CN101172613A - 活化硼镁铁矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种活化硼镁铁矿的方法，该方法是将粒度为80～350目含B2O3 7～18％，TFe 7～32％和MgO 22～44％的硼铁矿粉先与Na2CO3按一定的比例混匀后，在高温下活化反应，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％；然后，将物料磨细后加水，加热浸取，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、硼砂或硼酸钠盐；本发明的特点是含有硼镁铁矿的硼铁矿反应活性可由低于60％提高到90～96％；得到滤饼的磁性比原矿增强了10～90％，提高了矿渣(硼泥)的利用价值。
Description
技术领域
本发明涉及无机化工领域用硼铁矿制造硼酸钠盐的技术。
背景技术
硼镁铁矿(Ludwigite)化学式为〔(Mg，Fe)2Fe(BO3)O2〕，视Mg对Fe的取代程度，B2O3含量在13.48％～17.83％范围。由于其反应活性差，甚至被认为没有反应活性，长期被当作“呆矿”处理。
上世纪90年代起，个别硼砂厂开始试用翁泉沟矿区的硼铁矿来生产硼砂，选择含B2O3高的硼铁矿，用活化硼镁石的方法，早期硼铁矿的反应活性可以达到85％，甚至90％。近年来，随着富矿资源减少，同样的活化焙烧技术，硼铁矿的活性不断下降，有的硼铁矿其活性甚至低于60％。其原因在于翁泉沟矿区的硼铁矿，原生的硼镁石很少，绝大多数是由硼镁铁矿受地质热液作用分解而得。因此该地区的硼铁矿，既含有硼镁石，又含有硼镁铁矿，只是不同地段二者相对含量不同，沿用硼镁石活化的方法，对于含硼镁铁矿多者，显然不能达到活化要求。
为了提高硼镁铁矿的反应活性，唐中凡等人(ZL87107508.3)曾提出将硼镁铁矿与盐碳焙烧剂一起，在温度＞850℃焙烧2小时以上，然后将物料再磨细，用H3BO3-MgSO3饱和母液调成料浆，搅拌下用SO2来分解矿石物料，浮选分离，制取硼酸，所用焙烧剂为碱金属氯化物或硫酸盐与碳的混合物，盐与碳的比例为1∶1～1∶2，用量为矿石量的10～20％，SO2分解后硼的总收率80％以上，他们例举了此法用于湖南常宁七里坪含B2O37.82％的硼镁铁矿的情况。
冀春霖，张显鹏等人(CN87101578A)提出了一种以硼铁矿石，焦炭和纯碱为原料制取硼砂，副产铁的方法。该方法是先将硼铁矿在700～850℃氧化气氛下烧去硫和磷，游离水及结晶水，焙烧后的矿石按100∶10～15与焦炭混合，装入电炉，于1450～1500℃将矿石中的铁氧化物还原成铁，焙融态下铁水与富硼渣分离，铁水冷却后即得到工业生铁，渣再次用电炉加热，(1550±50℃)，熔融，喷入纯碱使富硼渣钠化，生成钠的硼酸盐，冷却，粉碎磨细到200目，加压，于150～160℃用水浸取，重复浸取两次，硼浸出率80～90％，浸出液经蒸发，浓缩，冷却即结晶出硼砂。该专利对硼铁矿的要求如下表：
| 成份名称 | TFe | B2O3 | MgO | Al2O3 | SiO2 | CaO | S | P |
| 重量百分含重 | 30-35 | 8-15 | 20-35 | 0.5-2 | 不定 | 0.5-5 | 0.1-0.4 | 0.01-0.05 |
此法实现了硼铁分离，但所用矿石中若TFe≤35％，与传统高炉炼铁所用铁矿的TFe含量(TFe≥57％)相比，能耗与经济性能尚需考察。
