硼矿化学加工(卷名：化工)
chemical processing of borate mineral
硼矿是无机盐工业的重要原料，有水溶性和水不溶性两类。硼矿加工是先制取硼砂和硼酸，由硼砂和硼酸可制造一系列硼化合物及元素硼（图1）。
已知硼矿（见彩图）有150多种，其中重要的有天然硼砂矿(Na2O·2B2O3·10H2O)，主要产于美国、中国；硬硼钙石(2CaO·3B2O3·10H2O)，主要产于土耳其;硼镁石(2MgO·B2O3·H2O)，主要产于苏联、中国等。中国的硼矿资源主要分布在青藏高原的盐湖及辽东半岛的营口、凤城、宽甸、集安一带。世界硼酸盐矿的储量约有355～748Mt，分布很集中，仅美国和土耳其就占世界总储量的95％左右。1981年世界硼矿的开采量为2460kt，其中美国为1340kt，是世界最大的硼矿开采国，土耳其为700～750kt，居世界第二位。
硼矿化学加工的研究始于18世纪初。1702年，G.霍姆贝用天然硼砂矿与硫酸亚铁反应首先制得了硼酸。1728年L.莱默里、1732年C.T.杰弗里分别通过加热硼砂和酸的水溶液得到了硼酸。1808年，英国人H.戴维和法国人J.-L.盖－吕萨克、L.-J.泰纳尔单独地又几乎是同时地制得了元素硼。
加工方法 因矿石组成不同而异，目前工业上使用的硼矿有水溶性和水不溶性两类。
水溶性硼矿的加工 水溶性硼矿有天然硼砂矿和盐湖卤水中的硼酸矿，以天然硼砂矿为主。①天然硼砂矿的精制:将天然硼砂矿破碎，用水溶解、过滤、结晶、分离、干燥即得五水硼砂和十水硼砂。目前产量最大的是美国。②盐湖卤水中硼酸的提取:将含氧化硼约1％的卤水用萃取剂（多元醇在煤油中的溶液）进行萃取，用稀硫酸作反萃取剂，将硼酸从有机相中反萃出来，经蒸发、结晶、离心分离、干燥即得硼酸成品。
水不溶性硼矿的加工 水不溶性硼矿种类很多，在工业上主要有硬硼钙石和硼镁石两种，其加工方法主要有酸法、碱法及碳铵法。酸法适合于含硼高的富矿；碱法既适合于富矿也适合于贫矿，由中国首先开发成功。硬硼钙石的加工还可采用直接提纯法，使氧化硼的含量富集到35％～45％，直接用于玻璃生产。
①酸法 可用硫酸、盐酸、硝酸。酸法浸取多在常压下进行，浸取方式有间歇式和连续式两种。将粉碎至120目左右的矿粉，在装有水的耐酸反应器中，慢慢加酸分解，再经过滤、蒸发、结晶、分离、干燥得硼酸产品。例如硼镁石用硫酸分解的反应式为：
2MgO·B2O3·H2O+2H2SO4─→2H3BO3+2MgSO4生成的硼酸与硫酸镁难以分离完全，致使硼酸的收率低。为提高硼酸的收率，工业上采用蒸馏法或萃取法分离硼酸与硫酸镁。如果原料是硬硼钙石，则硫酸法优于盐酸法，用硫酸时能生成不溶性的硫酸钙，易于分离，故硼酸收率高。
②碱法 用烧碱或纯碱分解，有加压碱解法、碳碱法及多硼酸钠法。加压碱解法收率高，反应时间短，但工艺流程长（图2）。将块状硼矿石在窑内于600～800℃下煅烧脱水，经粉碎至120目，在混料罐内与过量碱混合后送入带有搅拌的碱解器内，在140℃、4MPa下反应几小时，经过滤、碳化、结晶、分离、干燥得硼砂。含纯碱的母液经苛化后回收使用。反应式为：
2MgO·B2O3+2NaOH+H2O─→2NaBO2+2Mg(OH)2
4NaBO2+CO2─→Na2B4O7+Na2CO3
Na2CO3+Ca(OH)2─→2NaOH+CaCO3碳碱法与加压碱解法不同之处，在于把碱解与碳化合并于加压釜中进行，纯碱也无需苛化即可循环使用。多硼酸钠法的加碱量低于理论量，因而生成多硼酸钠，碱耗较低，但不能直接得到硼砂。
③碳铵法 与加压碱解法工艺过程相似，不同之处为用碳酸氢铵代替碱。反应压力与温度有关，并随反应的进行由高变低，开始时可达10MPa，得到的产物为硼酸铵，需经蒸馏脱氨得到硼酸，氨可循环使用。但该法流程长，氨不能完全循环，脱氨的能耗较大。
产品用途 硼化合物的消费构成各国不同。美国主要用于制造玻璃、玻璃纤维、釉药及有关工业中，用量约占美国国内消费量的一半；欧洲主要用在洗涤剂和釉药中，约占总消费量的二分之一。
硼砂和硼酸是硼化合物系列（见表）中最主要的产品，硼砂（四硼酸钠的总称，其中重要的有十水四硼酸钠、无水四硼酸钠、五水四硼酸钠）主要用于玻璃和搪瓷工业中，可增强玻璃的紫外线透射率，提高玻璃的透明度和耐热性能，使瓷釉不易脱落且具有光泽。此外，在有色金属焊接，丝、毛织品洗涤，延迟橡胶硫化速度，织物防水、木材防腐，医用消毒以及制革、造纸等方面也有应用。硼酸可改善玻璃制品的耐热和透明性能，能提高机械强度，缩短熔融时间，主要用于制造无碱玻璃、玻璃纤维。此外，还可作防腐消毒剂、熏蒸剂、皮革后处理剂等，也可用于制造防火材料、肥皂、硼钢、陶瓷釉药、染料、颜料等。
