硼镁铁矿制取硼砂工艺矿物研究.pdf

期班 6 8 沁 第 M 总 s U V o l . 11 , 沁5 O et . 1990 东北工 学 院 学报 JO URN人LOFN O R T HEA STU N IV E RS IT YO FTE CH N O L O GY 硼镁铁矿制取硼砂工艺矿物研究 秦凤久舒小平 钢 铁冶金 系 摘要 通过显微结构分析和X光衍射等测试方法对硼镁石矿 、 硼镁铁 矿 、 氧化焙烧矿 和预还原熔分渣的矿物组成及结构特点进行了较系统的分析 . 并用常压碳碱法对各种试 样进行了硼的浸出实验 . 理论研究表明欲提取硼镁铁矿中的硼 , 直接焙烧硼镁铁矿 , 然 后浸出是相当困难的 . 而先把铁 氧化物还原成金属铁 , 分离渣相在 105 0 一1 20 0℃ 恒温 缓 冷可得到较大的柱状集合体形 态的遂安石ZM go B ZO , 此种硼酸盐碳碱法 浸出率 最高 . 关健词硼镁铁 矿 , 预还原 , 遂安石 , 浸出率 . O 引言 硼 镁铁矿中约含3 0F e , nB , 是重要的制硼 工业原料 . 但由于赋存有大量硼的硼 镁铁矿与磁铁矿成 细粒嵌布结构 , 用细磨 、 选矿方法很难将硼富集 . 采用焙烧硼镁石矿制取 硼砂工艺 , 硼 的浸 出率很低 . 因 此 , 硼 镁铁矿长期 以来没能作为制硼工业原料 。 近年来 为 开发辽东硼镁铁矿资源研究了固相预还原 、 熔化分离渣铁和高炉直接冶炼硼镁 铁 矿的 工 艺技术 , 两种工艺得到 的富硼渣其硼 的浸 出率都达到或超过 了利用焙 烧硼镁石的浸出效 果 〔’ ,’ J 。 本文研究硼镁铁矿氧化焙烧和还 原熔分 渣中硼的赋存状态 、 浸出率 . 为综 合利用硼镁铁 矿选择最佳工艺流程提供理论依据 . 1硼镁铁矿氧化焙烧过程 中的矿物转化 硼镁铁矿中的主 要矿 物为磁铁矿F e3O; , 硼镁铁矿 Mg F e Z十 F e” 十〔O 旧O 〕 , 硼镁石M gH BO 3 , 纤维蛇纹石Mg 3〔O H 〕45 1 20。 . 硼镁铁矿以粒状嵌布于磁铁矿之 中 , 少量柱状硼镁石分布在纤维状蛇纹石基体中 , 如图 l 所示 。 硼镁铁矿在温度高于 70 0℃ 氧化焙烧原生矿物迅速分解 、 氧化 . 主要生 成 赤 铁矿 一三 氧化二硼 固溶体。 F eZ O 3 . n B ZO3 、 镁铁矿M g O . F e ZO3 、 镁橄榄石 ZMgO 一 510 2 、 遂安石 ZMgO 一 B Z O 3 等 , 如图 2 所示 . 1 9 8 9 年 5 月 7日收 到 . 43 东北工学院 学 报 1 909 年 硼镁铁矿X光高温衍射分析如图 3 . 图 3 表 明 硼镁铁矿氧化焙烧在温度低于 40 0℃ 之前 矿物基本保持原生状态 . 当温度升高到 7 0 0℃则原生矿物迅速分解 、 氧化 , 生 成赤铁矿 一三 氧化二硼固溶体 、 镁铁矿 、 遂安石 、 镁橄榄石等新相 . 继续升高温度到 8 5 0 , 1100℃ 时矿 物组成 与 70 0℃ 时矿物组成相 同 . 但新生成矿 物衍 射 峰值增强 , 说明随着温度 升高新生成矿 物 晶体发育更加完善 . 于 常温 l , 2 , 3 子 40 0 . c ,2 几 2 号 比 , 2 { , 2 , 3 图 l 硼镁铁矿 反射光 白色片状为磁铁 矿 , 其中淡灰色颗粒 为硼铁 铁矿 ; 灰色纤维状为蛇纹石 ; 灰色粒状为硼 5 ;0 0℃ 5 . 月5 1 } 八5 镁石 . 850℃ 5 刁 45八 卜l 月曰 月 凡” ““ 白n 亡以尸J 省q. . 匕J , , 八八 11 00℃ 图 2 8 50℃ 焙烧硼镁铁矿 正交偏光 黑色粒状为亦铁 矿一三 氧化二硼固溶体 ; 周 围 深灰 色为镁铁矿 ; 白色放射状为遂安石 ; 其 余为镁橄榄石 . 