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          低品位硼礦的加工利用

          日期:2023/04/06 16:33:43

              我國硼礦探明儲量為4908萬t,位居世界第四位,其中90%的儲量分布在西藏、遼寧和青海地區。目前國內的高品位硼礦逐年耗盡,剩下的絕大多數硼礦資源品位低、開發難度大、加工工藝復雜,如遼寧鳳城翁泉溝硼鐵礦、西藏鹽湖沉積的鎂鹽類礦、青海大柴旦湖底多種硼酸鹽礦共存的低品位硼礦、東北地區的低品位硼鎂礦等。

            遼寧硼鐵礦

            遼寧鳳城硼鎂鐵礦床已探明B2O3儲量2184萬t,占全國總儲量的58%,該礦床特點:一是多元素共生,鐵、硼、鎂含量均較高;二是礦石中有用礦物及脈石礦物種類繁多,近60多種,主要有用礦物為硼鎂石和磁鐵礦,脈石礦物為蛇紋石和斜硅鎂石,微量礦物為晶質鈾礦和硼鎂礦;三是礦石結構勾雜,不同礦段的礦石類型不同,屬于接觸變質礦床,磁鐵礦、纖維硼鎂石主要由硼鎂鐵礦受熱分解而成,因此除了少量原生磁鐵礦、板柱狀硼鎂石粒度較粗外,絕大部分磁鐵礦、纖維硼鎂石浸染粒度極細,它們的共生關系十分密切,連晶復雜,呈犬牙交錯狀、網格狀、放射狀、尖點狀、樹枝狀等多種結構。這種極不規則的接觸形態給磁鐵礦、硼鎂石彼此解離帶來了極大困難。

            硼鐵礦選礦分離

            傳統的選礦方式得到的鐵精礦不能滿足鋼鐵生產對鐵精礦的要求,硼精礦的品位也達不到硼產品生產對硼礦的要求。后根據硼鐵礦的物化特性利用磁選)重選分級的聯合選礦和階段磨礦)階段選別的方法,分選出含鐵53%~55%的含硼鐵精礦和含B2O3大于12%的硼精礦。

            選礦得到的含硼鐵精礦可以用于煉鐵工業生產含硼生鐵,取代部分硼鐵合金作為耐磨鑄件的原料;作為煉鐵工業中燒結礦和球團礦生產的含硼添加劑;還可以通過進一步分離處理,使含硼鐵精礦中的硼、鐵有效分離,得到不含硼的鐵及高品位、高活性的富硼渣。

            硼鐵礦化學法處理及綜合利用

            天津化工研究院、鄭州礦產資源綜合利用研究中心等單位對硼鐵礦直接用酸/堿處理,得到硼酸或硼砂,而鐵、鎂等有價元素留在提硼后的棄渣中;再對提硼棄渣進行處理,提取鐵、鎂等產品。目前該方法未能實現工業化,主要原因是硼鐵礦經過化學法處理后,得到的硼、鐵、鎂均是貧礦,酸堿耗量高,生產成本過高,工藝廢液處理困難,環保問題準以解決。

            硼鐵礦火法分離工藝

            火法分離有兩種工藝路線:高爐法和固相還原)熔化分離法。

            高爐法是將硼鐵礦先經選礦去除部分硅、鋁,在經燒結造塊后入高爐冶煉,產品為含硼生鐵和富硼渣。此工藝在“八五”期間進行了工業性試驗,完成了選礦、造塊、13m高爐硼鐵分離、富硼渣緩冷,提硼、含硼生鐵的應用及環境治理等攻關內容;“十五”期間又進行了工業性試驗。實現長期穩定工業化生產還需要作進一步的研究工作。

            固相還原-熔化分離法是將硼鐵礦原礦或經過拋尾處理的硼鐵礦,用非結焦煤在固態下將礦石中鐵的氧化物還原為金屬鐵;還原后的礦石用電爐熔化,得到不含硼的鐵和高活性的富硼渣。由于生產設備等問題,該研究工作目前只進行到實驗室放大規模。

