CN103754902A - 一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法，本发明首先将低品位的含镁硼精矿进行活化，提高了其中的硼元素和可溶性镁元素的活性，使其能够在低品位的含镁硼精矿中同时被提取出来。本发明提供的方法由低品位的含镁硼精矿制备得到轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸，有利于对低品位含镁硼精矿的开发利用。
Description
技术领域
本发明涉及矿石元素提取的技术领域，尤其涉及一种低品位含镁硼精矿联产轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法。
背景技术
硼是重要的化工原料，也是我国当前急缺的矿产资源。硼约占地壳组成的0.001%，它在自然界中主要矿石是硼砂、白硼钙石和镁钙石等。现有技术对于含硼矿的利用主要是针对的高品位的含硼矿，将含硼的矿石生产硼砂或硼酸。然而对于硼这种较紧缺的矿产资源，如果能够将低品位含硼矿中的硼提取出来，能够极大的缓解硼的需求压力。
现有技术中对于硼砂的制备主要有加压碱解法、碳碱法、纯碱碱解法-井盐卤水和纯碱碳解法-钠硼解石。其中的加压碳解法和碳碱法是以硼镁矿粉为原料生产硼砂。加压碳解法是将预处理的硼镁矿粉与氢氧化钠溶液混合，加温加压分解得到偏硼酸钠溶液，再经碳化后处理即得硼砂；碳解法是将预处理的硼镁矿粉与碳酸钠溶液混合加温，通二氧化碳升压后反应得到硼砂。这两种以含硼矿石为原料生产硼砂的方法都是针对的高品位的含硼矿，对于低品位的含硼矿则提取不出其中的硼元素。
如辽宁翁泉沟的特大型硼矿产资源的利用，虽然已经综合回收了B2O3、Fe和铀，但在磁选粗粒抛尾和阶段选别时，仍有产率为42%的尾矿没有综合利用和回收，其中约含有2.31%的B2O3和30%的MgO，总量还有一亿多吨。根据相关科研机构中间试验的成果计算，2185万吨的B2O3可制成硼酸近3500万吨，其经济价值为1900亿元，进入产品的2400万吨MgO组分可制成轻质轻质碳酸镁5100多万吨，其价值为3000亿元。2.83亿吨铁矿石可综合回收含铁品位为68%的铁精矿1.20亿吨，其经济价值130亿元。合计经济价值5000多亿元。铀的回收价值尚未计算在内。如辽宁翁泉沟的特大型硼矿产资源综合利用技术工艺问题的解决无疑将缓解硼矿资源枯竭的矛盾，现有技术中并没有公开针对低品位含镁硼精矿提取硼和镁的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法，本发明提供的方法能够由低品位的含镁硼精矿中制备得到轻质碳酸镁，并联产得到硼酸或硼砂。
本发明提供了一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法，包括以下步骤：
a）将低品位含镁硼精矿中的硼元素和可溶性镁元素进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；
b）采用碳解气体，将所述步骤a）得到的活化后的含镁硼精矿进行碳化提取，得到重镁液和二次硼精粉；
c）将所述步骤b）得到的重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁；
d）以所述步骤b）得到的二次硼精粉为原料制备硼砂或硼酸；
所述步骤c）和步骤d）没有时间顺序限制。
优选的，所述步骤a）中活化的温度为690℃～750℃。
优选的，所述步骤b）中碳化提取的温度为25℃～70℃。
优选的，所述步骤b）的碳解气体为硼砂制备过程产生的富集后的尾气。
优选的，所述步骤c）中热解的温度为70℃～110℃。
优选的，所述步骤d）为：
将所述步骤b）得到的二次硼精粉进行钠化和碳化，得到硼砂；
或将所述硼砂进行酸化，得到硼酸。
优选的，所述钠化的试剂为氢氧化钠或碳酸钠。
优选的，所述钠化的温度为80℃～150℃。
优选的，所述钠化的压力为0.4MPa～0.8MPa。