图 3 硼镁铁矿X光离温衍射分析 l一纤蛇纹石 ; 2一硼镁石 ; 3一硼镁铁矿 ; 4一赤铁矿一三氧化二硼固熔体 ; 5一镁橄榄石 . 2 预还原熔分渣的矿物组成及结构 2 . 1 预 还 原熔分 渣 的制 备 在回转式还原管内 , 模 拟运动床条件温度 1 0 50一1 1 0。℃ , 时间 3h , 用煤作还原 剂还原硼镁铁矿 . 产物铁的金属化率达 80 一 9 0 . 然 后将还原产物置于 石墨衬的 电炉 内 进行熔化分离 , 具体条件如表 1 . H 卷 5 期秦凤 久等 硼 镁铁 矿制取硼砂工艺矿物研究 431 表 l 预 还 原 熔分 预 还原 条 件 条件 熔化 分 离条件 间 n一 飞 一 一 还 原 剂 温度时问 111In 金属化率 弧 冷却 试样 号 石墨 石墨 石墨 15 50 1 5 5 0 石墨 15 5 0 1 600 空冷 空冷 空冷 炉内缓 冷 a5工aC 口 1 . .1 111O nd曰n ǎ1 1C U 门月noCOnC 阳泉无烟煤 宽甸无烟煤 阳泉无烟煤 宽甸无烟煤 1 100180 1 050180 1100180 105018 0 2 . 2 熔分渣 的矿 物组 成及 结构分析 熔分渣中的主 要 矿物为遂安石 、 镁橄榄石 、 金 属铁珠和玻 璃相 , 在缓冷试样 中可见到少 量的MgO 510 2 , MgO B Z O 3 . 如图 4 , 5所示 . 图 44号 样结构分析正 交 偏 光 灰色长柱状为镁橄榄石 ; 灰色短柱状 为遂安石 ; 黑 色粒状为铁珠 . 图 5 9 号样结构分析正 交偏光 中心叶片状为遂安石 ; 其余片状为镁橄榄石 . 熔分渣缓冷 的结晶过程和最终矿物组成 可 由 M gO 一 5 1 0 2一BZO3 三 元结 品 相 图解 释 〔3〕, 见图 6 . 熔分渣含 2 一一25B ZO3 , 2 4一26肠510 2, 35一3 8 MgO . 处于 M g O 一 510 2一BZ O 3 三元相 图 的 ZMgO 510 2 一Z MgO B Z O 3一Mg O 一 510 小三元区域的 ▲点 上 . 由图 6 可推出熔分渣在冷却过 程中首先析出 ZMgO 5 1 0 , 成为粗大的柱状镁橄榄 石初晶 , 含量约占3 0左右 . 当温度降至 ZMg O 5 1 0 2一 ZMgO B ZO3 二元共晶线时 , 出 现 ZMg O . B Z O 3 和 ZMg O 510 的共 析 . 由共析生成的 ZMgO . B ZO 和 ZMg O . SIO Z 晶体明显小 于初晶的 ZMg O 5 1 0 晶体 . 在缓冷条件下还有 下 列包 晶反应进行 ZMgO . B Z O ZMgO 510 2 L ZMgO . B ZO 3 MgO 510 L ZMg O B ZO3 L ’ M gO . B ZO 3 一次 包晶反应消耗掉一部分 ZMgO 5 10 2 , 生成Mg O 5 1 0 2 和 ZMg O B ZO3 . 二次包 4 32东 二 北 工学 西学报 19 9 0 年 晶反 应消耗掉少量 ZMg O . B ZO。 , 生 成M gO B 20 。 . 9 号熔 分渣缓冷试样的矿 物组 成和 由相 图推算结 果是一致的 . 3州堪0 . 氏O , 1366士5 . C 1313士5 . CZ i众任i。 e “ 、 尸- 尸勺一一一一一 肠药 ;孑 几 公飞O “ B ,O 一 a 今0士5, c飞 残0 1250惑墨 510 160 0 1850土20 . C ZMg O S旧 、 1890土20 . C M80 、 、 MgO . 伪。 . 