一種從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于鋼鐵冶金和礦產(chǎn)資源加工領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法。本發(fā)明包括以下步驟：(1)將含硼鐵精礦與固體Na2CO3和煤混合在一起，得到混合料；(2)將混合物料在950～1150℃的還原氣氛下得到焙燒產(chǎn)物；(3)將焙燒產(chǎn)物進(jìn)行破碎和磨礦，然后對(duì)礦漿進(jìn)行浸出、洗滌、過濾得到堿性濾液和含鐵濾餅；(4)將堿性濾液經(jīng)過脫硅、CO2碳化、過濾和結(jié)晶后得到合格的硼砂，同時(shí)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)Na2CO3的再生循環(huán)；(5)將得到的濾餅經(jīng)過磁選、磨礦和二次磁選，得到可用于粉末冶金鐵基原料的優(yōu)質(zhì)還原鐵粉(TFe>98.5％)。本發(fā)明通過添加大量Na2CO3，在鐵還原的同時(shí)實(shí)現(xiàn)硼礦物的浸出，縮短了工藝流程，降低了能耗。
【專利說明】一種從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵冶金和礦產(chǎn)資源加工領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]遼寧鳳城翁泉溝儲(chǔ)有豐富的硼資源，占全國儲(chǔ)硼量的58%，以低品位“黑硼礦”(硼鐵礦)為主，其中w(TFe) 27%~30% ,W(B2O3) 6%~8%，礦石類型主要為硼鎂石一磁鐵礦型和硼鎂鐵礦一磁鐵礦型兩種類型。
[0003]國內(nèi)多家單位從20世紀(jì)70年代開始對(duì)遼寧鳳城硼鐵礦進(jìn)行了大量的選礦試驗(yàn)研究，取得了一定的成果，基本實(shí)現(xiàn)硼鐵礦石中磁鐵礦、硼鎂石、硼鎂鐵礦等有用礦物的分離和富集。但是由于硼鐵礦的主要礦物為微細(xì)粒不均勻嵌布，礦物接觸交代復(fù)雜，連生緊密，尤其是磁鐵礦、硼鎂石、硼鎂鐵礦緊密共生，選用常規(guī)的選礦方法很難實(shí)現(xiàn)硼和鐵的有效分離，磁選產(chǎn)品鐵精礦中含有大量的硼(來自于纖維硼鎂石和硼鎂鐵礦)?，F(xiàn)有資料表明含硼鐵精礦中w (TFe) 51 %~54 %，w (B2O3) 4 %~6 %，B2O3占原礦中B2O3含量的30 %以上，如果不考慮這部分B2O3的回收，則硼鐵礦磁選工藝綜合回收率將不會(huì)超過70%。[0004]由于含硼鐵精礦中磁鐵礦與含硼礦物共生關(guān)系復(fù)雜，常規(guī)的選礦方法很難實(shí)現(xiàn)硼和鐵的進(jìn)一步分離。目前含硼鐵精礦硼鐵分離的方法主要集中在濕法硼鐵分離、
[0005]火法硼鐵分離和鈉化硼鐵分離三種工藝。
[0006]專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200510129367.4的技術(shù)方案提出硼鐵礦在濃度為54%~80%的無機(jī)酸(如硫酸)中反應(yīng)5~lOmin，將反應(yīng)完畢的固體物置入硼鎂飽和液中，鐵和酸不溶物沉降則與硼酸和硫酸鎂首先分離出來，通過磁選得到鐵精礦粉；利用硼酸易于在飽和溶液中漂浮的特性，與一水硫酸鎂分離，各自過濾得硼酸和一水硫酸鎂。此方法雖然實(shí)現(xiàn)了硼鐵分離，但是反應(yīng)過程存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)生的廢酸難以處理，成本高等問題。
[0007]專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710178150.1的技術(shù)方案提出硼鐵礦與還原劑、粘結(jié)劑和添加劑混勻造球，采用轉(zhuǎn)底爐還原-熔分工藝，可以得到含硼鐵珠和B2O3含量為12%~20%的富硼渣。此技術(shù)方案同樣存在還原溫度高，鐵產(chǎn)品單一，富硼渣活性差，需要再次高溫活化等問題。
[0008]專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210179135.7的技術(shù)方案提出了硼鐵礦與碳酸鈉、硫酸鈉、胡敏酸鈉、黃腐酸鈉、草酸鈉的混合添加劑造塊，然后進(jìn)行還原焙燒同步回收鐵粉和偏硼酸鈉的方法。此方法雖然可以得到鐵粉和偏硼酸鈉，但是添加劑種類較多，工藝復(fù)雜；另外鐵產(chǎn)品鐵粉主要用于煉鋼，附加值偏低；由于硼鐵礦含硼偏低，導(dǎo)致浸出液B2O3濃度偏低，又由于偏硼酸鈉溶解度高，所以此工藝溶液蒸發(fā)量大，硼回收成本偏高；反應(yīng)介質(zhì)難實(shí)現(xiàn)再生循環(huán)。
[0009]大連理工大學(xué)對(duì)含硼鐵精礦在750~1000°C范圍內(nèi)，氧化氣氛下，進(jìn)行了鈉化活化焙燒，使含硼礦物生成水溶性的硼酸鈉鹽，然后對(duì)焙燒產(chǎn)品進(jìn)行加壓水浸，得到可以制取硼砂的含硼浸出液和以磁鐵礦為主可以進(jìn)高爐煉鐵的浸渣。雖然采用鈉化活化工藝硼的活化率很高，可達(dá)到95%以上，但是而整個(gè)高溫鈉化焙燒過程只是為了活化這部分硼，磁鐵礦并沒有發(fā)生相變，因此整個(gè)鈉化活化工藝能耗過高，難以工業(yè)化應(yīng)用。