本发明提供了一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法，包括以下步骤：a）将低品位含镁硼精矿中的硼元素和可溶性镁元素进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；b）采用碳解气体，将所述步骤a）得到的活化后的含镁硼精矿进行碳化提取，得到重镁液和二次硼精粉；c）将所述步骤b）得到的重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁；d）以所述步骤b）得到的二次硼精粉为原料制备硼砂或硼酸；所述步骤c）和步骤d）没有时间顺序限制。本发明首先将低品位的含镁硼精矿进行活化，提高了其中硼元素和可溶性镁元素的活性，使硼和镁能够在低品位的含镁硼精矿中同时被提取出来；而且含镁矿石分解产生碳酸镁，为后续提取镁化合物和硼化合物创造了条件。本发明提供的方法由低品位的含镁硼精矿制备得到轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸，有利于对低品位含镁硼精矿的开发利用。实验结果表明，本发明提供的方法从低品位含镁硼精矿中制备轻质碳酸镁的产率≥18%，联产硼砂产率≥25%。
进一步的，本发明以制备硼砂过程中产生的气体作为碳化过程的碳解气体，使得尾气得到了合理利用，同时净化了生产过程中的碳解气体，提高了二次硼精粉中三氧化二硼的含量，提高了硼酸或硼砂的产率。本发明提供的方法实现了硼镁联产，节省了生产空间，实现了能源、水源的最大化利用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的生产流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法，包括以下步骤：
a）将低品位含镁硼精矿中的硼元素和可溶性镁元素进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；
b）采用碳解气体，将所述步骤a）得到的活化后的含镁硼精矿进行碳化提取，得到重镁液和二次硼精粉；
c）将所述步骤b）得到的重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁；
d）以所述步骤b）得到的二次硼精粉为原料制备硼砂或硼酸；
所述步骤c）和步骤d）没有时间顺序限制。
本发明提供的方法能够由低品位的含镁硼精矿中制备得到轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸，实现了对低品位含镁硼精矿和尾矿的开发利用，实现了资源的重复利用。
本发明将低品位含镁硼精矿中的硼和镁进行活化，得到活化后的含镁硼精矿。本发明优选将低品位含镁硼精矿进行焙烧，实现对所述低品位含镁硼精矿中的硼元素和可溶性镁元素的活化。本发明对所述低品位含镁硼精矿没有特殊的限制，按照本领域熟知的对矿石品位的分级标准得到的低品位含镁硼精矿。如低品位的硼镁铁矿，或对含有硼的矿石选出高品位矿物后，剩余的尾矿。本发明对所述含镁硼精矿的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的含镁硼精矿即可，如辽宁翁泉沟的含铀铁硼矿选出B2O3、Fe和铀后的尾矿。
本发明优选对矿石进行采矿和选矿，以辽宁翁泉沟的含铀铁硼矿为例，经过采矿和选矿，得到铁矿、硼精粉和铀矿；本发明优选将得到的硼精粉进行沉降，得到低品位含镁硼精矿。本发明对所述采矿和选矿的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的采矿技术方案、选矿系统、选矿装置即可；
本发明优选对所述低品位含镁硼精矿进行焙烧，实现了对所述低品位含镁硼精矿中的硼和镁的活化，提高了所述低品位含镁硼精矿中硼元素和可溶性镁元素的活性。本发明对所述焙烧的设备没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的焙烧矿石的设备即可，在本发明中，所述焙烧的温度优选为690℃～750℃，更优选为700℃～740℃，最优选为710℃～730℃；所述焙烧的时间优选为30min～90min，更优选为40min～80min，最优选为50min～70min。在焙烧的过程中，所述低品位含镁硼精矿中的硼和镁被活化，有利于后续硼镁提取过程的进行。具体的，在焙烧过程中，所述低品位含镁硼精矿中的可溶性镁元素与硼元素同时获得活性，能够被同时提取；其中的含镁矿石分解产生碳酸镁，为后续提取工艺创造条件。
完成对所述低品位含镁硼精矿的活化后，本发明采用碳解气体将得到的活化后的低品位硼镁矿进行碳化提取，得到重镁液和二次硼精粉。在本发明中，所述碳解气体包括二氧化碳，本发明对所述碳解气体的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的碳解气体即可，在本发明中，所述碳解气体优选为硼砂或硼酸制备过程中产生的尾气。本发明以硼砂或硼酸生产过程中的尾气作为对含镁硼精矿碳化的碳解气体，实现了对硼砂或硼酸生产过程中产生尾气的合理利用，同时净化了生产过程的碳解气体，提高了得到的二次硼精粉中三氧化二硼的含量，提高了硼砂或硼酸的产率。在本发明中，所述碳化的温度优选为25℃～70℃，更优选为20℃～65℃，最优选为20℃～40℃；所述碳化的时间优选为3h～8h，更优选为4h～7h，最优选为5h～6h。在碳化的过程中，含镁矿石会发生式（1）～式（3）所示反应，得到重镁液：