9 88士5’C 1200 ZMO S Bo , 之1 18 6士 s o C 1510士20 . C Mg O 5 10 , 15 57士2 . C 1543士2 . C \ 、 、 小 、 \卜 渗 is仇 S主O 图 6 Mgo 一 B Z O 3一 5 10 系结晶相图 2 . 3 熔分渣带铁 高炉冶炼钒钦矿渣中带铁原 因至今 是鲜为人知的 . 许多研究认为钒钦渣中带铁的原因是 由于铁中碳与渣中低价钦反应生成 TiCN所致 . 而 在石墨衬高温炉内分离预还原硼 镁矿时 , 渣中也 夹杂着 相 当数量的铁球 , 如 图 4 所示 . 其带铁原因和 对生产造 成的影响是应当引起重视的问题 . 3 常压碳碱法浸出试验 为了检验 B ZO 赋存状态和碳碱 法浸 出率的关系 , 本文 对工业焙烧的硼 镁石矿 、 原生硼镁铁矿 、 硼镁石矿 及硼镁铁矿预还 原不 同熔分条件 渣作了简单的常压碳碱 法浸出试验 。 浸 出条件如表 2 , 装置如 图 7 , 浸 出结果 如表 3所示 。 } } } } } } } 比比二二二 二二 二二二 二 日 日一一一一 】】】 反应器 图 7 常压碳 碱法漫出 试验装皿简图 表 2 浸 出 条 件 时间 , h 瓶 一 O z C N a ZC O 浓度 , g/L 矿粉粒度 , 件m 液固比 , ml/ g 74 11卷5期 秦凤久等 硼镁铁矿制取硼砂工 艺矿物研究 43 3 表 3 不 同试样中B Z O 3 常压碳碱法漫出率 试样号 试样中 B ZO3 , 呱 试样 名称 浸出率 , 俗 浸出前 浸出后 硼镁铁矿 焙烧硼镁石矿 硼 镁石矿 石墨衬熔分渣 A120 3 衬熔分渣 电渣炉熔 分渣 电渣炉熔分渣 电阻炉缓 冷熔分渣 7 21 6 . 76 14 . 65 11 . 59 9 _ 63 19 . 45 10 . 7 2 13 . 1 1 2 0 _ 54 14 _ 01 19 . 45 2 2 51 14 . 0 1 15 . 30 25 . 37 12 _ 01 6 . 24 3 4 . 27 7 . 5 1 32 . 60 31 . 79 2 7 . 97 3 2 . 03 5 2 _ 66 4BZO 3 赋存状态与浸出率关系 从浸 出实验结 果看 , 原 生矿 浸 出率最低 , l 号硼镁铁矿 , 3 号硼镁石 矿的浸 出率分别为 6 . 2 4 , 7 . 5 1肠 , 说明 B ZO3 以硼镁铁矿或 硼镁石状态存在时 不易浸出 . 硼 镁石矿经过高 温85 0 ℃ 焙烧后 , 浸 出率显著提高 , 如 2 号浸 出率达到3 4 . 2 7呱 , 说明天 然硼镁石经过焙 烧转化为遂安石易被碱性溶液浸 出 . 5号 至9号样 均为硼镁铁矿经预还原 熔化分离得 到的熔 分渣 , 从浸出率看 , 空 冷渣 的浸 出率与焙 烧硼 镁石矿浸出率 相 当 , 说 明硼 镁铁矿采用 预还原 熔化分离生产的含硼炉 渣具有 良好 的浸 出性 . 特别是矿相工 作发 现熔分渣的初晶 为镁橄榄 石 , 而 ZMg O B ZO3 为一 次共 析反应 和 ZMg O 510 石、ZMg O B Z O 3 M g O 510 L 包 晶反应产物 , 所以熔分 渣冷却速度过 快会使大量B Z O 进入玻璃 相 , 降低 B ZO 的 浸 出率 ; 相反 , 缓冷会增加 B ZO3 的浸 出率 . 9号试样是缓冷的熔分渣 , 浸出率高达 5 2 . 6 6 , 比空冷熔分渣高7 0多左右 . 这一 点对生产上正 确选择工艺 条件是非常重 要的 。 适宜结晶温 度为 105 0一120 0℃ . 5 结论 l 天然硼 镁石 矿和硼镁铁矿在物相 上没有显著的差别 , 只是所含矿 物 多寡不 同 . 如硼 镁铁矿中含有大量的磁铁矿 、 镁铁矿 , 而 硼镁石中含得少 . 2夭然的 硼镁石含铁氧化物少 , 经 85 0 一90 0℃ 氧化焙烧后 B Z O 3 主要 以 ZMg O B ZO。 