[0010]綜上所述，含硼鐵精礦硼鐵分離存在的主要問題是成本高、工藝復(fù)雜，難以工業(yè)化。從資源的合理綜合利用和獲取最佳經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，同時(shí)結(jié)合遼寧硼鐵礦資源特點(diǎn)，開發(fā)低成本、短流程、高附加值產(chǎn)品的硼鐵高效分離新技術(shù)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的主要目的是克服含硼鐵精礦硼鐵難以分離，能耗高，硼的活性差的問題，提供一種從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂、實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)碳酸鈉循環(huán)利用的可行性工藝方法，為硼鐵資源資源的綜合利用提供了一條有效的途徑。
[0012]本發(fā)明的一種從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法是以含硼鐵精礦為原料，使其與碳酸鈉和煤混合，進(jìn)行還原焙燒反應(yīng)，然后將焙燒料進(jìn)行浸出和洗滌。濾餅通過細(xì)磨回收優(yōu)質(zhì)鐵粉，濾液通過碳化、過濾、蒸發(fā)結(jié)晶、分離等單元操作制取硼砂，并實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)碳酸鈉的再生循環(huán)。
[0013]本發(fā)明的從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法，包括以下步驟:
[0014](I)以硼鐵礦磁選得到的含硼鐵精礦為原料，將含硼鐵精礦與固體Na2CO3和煤混合在一起，得到混合料；
[0015](2)將步驟(1)得到的混合物料在950~1150°C的還原氣氛下保溫I~24h后冷卻，得到焙燒產(chǎn)物；
[0016](3)將步驟(2)得到的焙燒產(chǎn)物進(jìn)行破碎和磨礦，然后對(duì)礦漿進(jìn)行浸出、洗滌、過濾得到富含硼和鈉的堿性濾液和含鐵濾餅；
[0017](4)將步驟(3)得到的堿性濾液經(jīng)過脫硅、CO2碳化、過濾、烘干和煅燒后得到碳酸鈉；除雜后的母液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶操作后即得到硼砂；
[0018](5)將步驟(3)得到的濾餅首先經(jīng)過磁選得到粗鐵粉，然后對(duì)粗鐵粉進(jìn)行磨礦和二次磁選，烘干后得到優(yōu)質(zhì)的還原鐵粉。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟⑴所述的Na2CO3用量為含硼鐵精礦質(zhì)量的20wt%~ 40wt%，煤用量為含硼鐵精礦質(zhì)量的5wt%~ 25wt%。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(3)所述的破碎產(chǎn)品粒度為≤ 10mm，磨礦細(xì)度為-74μπι含量占40%以上。
[0021]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(3)所述的水洗溫度為25~95°C，洗滌時(shí)間為5~90min,水洗液固質(zhì)量比為1:1~2:1。
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟⑷所述的脫硅通過添加石灰乳實(shí)現(xiàn)，脫硅溫度為95~105°C，脫硅時(shí)間為60~120min。
[0023]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟⑷所述的C02碳化終點(diǎn)為pH≤9.5。
[0024]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟⑷得到的碳酸鈉返回用于步驟⑴。
[0025]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(5)所述磨礦的細(xì)度為-74 μ m含量占80%以上。
[0026]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(5)所述的磁選的磁場強(qiáng)度為60~100kA/m。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(5)和所述的優(yōu)質(zhì)還原鐵粉的TFe>98.5%。