CaMg(CO3)2→MgO+CaO+2CO2↑ （1）；
MgO+CaO+2H2O→Mg(OH)2+Ca(OH)2 （2）；
Mg(OH)2+Ca(OH)2+3CO2→Mg(HCO3)2+CaCO3+H2O5 （3）。
本发明在完成对所述活化后的低品位含镁硼精矿的碳化提取后，将得到的碳化产物过滤，得到的滤液为重镁液，得到的滤渣为二次硼精粉。本发明对所述过滤的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的矿石提取过程中采用的过滤的技术方案即可。在本发明中，所述重镁液包括碱式碳酸镁。
得到重镁液后，本发明将所述重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁。本发明在完成对所述重镁液的热解后，优选将所述热解得到的热解产物进行过滤和干燥，得到轻质碳酸镁。在本发明中，所述热解的温度优选为70℃～110℃，更优选为75℃～105℃，最优选为80℃～100℃；所述热解的时间优选为20min～150min，更优选为40min～140min，最优选为50min～120min。在所述热解过程中，重镁液中的碳酸氢镁和氢氧化镁会发生反应，如式（4）～（5）所示，得到轻质碳酸镁：
Mg(HCO3)2→MgCO3+H2O+CO2 （4）；
Mg(OH)2+CO2→MgCO3+H2O （5）；
本发明对所述过滤和干燥的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的过滤和干燥的技术方案即可。
完成对所述活化后的含镁硼精矿的碳化提取后，本发明以上述技术方案得到的二次硼精粉为原料制备硼砂或硼酸。本发明提供的方法得到的二次硼精粉无需进一步的处理，直接进行制备硼砂的配料和硼砂的制备即可。本发明对所述二次硼精粉制备硼砂或硼酸的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的二次硼精粉制备硼砂或硼酸的技术方案即可。在本发明中，所述以所述二次硼精粉为原料制备硼砂或硼酸的过程优选为：
将所述二次硼精粉进行钠化和碳化，得到硼砂。
本发明优选将所述二次硼精粉与钠化试剂混合，反应得到硼砂。在本发明中，在本发明中，所述钠化的试剂优选为碳酸钠或氢氧化钠，更优选为碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液，最优选为碳酸钠溶液；所述碳酸钠溶液的浓度优选为10g/L～20g/L，更优选为12g/L～18g/L，最优选为14g/L～16g/L。
在本发明中，当所述钠化的试剂为氢氧化钠时，本发明优选将所述二次硼精粉与氢氧化钠混合，加热加压反应得到偏硼酸钠；将所述偏硼酸钠进行碳化得到硼砂。所述加热的温度优选为80℃～150℃，更优选为90℃～140℃，最优选为100℃～130℃；所述加压的压力优选为0.6MPa～0.8MPa，更优选为0.65MPa～0.75MPa。本发明对所述碳化的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的碳化的技术方案即可。本发明优选向得到的偏硼酸钠中通入二氧化碳，进行碳化反应后，得到硼酸。在本发明中，上述钠化和碳化的反应过程如式（7）和式（8）所示：
2MgO·B2O3+2NaOH+H2O→2NaBO2+2Mg(OH)2 （7）；
4NaBO2+CO2→Na2B4O7+Na2CO3 （8）。
当所述钠化的试剂为碳酸钠时，本发明优选将所述二次硼精粉与所述钠化试剂混合后升温，再向其中通入CO2升压进行反应，得到硼砂。在本发明中，所述升温的温度优选为80℃～150℃，更优选为90℃～140℃，最优选为100℃～130℃；所述升压的压力优选为0.6MPa～0.8MPa，更优选为0.65MPa～0.75MPa；所述反应的时间优选为14h～48h，更优选为17h～45h，最优选为20h～42h。在本发明中，二次硼精粉会发生如式（9）所示反应，得到硼砂：相对于二次硼精粉来说，所述碳酸钠优选过量15%～30%，更优选过量20%～25%；
2(2MgO·B2O3)+Na2CO3+2CO2+xH2O→Na2B4O7+4MgO.3CO2.xH2O （9）。
本发明得到二次硼精粉后，也可以所述二次硼精粉为原料，制备得到硼酸，所述二次硼精粉制备得到硼酸的过程优选具体为：
将所述步骤b）得到的二次硼精粉进行钠化和碳化，得到硼砂；
