專利名稱：一種運用轉底爐珠鐵工藝綜合利用硼鐵礦的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煉鐵領域，涉及轉底爐綜合利用硼鐵礦的方法，用于硼鐵礦的開發(fā)利用。
背景技術：
硼以分散狀態(tài)分布于地球的巖石圈、水圈和隕石圈中，是地殼中最重要的元素之一。由硼的物理及化學性質(zhì)所決定，硼在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織、電子、冶金、建材、國防軍工、尖端科學、農(nóng)業(yè)等部門廣泛使用。我國硼礦儲量為2700萬噸(以化03計)，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國對硼酸、硼砂的需求量逐年增加，目前有一半以上需要進口。我國硼酸、 硼砂產(chǎn)量不足的主要原因是硼礦資源的不足，自1956年以來，我國硼工業(yè)主要以硼鎂石礦 (俗稱“白硼礦”)為主要原料，但該種礦石已不足200萬噸。硼礦資源的不足和國外硼產(chǎn)品的傾銷嚴重威脅著我國硼工業(yè)的戰(zhàn)略安全。位于遼-吉地區(qū)的硼鐵礦(俗稱“黑硼礦”)是我國已探明的大型硼鎂鐵共生礦床，鐵礦儲量2. 83億t，硼礦儲量(以化03計)2185萬t，硼礦資源占我國內(nèi)地硼礦總儲量的58%，是綜合利用價值較高的復合礦產(chǎn)資源。硼鐵礦屬于內(nèi)生硼礦，礦石類型主要是硼鎂石-磁鐵礦-蛇紋石型和含鈾硼鎂鐵礦化硼鎂石-磁鐵礦型兩種。分布在遼寧鳳城、吉林小東溝和遼寧寬甸。該礦的礦物結構特點是各元素共生關系密切，硼鎂石和磁鐵礦嵌布粒度極細，連晶復雜。脈石礦物(葉蛇紋石、斜硅鎂石、石英)原生粒度大，相互之間呈交錯分布。硼鐵礦的這種特點決定了礦石中各元素分離較困難。利用硼鐵礦資源，不僅可以緩解鋼鐵企業(yè)鐵礦石資源日趨緊張的局面，而且對促進我國硼工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。前蘇聯(lián)、美國和韓國均有硼鐵礦，但未見有加工利用的報道，只有一些礦物結構的研究報道。究其原因可能是這些國家擁有大量品位高、易于加工的硼資源，因而尚未考慮利用這類品位低且難于加工的硼鐵礦。我國科研人員發(fā)揚自力更生的精神，針對我國特有的硼鐵礦資源開發(fā)了一系列的方法和流程，主要包括濕法分離工藝、選礦分離工藝、火法分離工藝、做燒結球團的添加劑、制備i^e-Si-B母合金等。目前，對于硼鐵礦的大規(guī)模利用，一個比較合理的思路是首先通過選礦實現(xiàn)低品位硼鐵礦中硼和鐵的初步物理分離，得到硼鐵精礦和硼精礦，硼精礦經(jīng)活化焙燒可以直接作為硼化工工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料，硼鐵礦通過選擇還原熔分的方法實現(xiàn)鐵硼二次分離，再綜合利用分離產(chǎn)物。當前關鍵是要找出一種合理、先進的工藝實現(xiàn)硼鐵礦中硼和鐵的二次分離， 并實現(xiàn)二者的合理利用。濕法分離工藝主要是采用強酸(如鹽酸、硫酸等)在有!^e3O4阻溶劑(如氯酸鈉、硝酸等)的條件下將硼鐵礦分解，然后浸出液和殘渣再分別提純和利用。該工藝為我國的大型硼鐵礦資源提供了一條可行的綜合利用途徑。例如，“CN95110090. 4”、發(fā)明名稱為“硫酸分解硼鎂鐵礦綜合利用工藝”的中國專利公開了一種用硫酸分解硼鎂鐵礦直接制取高收率硼酸和高質(zhì)量一水硫酸鎂的工藝技術，對于低至10 %化03含量的硼礦，硼收率仍可達82 %。 又如“CN200510129367.4”、發(fā)明名稱為“硼鐵礦中硼、鎂、鐵的分離方法”的中國專利公開了一種用無機酸將硼鎂鐵礦粉分解完全并堆至室溫后置于硼鎂飽和液中分離制取鐵精礦粉、 硼酸和一水硫酸鎂的方法。但是濕法工藝耗酸量比較大，既腐蝕設備，又增加了成本，降低了經(jīng)濟效益，且殘渣中存在大量的酸根離子，用于高爐冶煉容易造成環(huán)境污染。選礦分離工藝主要是通過磨礦實現(xiàn)礦物的單體解離，然后通過磁選、重選或浮選得到富含不同目的元素的精礦粉。例如“CN02109097. 