硼镁铁矿高温煤基还原分离渣铁的实验研究

1/5硼镁铁矿高温煤基还原分离渣铁的实验研究张强宋佛宝唐竹胜（1.东北大学材料与冶金学院2.沈阳博联特熔融还原科技有限公司）摘要：加强对低品位硼镁石矿（B2O38.0%）资源的综合利用对保障我国硼工业可持续发展具有重大意义。低品位硼镁铁矿经过磁选，获得TFe:45%-55%，含B2O310-13%硼铁精矿，然后采用煤基渣铁分离还原法，在1220℃～1280℃下进行还原、分离。结果表明：在此温度范围内，渣铁分离效果较好，获得含B＜1.0%和TFe≥88.0%的砾铁及B2O3为≤69.5%的活化的富硼渣，硼、铁回收率≥98%。砾铁可用于炼钢、铸造。富硼渣可用于加工许多化工产品。关键字：非高炉煤基还原，硼铁合金，富硼渣TheseparationofferroboronbythedirectreductionofludwigiteAbstract：Thestrengtheningofthelow–gradeludwigite(B2O38.0%)andtospeedupludwigiteresourcescomprehensiveutilizationofindustrializationisveryimportant.Wecangetboronironconcentrate(TFe:45%–55%,containingB2O310-13%)aftermagneticseparationorrepeatedselectionprocessoflowgradeludwigite.Thenweusethecoal-basedreductionofthenon-blastfurnace,andseparatetheslagandiron.Finally,wecangethigh-gradeboron-ironalloyandactiveboron-richslag.Keywords：coal-basedreductionofthenon-blast,boron-ironalloy,boron-richslag硼有着介于金属和非金属的性质，硼系物质具有阻燃、耐热、高硬、高强、耐磨、催化以及质轻等物理化学特性，是绝缘材料、玻璃纤维、陶瓷、洗涤剂、农药、阻燃剂等的重要组成部分[1]。我国的硼矿资源比较丰富，已探明硼矿资源储量居世界第五位[3]，绝大多数集中在东北和西南地区的辽、吉、青、藏四省区。辽宁累计探明硼矿资源储量33441万吨。其中B2O3含量2843.14万吨，占全国储量的57%，主要为硼镁石矿和硼镁铁矿[4]。主要矿山储量见表1.1。表1.1辽宁省主要硼镁型矿山储量情况表矿区名称B2O3探明储量（万吨）保有B2O3探明储量（万吨）备注宽甸花园沟110.8068.90宽甸栾家沟87.3055.10宽甸二人沟51.3024.30营口后仙峪68.010.58然而，从1957年至今，我国每年以40~50万吨的产量进行开采。优质硼镁矿资源面临枯竭。因此，如何综合和合理利用硼铁矿资源，成为一个富有挑战性和紧迫性的课题[2]。因此，必须寻求其它的硼矿资源以缓解当前需求的紧张局面。2/52硼镁铁矿煤基还原实验研究2.1工艺路线目前硼镁铁矿利用的主要工艺路线有：火法分离、湿法分离和磁选分离工艺。火法分离工艺：先炼铁后提硼，包括固相预还原熔化分离渣铁和高炉直接冶炼硼镁铁矿两种路线。湿法分离工艺：先浸取提硼，残渣做为炼铁原料。代表方法有：盐酸浸取硼镁铁矿；有机溶剂萃取提硼；硫酸浸取硼镁铁矿，盐析结晶一水硫酸镁等。磁选分离工艺：经过两段磨细、两段弱磁选、一段中磁选及筛分，将原矿（含B2O310.64%，TFe30.16%）分选为铁精矿（含Fe52.6%，含B2O35.7%）和中硼精矿（含B2O312.53%含Fe5.26%）。硼精矿用于制造硼砂，铁精矿用于炼铁。