将所述硼砂进行酸化，得到硼酸。
本发明优选采用上述技术方案制备得到硼砂，将所述硼砂进行酸化，得到硼酸。本发明优选将所述硼砂溶解，将得到的硼酸溶液进行酸化，得到硼酸；更优选向所述硼酸溶液中加入当量的酸化试剂，反应得到硼酸。在本发明中，所述硼砂溶液的相对密度优选为30°Bé～32°Bé；所述酸化的酸化试剂优选为硫酸；所述反应的pH值优选为2～3；所述反应的温度优选为80℃～100℃，更优选为85℃～95℃，最优选为90℃；所述反应的时间优选为25min～45min，更优选为30min～40min，最优选为33min～37min。在本发明中，所述硼砂酸化制备硼酸的过程如式（10）所示：
Na2B4O7+H2SO4+5H2O→4H3BO3+Na2SO4 （10）。
完成硼砂的酸化反应后，本发明将得到的反应液冷却、结晶、分离和干燥，得到硼酸。本发明对所述冷却、结晶、分离和干燥的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的冷却、结晶、分离和干燥的技术方案即可。
参见图1，图1为本发明实施例提供的低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的流程示意图，在本发明的实施例中，以辽宁翁泉沟硼镁铁矿为原料，首先通过选矿系统将采矿得到的硼镁铁矿石进行选矿，得到铁矿、硼矿和铀矿；将得到的硼矿进行沉降，得到低品位含镁硼精矿；按照上述技术方案所述的方法将所述低品位含镁硼精矿进行活化，提高了其中硼元素和可溶性镁元素的活性，然后从活化后的低品位含镁硼精矿提取出低品位含镁硼精矿中的Mg和B，得到轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸。
本发明提供了一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法，包括以下步骤：a）将低品位含镁硼精矿中的硼元素和可溶性镁元素进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；b）采用碳解气体，将所述步骤a）得到的活化后的含镁硼精矿进行碳化提取，得到重镁液和二次硼精粉；c）将所述步骤b）得到的重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁；d）将所述步骤b）得到的二次硼精粉进行焙烧后制备硼砂或硼酸；所述步骤c）和步骤d）没有时间顺序限制。本发明首先将低品位的含镁硼精矿进行活化，提高了其中硼元素和可溶性镁元素的活性，使其能够在低品位的含镁硼精矿中同时被提取出来；而且含镁矿石分解产生碳酸镁，为后续提取镁化合物和硼化合物创造了条件。本发明提供的方法由低品位的含镁硼精矿制备得到轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸，有利于对低品位含镁硼精矿的开发利用。
进一步的，本发明以制备硼砂过程中产生的气体作为碳化过程的碳解气体，使得尾气得到了合理利用，同时净化了生产过程中的碳解气体，提高了二次硼精粉中三氧化二硼的含量，提高了硼酸或硼砂的产率。本发明提供的方法实现了硼镁联产，节省了生产空间，实现了能源、水源的最大化利用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
在下述实施例中，低品位含镁硼精矿为辽宁省凤城翁泉沟含铀铁硼矿经回收B2O3、Fe和铀后的尾矿，尾矿中含有约2.31%的B2O3和30%的MgO；
实施例采用图1所示工艺流程制备轻质碳酸镁联产硼砂。
实施例1
将尾矿输送至焙烧窑中，在690℃±5℃下进行焙烧，将焙烧完成的物料输送至镁配料罐中，完成配料后将混合物料输送至碳化罐，并将生产硼砂产生的尾气通入碳化罐中，进行碳化提取，再将碳化得到的产物输送至第一过滤机进行过滤，得到料渣和料浆；
将得到的料渣输送至硼砂配料罐中进行配料，然后将配料后得到的混合物料输送至碳解反应釜进行碳解反应，完成碳解反应后，将得到的碳解产物输送至第二过滤机进行过滤，将得到的滤液输送至结晶罐中进行结晶，再将结晶的产物输送至离心机进行离心，得到硼砂产品；
将得到的料浆输送至储液罐，再将输液管中的料将进行精制，将精制后的料浆输送至镁液分解罐中进行热解，热解的温度为100℃，将得到的热解产物输送至第三过滤机进行过滤，本发明将得到的滤液回流至镁配料罐中；将得到的滤渣进行干燥，干燥后得到轻质碳酸镁产品；
本实施例中制备得到轻质碳酸镁的产率为18%，联产硼砂的产率为25%。
实施例2
采用实施例1中的技术方案以尾矿为原料，制备轻质碳酸镁联产硼砂，不同的是，本实施例中的焙烧温度为750℃±5℃。
