CN103667688B - 对硼铁矿进行硼铁分离的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对硼铁矿进行硼铁分离的方法，该方法包括：将硼铁矿、还原剂、粘结剂制成球团，以便得到硼铁矿球团；将所得到的硼铁矿球团在转底炉中进行还原焙烧，以便得到还原产物；以及将该还原产物进行熔化分离，以便得到铁水和含有三氧化二硼的富硼渣。利用该方法能够有效地对硼铁矿进行硼铁分离。且与现有技术相比，该方法对转底炉炉温及炉底要求低，硼铁回收率高，硼铁矿利用率高，对设备侵蚀少，并且获得的还原铁强度好。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体地，本发明涉及硼铁矿处理领域，更具体地，本发明涉及对硼铁矿进行硼铁分离的方法。
背景技术
硼以分散状态分布于地球的岩石圈、水圈和陨石圈中，是地壳中最重要的元素之一。由硼的物理及化学性质所决定，硼在化工、医药、轻工、纺织、电子、冶金、建材、国防军工、尖端科学、农业等部门广泛使用。我国硼资源比较丰富，但目前能够开采使用的只有硼总资源的三分之一。目前，中国硼矿探明储量中一半为硼镁石和硼铁混合型矿石，其余是盐卤型和盐湖固体硼矿石，而便于加工的硼镁石矿(主要是“白硼矿”)只占中国硼矿总储量的8.98%。据有关部门统计预测，未来几年硼砂和硼酸的需求将分别以6.25%和6.50%的速度增长，到2010年中国硼砂、硼酸及其他含硼化学品需求量将超过50万吨相应硼矿(标矿)需求量为220万吨将造成硼镁石矿的供求形势越来越严峻，亟需开发新的硼资源来满足日益增长的工业需求。因此，占中国硼矿资源57.88%的“黑硼矿”(即硼铁矿)就成为综合利用硼矿资源的主要处理对象，我国已探明硼镁铁共生矿床铁储量2.83亿吨，硼矿储量（按B2O5算）2185万吨。
利用硼铁矿资源，不仅可以缓解钢铁企业铁矿石资源日趋紧张的局面，而且对促进我国硼工业可持续发展具有十分重要的战略意义。我国处理硼铁矿资源的主要方法和流程包括湿法分离工艺、火法分离工艺、选矿分离工艺、做烧结球团的添加剂、制备Fe-Si-B合金等。
中国专利申请CN102162017A公开了运用转底炉珠铁工艺综合利用硼铁矿的方法。该专利申请宣称利用硼铁矿矿粉、碳质还原剂、粘结剂和添加剂为原料，经过配料、混匀、造块、转底炉还原熔分、冷却、破碎、磁选工序制得含硼珠铁和富硼渣；具体地包括：（1）将硼铁矿矿粉、碳质还原剂、粘结剂以及添加剂用混料机混匀；（2）经混料机混匀后用造球机制成球团，烘干备用；（3）将烘干后的球团单层铺在转底炉的炉底耐火材料上，事先在炉底耐火材料上铺一层3～5mm厚的碳粉，球团排出后经过冷却、破碎、磁选，最终获得珠铁和富硼渣两种产品。
然而，根据该专利申请的技术方案需要在转底炉炉底铺上一层碳粉，在转底炉实际运行过程中铺料方式复杂，需要按顺序铺粉料和块状球团，对转底炉布料要求高，并且造成原料上的浪费，碳粉燃烧的灰影响富硼渣的硼的含量。珠铁工艺对转底炉炉温及炉底要求较高。
因而，目前对于从硼铁矿分离硼和铁的手段仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种对转底炉炉温及炉底要求低，且能够有效提高硼铁回收率的对硼铁矿进行硼铁分离的方法。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种对硼铁矿进行硼铁分离的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将硼铁矿、还原剂、粘结剂制成球团，以便得到硼铁矿球团；将所得到的硼铁矿球团在转底炉中进行还原焙烧，以便得到还原产物；以及将该还原产物进行熔化分离，以便得到铁水和含有三氧化二硼的富硼渣。根据本发明的实施例，利用本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法，能够有效地对硼铁矿进行硼铁分离，并且工艺要求低、成本低、效率高。此外，发明人惊奇地发现，与现有技术相比，本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法对转底炉炉温及炉底要求低，硼铁回收率高，硼铁矿利用率高，对设备侵蚀少，能耗低，并且获得的还原铁强度好。