            西藏鹽湖固體硼礦研究進展

            西藏鎂硼礦整體品位高、雜質含量少、加工難度小,其中B2O3>30%的鎂硼礦可以不經加工直接用于無堿玻璃纖維的生產。西藏地處高原,交通不便,不具備在當地建廠加工硼礦的基本條件,鎂硼礦全部外運到內地,在粗放式開采過程中,為降低成本一直沿用“用富棄貧”的方式,致使鎂硼礦資源嚴重惡化,被棄用的鎂硼礦達到上百萬噸,這些鎂硼礦中B2O3B<20%、MgO在20%左右。

            為使這部分資源得到利用,多個研究單位對硼鎂礦的富集、選礦、加工工藝進行了系統的研究。由鎂硼礦生產硼酸主要工藝有硫酸一步法和二步法兩種;一步工藝技術路線成熟,分解率高,硼礦分解完全,但隨著硼礦組成、含量的變化,硼酸收率及產品質量控制難度增加;二步法工藝優點是產品質量好,硼收率高,但是工藝流程長。硫酸法工藝的問題是硼酸母液的回收,一般來講,每生產1t硼酸要排放8~10t母液,不僅造成資源浪費,加大了生產成本,而且還會產生大量污染物,對環境造成破壞。尤其對于鎂含量較高的鎂硼礦,生產硼酸時酸耗較高,硼收率低,生產成本高,母液排放量大,環境壓力大。針對硼酸生產中的硼收率問題,國內眾多研究人員進行了大量的研究工作。主要是通過改進工藝流程,回收硼酸母液中的硼和鎂,以平衡硼酸生產成本。

            青海大柴旦湖低品位硼礦的應用

            大柴旦湖硼礦儲量按B2O3計達406.0萬t,早年因隨意開發高品位固體硼礦,使資源受到破壞,但目前硼礦儲量仍在300萬t以上,具有發展硼砂、硼酸生產的資源優勢。大柴旦湖湖濱硼礦B2O3質量分數基本上均低于10%,部分硼礦品位可達13%~17%,質量分數在15%以上的硼礦可以直接利用,而質量分數在6%~9%的低品位硼礦因組成復雜,伴生礦種類多,雜質含量高,特別是含有大量的石膏及碳酸鹽類,直接用于硼產品加工存在生產成本高、工藝流程復雜、硼收率低、產生廢渣量大等問題。

            大柴旦低品位硼礦還有一個特征,即隨著高品位硼礦的開采,硼礦的組成發生了較大變化,由以水方硼礦、鈉硼解石為主的硼礦轉化為以柱硼鎂石為主的硼礦。因此,在設計工藝時必須既要考慮硼礦品位又要考慮礦種的變化。

            中國科學院青海鹽湖研究所1993年完成了5大柴旦湖底低品位硼礦制取硼砂實用工藝6研究,并進行了初步放大試驗,試驗結果表明,該工藝在分解過程中分解劑的消耗可降低40%,硼礦分解率達92%,提高了硼砂結晶率和產品質量。目前中國科學院蘭州分院、青海鹽湖研究所正共同致力于適合大柴旦低品位硼礦變化的、綜合利用工藝的研究工作。

            湖南、遼寧、吉林、西藏、河南等省相關研究人員也陸續對當地低品位硼礦開展富集加工技術、綜合利用方面的研究,主要采用的路線有浮選法和焙燒法等。還有氯化銨一步法分解硼礦制取硼酸,同時副產含鎂碳酸鈣的工藝路線,采用該方法分解低品位的湖南常寧硼礦,總B2O3平均收率達80.76%~87.98%。另外,青?;ぴO計院針對低品位硼礦的富集加工工藝、富集后尾砂中硼的回收利用工藝進行了研究,采用該富集加工路線,可使硼礦品位提高30%~35%,硼收率大于80%。

           

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