赵庆杰等人(东北大学学报No.6，1996)提出将翁泉沟硼铁矿先进行磁重分选，选出含硼铁精矿(TFe 55.86％，B2O3 5.24％)在1050℃以无烟煤直接还原，熔化实现硼铁分离，含B2O3 20％的富硼渣活性高可制硼砂；选出的含铁硼精矿(TFe 5.67％B2O313.13％)经700～850℃活化焙烧1～3小时，活性可达90％，不过该研究中所用硼铁矿含硼镁铁矿仅1.87％，硼镁石达21.66％。
发明内容
本发明的目的是把很难利用的硼镁铁矿，通过活化的方法，变成可用的硼酸钠盐，扩大了制造硼化工产品的原料来源。
本发明的技术方案是：
活化硼镁铁矿的方法是将粒度80～350目含B2O37～8％、TFe7～32％和MgO22～44％的硼铁矿粉先与Na2CO3反应，Na2CO3的用量根据矿粉中B2O3的含量，按Na2O∶B2O3＝0.6～2.0∶1的重量比混匀后成为散料或压制成型料，在750～1000℃，活化反应0.5～6.0小时，使硼镁铁矿中的B2O3转变成水溶性硼酸钠盐，反应活性达到90～96％；然后，将水溶性硼酸钠盐磨细至80～160目，放入设有搅拌装置的压力反应器中，用硼泥洗水和部分清水，按液固化比为2～4∶1，在100～180℃浸取0.5～6.0小时，过滤，滤出的硼酸钠盐溶液，采用蒸浓、冷却、结晶或碳酸化，制得偏硼酸钠、硼砂或硼酸钠盐；滤饼的磁性比原矿增强了10～90％。
上述方法中所用的硼镁铁矿可以是选自硼铁矿、选出铁后的铁硼精矿、未经焙烧的生矿或经过焙烧脱硫后的熟矿。
本发明的原理是：
2(Mg，Fe)2Fe(BO3)O2+Na2CO3＝2NaBO2+Fe3O4+2MgO+2FeO+CO2↑
反应分解出来的MgO与蛇纹石在700℃左右分解出的SiO2反应生成Mg2SiO4，反应分解出的FeO与氧反应生成Fe2O3或Fe3O4。
反应固相产物还含有原矿中未参与反应的物质，或者在过程中转变成的新物质，例如黑云母在高温下转变成的磁铁矿或镁铁矿与白石榴石。
本发明所用的Na2CO3可以是市售工业纯碱，也可以用芒硝、炭粉和石灰石的混合料，因为后者可依下式反应生成Na2CO3；
Na2SO4+2C+CaCO3＝Na2CO3+CaS+2CO2↑
上述方法中得到的滤饼可以用热水洗除可溶性物质后，主要是磁铁矿、橄榄石和赤铁矿。其中磁铁矿粉可用通常的磁选法分选出来，作为含硼铁精粉出售。
活化后的含硼物料，也可直接用作碳碱法制造硼砂的原料，不用加入纯碱，直接进行碳解反应，按现有成熟的工艺操作，即可制造出硼砂。
硼泥中的磁铁矿成份较用硼镁矿制造硼砂时多，可以采用通常磁选法选出含硼铁精粉出售。
本发明的优点与效果：
1、含有硼镁铁矿的硼铁矿反应活性由低于60％提高到90～96％；
2、该方法得到的矿渣，磁性增强了10～90％，提高了矿渣(硼泥)的利用价值。
具体实施方式
实施例1
所用硼铁矿为翁泉沟某矿的原矿，矿物主要构成：黑云母、蛇纹石、磁铁矿、硼镁铁矿和硼镁石等，其中硼镁铁矿31.67％、硼镁石8.06％。化学组成为B2O38.34％MgO27.05％TFe28.71％，硼矿的反应活性(常压碱解法)39.33％，矿粉粒度180目(通过率95％)
取上述矿粉30g，置于100ml坩埚中.按Na2O∶B2O3＝1.4∶1配比，加入市售Na2CO35.3g混匀。置于高温炉内，加热至950℃，反应3小时。冷却、取出。将反应料块磨细至160目(通过率90％)后，全部转入反应釜中，加入全部洗水，补加清水至80ml，密闭，启动搅拌，升温加热至140℃，浸取2小时，冷却降温至100℃以下，将料浆全部倾出过滤，用80℃热水60ml洗涤滤渣。将滤渣烘干后，称量，滤渣重28.6g，测定滤饼中全部B2O3含量，得到B2O3浓度为0.53％，计算可得B2O3浸出率为93.94％，此浸出率视同反应活性，滤液中Na2O/B2O3＝1.02，PH＝13.2