根据本发明的实施例，上述本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法可以具有以下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，硼铁矿的粒度为2mm以下，该硼铁矿中三氧化二硼的含量为5~10重量%。由此，能够简化工艺，减少能耗，进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率以及硼铁矿的利用率。
根据本发明的实施例，还原剂的粒度和种类均不受特别限制。根据本发明的一个实施例，还原剂的粒度为2mm以下，并且该还原剂为选自煤、焦粉以及兰炭的至少之一。由此，能够进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率以及硼铁矿的利用率。
根据本发明的实施例，还原剂的重量不受特别限制。根据本发明的一个实施例，还原剂的重量为硼铁矿重量的10~30%。由此，能够进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率以及硼铁矿的利用率。
根据本发明的实施例，粘结剂的种类不受特别限制。根据本发明的一个实施例，粘结剂为选自膨润土、糖蜜和淀粉的至少之一。由此，能够进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率和硼铁矿的利用率。
根据本发明的实施例，粘结剂的重量不受特别限制。根据本发明的一个实施例，粘结剂的重量为硼铁矿重量的1~5%。由此，能够进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率以及硼铁矿的利用率。
根据本发明的一个实施例，在进行还原焙烧之前，预先对硼铁矿球团进行烘干。由此，能够减少能耗，进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率。
根据本发明的实施例，进行还原焙烧的温度和时间不受特别限制，只要能够有效将所得到的硼铁矿球团即可。根据本发明的一个实施例，还原焙烧是在1250~1380摄氏度下进行20~40分钟。根据本发明的一个优选实施例，还原焙烧在1250~1350摄氏度下进行。由此，使得本发明的方法对转底炉的性能及操作要求降低，进而能够有效降低能耗，提高产能，减少设备侵蚀，降低成本。
根据本发明的实施例，进行熔化分离的设备不受特别限制，只要能够将还原产物中的铁硼进行分离，有效获得铁水和含有三氧化二硼的富硼渣即可。根据本发明的一个实施例，熔化分离是在燃气熔炼炉或电炉中进行的。由此，能够有效提高熔化分离的效率。
根据本发明的实施例，进行熔化分离的具体条件不受特别限制。根据本发明的一个实施例，于1400～1500摄氏度下进行熔化分离40～90分钟。由此，能够进一步提高熔化分离的效率，从而能够有效提高硼铁分离的效率及硼铁回收率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的对硼铁矿进行硼铁分离的方法的流程示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的对硼铁矿进行硼铁分离的一般方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种对硼铁矿进行硼铁分离的方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法包括：
S100：球团制备
根据本发明的实施例，首先，将硼铁矿、还原剂、粘结剂制成球团，以便得到硼铁矿球团。根据本发明的一个实施例，硼铁矿的粒度为2mm以下，该硼铁矿中三氧化二硼的含量为5~10重量%。由此，能够简化工艺，减少能耗，进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率以及硼铁矿的利用率。
此外，根据本发明的实施例，还原剂的粒度和种类均不受特别限制。根据本发明的一个实施例，还原剂的粒度为2mm以下，并且该还原剂为选自煤、焦粉以及兰炭的至少之一。由此，能够进一步提高后续还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率以及硼铁矿的利用率。
根据本发明的实施例，还原剂的重量不受特别限制。根据本发明的一个实施例，还原剂的重量为硼铁矿重量的10~30%。由此，能够进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率以及硼铁矿的利用率。