1”、名稱為“硼鐵礦磁一重選分離綜合利用的方法”的中國專利公開了一種采用階段磨礦、階段磁選、磁選-重選聯(lián)合選礦工藝對硼鐵礦中硼和鐵進行分離，從硼鐵礦中生產(chǎn)硼精礦和含硼鐵精礦的方法。又如 "CN200510046824. 3”、名稱為“一種硼鐵礦選礦方法”的中國專利公開了一種采用細磨-陽離子正浮選硼鎂石-磁選聯(lián)合工藝生產(chǎn)硼精礦和鐵精礦的方法。但是選礦工藝流程較長且復雜，礦石需要細磨，電耗很高，又容易造成泥化，即使磨至很細也難以達到硼與鐵的完全分離?；鸱ǚ蛛x工藝主要是基于選擇性還原的基本原理，其中鐵氧化物較易還原，而硼氧化物較難還原，用焦炭、還原性氣體或煤粉將鐵氧化物還原成金屬鐵，通過高溫熔分或破碎磁選實現(xiàn)硼、鐵分離。例如“CN89105056. 6”、名稱為“硼鎂鐵礦的綜合利用”的中國專利公開了一種以高爐為主要設備、以硼鎂鐵礦塊礦或其制取的燒結礦、球團礦為原料進行冶煉，實現(xiàn)熔態(tài)分離鐵、硼，制取含硼鐵水和富硼渣的方法，生產(chǎn)出的鐵水可作鑄鐵或直接煉鋼，另外一種產(chǎn)品富硼渣可以當硼鎂礦使用。但是該方法能耗較高，且需要用昂貴的冶金焦作還原劑，同時高爐爐襯侵蝕嚴重，更重要的是富硼渣中氏03活性低，不能滿足碳堿法生產(chǎn)硼砂的要求。又如“CN200710178150. 1”、名稱為“一種低品位硼鐵礦中鐵和硼的富集方法” 的中國專利公開了一種利用低品位硼鐵礦經(jīng)過焙燒、粉碎、磨礦、配加固體還原劑、焙燒、磁選制得含化0312 15%的硼精粉和鐵品位在60 90%的鐵精粉的方法。但是該方法產(chǎn)率較低，硼鐵分離不是十分徹底，硼精粉中化03的品位較低，不適用于含化03較高的硼礦的硼鐵分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于找到一種技術上可行、經(jīng)濟上合理的硼鐵礦綜合利用方法，打通低品位硼鐵礦綜合利用的流程，從而充分利用我國硼資源和鐵資源。本發(fā)明的特征在于以轉底爐為主要設備，利用硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑、粘結劑和添加劑為原料，經(jīng)過配料、混勻、造塊、轉底爐還原熔分、破碎、磁選等工序制得硼元素含量為 0. 05 0. 的珠鐵和氐03含量為12 20%的富硼渣。本項發(fā)明以轉底爐為主要設備，輔助設備包括上料系統(tǒng)、料倉、電子皮帶秤、混料機、造球機、烘干機、出料機、破碎機、磁選機和皮帶輸送設備。具體的生產(chǎn)過程是原料條件為硼鐵礦礦粉的全鐵含量在30 52%之間，換算成鐵氧化物含量在40 70%之間，B2O3 含量 5 10%，Mg0 含量 10 25%、Ca0 含量 02 0. 6%、A1203 含量 0. 1 0. 6%、 SiO2含量5 20 %，余量為一些易燒損的物質(zhì)，硫含量要盡可能低，礦石的粒度達到80 % 上-200目。碳質(zhì)還原劑為煤粉或焦粉，其中的固定碳在80%以上，灰分在10%以下，粒度達到90%以上-80目。
粘結劑為潤土、糖蜜、豆粉或糊精。添加劑為CaO、CaF2 或 Na2C03。工藝流程為(1)將硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑、粘結劑以及添加劑用混料機混勻，其中還原劑的配入量為硼鐵礦量的12 沈％、粘結劑的配入量為硼鐵礦量的2 5%、添加劑的配入量為硼鐵礦量的0 5% ；(2)混合料的總水分為7 10%，經(jīng)混料機混勻后用造球機制成球團，烘干備用；(3)將烘干后的球團單層鋪在轉底爐的爐底耐火材料上，事先在爐底耐火材料上鋪一層3 5mm厚的碳粉。轉底爐內(nèi)的溫度為1350 1450°C，還原熔分時間為6 20分鐘。球團排出后經(jīng)過冷卻、破碎、磁選，最終獲得硼元素含量為0. 05 0. 的珠鐵和化03 含量為12 20%的富硼渣兩種產(chǎn)品。由于該工藝中硼鐵礦、碳質(zhì)還原劑帶入珠鐵中的硫較多，且反應體系脫硫條件差， 為保證珠鐵中硫含量相對合格，必須強化脫硫。如對礦石進行脫硫浮選、氧化焙燒脫硫、選擇含硫量低的還原劑、配加一定量的石灰、采取爐外脫硫等等。