辽宁凤城硼铁矿加工新工艺的提出 Tianjing University 报 告 人：殷 保 稳 导 师：张 懿 院 士 张 亦 飞 研究员 2012 年 10 月 11 日

硼铁矿的矿物组成及化学成分 一 硼铁矿的 加工现状 二 硼铁矿加工存在的难题及新工艺的提出 三 CONTENTS Tianjing University

硼（ B ）是元素周期表中第三主族唯一的非金属元素，性质介于金属与非金属间 硼及其化合物广泛应用于在化工、医药、轻工、纺织、电子、冶金、建 材、国防军工、航天航空及核工业、农业等领域。 硼砂（ Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O ）主要用于玻璃和搪瓷行业。 硼酸（ H 3 BO 3 ）主要应用于玻璃制造行业。 Tianjing University

 世界硼资源以钠硼解石、天然硼砂和硬硼钙石为主，简单处理即可制 得硼砂硼酸。  中国辽宁凤城翁泉沟硼铁矿是一个大型的综合性含铀硼铁矿床，储量 达 2.83 亿吨 B2O3 储量 2185 万吨，占全国总量的 58% ，铀储量 万吨。硼活性差，处理困难。一般流程是机械选矿抛尾 → 化工冶金 硼镁石 - 磁铁矿 - 硼镁铁矿 矿物学组成矿物学组成 磁铁矿 硼镁石 - 磁铁矿 Tianjing University 磁铁矿 - 硼镁铁矿 化学组成特点硼铁共生，普遍含铀，富镁贫钙多硫 影响工艺矿物学的主要矿物磁铁矿、硼镁石和蛇纹石，总量 82.39% 主要元素 MgBsiFe 低品位复杂难加工矿

Tianjing University 二、硼铁矿的加工现状 硼铁矿采矿硼铁矿原矿 铀精矿磁重法选矿 磁选法选矿 铀水冶 含硼铁精矿硼精矿铁硼混合精矿 硫酸法 阻溶剂 含富铁尾渣 浸渣处理 炼铁原料送炼铁厂 硼酸、盐析法副产水 硫酸镁 粉末或成 型焙烧 浓 CO 2 富集 碳解 碳碱法制硼砂 多硼酸钠法制硼酸 副产硫酸钠 氧化硼 造块 高 炉 Fe \B 分 离 富硼渣富硼渣 固相 还原 熔化 分离 富硼 渣 送炼 铁厂 硼精细化工、含硼 新型材料硼铁合金

Tianjing University 目前研究的工艺路线磁选分离磁重选矿磁浮联选火法（先炼铁后提硼） 流程短、产 量大 放射性 污染 能耗量 较大 含硼生铁含硫 量高，影响生 铁质量。 SO2 污染 湿法（先提硼残渣炼铁） 设备简单、硼铁 回收率高、酸对 设备腐蚀、耗酸 量大。

Tianjing University 火法分离工艺：首先将硼铁矿进行粗粒抛尾选矿，选出含硼铁精矿，尾矿为 硼精矿，是硼化工的优质原料，然后将含硼铁精矿进行第二次铁硼分离，得 到产品为含硼生铁，同时产生富硼渣，经缓冷处理后用于生产硼酸或硼砂。 硼精矿经动态旋转炉焙烧提高活性，可获得活性大于 85% ， B 2 O 3 品位 16%~18% 的熟硼粉。硼铁矿石按选择性还原原理可采用电弧炉、矿热炉和高 炉 3 种冶金设备进行铁硼分离, 3 种设备都进行过小规模工业实验。 湿法分离工艺： 盐酸浸出法分离硼铁、碳铵法提取镁盐的化工冶金半工业试验。

硼铁矿硼精矿 选矿 硫酸法 碱解法 酸碱联产法 碳碱法 硼砂 硼 酸 硫酸法硫酸法 碳铵法碳铵法 二步法二步法 多硼酸钠法多硼酸钠法 碳碱法工艺流程短、成本低的优越性使得国内大多数硼砂厂先后改用碳碱法制硼砂 二步法工艺流程设备简单、工艺条件易控制、产品质量好、技术成熟、耗酸量低 、产品质量稳定可靠，国内普遍使用此法生产硼酸。 Tianjing University

碳解主反应： 2Mg 2 B 2 O 5 +Na 2 CO 3 +CO 2 +2H 2 O→Na 2 B 4 O 7 +2MgCO 3 +2Mg(OH) 2 2Mg 2 B 2 O 5 +Na 2 CO 3 +3CO 2 =Na 2 B 4 O 7 +4MgCO 3 （ CO 2 过量） 气、液、固三相反应体系，反应后形成 Na2B4O7-NaHCO3-H2O 溶液体系，通过蒸发 结晶、离心分离制得硼砂。 影响碳解的因素有硼矿石焙烧质量、矿分细度、碱量、液固比、反应温度及 CO 2 分压。 酸解反应： Na 2 B 4 O 7 ·nH 2 O ＋ H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + H 3 BO 3 Na 2 B 4 O 7 ·nH 2 O + HNO 3 → NaNO 3 + H 3 BO 3 固液两相反应体系，反应后形成 H3BO3-Na2SO4-H2O 三元体系，利用不同温度 下的溶解度差异，将它们从冷却结晶液中分离出来。 焙烧硼镁矿碳解过滤硼砂溶液蒸发、结晶硼砂酸解硼酸 Tianjing University

 1 、碳解反应过程硼转化率低（ 60%~75% ）  2 、碳解反应前，硼精矿粉需要在 800 ℃ ~1000 ℃进行活 化焙烧以提高硼的活性，能耗高  3 、传统的碱解法也需要先对硼镁矿活化焙烧，后续工艺 流程复杂，且主要处理高品位硼镁矿 Tianjing University 针对两性金属难处理矿，中科院过程所绿色专家张懿 院士团队研发的亚熔盐技术成功解决了铝土矿、钒钛磁铁 矿、红土镍矿等难加工矿的处理问题。

铝土矿溶出反应： AlOOH(s) + NaOH(aq) = NaAlO 2 (aq,s) + H 2 O 水合铝酸钠结晶及其晶体的溶解反应： 2NaAl(OH) 4 (aq) Na 2 O·Al 2 O·2.5H 2 O(s) + H 2 O 种分反应： NaAl(OH) 4 (aq) Al(OH) 3 (s) + NaOH(aq) 特点：处理一水硬铝石时，溶出过程低温、 常压。投资少、操作条件温和、能耗低。 Tianjing University

全湿法无焙烧技术，节能 减少渣相硼泥硼夹带损失，增产创效 亚熔盐介质循环，减低原材料消耗 新技术原设备，减少固定投资费用 Tianjing University

亚熔盐技术处理硼精矿流程图 原矿粉碎 亚溶盐溶浸 固液分离 液相 渣相 浆化洗涤 酸解 结晶 分离母液 干燥 苛化母液 硼酸产品 蒸发结晶 母液 脱硅 CO 2 过滤 CaSiO3 富含 Mg 、 Fe 、 U 的硼泥 硼砂 Tianjing University