此工艺选矿过程硼收率72.8%，硼砂制造过程硼收率80%，总收率在50%左右。火法分离工艺较适宜于低品位的矿型，对高品位硼镁铁矿，因B2O3含量较高，转入铁相中的硼亦相应增多，对炼制含硼1%的生铁有一定影响。湿法分离工艺由于矿石品位低时相对耗酸量大，故只适宜于加工B2O3含量在10%以上的矿。磁选分离工艺不受矿石品位限制[5]。内生硼矿中的硼铁矿（B2O37.23%，TFe30%）占全国硼资源的56%，由于无成熟的加工工艺，因此一直未能形成工业规模的开发利用。本文对煤基还原法处理硼铁矿的路线（如图1）进行了研究，通过实验考查了高温条件下煤基还原法处理硼铁矿的效果。图1煤基还原法还原硼铁矿路线2.2试验原料采用的原料为：硼镁铁矿石或硼铁精矿粉作为直接还原主要原料，也可以直接采用TFe≥22%的硼镁铁矿石为直接还原要主原料。3/5硼铁矿成分：名称元素指标（%）FeSB2O3水份松装密度凤城硼矿粉48.922.1012.7710.401.91t/m3还原剂成分：名称元素指标（%）固定碳灰份挥发份水份结焦率S本溪无烟煤69.0414.815.7510.4001.492.3试验设备还原试验在以天然气为燃料的单向加热炉中进行（BLT–还原窑炉）。设备示意图如图2。图2BLT–还原窑炉图片2.3工艺流程试验中，硼镁矿处理流程如图3所示。4/5图3硼镁矿处理步骤经过磁选获得TFe=48.92%、B2O3=12.77%的硼镁铁矿粉配料、造球后直接进入BLT–Ⅰ窑炉进行还原。还原煤与试料混合料层被燃气加热，试料中料层温度为1250℃～1320℃，试料处理还原时间为6h。还原后的物料为残碳、含硼砾铁和富硼渣的混合物。将硼铁合金球团进行抗氧化磨选后，获得含硼砾铁和富硼渣。试验得到的含硼砾铁如图2.3所示。图4含硼砾铁2.3含硼砾铁及富硼渣主要指标表2.1及2.2分别列出了硼铁合金砾铁、富硼渣主要指标和含硼砾铁成份指标。5/5表2.1硼铁合金砾铁及富硼渣主要指标名称TFe（%）MFe（%）ηFe（%）B（%）B2O3（%）砾铁率（%）密度（t/m3）铁回收率（%）1#硼铁合金砾铁87.5386.2199.200.98/71.426.598.571#富硼渣2.32///20.87//2#硼铁合金砾铁88.9687.9598.860.9121.3998.576.999.163#硼铁合金砾铁89.1288.5099.300.8919.0589.07.399.04表2.2含硼砾铁成份指标B(%)C(%)Si（%）Mn（%）S(%)P(%)0.6～0.982.0～2.52.0～2.7≤0.25≤0.10≤0.06分析硼镁矿进行渣铁分离还原，得到的含硼砾铁，适合应用于冶炼硼铁合金及硼系铸件的成份。结论1.通过采用沈阳博联特熔融还原科技有限公司的专有渣铁分离还原和砾铁工艺技术、专有的BLT–还原窑炉装备，可以对低品位硼镁矿在1220℃～1280℃下进行渣铁分离还原、分离，得到含硼＜1.0%的硼铁合金。2.获得含B2O3≤69.5%的活化富硼渣。3.铁、硼的回收率为98%左右。4.本试验表明，BLT-渣铁分离还原工艺和还原窑炉的应用，可以将硼镁矿产业化、资源化。参考文献1.杨细平,邱祖民.硼及其硼化物的应用研究进展[J],化工技术与开发,2008,37(6)：22～26.2.李钟模.我国硼矿资源开发现状[J],化工矿物与加工,2003,(9)：37～38.3.刘然,薛向欣,姜涛，张淑会,黄大威.硼铁矿综合利用概况与展望[J],2006，(2),33～36.4.刘然,薛向欣,姜涛，张淑会，段培宁,杨合,黄大威.硼及其硼化物的应用现状与研究进展[J],材料导报.2006,20(6)：1～4.5.仲剑初,胡德生.硼镁铁矿综合利用研究进展及开发前景[J],辽宁化工,1995（6）：20～23.