富硼渣中MgO、Si&含量較高，MgO可達50%以上，SiO2可達以上，若渣中化03 較低的話，渣的熔點可能會較高，為保證渣能熔化并實現(xiàn)渣鐵分離，可配入2 5%的CaF2 或提高反應溫度。制得含硼珠鐵和富硼渣后，珠鐵可以代替廢鋼或作為煉鋼冷卻劑加入轉爐或電爐，而富硼渣中氏03含量可達到12 20%，未經(jīng)過高溫過燒，B2O3活性較高，滿足硼工業(yè)生產(chǎn)硼酸、硼砂的要求。基本原理為硼鐵礦礦粉和碳質(zhì)還原劑制成含碳球團，當爐內(nèi)溫度為1350 1450°C時，礦石中鐵的氧化物將優(yōu)先逐級還原出來。當還原出來的金屬鐵滲碳量達到一定值，鐵開始熔化時， 將有少量的化03還原而進入珠鐵，其余大部分化03和Mg0、Ca0、Al203、SiA留在渣中。由于渣鐵在密度、表面張力、黏度方面的差異，實現(xiàn)渣鐵分離，生成含硼珠鐵和富硼渣。含碳球團在還原熔分過程中發(fā)生的主要反應如下(1)直接還原反應
3Fe203+C = 2Fe304+C0
ArGf =120000-218.46TJ/mol,Tb=276.15°C
Fe304+C = 3Fe0+C0
ArG20 =207510-217.62TJ/mol,Tb=680.39 °C
FeO+C = Fe+CO
ArG3e=158970-160.25TJ/mol,Tb=718.86 °C
l/4Fe304+C = 3/4Fe+C0
ArG40 =171100-174.50TJ/mol,Tb=707.37 °C
B203+3C = 2B+3C0
ArGf =885375-470.14TJ/mol,Tb=161C).07 °C
而B易溶于鐵液中，在有液態(tài)鐵存在的情況下，其還原反應為
(B2O3) +3C = 2 [B] +3C0
ArG； =754584-498.86T J/mol, Tb = 1239. 47°C
(2)間接還原反應
3Fe203+C0 = 2Fe304+C02
=-52131-41.OTJ/mol，該反應理論上任何溫度均能發(fā)生
Fe304+C0 = 3Fe0+C02
ArG7e=35380-40.16TJ/mol, Tb = 607. 83°C
FeO+CO = Fe+C02
ArG^ =-22800+24.26TJ/mol, Tf = 566. 67°C
(3)碳的氣化反應
C+C02 = 2C0
ArGg =166550-171TJ/mol, Tb = 700. 83°C
(4)滲碳反應
間接滲碳2C0 = [C]+CO2
ArGf0 =-143960+128.7T J/mol, Tf = 845. 4°C
直接滲碳c = [C]
ArGf1 =22590-42.26TJ/mol, Tb = 261. 4°C
Tb表示上述反應在標準狀態(tài)下的反應開始溫度，Tf表示在標準狀態(tài)下的反應終止溫度。
由上述反應可以看出，鐵的氧化物優(yōu)先逐級還原出來，通過滲碳反應而發(fā)生軟熔。
硼在有鐵水存在的情況下，部分還原進入到鐵水中，本發(fā)明中，鐵、渣并未達到完全熔化，流動性較差，且渣與鐵接觸時間短、面積小，硼的還原動力學條件很差，因此絕大部分氏03不能被還原出來，與MgO、CaO, A1203、SiO2形成渣相，從而實現(xiàn)鐵和硼的分離，并提高了渣中 B2O3的品位。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)使硼鐵礦中的硼、鐵等有價元素得以完全分離，進而可為硼鐵礦實現(xiàn)綜合利用打下堅實的基礎。(2)以煤為主要還原劑，符合我國的能源結構。(3)以轉底爐為主要設備進行硼、鐵分離，技術先進、生產(chǎn)靈活、成本低、適應性強、 環(huán)境友好、易于推廣，特別適合于建設在礦山附近，可以為硼化工企業(yè)和鋼鐵企業(yè)節(jié)省大量的運輸成本。(4)轉底爐硼、鐵分離效果較好，可以得到含硼珠鐵和富硼渣，其中珠鐵質(zhì)量高，富硼渣不僅化03含量高而且活性高。從硼鐵礦到珠鐵和富硼渣，鐵和硼的收得率較高，其中鐵的收得率可達98%，而硼的收得率可接近100%。


圖1為本發(fā)明工藝的原則流程
