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低品位硼矿的加工利用

日期:2023/04/06 16:33:43

    我国硼矿探明储量为4908万t,位居世界第四位,其中90%的储量分布在西藏、辽宁和青海地区。目前国内的高品位硼矿逐年耗尽,剩下的绝大多数硼矿资源品位低、开发难度大、加工工艺复杂,如辽宁凤城翁泉沟硼铁矿、西藏盐湖沉积的镁盐类矿、青海大柴旦湖底多种硼酸盐矿共存的低品位硼矿、东北地区的低品位硼镁矿等。

  辽宁硼铁矿

  辽宁凤城硼镁铁矿床已探明B2O3储量2184万t,占全国总储量的58%,该矿床特点:一是多元素共生,铁、硼、镁含量均较高;二是矿石中有用矿物及脉石矿物种类繁多,近60多种,主要有用矿物为硼镁石和磁铁矿,脉石矿物为蛇纹石和斜硅镁石,微量矿物为晶质铀矿和硼镁矿;三是矿石结构勾杂,不同矿段的矿石类型不同,属于接触变质矿床,磁铁矿、纤维硼镁石主要由硼镁铁矿受热分解而成,因此除了少量原生磁铁矿、板柱状硼镁石粒度较粗外,绝大部分磁铁矿、纤维硼镁石浸染粒度极细,它们的共生关系十分密切,连晶复杂,呈犬牙交错状、网格状、放射状、尖点状、树枝状等多种结构。这种极不规则的接触形态给磁铁矿、硼镁石彼此解离带来了极大困难。

  硼铁矿选矿分离

  传统的选矿方式得到的铁精矿不能满足钢铁生产对铁精矿的要求,硼精矿的品位也达不到硼产品生产对硼矿的要求。后根据硼铁矿的物化特性利用磁选)重选分级的联合选矿和阶段磨矿)阶段选别的方法,分选出含铁53%~55%的含硼铁精矿和含B2O3大于12%的硼精矿。

  选矿得到的含硼铁精矿可以用于炼铁工业生产含硼生铁,取代部分硼铁合金作为耐磨铸件的原料;作为炼铁工业中烧结矿和球团矿生产的含硼添加剂;还可以通过进一步分离处理,使含硼铁精矿中的硼、铁有效分离,得到不含硼的铁及高品位、高活性的富硼渣。

  硼铁矿化学法处理及综合利用

  天津化工研究院、郑州矿产资源综合利用研究中心等单位对硼铁矿直接用酸/碱处理,得到硼酸或硼砂,而铁、镁等有价元素留在提硼后的弃渣中;再对提硼弃渣进行处理,提取铁、镁等产品。目前该方法未能实现工业化,主要原因是硼铁矿经过化学法处理后,得到的硼、铁、镁均是贫矿,酸碱耗量高,生产成本过高,工艺废液处理困难,环保问题准以解决。

  硼铁矿火法分离工艺

  火法分离有两种工艺路线:高炉法和固相还原)熔化分离法。

  高炉法是将硼铁矿先经选矿去除部分硅、铝,在经烧结造块后入高炉冶炼,产品为含硼生铁和富硼渣。此工艺在“八五”期间进行了工业性试验,完成了选矿、造块、13m高炉硼铁分离、富硼渣缓冷,提硼、含硼生铁的应用及环境治理等攻关内容;“十五”期间又进行了工业性试验。实现长期稳定工业化生产还需要作进一步的研究工作。

  固相还原-熔化分离法是将硼铁矿原矿或经过抛尾处理的硼铁矿,用非结焦煤在固态下将矿石中铁的氧化物还原为金属铁;还原后的矿石用电炉熔化,得到不含硼的铁和高活性的富硼渣。由于生产设备等问题,该研究工作目前只进行到实验室放大规模。

  西藏盐湖固体硼矿研究进展

  西藏镁硼矿整体品位高、杂质含量少、加工难度小,其中B2O3>30%的镁硼矿可以不经加工直接用于无碱玻璃纤维的生产。西藏地处高原,交通不便,不具备在当地建厂加工硼矿的基本条件,镁硼矿全部外运到内地,在粗放式开采过程中,为降低成本一直沿用“用富弃贫”的方式,致使镁硼矿资源严重恶化,被弃用的镁硼矿达到上百万吨,这些镁硼矿中B2O3B<20%、MgO在20%左右。

  为使这部分资源得到利用,多个研究单位对硼镁矿的富集、选矿、加工工艺进行了系统的研究。由镁硼矿生产硼酸主要工艺有硫酸一步法和二步法两种;一步工艺技术路线成熟,分解率高,硼矿分解完全,但随着硼矿组成、含量的变化,硼酸收率及产品质量控制难度增加;二步法工艺优点是产品质量好,硼收率高,但是工艺流程长。硫酸法工艺的问题是硼酸母液的回收,一般来讲,每生产1t硼酸要排放8~10t母液,不仅造成资源浪费,加大了生产成本,而且还会产生大量污染物,对环境造成破坏。尤其对于镁含量较高的镁硼矿,生产硼酸时酸耗较高,硼收率低,生产成本高,母液排放量大,环境压力大。针对硼酸生产中的硼收率问题,国内众多研究人员进行了大量的研究工作。主要是通过改进工艺流程,回收硼酸母液中的硼和镁,以平衡硼酸生产成本。

  青海大柴旦湖低品位硼矿的应用

  大柴旦湖硼矿储量按B2O3计达406.0万t,早年因随意开发高品位固体硼矿,使资源受到破坏,但目前硼矿储量仍在300万t以上,具有发展硼砂、硼酸生产的资源优势。大柴旦湖湖滨硼矿B2O3质量分数基本上均低于10%,部分硼矿品位可达13%~17%,质量分数在15%以上的硼矿可以直接利用,而质量分数在6%~9%的低品位硼矿因组成复杂,伴生矿种类多,杂质含量高,特别是含有大量的石膏及碳酸盐类,直接用于硼产品加工存在生产成本高、工艺流程复杂、硼收率低、产生废渣量大等问题。

  大柴旦低品位硼矿还有一个特征,即随着高品位硼矿的开采,硼矿的组成发生了较大变化,由以水方硼矿、钠硼解石为主的硼矿转化为以柱硼镁石为主的硼矿。因此,在设计工艺时必须既要考虑硼矿品位又要考虑矿种的变化。

  中国科学院青海盐湖研究所1993年完成了5大柴旦湖底低品位硼矿制取硼砂实用工艺6研究,并进行了初步放大试验,试验结果表明,该工艺在分解过程中分解剂的消耗可降低40%,硼矿分解率达92%,提高了硼砂结晶率和产品质量。目前中国科学院兰州分院、青海盐湖研究所正共同致力于适合大柴旦低品位硼矿变化的、综合利用工艺的研究工作。

  湖南、辽宁、吉林、西藏、河南等省相关研究人员也陆续对当地低品位硼矿开展富集加工技术、综合利用方面的研究,主要采用的路线有浮选法和焙烧法等。还有氯化铵一步法分解硼矿制取硼酸,同时副产含镁碳酸钙的工艺路线,采用该方法分解低品位的湖南常宁硼矿,总B2O3平均收率达80.76%~87.98%。另外,青海化工设计院针对低品位硼矿的富集加工工艺、富集后尾砂中硼的回收利用工艺进行了研究,采用该富集加工路线,可使硼矿品位提高30%~35%,硼收率大于80%。