具有我国自主知识产权的碳碱法加工硼镁矿制取硼砂工艺从1963年工业化至今已经走过了不平凡的四十年。实践证明，这一工艺在我国硼砂生产中显示了强大的生命力和优越性，为我国的硼工业创造了巨大的经济效益。碳碱法工艺，利用我国的硼矿资源，不经选矿，在品位较低（12%～14%）的情况下，可生产出符合ISO标准的硼矿产品，并获得较高的硼利用率。碳碱法的诞生发展给我们以启迪，大力发展技术创新才是振兴硼工业之路。本文论述了这一工艺今后强化完善的途径，以此纪念我国硼砂生产的技术创新——碳碱法工业化四十周年。

碳碱法硼砂生产工艺的强化和创新

□〓郑学家

在碳碱法生产硼砂的工艺过程中，碳解所需原料气CO2来自小型石灰窑产生的窑气（CO2含量一般为30%，最高为35%），反应在串联组合的碳解罐中进行，反应时间达15～18h。时间长，碳解设备利用率低。在硼砂产能为5万t/a时，需要碳解罐80个，出现一个“罐林”，低下的设备利用率使能源消耗增高；另外，由于碳解率低（75%～80%），又使硼的利用率降低。针对这一系列问题，国内的科研单位展开了一系列研究工作。　　从碳碱法机理上分析，除固定的硼矿粉焙烧活化细度、液固比、配碱量等基本工艺参数外，CO2浓度、CO2分压是影响碳解反应的关键。研究发现，在CO2浓度高的情况下，碳解时间仅为4～8h（反应压力一定），碳解率也较现有水平提高5%以上。在一些模型试验及工业生产装置上所取得的数据也证明了这一点。为此，碳碱法今后的强化和完善应采取以下措施：

1.采用高浓度CO2　　采用高浓度CO2碳解涉及到CO2的来源问题。高浓度CO2原料气有锅炉烟道气、石灰窑气、水泥窑废气以及碳解排出的尾气等。　　CO2的富集提浓方法有西南化工研究院开发的变压吸附法（PSA）和原上海华东化工学院和上海化工设计院开发的热钾碱法，这两种富集工艺均取得了成功。工业规模每吨CO2成本为300元，而大连理工大学在凤城二台子矿硼砂车间采用PSA法（小规模）以石灰窑气做原料气，富集气达到95%，平均为85%。　　比较低浓度CO2（石灰窑气）和高浓度CO2碳解成本发现，高浓度CO2的能源消耗费用不到低浓度CO2的一半，硼砂成本有所降低。因此，在强化碳碱法的技术措施中采用高浓度CO2碳解是一个可行的方法。当然，在考虑采用这个措施时，CO2浓度并非一定要达90%以上，而应当打破目前石灰窑CO2浓度（30%～35%）的局限性，将CO2浓度提高到60%以上。设计一个气体封闭流程，将碳解排出的尾气做为实际的原料气提浓后再返回用于碳解，当然在CO2浓度提高后，要选择一个适宜的通气量。

2.提高碳解总压力　　提高CO2浓度和提高CO2分压应当是一个问题。从理论和实践上看，CO2分压愈高，反应速度愈快，硼砂碳解时间愈短，分解率也愈高。　　现有碳碱法实施这一措施时要掌握两点：一是要对现有碳解罐进行测定，由其耐压程度来确定总压力应提高到多少；二是更换现有压缩机。例如，在现有碳解罐耐压允许的情况下，将压力提高至0.98～1.18MPa，这样可不必建立提浓富集装置。　　以上两个措施，应在进行高浓度CO2碳解和提高反应总压力全面技术经济比较后确定。

3.改进现有碳解釜结构　　现有大多数生产厂所用的碳解釜结构和搅拌器转数不尽合理，在搅拌桨结构均一的旋浆式搅拌中，转数一般在70～80转/min。可考虑将转数适当提高到120～130转/min，搅拌翅结构选用涡轮式。在改用高浓度CO2碳解后还要要做好搅拌轴填料盒的应用。目前已有研究设计单位设计出新型碳解釜。

4.提高结晶冷却效率　　在硼砂冷却结晶器结构设备方面，应当进一步在结晶冷却效率上做工作，解决冷却周期长、结疤等问题。将目前通用的平底、锥底圆筒式蛇管或夹套式冷却结晶罐逐步改用连续式真空结晶罐，以解决冷却结晶效率低下的问题，同时改善硼砂结晶颗粒状况。

5.解决硼砂资源问题　　目前我国硼镁矿资源日益减少，服务周期变短，因而，应将后备硼铁矿资源的供应问题列入议事日程。对翁泉沟硼铁矿所产的硼精矿要研究适用的碳碱法加工的设备，如过滤速度慢的过滤工艺条件（因硼精矿细度为200目），硼精矿的活化焙烧可采用隧道窑成形焙烧工艺，提高活化率，并组织力量标定碳碱法全流程工艺加工数据。如果价格适宜，可考虑搭配使用西藏高品位硼镁矿（B2O3含量30%以上），以提高矿石的平均品位。

6.综合利用硼渣　　碳碱法硼渣的综合利用仍然是今后要关注的问题，如利用尾渣制取轻质碳酸镁、硫酸镁、晶体硼酸肥以及作为氮磷钾复合肥的填料，都是较好的途径。