CN112609070A - 一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法 - Google Patents

一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法 Download PDF

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Abstract

一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，按以下步骤进行：(1)含硼铁精矿磨细作为原料；(2)将原料加热后通入还原反应器，与还原性气体混合，悬浮状态发生还原反应；(3)还原物料水淬至常温，水淬物料与氢氧化钠和水搅拌调浆；(4)矿浆磨矿，同时进行浸出获得浸出矿浆；(5)将浸出矿浆过滤，分离出浸出液和浸出渣；浸出液为含有偏硼酸钠的溶液；(6)将浸出渣制成二次矿浆后进行磁选。本发明的还原主体设备为悬浮炉，还原效率可以大幅度提高；磨矿浸出同步进行，使硼矿物在磨矿过程中充分浸取出来，具有缩短浸出时间、简化流程、降低能耗等优点。

Description

一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法
技术领域
本发明属于矿物加工、冶金技术领域，特别涉及一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法。
背景技术
硼铁矿中由于铁、硼矿物共生关系密切，组成复杂，结晶粒度细，选矿方法只能获得TFe品位45～55％，B2O3含量4～6％的含硼铁精矿和B2O3含量12～18％硼精矿；而含硼铁精矿进一步加工利用的关键在于硼、铁的二次分离，否则只能作为高炉配矿使用而无法回收硼矿物，造成硼资源的巨大浪费。
目前，含硼铁精矿的硼铁综合利用方法以火法为主，包括高炉法、回转窑法和转底炉法；基本原理是在一定温度下，以煤粉、焦炭或还原性气体将铁氧化物还原为金属铁，而硼矿物不被还原，通过磨矿-磁选或高温熔化实现硼铁分离。火法工艺优点在于流程短；如发明名称为“对硼铁矿进行硼铁分离的方法”的中国专利(201210592282.X)公开了一种转底炉-熔分实现硼铁分离的方法，将硼铁矿制成球团进行转底炉还原焙烧，将还原产物进行熔化分离，以便得到铁水和含有B2O3的富硼渣，硼铁分离效果好，回收率高；但该方法还原及熔分过程温度高，时间长，需要在1400～1500℃下熔化分离40～90min，能耗高。发明名称为“一种转底炉直接还原-电炉熔分综合利用硼铁矿的方法”的中国专利(201310616734.8)公开了一种综合利用硼铁矿的方法，将还原剂与硼铁矿及粘结剂制成含碳球团，将球团置于转底炉内，经加热还原得到金属化球团。然后加入焦炭后在电炉内熔分，得到生铁和B2O3含量为10～22％的硼渣，硼铁分离彻底，对生球强度要求不高。以上两种方法获得的熔融态富硼渣均需要经过缓慢冷却处理才能获得较高的反应活性，降低了生产效率，开发一种流程短、能耗低、硼活性高的含硼铁精矿综合利用方法具有重要意义。
发明内容
针对现有硼铁精矿的硼铁分离技术中存在的上述不足，本发明提供一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，通过先悬浮焙烧将铁氧化物还原为金属铁，然后在磨矿同时用氢氧化钠浸出硼，分离出硼后磁选获得铁，使硼铁达到良好的分离效果。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将含硼铁精矿磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量≥60％，作为原料；
2、将原料加热至700～850℃，硼镁石活化分解为遂安石；然后通入还原反应器，与还原性气体混合，原料在气流作用下处于悬浮状态，并与还原性气体发生还原反应，使原料中的铁氧化物被还原为金属铁，生成的还原物料从还原反应器的排料口排出；其中还原性气体先从还原反应器底部的进气口通入后，再将原料从还原反应器顶部的进料口通入，原料在还原反应器内的停留时间20～50min；
3、将排出的还原物料直接水淬至常温，获得水淬物料；将水淬物料取出后与氢氧化钠和水共同给入搅拌桶进行搅拌调浆，使氢氧化钠溶于水中并使物料混合均匀，制成质量浓度50～60％的矿浆；氢氧化钠的加入量按NaOH与还原物料中的Mg2B2O5完全反应所需理论用量的1.1～1.3倍；
4、将矿浆给入磨机中进行磨矿，磨矿同时进行浸出反应，磨矿至固体中粒径≤0.045mm的部分占总质量≥80％，同时完成浸出，磨矿时间30～60min，获得浸出矿浆；