[0028]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(5)所述的烘干在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。[0029]本發(fā)明提出了一種從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法，與現(xiàn)有的火法、濕法冶煉和鈉化工藝相比，具有明顯的優(yōu)越性:
[0030](I)本發(fā)明通過添加大量碳酸鈉，在鐵還原的同時(shí)實(shí)現(xiàn)硼礦物的浸出，縮短了工藝流程，降低了能耗。
[0031](2)本發(fā)明通過細(xì)磨磁選得到了可以用于粉末冶金的優(yōu)質(zhì)鐵基粉末原料，提高了產(chǎn)品附加值，降低了工藝成本。
[0032](3)本發(fā)明由于原料總硼含量低，進(jìn)而導(dǎo)致含硼浸出液中硼含量低。另外，硼砂的溶解度比偏硼酸鈉低很多，所以通過碳化使偏硼酸鈉轉(zhuǎn)化為硼酸鈉鈉能提高硼的結(jié)晶率，降低溶液蒸發(fā)量，從而降低能耗。
[0033](4)本發(fā)明通過碳化回收硼砂的同時(shí)使溶液中的碳酸鈉轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟溻c，利用碳酸氫鈉常溫溶解度低的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)的循環(huán)再生，進(jìn)一步降低成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1本發(fā)明的從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本說明書中公開得任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或者類似特征中的一個(gè)例子而已。所述僅僅是為了幫 助理解本發(fā)明，不應(yīng)該視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例所選用的原料為遼寧含硼磁鐵礦精礦，其化學(xué)組成為:TFe: 53.0I %、SiO2:3.97 %、Al2O3:0.32 %、MgO: 11.39 %、CaO: 0.11 %、B2O3:3.74% ;碳酸鈉為分析純；還原用煤含水0.51%，灰分15.01%，固定碳60.66%，揮發(fā)分23.82%。
[0037]實(shí)施例1
[0038]將鐵精礦與30wt %的Na2CO3和IOwt %的煤混合在一起，混合物料與外配煤采用管狀的裝料方式置于坩堝中，在1100°c的溫度下保溫3h后冷卻，焙燒產(chǎn)品經(jīng)過破碎磨礦后(破碎產(chǎn)品粒度為≤10mm，磨礦細(xì)度為-74 μ m含量占40%以上)進(jìn)行浸出和洗滌，浸出和洗滌溫度95°C，浸出和洗滌時(shí)間30min，水洗液固比1: 1，硼和鈉的浸出率都達(dá)到了 90%以上。浸出渣經(jīng)過細(xì)磨磁選后得到磁選產(chǎn)品(細(xì)度為-74μπι含量占80%以上，磁場強(qiáng)度為60~100kA/m)，然后在惰性氣氛中干燥后，得到TFe>98.5%優(yōu)質(zhì)鐵粉，鐵的回收率達(dá)到85%以上。堿性濾液中加入石灰乳，95°C下脫硅120min，然后碳化(碳化終點(diǎn)pH = 9.5)，過濾，得到碳酸氫鈉，烘干煅燒后得到碳酸鈉循環(huán)再生，回收碳酸鈉后的母液冷卻結(jié)晶得到了合格硼砂。
[0039]實(shí)施例2
[0040]將鐵精礦與40 % Wt的Na2CO3和10 % wt的煤混合在一起，混合物料與外配煤采用管狀的裝料方式置于坩堝中，在1150°C的溫度下保溫4h后冷卻，焙燒產(chǎn)品經(jīng)過破碎磨礦后(破碎產(chǎn)品粒度為≤10mm，磨礦細(xì)度為-74 μ m含量占40%以上)進(jìn)行浸出和洗滌，浸出和洗滌溫度95 °C，浸出和洗滌時(shí)間IOmin，水洗液固比2:1，硼的浸出率達(dá)到了 90 %以上。浸出渣經(jīng)過細(xì)磨磁選后得到磁選產(chǎn)品(細(xì)度為-74 μ m含量占80%以上，磁場強(qiáng)度為60~100kA/m)，然后在惰性氣氛中干燥后，得到的TFe>98.5%優(yōu)質(zhì)鐵粉，鐵的回收率達(dá)到85%以上。堿性濾液中加入石灰乳，100°c下脫硅90min，然后碳化(碳化終點(diǎn)pH = 9.0)，過濾，得到碳酸氫鈉，烘干煅燒后得到碳酸鈉循環(huán)再生，回收碳酸鈉后的溶液冷卻結(jié)晶得到了合格的硼砂。
[0041]實(shí)施例3
