CN105112648A - 一种提高硼精矿活性的微波焙烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高硼精矿活性的微波焙烧方法，工艺步骤为：（1）将化学组成为：B₂O₃为8~14wt.%，TFe为3~14wt.%，MgO为35~45wt.%，SiO₂为20~30wt.%，H₂O为7~15%，余量为氧及其它不可避免杂质的硼精矿原料烘干，破碎至80~200目，混匀后待用；（2）采用微波对硼精矿样品进行活化焙烧，得到的硼精矿微波活化焙烧料活性在80~88%。本发明的微波焙烧方法，具有加热速度快、可控性好、热效率高、节能环保的优点，和现有技术相比，可将硼精矿的活化焙烧时长从1.5~2.5h缩短至5~20min，并且活性提高15~33%。

Description

一种提高硼精矿活性的微波焙烧方法

技术领域

本发明属于无机化工技术领域，具体涉及一种提高硼精矿活性的微波焙烧方法。

背景技术

我国硼矿主要为硼镁矿和硼铁矿，辽宁省硼铁矿约占我国硼矿资源总储量的58%。经多年开采，原用于硼酸钠盐和其它硼酸产品生产的主要原料硼镁石已几近枯竭，而硼铁矿由于组成复杂、多元素共生、处理难度较大等原因目前尚未得到较好的开发与利用。

硼精矿选自硼铁矿或除铁后的含硼铁精矿，近些年开始逐步代替硼镁石作为硼酸钠盐及硼酸生产的原料。硼精矿未经焙烧活性极低，经焙烧后，硼精矿中的硼镁石可转化为活性较高的遂安石，矿物中B₂O₃活性提高，尚可满足硼工业生产要求。目前，我国应用较多的焙烧工艺有竖炉焙烧工艺、回转窑焙烧工艺、流化床焙烧工艺及闪速焙烧工艺等，从总体上看，处理低品位硼矿资源的焙烧装置较为落后，废气外排，并导致生产中硼的回收率低，造成了资源的浪费与环境的污染。

微波是一种较新的能源，采用微波对矿料进行处理具有加热快、可控性好、整体性加热、热效率高、选择性加热等优点，因此微波在矿物处理和提取冶金方面均有较强的应用潜力，它可以取代原有的冶金工艺中部分高能耗、高污染的工艺，是减少工艺耗能、减少工艺排放、降低工艺能耗的有效途径，因此近年来微波在矿冶领域的研究及应用日益深入。将微波应用于各种矿物的焙烧预处理中，其在加热及冷却过程中会导致矿物晶格内产生不同程度的应变，从而产生裂隙，有利于随后对矿物中有价组元的浸出。此外，采用微波对矿石进行活化焙烧有望缩短焙烧时间，降低焙烧温度。

综上所述，为改善目前我国硼铁矿利用现状，利用微波这种新型能源对矿物进行活化的研究，在以硼精矿为原料的硼酸钠盐以及硼酸的生产中具有很强的应用潜力和广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高硼精矿活性的微波焙烧方法，通过采用微波焙烧技术对硼精矿进行活化焙烧，破坏硼精矿显微结构，促进硼精矿中的B₂O₃转化为活性更高的形态。本发明采用的技术方案是：

一种提高硼精矿活性的微波焙烧方法，按照以下工艺步骤进行：

（1）将化学组成为：B₂O₃为8~14wt.%，TFe为3~14wt.%，MgO为35~45wt.%，SiO₂为20~30wt.%，H₂O为7~15%，余量为氧及其它不可避免杂质的硼精矿原料烘干，破碎至80~200目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为1~4kW，焙烧温度为550~750℃，活化焙烧恒温时长为5~20min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

所述硼精矿原料为硼铁矿经过磁-重分选后的主要产品，活性为55~65%，主要物相组成为硼镁石、黑云母、磁铁矿、蛇纹石、镁橄榄石、石英。

所述硼精矿微波活化焙烧料的活性为80~88%。

所述硼精矿微波活化焙烧料的活性测定方法为：取硼精矿焙烧产物，采用质量浓度为20%的NaOH溶液对硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，浸出时间为2h，随后确定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性。

采用本发明方案提高硼精矿活性的原理是：

相比传统的加热方式，微波直接对矿料进行加热，具有加热速度快、可控性强、加热均匀、热效率高、选择性强等的特点，并且微波加热具有整体性，和传统加热中仅依靠热辐射对物料进行加热而形成矿料外热内冷的状态不同，微波可实现“体加热”，促进硼精矿中B₂O₃的活化；再者，硼精矿中的不同矿物组分吸收微波的能力不同，在将微波施加于硼精矿时，由于矿物各组分升温速率不同，产生了选择性加热，从而在矿物内部产生热应力，破坏矿物结构的同时促进矿物近一步解离，并且由于矿物在微波场中升温较快，物质反应速度加快，含有结晶水的矿物会快速分解产生大量H₂O(g)，H₂O(g)的产生增大了矿物内部的压力，进一步促进矿物内部微裂纹的产生和生长，从而破坏矿物结构。

本发明方案与现有技术相比具有如下的优点及有益效果：

1、本发明采用的微波焙烧方法，具有加热速度快、可控性好、热效率高、节能环保的优点，以微波这种较新的清洁能源代替煤炭等传统热源对硼精矿进行活化焙烧，焙烧时长从1.5~2.5h缩短至5~20min，可有效改善我国硼工业中硼精矿活化焙烧工艺处理耗能多、耗时长、污染严重的现状，并扩大生产硼化工产品的原料来源。