具體實施例方式實施例1將某含化036 . 90%的硼鐵礦礦粉、重量為硼鐵礦重量20%的煤粉和重量為硼鐵礦和煤粉重量總和2%的粘結劑經(jīng)過皮帶輸送至混料機混勻，并調(diào)節(jié)混勻料水分至7%。 將混合好的混勻料經(jīng)皮帶輸送至對輥壓球機制成含碳球團，壓力為15MPa，球團尺寸為 40 X 30 X 21mm枕狀橢球。生球經(jīng)干燥后單層鋪在轉底爐的碳質(zhì)耐火材料上，事先在碳質(zhì)耐火材料上鋪一層3 5mm厚的碳粉。轉底爐內(nèi)的溫度為1400 1450°C，球團在轉底爐內(nèi)的停留時間為10 20分鐘，然后由出料機在出料口排出。排出的產(chǎn)品經(jīng)冷卻、粗破碎后送入磁選機磁選，選后強磁性物為珠鐵，非磁性和弱磁性物為富硼渣。其成分分別見表1、2、3。
0064]表1第一種硼鐵礦成分
權利要求
1.一種運用轉底爐珠鐵工藝綜合利用硼鐵礦的方法，其特征在于利用硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑、粘結劑和添加劑為原料，經(jīng)過配料、混勻、造塊、轉底爐還原熔分、冷卻、破碎、磁選工序制得含硼珠鐵和富硼渣；主要生產(chǎn)工藝流程及參數(shù)為(1)將硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑、粘結劑以及添加劑用混料機混勻，其中還原劑的配入量為硼鐵礦量的12 沈％、粘結劑的配入量為硼鐵礦量的2飛％、添加劑的配入量為硼鐵礦量的0 5% ；(2)混合料的總水分為7 10%，經(jīng)混料機混勻后用造球機制成球團，烘干備用；(3)將烘干后的球團單層鋪在轉底爐的爐底耐火材料上，事先在爐底耐火材料上鋪一層3 5mm厚的碳粉，轉底爐內(nèi)的溫度為1350 1450°C，還原熔分時間為6 20分鐘，球團排出后經(jīng)過冷卻、破碎、磁選，最終獲得硼元素含量為0. 05 0. 1%的珠鐵和化03含量為 12 20%的富硼渣兩種產(chǎn)品；所述的硼鐵礦礦粉的全鐵含量在30 5 之間，換算成鐵氧化物含量在40 70%之間，B2O3 含量 5 10%, MgO 含量 10 25%、CaO 含量 0. 2 0. 6%、Al2O3 含量 0. 1 0. 6%、 SiO2含量5 20%，余量為一些易燒損的物質(zhì)，硫含量要盡可能低，礦石的粒度達到80%上小于200目；碳質(zhì)還原劑為煤粉或焦粉，固定碳含量在80%以上、灰分在10%以下、粒度90% 以上小于80目；粘結劑為膨潤土、糖蜜、豆粉或糊精；添加劑為CaO、CaF2或Na2C03。
2.如權利要求1所述的一種運用轉底爐珠鐵工藝綜合利用硼鐵礦的方法，其特征在于所述的產(chǎn)品為含硼珠鐵和富硼渣，珠鐵的硼元素含量為0. 05 0. 1%，富硼渣的氏03含量為12 20%ο
3.如權利要求1所述的一種運用轉底爐珠鐵工藝綜合利用硼鐵礦的方法，其特征在于還原熔分溫度為1350 1450°C，還原熔分時間為6 20分鐘。
全文摘要
一種運用轉底爐珠鐵工藝綜合利用硼鐵礦的方法，屬于煉鐵領域。涉及硼鐵礦中硼和鐵分離、富集的方法，用于硼鐵礦的開發(fā)利用。其特征在于利用硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑、粘結劑和添加劑為原料，經(jīng)過配料、混勻、造塊、轉底爐還原熔分、破碎、磁選等工序制得硼元素含量為0.05～0.1%的珠鐵和B2O3含量為12～20%的富硼渣。生產(chǎn)出的珠鐵可做電爐或轉爐煉鋼的原料，富硼渣可以代替硼鎂石礦來生產(chǎn)硼酸或硼砂，從而可以充分利用硼資源和鐵資源，實現(xiàn)硼鐵礦的綜合利用。此方法可以滿足硼工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的需求，具有較好的社會和經(jīng)濟效益。
文檔編號C21B11/00GK102162017SQ20111006616
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權日2011年3月18日
發(fā)明者丁銀貴, 王廣, 王靜松, 薛慶國 申請人:北京科技大學