根据本发明的实施例，粘结剂的种类不受特别限制。根据本发明的一个实施例，粘结剂为选自膨润土、糖蜜和淀粉的至少之一。由此，能够有效地制备获得硼铁矿球团，且能够进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率和硼铁矿的利用率。
根据本发明的实施例，粘结剂的重量不受特别限制。根据本发明的一个实施例，粘结剂的重量为硼铁矿重量的1~5%。由此，能够有效地制备获得硼铁矿球团，且能够进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率以及硼铁矿的利用率。
S200：还原焙烧
接着，将所得到的硼铁矿球团在转底炉中进行还原焙烧，以便得到还原产物。根据本发明的一个实施例，在进行还原焙烧之前，可以预先对硼铁矿球团进行烘干。由此，能够减少能耗，进一步提高还原焙烧的效率，进而能够进一步提高硼铁分离的效率，从而能够有效提高硼铁回收率。
此外，根据本发明的实施例，进行还原焙烧的温度和时间不受特别限制，只要能够有效将所得到的硼铁矿球团即可。根据本发明的一个实施例，还原焙烧是在1250~1380摄氏度下进行20~40分钟。根据本发明的一个优选实施例，还原焙烧在1250~1350摄氏度下进行。由此，使得本发明的方法对转底炉的性能及操作要求降低，进而能够有效降低能耗，提高产能，减少设备侵蚀，降低成本。
S300：熔化分离
然后，将该还原产物进行熔化分离，以便得到铁水和含有三氧化二硼的富硼渣。其中，根据本发明的实施例，进行熔化分离的设备不受特别限制，只要能够将还原产物中的铁硼进行分离，有效获得铁水和含有三氧化二硼的富硼渣即可。根据本发明的一个实施例，熔化分离是在燃气熔炼炉或电炉中进行的。由此，能够有效提高熔化分离的效率。
此外，根据本发明的实施例，进行熔化分离的具体条件也不受特别限制。根据本发明的一个实施例，于1400～1500摄氏度下进行熔化分离40～90分钟。由此，能够进一步提高熔化分离的效率，从而能够有效提高硼铁分离的效率及硼铁回收率。
具体地，根据本发明的实施例，参照图2，本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的一般方法包括：
（1）于低硼品位硼铁矿中配入含碳还原剂、粘结剂制成还原球团，球团经过烘干后在转底炉内进行快速还原。
其中低硼品位硼铁矿的硼品位5～10%，硼铁矿破碎至2mm以下，以选自煤、焦粉和兰炭中至少一种作为还原剂，还原剂粒度为2mm以下，还原剂用量为硼铁矿重量的10%～30%，以选自膨润土、糖蜜和淀粉溶液中的至少一种作为粘结剂，所加入粘结剂的重量为硼铁矿重量的1%～5%；将混合料充分混匀后压球或造球，然后将球团烘干，并将烘干后的球团于转底炉内进行快速还原，以便获得转底炉直接还原产品。其中，转底炉内的还原温度为1250℃～1380℃，优选1250℃～1380℃，还原时间为20～40分钟。
（2）将获得的转底炉直接还原产品于选自燃气熔炼炉和电炉的至少一种中进行熔化分离，以便分离获得铁水和富硼渣。
其中转底炉直接还原产品热态装入燃气熔炼炉或者电炉内。
需要说明的是，本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法，遵循的是铁氧化物逐级还原的原则，其中对铁的还原仅需满足FeO→Fe，即可满足整个还原过程的需要。为了方便理解本发明的方法，现结合实施该方法所涉及的主要化学反应具体解释硼铁分离的原理，其中涉及的化学反应主要有：
FeO（s）+C（s）=Fe（s）+CO（g） ΔG°=143300-146.45T J
B2O3（s）+3C（s）=2B（s）+3CO（g） ΔG°=909435-503.4T J
具体地，在本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法中，是于1400～1500摄氏度下进行熔化分离的。这是因为，铁开始反应的温度为1251.5℃，硼开始反应的温度为2079.6℃，因而，在本发明的进行熔化分离的温度范围内，铁能被还原而硼不能被还原。需要说明的是，在本发明的熔化分离过程中温度未能达到硼还原的反应温度，且没有足够的碳使硼还原，因而，硼是以三氧化二硼的形式存在于渣中的，从而能够得到铁水和富硼渣。