形式存在 . 所以硼镁石矿氧化焙烧 可显著地提高 B ZO3 的 浸 出率 . 3 天 然的硼 镁铁矿 由于有大量的铁氧化物存在 , 在氧化气氛下焙烧 B ZO 与F e ZO3 形成固溶体会给浸硼工艺造成困难 . 4 硼镁铁矿预还原熔分渣中的主要矿物组分是镁橄榄石 、 遂安石 、 富硼玻璃相 . 控制 434 东 北 工学院学 报 1990 年 缓冷速度可增加遂 安石析 出量和 少量M gO B 0 3 出现会明显增加 硼的浸出率 . 5熔态 法生产铁和富硼渣 , 渣中带铁 可能会给 生产带 来困难 . 参考文献 赵 庆杰 。 东北工学院学 报 , 1 9 90 , 1 12 , 1 2 2 冉 启培等主编 . 硼化物制造 与应用 . 沈 阳 辽宁科学技术出版 社 , 19 8 5 . 2一6 E m e st le vin eta l . Pha se Diagrax n s f or C e ram ists 1 9 6 9 Sup plem e nt . AC5 Fig2 5峨 。 T e e h no l o gie a l an dMin era lSt u die s f r o mL u gwigit e O nP repar i n g B or ax 口玄 拜 K ey F e, gj艺 。 , 泞hoX葱 a o夕艺ng W or d s ludwigi七e , pre一reduetion , su a n it e , l e ae h i ngrate . A B S T RAC T Min e rale o mp o si tio n san d s t rue七uraleha r aeteris 七ie s ofs zaibely ite , lud wigi七e , ox idizing 一 ro as七edore sa n d preredu eed s lag s w e resyste m atieal ly i n ves tig a t ed by m e anso f mie ros七ru eturalanalys is a n dXRD , ete . In ad dition , l eaehing by earbo n / al kali w a sus ed to v ar i o ussa mPle s of b oraxe su n d e rn or m al Press ure . R esu lt s s h o wth at i七15 ra七her dif fi eu l七t oex t ra e七 b oron f ro m l u dwigi七eif roas tingdi - r ee七七he l u dwigit eand t h en l eaehing . 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SA , 原风机电流为 2 4 . 5A , 节电率为 24 . 5 , l座炉子的年节电约600 0 度 , 年节省电费约 125 0 元 , 较原风机年节省皮带费约 1 0 0 0元; 本风机重量约为原风机的 l3 / , 价格约为原风机 23 / ; 噪声比原风机约低 5dBA , 用本风机 代替原风机有明显经济效益 和社会效益 . 冲天炉遍布我国城乡 , 2七冲天炉风机如以本风机取代 , 若 替换一万座 , 每年可节电6又 10 ’ kw h , 节电费约 1 2 50万元 , 故本风机有广泛应用的前景 . 经沈阳市科 委组织专家鉴定认为 该风机经济效益显著 , 节能效果明显 , 技术水平在国内领先 , 存冲 天炉同类供风装置方面 , 该风机处于8 0年代国际先进水平 .