过硼酸钙的研制

四川理工学院毕业论文过硼酸钙的研制学生：王晓龙学号：09031010215专业：化学工程与工艺班级：2009级2班指导老师：汤秀华四川理工学院材料与化学工程学院二〇一三年六月四川理工学院本科毕业论文过硼酸钙的研制I摘要本文研究了以硼砂和氢氧化钙为原料在不同质量配比和反应温度下，合成中间产物偏硼酸钙。在稳定剂作用下，以偏硼酸钙和30%的双氧水反应制备过硼酸钙，主要考察了反应温度、反应时间、液固比等因素对合成最终产物过硼酸钙的收率、活性氧含量的影响。研究结果表明：在硼砂/氢氧化钙=100：22和35℃下，更有利于合成偏硼酸钙；合成过硼酸钙的优化工艺条件为：反应温度为70℃，反应时间为40min，反应液固比（mL/g）为4：1。关键词：偏硼酸钙；过硼酸钙；活性氧；得率四川理工学院本科毕业论文过硼酸钙的研制IIAbstractInthispaper,theboraxandcalciumhydroxideasrawmaterialsindifferentqualityratiosandreactiontemperature,synthesisofintermediateproductcalciummetaboratewasstudied.Undertheeffectofstabilizers,calciumperboratewassynthetisedwithcalciummetaborateandhydrogenperoxide(30%).Theeffectsofreactiontemperature,reactiontime,liquid-to-solidratioonthesynthesisofthefinalproductofcalciumperborateyieldandactiveoxygencontentwasinspectedmainly.Theexperimentalresultsshowedthat:theborax/calciumhydroxide=100:22and35℃wasmoreconducivedtothesynthesisofcalciummetaboratel;synthesisofcalciumperboratetooptimizeprocessconditionsasfollows:reactiontemperaturewas70℃,thereactiontimefor40min,theliquid-to-solidratio(mL/g)was4:1.Keywords：Calciummetaborate；Calciumperborate；Activeoxygen；Yield四川理工学院本科毕业论文过硼酸钙的研制i目录第一章绪论.............................................11.1引言...................................................................11.1.1研究背景...........................................................11.1.2研究意义...........................................................11.1.3研究目的...........................................................21.2过硼酸钙的简介........................................................21.2.1过硼酸钙的性质.....................................................21.2.2过硼酸钙的应用.....................................................31.2.3过硼酸钙的制备方法.................................................4第二章实验部分..........................................52.1实验试剂及仪器.........................................................52.2实验分析方法...........................................................62.2.1氧化硼（B2O3）含量的测定............................................62.2.2氧化钙（CaO）含量的测定............................................72.2.3过硼酸钙中活性氧含量的测定.........................................92.3合成工艺流程图........................................................102.4实验步骤与方法........................................................102.4.1实验步骤..........................................................102.4.2实验思路..........................................................112.5实验原理..............................................................112.6产品得率的表示与计算..................................