[0042]將鐵精礦與20%的Na2CO3和5% wt煤混合在一起，混合物料與外配煤采用管狀的裝料方式置于坩堝中，在950°C的溫度下保溫24h后冷卻，焙燒產(chǎn)品經(jīng)過破碎磨礦后(破碎產(chǎn)品粒度為≤10mm，磨礦細(xì)度為-74 μ m含量占40%以上)進(jìn)行浸出和洗滌，浸出和洗滌溫度95 °C，浸出和洗滌時(shí)間90min，水洗液固比1.5:1，硼的浸出率都達(dá)到了 90 %以上。浸出渣經(jīng)過細(xì)磨磁選后得到磁選產(chǎn)品(細(xì)度為-74 μ m含量占80%以上，磁場強(qiáng)度為60~IOOkA/m)，然后在惰性氣氛中干燥后，得到TFe>98.5%優(yōu)質(zhì)鐵粉，鐵的回收率達(dá)到85%以上。堿性濾液中加入石灰乳，95°C下脫硅120min，然后碳化(碳化終點(diǎn)pH = 9.5)，過濾，得到碳酸氫鈉，烘干煅燒后得到碳酸鈉循環(huán)再生，回收碳酸鈉后的溶液冷卻結(jié)晶得到了合格硼砂。
[0043]實(shí)施例4
[0044]將鐵精礦與30%的Na2CO3和20%的煤混合在一起，直接置于坩堝中，在1100°C的溫度下保溫Ih后冷卻，焙燒產(chǎn)品經(jīng)過破碎磨礦后(破碎產(chǎn)品粒度為≤10mm，磨礦細(xì)度為-74μπι含量占40%以上)進(jìn)行浸出和洗滌，浸出和洗滌溫度25 °C，浸出和洗滌時(shí)間5min，硼的浸出率達(dá)到了 90%以上。浸出渣經(jīng)過細(xì)磨磁選后得到磁選產(chǎn)品(細(xì)度為-74 μ m含量占80%以上，磁場強(qiáng)度為60~100kA/m)，然后在惰性氣氛中干燥后，得到的TFe>98.5%優(yōu)質(zhì)鐵粉，鐵的回收率達(dá)到85%以上。堿性濾液中加入石灰乳，105°C下脫硅60min,然后碳化(碳化終點(diǎn)pH = 9)，過濾，得到碳酸氫鈉，烘干煅燒后得到碳酸鈉循環(huán)再生，回收碳酸鈉后的溶液 冷卻結(jié)晶得到了合格的硼砂。
[0045]當(dāng)然，本發(fā)明還可以有多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明的公開做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種從硼鐵礦中提取優(yōu)質(zhì)鐵粉和硼砂的方法，包括以下步驟: (1)將含硼鐵精礦與固體Na2CO3和煤混合在一起，得到混合料； (2)將步驟(1)得到的混合物料在950~1150°C的還原氣氛下保溫I~24h后冷卻，得到焙燒產(chǎn)物； (3)將步驟(2)得到的焙燒產(chǎn)物進(jìn)行破碎和磨礦，然后對(duì)礦漿進(jìn)行浸出、洗滌、過濾得到富含硼和鈉的堿性濾液和含鐵濾餅； (4)將步驟(3)得到的堿性濾液經(jīng)過脫硅、CO2碳化、過濾、烘干和煅燒后得到碳酸鈉；除雜后的母液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶操作后即得到硼砂； (5)將步驟(3)得到的濾餅首先經(jīng)過磁選得到粗鐵粉，然后對(duì)粗鐵粉進(jìn)行磨礦和二次磁選，烘干后得到優(yōu)質(zhì)的還原鐵粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述的Na2CO3用量為含硼鐵精礦質(zhì)量的20wt%~ 40wt%，煤用量為含硼鐵精礦質(zhì)量的5wt%~ 25wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述的破碎產(chǎn)品粒度為<10mm，磨礦細(xì)度為-74 μ m含量占40 %以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述的水洗溫度為25~95°C，洗滌時(shí)間為5~90min，水洗液固質(zhì)量比為1:1~2:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述的脫硅通過添加石灰乳實(shí)現(xiàn)，脫硅溫度為95~105°C，脫硅時(shí)間為60~120min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述的CO2碳化終點(diǎn)為pH<9.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)得到的碳酸鈉返回用于步驟⑴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)所述的烘干在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)所述的磨礦細(xì)度為-74μ m含量占80 以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)所述磁選的磁場強(qiáng)度為60~100kA/m。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)和所述的優(yōu)質(zhì)的還原鐵粉的TFe>98.5%0
【文檔編號(hào)】C01B35/12GK103952537SQ201410181586
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】李永利, 齊濤, 曲景奎, 余志輝, 李潔, 趙宏欣 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所