ的含 求正在不断增多，同时对硼酸的纯度也提出了更高的要求，就 量的对比分析，将一次转化母液循环利用次数确定为３次，二次 核工业而言，硼酸主要用于核电站水冷反应堆的中子屏蔽，对 转化母液循环利用次数确定为４次。纯化工艺流程为：将工业 纯度的要求在９９．９９％以上，而国产硼酸因受技术条件的， 硼酸溶解于高纯水中，固液比为１：４－９．５，先在溶料罐中加热溶 还很难达到这一要求，为解决国内Ｅｔ趋增大的核电级高纯硼酸 解，温度控制在３５－９０￣Ｃ；再放入反应罐中并加入一次转化助 市场需求，提高该类产品的附加值，有必要对当前高纯硼酸制 剂，反应温度为５０℃之间，得到ｐＨ为６．０－６．５溶液后停止反应； 备工艺进行优化，形成更具可行性和经济价值的核电级高纯硼 经恒温过滤，温度保持在５０￣Ｃ左右，然后冷却并结晶；待完全结 酸制备工艺技术体系。 晶后进行离心分离，对液相进行循环再利用，对固相进行烘干， １制备工艺优化 １．１传统实验方法 传统实验所用试剂包括工业级硼酸，电子级高纯水以及一 获得高纯硼酸晶体，并继续完成循环利用过程。 ２工艺可行性分析 核能是目前可以进行大规模发展的替代性能源，随着我国 次和二次转化助剂（均为分析纯）；仪器包括磁力搅拌器、高纯 核电产业的扩大化，其对高纯硼酸的需求量与日俱增，从环境 水制备仪、电子天平、离子体原子发射光谱、离子色谱和真空干 效益来看，对核电级高纯硼酸制备工艺进行优化，可促使溶剂 燥箱，实验流程为：将工业硼酸溶解于高纯水中，加热温度控制 等原料实现循环再利用，减轻产品生产对环境造成的危害；从 在６０－９０￣Ｃ，在滤液中加入一次转化助剂，反应温度控制在３５－ 经济效益来看，有助于降低产品的生产成本，与传统制备工艺 ９Ｏ℃之间，得到ｐＨ为５．５—１０．５的溶液，经恒温过滤，冷却并结 相比，其成本优势和环境效益尤为明显，而且通过循环利用，也 晶，离心分离晶体后获得中间产物晶体；再将获得产物溶解干 可增加产品的附加值，其在环境和经济方面均具有可行性，该 高纯水中，加热温度控制在３５－１００￣Ｃ；在滤液中加入二次转化 生产工艺值得加以推广和广泛应用 。 助剂，搅拌４０ｍｉｎ左右，得到ｐＨ为１．０－５．０的溶液，冷却重结晶， 离心分离晶体并循环使用母液，最终获得高纯硼酸产品 。 ３结语 综上所述，通过对工业硼酸纯化的工艺流程以及该过程中 １Ｉ２最佳工艺条件确定 的影响因素进行分析，在此对核电级高纯硼酸制备工艺进行优 为确定核电级高纯硼酸制备工艺所需最优工艺条件，需对 化，重新设计了核电级高纯硼酸制备的工艺流程，无论是从环 传统制备工艺进行优化，首先用进行一组正交实验设计，一般 境效益还是经济效益来看，都具有很强的可行性，关于该项技 情况下，各因素对工业硼酸除钙效果的影响程度以二次转化反 术产业化的研究还有待进一步探讨，希望能够起到一定的借鉴 反应ｐＨ值最为显著，在中间产物二次转化反应过程中，ｐＨ值的 作用。 降低对提高金属杂质的溶解度以及产品的纯度比较有利，但是 随着加入量的逐渐增大，其自身所携带的杂质也会增多，并随 晶体一同析出，进而会影响到产品的纯度。实验证实，二次转 参考文献： ［１］龚殿婷，李风华，樊占国，等．高纯硼酸的制备及其影响因 素［Ｊ］．中南大学学报（自然科学版），２０１０，ｌｌ（５）：１７５６—１７６０． 化反应温度在５０℃时，硼酸的除钙效果最为理想，由此在钙的 ［２］潘欣艾．光电，核电级高纯硼酸的制备及结晶形貌研究 极差分析基础上，即可将最佳工艺条件确定为Ａ４Ｂ２Ｃ４Ｄ２：一次 ［Ｄ］．大连理工大学，２０１１． 转化反应温度为５０￣Ｃ，反应ｐＨ值为６．０－６．５；一次转化反应温度 ［３】王浩宇．高纯硼酸及其钠盐和锌盐的制备和表征［Ｄ１．大连 为５０℃，反应ｐＨ值为２．０－３． 。同样，在铅的极差分析基础上， 理工大学，２０１２． 即可将最佳工艺条件确定为Ａ１Ｂ２Ｃ１Ｄ４：一次转化反应温度为 ［４］潘欣艾，叶俊伟，王浩宇，等．络合结晶法制备高纯硼酸的 ８０℃，反应ｐＨ值为６．０—６．５ｌ一次转化反应温度为８０℃，反应ｐＨ 研究［Ｊ］．无机盐工业，２０１ １。１０（３）：１８—２１． 值在１．０以下。通过对硼酸晶体中钙和铅含量的综合考察，在 此将核电级高纯硼酸的制备工艺条件确定为：一次转化反应温 ２０１５年６月托蒜 蹿Ｊ ２０１