取少量滤饼做X光衍射分析，主要物相为磁铁矿，橄榄石和少量赤铁矿，磁铁矿的衍射强度较原矿增强了80％。以磁铁试验，磁性较原矿强。将矿渣置于硬纸上，用磁铁在纸下移动，矿渣中磁性物料随之移动可与其它矿渣分离开来。
实施例2
矿粉同实施例1
取矿粉50g，按Na2O∶B2O3＝1.3∶1；加入8.3g Na2CO3混匀后，加入少量水润湿，用压片机压成直径10mm，高10mm圆柱体，将此圆柱体置于耐火托盘上，放入高温炉中，加热至900℃，反应4小时。降至50℃，取出，将物料研细，粒度160目，(通过率90％)，用热水浸取其中的偏硼酸钠(过程同实施例1)，洗涤滤渣后，测得干滤渣重49.3g，含B2O30.55％，B2O3浸出率93.5％。滤液中Na2O/B2O3＝1.02，PH＝13.1
实施例3
所用矿粉同实施例1
取矿粉30g按Na2O∶B2O3＝0.7∶1配比，加入Na2CO32.7g，混匀后，置于坩埚中，加热至950℃，反应4小时，随后按实施例1的方法用热水浸取。测得滤渣中B2O3含量为1.2％，滤渣重29.0g，相应浸出率86.09％，滤液中Na2O/B2O3＝0.51，PH＝9.2。
实施例4
所用硼铁矿粉为翁泉沟某矿选出的含铁硼精粉，化学分析为含：B2O311.98％，MgO39.05％，TFe 8.97％，矿物分析含硼镁石17.08％，硼镁铁矿31.09％，反应活性(常压碱解法)58.73％，矿粉粒度200目，通过率92％。
取此含铁硼精粉30g，按Na2O∶B2O3＝1.5∶1配比，称取Na2CO38.3g，二者混匀后，置于坩埚内，放入高温炉中加热至950℃，反应2.5小时，冷却后，将物料磨细至160目(通过率90％)按实施例1的方式浸取，在140℃浸取2小时，过滤，洗涤，烘干后，滤渣重28.2g，含B2O30.63％，相应B2O3浸出率95.06％，滤液Na2O/B2O3＝1.05，PH＝13.3。
实施例5
所用硼铁矿粉为翁泉沟某矿经焙烧脱硫后的熟矿粉，化学分析为B2O38.82％，MgO28.59％，TFe30.35％，硼矿反应活性40.2％，矿粉粒度180目，(通过率95％)。
取上述矿粉30g，称取Na2CO35.1g，在100ml坩埚中混匀后，放入高温炉内在940℃反应2小时，其余过程同实施例1，测得洗后干矿渣重29.1克，含B2O30.51％，相应B2O3浸出率94.4％，矿渣磁性微弱。滤液PH＝13.2，Na2O/B2O3＝1.02。
Claims (2)
1.一种活化硼镁铁矿的方法，其特征在于该方法是将粒度为80～350目含B2O37～18％、TFe 7～32％和MgO 22～44％的硼铁矿粉先与Na2CO3反应，Na2CO3的用量根据矿粉中B2O3的含量，按Na2O∶B2O3＝0.6～2.0∶1的重量比混匀后成为散料或压制成型料，在750～1000℃，活化反应0.5～6.0小时，使硼镁铁矿中的B2O3转变成水溶性硼酸钠盐，反应活性达到90～96％；然后，将水溶性硼酸钠盐磨细至80～160目，放入设有搅拌装置的压力反应器中，用硼泥洗水和部分清水，按液固比为2～4∶1，在100～180℃浸取0.5～6.0小时，过滤，滤出的硼酸钠盐溶液，采用蒸浓、冷却、结晶或碳酸化，制得偏硼酸钠、硼砂或硼酸钠盐；滤饼的磁性比原矿增强了10～90％。
2.按照权利要求1所述活化硼镁铁矿的方法，其特征在于所述的硼镁铁矿是选自硼铁矿、选铁后的铁硼精矿、未经焙烧的生矿或经焙烧脱硫的熟矿。
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