5、将浸出矿浆过滤，分离出浸出液和浸出渣；浸出液为含有偏硼酸钠的溶液；
6、将浸出渣制成二次矿浆后进行磁选，获得磁选精矿。
上述的步骤1中，含硼铁精矿为硼铁矿经磁选后的精矿，按质量百分比含TFe 45～55％，B2O3 4～7％，MgO 8～16％，CaO 0.1～1％，Al2O3 0.1～0.6％，SiO2 3～8％。
上述的步骤2中，还原性气体为氢气和氮气的混合气体，或者为氢气、一氧化碳和氮气的混合气体，混合气体中氮气的体积百分比≤35％。
上述的步骤2中，进入还原反应器的还原性气体的表观流速为0.05～0.2m/s。
上述的步骤2中，还原性气体与原料反应后生成的废气从进料口排出。
上述的步骤2中，还原物料的金属化率≥85％。
上述的步骤5中，浸出液中硼的浸出率≥85％。
上述的步骤6中，磁选的磁场强度为60～100kA/m。
上述的步骤6中，磁选精矿为金属铁粉，铁品位TFe≥90％，铁回收率≥90％。
上述的步骤5中，含有偏硼酸钠的溶液经蒸发结晶后获得偏硼酸钠。
上述的步骤2中，铁氧化物被还原为金属铁、硼镁石活化分解为遂安石时的主要反应式为：
Fe3O4+4H2＝3Fe+4H2O (1)、
Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2 (2)、
和
(Mg2[B2O4(OH)](OH)＝Mg2B2O5+H2O (3)。
上述的步骤3中，完全反应所依据的反应式为：
2NaOH+Mg2B2O5+H2O→2NaBO2+2Mg(OH)2。
硼铁矿粉矿在还原气体的作用下处于悬浮流动状态并发生还原反应，传质传热迅速，气固接触效率高，颗粒与颗粒之间受热均匀；在700～850℃温度范围内，铁氧化物迅速被还原为金属铁，而硼矿物不会被还原；还原过程中金属铁保持了失氧后的多孔结构，有利于浸出过程中碱液与被铁包裹的硼矿物的反应；同时，还原过程在远低于矿石软化的温度下进行，无液相或熔体产生，硼矿物受热分解后不会形成非晶态的玻璃相，仍以高活性氧化物形式存在；水淬冷却过程中不同矿物之间由于热性质差异而在矿物界面产生应力，产生更多的孔隙和裂纹，在磨矿浸出过程中有利于硼矿物单体解离度的提高，从而提高其浸出率；还原产品的磨矿和浸出同步进行，磨机的强搅拌作用使分子扩散得到强化，浸出时间明显降低。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)现有硼铁矿回转窑、转底炉煤基还原流程气固接触效率低，反应温度高，时间长，本发明的还原主体设备为悬浮炉，颗粒处于良好的悬浮流动状态，传质传热迅速，因此，还原效率可以大幅度提高；(2)磨矿浸出同步进行，使硼矿物在磨矿过程中充分浸取出来，具有缩短浸出时间、简化流程、降低能耗等优点。
附图说明
图1为本发明实施例中的悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例中，单位时间内给入的还原性气体的体积流量与原料的质量流量之比为0.05～0.3m3/kg。
本发明实施例中磨机采用立式搅拌磨，磨矿介质为陶瓷球。
本发明实施例中采用悬浮预热炉对原料进行加热，悬浮预热炉上部的出料口与旋风分离器的进料口相连，旋风分离器的排气口与引风机相连；通过悬浮预热炉底部的燃烧器燃烧天然气，并启动引风机使悬浮预热炉内形成负压；将原料连续通入悬浮预热炉下部的进料口，原料加热的同时在气流的作用下处于悬浮状态；加热后的原料随气流从悬浮预热炉上部的出料口排出，进入旋风分离器，在旋风分离器内经气固分离后，从旋风分离器的出料口排出，进入还原焙烧炉。
本发明实施例中还原焙烧炉的炉体内部设有隔板，隔板与还原焙烧炉底部之间有间隙作为物料通道，将炉体内部分隔为进料腔和还原腔；加热后的原料由进料腔顶部进入，还原性气体由还原焙烧炉底部通入；加热后的原料在还原气体作用下处于流化状态，逐渐流入还原腔并与还原性气体发生还原反应，生成还原物料经还原腔上部的排料口排出，进入与排料口连接的旋风分离器进行气固分离后，还原物料从该旋风分离器的出料口排出。
本发明实施例中，含硼铁精矿为硼铁矿经磁选后的精矿，按质量百分比含TFe 45～55％，B2O3 4～7％，MgO 8～16％，CaO 0.1～1％，Al2O3 0.1～0.6％，SiO2 3～8％。
本发明实施例中还原物料放入矿浆池进行水淬。
以下为本发明优选实施例。
实施例1
流程如图1所示；
采用的含硼铁精矿按质量百分比含TFe 54.51％，B2O3 4.82％，SiO2 3.88％，Al2O30.31％，CaO 0.21％，MgO 9.97％，P 0.10％，S 1.33％；
将含硼铁精矿磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量80％，作为原料；