本实施例中制备得到轻质碳酸镁的产率为20%，联产硼砂的产率为28%。
实施例3
采用实施例1中的技术方案以尾矿为原料，制备轻质碳酸镁联产硼砂，不同的是，本实施例中的焙烧温度为700℃±5℃。
本实施例中制备得到轻质碳酸镁的产率为18%，联产硼砂的产率为30%。
实施例4
采用实施例1中的技术方案以尾矿为原料，制备轻质碳酸镁联产硼砂，不同的是，本实施例中的焙烧温度为710℃±5℃。
本实施例中制备得到轻质碳酸镁的产率为19%，联产硼砂的产率为26%。
实施例5
采用实施例1中的技术方案以尾矿为原料，制备轻质碳酸镁联产硼砂，不同的是，本实施例中的焙烧温度为740℃±5℃。
本实施例中制备得到轻质碳酸镁的产率为19%，联产硼砂的产率为27%。
实施例6
采用实施例1中的技术方案以尾矿为原料，制备轻质碳酸镁联产硼砂，不同的是，本实施例中的焙烧温度为730℃±5℃。
本实施例中制备得到轻质碳酸镁的产率为18%，联产硼砂的产率为29%。
由以上实施例可知，本发明提供了一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法，包括以下步骤：a）将低品位含镁硼精矿中的硼元素和可溶性镁元素进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；b）采用碳解气体，将所述步骤a）得到的活化后的含镁硼精矿进行碳化提取，得到重镁液和二次硼精粉；c）将所述步骤b）得到的重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁；d）将所述步骤b）得到的二次硼精粉进行焙烧后制备硼砂或硼酸；所述步骤c）和步骤d）没有时间顺序限制。本发明首先将低品位的含镁硼精矿进行活化，提高了其中硼元素和可溶性镁元素的活性，使其能够在低品位的含镁硼精矿中同时被提取出来；而且含镁矿石分解产生碳酸镁，为后续提取镁化合物和硼化合物创造了条件。本发明提供的方法由低品位的含镁硼精矿制备得到轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸，有利于对低品位含镁硼精矿的开发利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种低品位含镁硼精矿制备轻质碳酸镁联产硼砂或硼酸的方法，包括以下步骤：
a）将低品位含镁硼精矿中的硼元素和可溶性镁元素进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；
b）采用碳解气体，将所述步骤a）得到的活化后的含镁硼精矿进行碳化提取，得到重镁液和二次硼精粉；
c）将所述步骤b）得到的重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁；
d）以所述步骤b）得到的二次硼精粉为原料制备硼砂或硼酸；
所述步骤c）和步骤d）没有时间顺序限制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a）中活化的温度为690℃～750℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b）中碳化提取的温度为25℃～70℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b）的碳解气体为硼砂制备过程产生的尾气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c）中热解的温度为70～110℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤d）为：
将所述步骤b）得到的二次硼精粉进行钠化和碳化，得到硼砂；
或将所述硼砂进行酸化，得到硼酸。
7.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述钠化的试剂为氢氧化钠或碳酸钠。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述钠化的温度为80℃～150℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述钠化的压力为0.4MPa～0.8MPa。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20140430 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |