[发明专利]一种从硼铁矿中同步提取硼和铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从硼铁矿中同步提取硼和铁的方法，属于化学工程和钢铁冶金领域。

背景技术

硼及硼化合物具有质轻、阻燃、耐热、高硬、高强、耐磨以及催化性能，广泛应用于国民经济各部门中。硼铁矿占我国硼资源的57.88%，仅辽东地区硼铁矿储量就达2.8亿t，其中B₂O₃储量为2184万t，属于大型硼矿床。虽然硼铁矿开采方便，但因其共/伴生矿物多、结构复杂等原因，加工处理难度大，至今尚未形成工业规模的开发利用。因此，加快硼铁矿资源的开发利用，对于缓解我国硼、铁资源供需紧张状况有着重要的现实意义。

硼铁矿加工利用的关键在于硼、铁的分离，而其中B₂O₃的碱解活性则是决定现有各种处理工艺硼回收率及成本高低的关键。湿法工艺中的碳碱法是目前以高品位硼镁矿石为原料生产硼砂的主流工艺，硼镁矿粉加纯碱溶液，通入石灰窑气（CO₂）进行碳解、过滤，滤液适度蒸发浓缩，冷却结晶，离心分离得硼砂；浸出渣再经磁选获得铁精矿，使硼铁分离。由于硼铁矿原矿中硼含量低、活性差，若直接采用碳碱法工艺处理生产硼砂，需经高温活化预处理，且全流程硼的回收率低、碱耗大、成本高，浸出渣经磁选获得的铁精矿品质不高。

火法分离工艺主要包括“高炉冶炼法”和“回转窑直接还原-电炉熔分法”，硼铁矿先经选矿抛除原矿中的部分SiO₂、Al₂O₃，再通过造块后入高炉冶炼或经回转窑预还原后采用电炉熔分，产品为含硼生铁和富硼渣。火法工艺的优点是工艺流程相对较短，设备简单。但工业试验研究表明，高炉冶炼硼铁矿生产含硼约1.0%的含硼生铁时，高炉产能下降、焦比升高（约1150kg/t）、炉衬侵蚀严重、产品含硫高，更重要的是富硼渣中B₂O₃的含量虽可达到12%~17%（达到或超过一级硼镁矿的标准(B₂O₃含量达12%)），但是该富硼渣中的B₂O₃活性低，碱解化学活性只有50%左右，不能作为碳碱法制取硼砂的原料。

目前改善B₂O₃碱解活性的工艺方法有四种。其一为“富硼渣熔态钠化-加压水浸制硼砂工艺”，通过在熔融态的富硼渣中直接喷入Na₂CO₃高温钠化，再加压水浸，硼的浸出率可达89%。浸出液经过滤、浓缩、结晶可制取硼砂。但是该工艺要求富硼渣在熔融状态反应，操作温度高、难度大，不适合工业化；其二为“富硼渣缓冷工艺”。通过改变富硼渣熔体冷却条件，避免冷却过程中玻璃质的大量生成，可提高富硼渣的活性。如以13m³高炉处理硼铁矿，对熔炼分离所得的富硼渣进行缓冷试验研究为例，通过控制冷却速率（1500℃~1200℃区间保持在0.76℃~20℃/min，1200℃~900℃区间内控制冷却速率应小于2℃/min），富硼渣活性可由40.05%提高到83.72%。但在工业上缓冷实施较为困难，制约了“火法”工艺技术的应用，至今未能实现长期稳定工业化生产；其三，“富硼渣/硼镁铁矿/含硼铁精矿钠化焙烧工艺”。通过采用钠化焙烧预处理，可提高富硼渣/硼铁矿的反应活性。专利“活化硼镁铁矿的方法”（申请号：200710157450.1）将碳酸钠预先与硼镁铁矿粉按一定的质量百分比例混匀后（质量比Na₂O:B₂O₃=0.6~2.0:1），在高温（750℃~1000℃）下进行氧化焙烧，使硼镁铁矿中的B₂O₃转变为水溶性硼酸钠盐，反应活性达90%～96%，再将物料磨细后加热水浸，过滤出的硼酸钠盐溶液经蒸浓、冷却、结晶或碳酸化，可制得偏硼酸钠或硼砂。在钠化焙烧活化预处理基础上，加入活性炭对硼精矿进行了磁化钠化焙烧，硼精矿按质量百分比与20%活性炭和26.6%碳酸钠充分混匀，混合物装入刚玉坩埚置于马弗炉中在950℃温度下焙烧2h，焙烧后的硼精矿活性可达88.22%，且磁性明显增强。焙烧样经水热浸取后，产生的废渣主要为镁橄榄石和磁铁矿，磁铁矿可在二次磁选时分离出来，镁橄榄石可作为微晶玻璃的原料。该工艺的优点是焙烧过程中既可提高B₂O₃反应活性，又可增强滤渣的磁性，滤渣经磁选后可得到磁铁矿精矿，在一定程度上提高了矿渣（硼泥）的综合利用价值，但是焙烧后样品总体进行加压水热浸出（100℃~180℃），物料处理量大、效率低、成本高，且滤渣经磁选后得到的产品是磁铁矿精矿，附加值不高。