将原料加热至800℃，硼镁石活化分解为遂安石；然后通入还原反应器，与还原性气体混合，还原性气体为氢气和氮气的混合气体，混合气体中氮气的体积百分比20％；
原料在气流作用下处于悬浮状态，并与还原性气体发生还原反应，使原料中的铁氧化物被还原为金属铁，生成的还原物料从还原反应器的排料口排出；还原性气体先从还原反应器底部的进气口通入后，再将原料从还原反应器顶部的进料口通入，进入还原反应器的还原性气体的流速为0.15m/s，原料在还原反应器内的停留时间30min；还原性气体与原料反应后生成的还原物料和废气从排料口排出；还原物料的金属化率88％
将排出的还原物料直接水淬至常温，获得水淬物料；将水淬物料取出后与氢氧化钠和水共同给入搅拌桶进行搅拌调浆，使氢氧化钠溶于水中并使物料混合均匀，制成质量浓度58％的矿浆；氢氧化钠的加入量按NaOH与还原物料中的Mg2B2O5完全反应所需理论用量的1.2倍；
将矿浆给入磨机中进行磨矿，磨矿同时进行浸出反应，磨矿至固体中粒径≤0.045mm的部分占总质量85％，同时完成浸出，磨矿时间35min，获得浸出矿浆；
将浸出矿浆过滤，分离出浸出液和浸出渣；浸出液为含有偏硼酸钠的溶液；浸出液中硼的浸出率91％；含有偏硼酸钠的溶液经蒸发结晶后获得偏硼酸钠；
将浸出渣制成二次矿浆后进行磁选，磁选的磁场强度为80kA/m，获得磁选精矿，铁品位TFe 92.01％，铁回收率94.59％。
实施例2
采用的含硼铁精矿按质量百分比含TFe 47.37％，B2O3 6.73％，SiO2 6.01％，Al2O30.27％，CaO 0.31％，MgO 12.65％，P 0.08％，S 1.37％；
方法同实施例，不同点在于：
(1)将含硼铁精矿磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量65％；
(2)将原料加热至850℃，然后通入还原反应器；还原性气体为氢气、一氧化碳和氮气的混合气体，混合气体中氮气的体积百分比15％，一氧化碳的体积百分比15％；
(3)进入还原反应器的还原性气体的流速为0.18m/s，原料在还原反应器内的停留时间25min；还原物料的金属化率91％
(4)矿浆的质量浓度为55％；氢氧化钠的加入量按NaOH与Mg2B2O5完全反应所需理论用量的1.1倍；
(5)磨矿至固体中粒径≤0.045mm的部分占总质量92％，磨矿时间55min；
(6)中硼的浸出率89％；
(7)磁选的磁场强度为70kA/m，磁选精矿的铁品位TFe 93.19％，铁回收率91.58％。
实施例3
采用的含硼铁精矿按质量百分比含TFe 51.88％，B2O3 5.82％，SiO2 5.46％，Al2O30.48％，CaO 0.53％，MgO 14.87％，P 0.09％，S 0.99％；
方法同实施例，不同点在于：
(1)将含硼铁精矿磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量70％；
(2)将原料加热至750℃，然后通入还原反应器；还原性气体为氢气和氮气的混合气体，混合气体中氮气的体积百分比15％；
(3)进入还原反应器的还原性气体的表观流速为0.12m/s，原料在还原反应器内的停留时间40min；还原物料的金属化率89％
(4)矿浆的质量浓度为50％；氢氧化钠的加入量按NaOH与Mg2B2O5完全反应所需理论用量的1.3倍；
(5)磨矿至固体中粒径≤0.045mm的部分占总质量88％，磨矿时间50min；
(6)中硼的浸出率87％；
(7)磁选的磁场强度为100kA/m，磁选精矿的铁品位TFe 90.65％，铁回收率93.81％。
实施例4
采用的含硼铁精矿按质量百分比含TFe 52.94％，B2O3 5.06％，SiO2 4.55％，Al2O30.33％，CaO 0.27％，MgO 11.53％，P 0.01％，S 0.88％；
方法同实施例，不同点在于：
(1)将含硼铁精矿磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量75％；
(2)将原料加热至700℃，然后通入还原反应器；还原性气体为氢气、一氧化碳和氮气的混合气体，混合气体中氮气的体积百分比20％，一氧化碳的体积百分比为20％；
(3)进入还原反应器的还原性气体的表观流速为0.08m/s，原料在还原反应器内的停留时间45min；还原物料的金属化率92％
(4)矿浆的质量浓度为60％；氢氧化钠的加入量按NaOH与Mg2B2O5完全反应所需理论用量的1.3倍；
(5)磨矿至固体中粒径≤0.045mm的部分占总质量91％，磨矿时间45min；
(6)中硼的浸出率90％；
(7)磁选的磁场强度为90kA/m，磁选精矿的铁品位TFe 93.12％，铁回收率95.27％。