发明人惊奇地发现，与现有技术相比，本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法对转底炉炉温及炉底要求低，硼铁回收率高，硼铁矿利用率高，对设备侵蚀少，能耗低，并且获得的还原铁强度好。此外，根据本发明的实施例，利用本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法，能够有效地对硼铁矿进行硼铁分离，并且工艺要求低、成本低、效率高。
具体地，相对于现有技术，本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法具有如下优点：
1．低硼品位硼铁矿（三氧化二硼的含量为5%～10%）能够得到充分利用，且能够避免高炉冶炼过程中高炉产能下降、炉衬侵蚀严重等缺点；
2．转底炉还原过程中，炉料相对静止，炉内气氛可调可控，产出的直接还原铁强度好，无粉化现象，从而能够有效改善电炉或燃气炉炉料透气性；
3．硼铁矿焙烧、磁选工艺相比，本发明的对硼铁矿进行硼铁分离的方法对低硼品位硼铁矿进行转底炉直接还原后熔化分离处理，能够大幅提高铁、硼的回收率，铁回收率达95%以上，硼回收率达到90%以上。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
取某硼铁矿2Kg（粒度为2mm以下，主要成分：B2O36.19%，TFe49.72%，FeO17.99%，CaO1.21%，MgO15.88%，SiO26.75%，Al2O30.27%，S0.11%，P0.05%），配入0.44Kg兰炭、0.18Kg淀粉以及0.2Kg膨润土，混合均匀后加入0.3Kg水并继续进行混合至均匀，然后将混合物进行压球或者造球处理，球团烘干后在转底炉内进行还原焙烧，以便获得还原产物。其中，还原焙烧温度为1350℃，还原焙烧时间30分钟。然后，将还原产物于热态下放入电炉内进行熔化分离，以便得到全铁含量为96.86%的铁水1.006Kg，以及全铁含量为3.15%，B2O3含量为19.24%的富硼渣0.624Kg。
经计算可知，硼回收率高达97%。
实施例2
取某硼铁矿2Kg（粒度为2mm以下，主要成分：B2O38.20%，TFe40.31％，FeO12.53%，CaO5.87%，MgO19.39%，SiO29.22%，Al2O30.96%，S0.08%，P0.052%），配入0.32Kg无烟煤、0.18Kg淀粉以及0.2Kg膨润土，混合均匀后加入0.28Kg水并继续进行混合至均匀，然后将混合物进行压球或者造球处理，球团烘干后在转底炉内进行还原焙烧，以便获得还原产物。其中，还原焙烧温度1330℃，还原焙烧时间30分钟。然后，将还原产物于热态下放入电炉内进行熔化分离，以便得到全铁含量为94.86%的铁水0.825Kg，以及全铁含量为3.09%，B2O3含量为25.64%的富硼0.605Kg。
经计算可知，硼回收率高达94.6%。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种对硼铁矿进行硼铁分离的方法，其特征在于，包括：
将硼铁矿、还原剂、粘结剂制成球团，以便得到硼铁矿球团；
将所得到的硼铁矿球团在转底炉中进行还原焙烧，以便得到还原产物；以及
将所述还原产物进行熔化分离，以便得到铁水和含有三氧化二硼的富硼渣；
其中，所述硼铁矿的粒度为2mm以下，所述硼铁矿中三氧化二硼的含量为5～10重量％；所述还原剂的粒度为2mm以下，并且所述还原剂为选自煤、焦粉以及兰炭的至少之一；
所述还原焙烧是在1250～1350摄氏度下进行20～40分钟；于1400～1500摄氏度下进行熔化分离40～90分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂的重量为所述硼铁矿重量的10～30％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为选自膨润土、糖蜜和淀粉的至少之一。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结剂的重量为所述硼铁矿重量的1～5％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述还原焙烧之前，预先对所述硼铁矿球团进行烘干。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔化分离是在燃气熔炼炉或电炉中进行的。
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