2、本发明利用微波加热具有整体性和选择性的特点，破坏硼精矿显微结构，并加速硼精矿的脱水分解，促进硼精矿中的B₂O₃转化为活性更高的形态，焙烧后硼精矿的活性从55~65%提高至80~88%，较现有技术活化的硼精矿活性提高15~33%。

具体实施方式

本发明实施例中破碎硼精矿原料采用的粉碎机为2MZ-100型密封式制样粉碎机。

本发明实施例中采用的微波仪器为Mobilelab型微波材料学工作站。

本发明实施例中采用的硼精矿由丹东市凤城某化工集团有限公司提供。

实施例1

（1）将化学组成为：B₂O₃11.57wt.%，TFe4.98wt.%，MgO39.93wt.%，SiO₂24.98wt.%，H₂O12.01%，余量为氧和其它不可避免杂质的硼精矿原料100g烘干，破碎至100目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为4kW，焙烧温度为550℃，活化焙烧恒温时长为10min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为80%，较未活化前的57%提高了23%。

实施例2

（1）将化学组成为：B₂O₃11.57wt.%，TFe4.98wt.%，MgO39.93wt.%，SiO₂24.98wt.%，H₂O12.01%，余量为氧和其它不可避免杂质的硼精矿原料100g烘干，破碎至100目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为4kW，焙烧温度为600℃，活化焙烧恒温时长为5min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为82%，较未活化前的57%提高了25%。

实施例3

（1）将化学组成为：B₂O₃11.57wt.%，TFe4.98wt.%，MgO39.93wt.%，SiO₂24.98wt.%，H₂O12.01%，余量为氧和其它不可避免杂质的硼精矿原料100g烘干，破碎至100目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为4kW，焙烧温度为750℃，活化焙烧恒温时长为5min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为81%，较未活化前的57%提高了24%。

实施例4

（1）将化学组成为：B₂O₃12.07wt.%，TFe6.33wt.%，MgO38.52wt.%，SiO₂25.97wt.%，H₂O10.52%，余量为氧和其它不可避免杂质的硼精矿原料75g烘干，破碎至80目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为4kW，焙烧温度为600℃，活化焙烧恒温时长为10min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为82%，较未活化前的55%提高了27%。

实施例5

（1）将化学组成为：B₂O₃12.07wt.%，TFe6.33wt.%，MgO38.52wt.%，SiO₂25.97wt.%，H₂O10.52%，余量为氧和其它不可避免杂质的硼精矿原料150g烘干，破碎至80目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为4kW，焙烧温度为600℃，活化焙烧恒温时长为10min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为88%，较未活化前的55%提高了33%。

实施例6

（1）将化学组成为：B₂O₃12.07wt.%，TFe6.33wt.%，MgO38.52wt.%，SiO₂25.97wt.%，H₂O10.52%，余量为氧和其它不可避免杂质硼精矿原料175g烘干，破碎至80目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为4kW，焙烧温度为600℃，活化焙烧恒温时长为10min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为88%，较未活化前的55%提高了33%。

实施例7

（1）将化学组成为：B₂O₃10.12wt.%TFe4.64wt.%，，MgO41.98wt.%，SiO₂27.97wt.%，H₂O12.37%，余量为氧和其它不可避免杂质的硼精矿原料150g烘干，破碎至200目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为1kW，焙烧温度为600℃，活化焙烧恒温时长为20min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为82%，较未活化前的65%提高了17%。

实施例8

（1）将化学组成为：B₂O₃10.12wt.%，TFe4.64wt.%，MgO41.98wt.%，SiO₂27.97wt.%，H₂O12.37%，余量为氧和其它不可避免杂质的硼精矿原料100g烘干，破碎至200目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为3kW，焙烧温度为600℃，活化焙烧恒温时长为10min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为80%，较未活化前的65%提高了15%。

实施例9

（1）将化学组成为：B₂O₃10.12wt.%，TFe4.64wt.%，MgO41.98wt.%，SiO₂27.97wt.%，H₂O12.37%，余量为氧和其它不可避免杂质质的硼精矿原料100g烘干，破碎至200目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为4kW，焙烧温度为600℃，活化焙烧恒温时长为10min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为83%，较未活化前的65%提高了18%。

实施例10

（1）将化学组成为：B₂O₃10.12wt.%，TFe4.64wt.%，MgO41.98wt.%，SiO₂27.97wt.%，H₂O12.37%，余量为氧和其它不可避免杂质的硼精矿原料100g烘干，破碎至200目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为4kW，焙烧温度为700℃，活化焙烧恒温时长为5min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

采用质量浓度为20%的NaOH溶液对本实施例的硼精矿微波活化焙烧料进行碱解浸出2h，固/液比为1g/10ml，浸出温度为105±1℃，测定焙烧产物中B₂O₃的浸出率，以B₂O₃的浸出率来表征微波活化后的硼精矿活性为81%，较未活化前的65%提高了16%。

Claims (2)

1.一种提高硼精矿活性的微波焙烧方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：

（1）将化学组成为：B₂O₃为8~14wt.%，TFe为3~14wt.%，MgO为35~45wt.%，SiO₂为20~30wt.%，H₂O为7~15%，余量为氧及其它不可避免杂质的硼精矿原料烘干，破碎至80~200目，混匀后待用；

（2）采用微波对破碎的硼精矿样品进行活化焙烧，其中微波功率为1~4kW，焙烧温度为550~750℃，活化焙烧恒温时长为5~20min，得到活性提高的硼精矿微波活化焙烧料。

2.根据权利要求1所述的一种提高硼精矿活性的微波焙烧方法，其特征在于所述硼精矿微波活化焙烧料的活性为80~88%。