Claims (9)

1.一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)将含硼铁精矿磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量≥60％，作为原料；
(2)将原料加热至700～850℃，硼镁石活化分解为遂安石；然后通入还原反应器，与还原性气体混合，原料在气流作用下处于悬浮状态，并与还原性气体发生还原反应，使原料中的铁氧化物被还原为金属铁，生成的还原物料从还原反应器的排料口排出；其中还原性气体先从还原反应器底部的进气口通入后，再将原料从还原反应器顶部的进料口通入，原料在还原反应器内的停留时间20～50min；
(3)将排出的还原物料直接水淬至常温，获得水淬物料；将水淬物料取出后与氢氧化钠和水共同给入搅拌桶进行搅拌调浆，使氢氧化钠溶于水中并使物料混合均匀，制成质量浓度50～60％的矿浆；氢氧化钠的加入量按NaOH与还原物料中的Mg2B2O5完全反应所需理论用量的1.1～1.3倍；
(4)将矿浆给入磨机中进行磨矿，磨矿同时进行浸出反应，磨矿至固体中粒径≤0.045mm的部分占总质量≥80％，同时完成浸出，磨矿时间30～60min，获得浸出矿浆；
(5)将浸出矿浆过滤，分离出浸出液和浸出渣；浸出液为含有偏硼酸钠的溶液；
(6)将浸出渣制成二次矿浆后进行磁选，获得磁选精矿。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于步骤(1)中，含硼铁精矿为硼铁矿经磁选后的精矿，按质量百分比含TFe 45～55％，B2O3 4～7％，MgO 8～16％，CaO 0.1～1％，Al2O3 0.1～0.6％，SiO2 3～8％。
3.根据权利要求1所述的一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于步骤(2)中，进入还原反应器的还原性气体的表观流速为0.05～0.2m/s。
4.根据权利要求1所述的一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于步骤(2)中，还原物料的金属化率≥85％。
5.根据权利要求1所述的一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于步骤(5)中，浸出液中硼的浸出率≥85％。
6.根据权利要求1所述的一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于步骤(6)中，磁选的磁场强度为60～100kA/m。
7.根据权利要求1所述的一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于步骤(6)中，磁选精矿为金属铁粉，铁品位TFe≥90％，铁回收率≥90％。
8.根据权利要求1所述的一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于步骤(5)中，含有偏硼酸钠的溶液经蒸发结晶后获得偏硼酸钠。
9.根据权利要求1所述的一种悬浮还原焙烧强化含硼铁精矿硼铁分离提取的方法，其特征在于步骤(3)中，完全反应所依据的反应式为：
2NaOH+Mg2B2O5+H2O→2NaBO2+2Mg(OH)2。
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