................12第三章实验结果与分析...................................133.1单因素实验............................................................133.1.1研究实验反应条件对中间产品的影响..................................133.1.2研究不同工艺条件对最终产品的影响..................................173.2正交实验分析..........................................................21第四章结论.............................................................23参考文献................................................24四川理工学院本科毕业论文过硼酸钙的研制ii致谢..................................................25四川理工学院本科毕业论文过硼酸钙的研制1第一章绪论1.1引言1.1.1研究背景硼元素广泛地分布在地壳中，但是十分分散，在自然界中通常不存在游离态，其与铀元素分布相似。硼也是地壳中最重要的元素之一，属于较稀有的元素。硼元素是易溶元素，主要富集于地球表层的各类岩石和水体中，而在地幔岩石中含量较低。硼并没有价态的变化，其在自然界水体中主要以B(OH)3和B(OH)-4两种形式存在[1]。据研究发现，分散状态的硼广泛分布在地球的岩石圈中，在海水、泉水、盐湖、石油及动植物体等中也均含有硼[2]。世界上拥有硼资源的国家和地区并不多，其资源分布很不均匀，其中90%以上的硼矿储量都集中在环太平洋成矿带，其中美国和土耳其拥有绝对优势，俄罗斯排名第三，我国硼矿储量居于世界第四[3-4]。在中国，硼资源储量最多是辽宁省，列居首位。而我国的硼矿资源大部分集中在辽宁、吉林、青海及西藏，但其中，辽宁省和吉林省氧化硼保有储量是全国总量的一半以上，约占52.5%，青海、西藏保有储量是全国总量的1/3以上，约占36.4%，因此，这4个省和自治区总共的硼保有储量就已经占全国总量的88.9%，其它的储量多为小型硼矿，大都零星分布于湖南、河北、江苏、内蒙古及新疆等省[5]。但是，目前国内储量最大的辽宁省的硼工业却仍以硼的初级产品为主，即便硼酸生产企业很多，但其产品结构却很单一，附加值较低，因此，中国对硼资源的开发和利用仍处于较低水平的初级阶段。与世界上硼资源丰富的国家相比，我国的硼资源从硼的储量和品位两方面均处于劣势。因此，以硼酸和硼砂为主的初级产业结构对今后硼企业的发展十分不利，所以如何提高我国硼资源的开发利用和提高硼企业的市场竞争力是一个当务之急的现实问题[6]。1.1.2研究意义我国硼矿资源有以下三种现状:(1)虽然我国是世界上硼资源较丰富的国家之一,但是目前能加工利用的硼只占总储量的10%，由于国内没有较成熟工艺的加工的原因,所以就一直没能形成大规模的工业开发和利用；(2)硼矿结构复杂,共生矿物类型多,同时由于生产费用高，因此想用简单的常规方法是很难分离的；(3)贫矿较多且品位低。正是因为硼矿石资源较少,国内很多硼化物生产企业不得不使用品位很低（10%）的矿石生产,造成成本增加、消耗骤升、硼泥排放量增大等一系列硼资源问题[7]。四川理工学院本科毕业论文过硼酸钙的研制2我国是世界上最早发现和最先使用天然硼砂的国家，有较丰富的硼自然资源，且有一定的初级经验水平。但是，在中国历史上我国并没有建立形成自己的硼工业，并没有生产出一系列硼化物。而在最近两年，我国的硼化物生产企业逐渐萌芽，科学地调整硼产品结构，提高了具有高附加值的硼精细化学品的产量，因此，造成相应硼酸需求量也随之增加，现硼酸的需求已由原来的5万、6万吨增至8万吨左右，年均增速达6.5%。虽然我国的硼市场每年都不断增长，需求量也呈不断的攀升趋势，但仍然面临来自国际硼企业的竞争、国内产能过剩、资源弱势和生产技术落后等诸多问题，这些问题也即将是我国硼企业发展的挑战。目前，国际硼工业正处于企业大型化的发展趋势，国外企业具有规模大，技术先进，生产成本低等优点，而我国的硼企业小而散，因此我国在国际竞争力中处于弱势地位。我国硼矿资源品位低、量少、杂质含量多而高，这是我国硼资源的弱势。而相反，目前正是由于国内开发和生产的硼化物产品种类较少，与国外相比还存在很大差距，所以，我国的硼工业发展空间巨大，需要大力填充、扩展和完善[8]。1.1.3研究目的提高硼资源的利用价值和企业竞争力的途径之一，是形成具有自主知识产权的高新技术，提高高附加值的硼精细化学品的产量。过硼酸钙是一种重要的碱土金属过硼酸盐[9]，也是一类重要的不可溶性过硼酸盐，过硼酸钙在有机反应加速剂、漂白剂、防腐抗菌剂、洗涤剂、釉料粘性改性剂、钻井破胶剂、油墨干燥加速剂及聚烯烃催化剂的减活剂等方面有广泛应用[10-11]。虽然国外已开展了碱土金属过硼酸盐的研究与开发，并在少量生产，但国内还未见有碱土金属过硼酸盐的研究开发和生产报道。硼化合物具有错综复杂的化学结构,大多能耐磨损、耐高温,其中许多硼化物具有独特的物理、化学性质,因此，在化工、纺织、轻工、农业、冶金、建材、医药、国防军工等部门广泛使用，也成为绝缘材料、耐磨材料、阻燃材料的重要组成成分之一，其还用于新的应用领域，待人们去开发[7]，所以，正因为硼用途广泛，更应该将其开发出来，运用于工业、农业、人们日常生活等。1.2过硼酸钙的简介1.2.1过硼酸钙的性质过硼酸钙（calciumperborate）是一种重要的碱土金属过硼酸盐。其结构式为CaO·B2O3·nH2O（n=3.1～3.6），松密度为0.6kg/L，外观为白色无定形粉末。在水中基本为不溶，40℃以下脱水，60℃以