一种分离提取硼镁铁的硼铁矿综合利用方法技术

本发明专利技术提供了一种分离提取硼镁铁的硼铁矿综合利用方法。所述方法包括：将硼铁矿、还原煤破碎后与粘结剂和添加剂混匀、造块，之后经选择性还原、破碎磨矿、两段磁选，得到直接还原铁和磁选尾矿；将磁选尾矿浮选出去剩余煤粉，经酸浸、除杂、常温析出、低温结晶等步骤，分别得到七水硫酸镁和硼酸产品。本发明专利技术能够实现硼铁矿中铁、硼、镁的高效分离，具有有价元素回收率高、资源综合利用的特点，且工艺流程中剩余煤粉、乙醇及结晶母液均可循环利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金资源综合利用
，具体涉及一种基于造块还原和湿法浸出的从硼镁铁共生矿中分离提取有价组元的方法。
技术介绍
硼矿是一种重要的化工原料，用硼矿加工成硼酸、硼砂，然后再加工成硼的精细产品，其应用到许多工业领域。我国硼矿资源丰富，储量居世界第五位，我国的硼矿资源主要分为硼镁矿和硼铁矿。其中直接可利用的硼镁矿只占全国总储量的8.98％，而且根据目前的产量，预计将很快枯竭。随着国民经济的发展，硼的需求量在快速增长，可利用的硼矿资源已不能满足化工行业的需求。因此，现阶段开发和利用复杂的硼矿资源已成为当务之急。硼铁矿也叫黑硼矿，占我国硼矿资源的57.88％，仅辽东地区硼铁矿储量就达2.8亿吨，其中B2O3储量为2184万吨，属于大型硼矿。该矿石类型主要是硼镁石-磁铁矿-蛇纹石型和含铀硼镁铁矿化硼镁石-磁铁矿型两种。硼铁矿中虽含有硼、铁、镁等多种有价元素，但其有用成分品位较低，且不同矿区的矿物含量差异较大，属于复合贫矿；且硼铁矿的矿物细粒嵌布不均匀、连晶复杂、共生关系密切，用机械方法难以回收。矿石化学成分分析表明，硼铁矿原矿中TFe含量为26％～32％，B2O3含量为7.0％～8.5％，MgO含量为25％～42％，均是有利用价值的资源，但每种矿物的有效含量均未达不到各自的工业品位要求。因此，不能单纯地采用传统方法来生产相应产品。目前已提出的方法大多难以实现硼铁矿有价组元的高效分离，收得率低，<br>造成资源浪费，同时最终产品纯度较低，无法体现经济价值。由于上述问题的存在，有必要对硼铁矿的综合利用进行深入研究，开发一种新的硼铁矿有价组元分离提取工艺以使硼铁矿的综合利用具有重要的战略意义。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种从硼铁矿中分离提取有价组元的方法。本专利技术的方法包括以下步骤：(1)将硼铁矿破碎至粒度至0.1mm以下，同时将还原煤破碎到0.2mm以下，获得硼铁矿粉和还原煤粉。要求硼铁矿中TFe含量不低于25wt％，B2O3含量不低于6wt％；还原煤固定碳含量不低于55wt％，灰分含量不高于15wt％，硫含量不高于0.3wt％。(2)将破碎后的硼铁矿粉、还原煤粉、粘结剂以及添加剂混匀、造块，使得硼铁矿粉、还原煤粉、粘结剂和添加剂的质量比为100:10～30:1～5:0～4，然后干燥。这里，所述粘结剂是指膨润土；所述添加剂是指氧化钙。(3)将物料烘干后放入还原装置中，进行选择性还原。选择性还原的控制条件为还原温度1150～1300℃，还原时间为20～50min；还原装置为车底炉或者转底炉。(4)将还原料自还原装置取出后冷却、破碎，通过磨矿设备在室温下进行磨矿，磨矿至粒度不大于0.15mm。(5)通过磁选设备进行两段磁选。对一段磁选选出的磁性物进行二段磁选，二段磁选得到的磁性物为直接还原铁，二段磁选得到的非磁性物与一段磁选得到的非磁性物混合，作为富含氧化硼、氧化镁的磁选尾矿。其中，一段磁选的磁场强度为250mT，二段磁选的磁场强度为50mT。(6)将磁选尾矿浮选除去过剩煤粉，过剩煤粉进入步骤(2)重复利用，去除过剩煤粉后的磁选尾矿用质量分数为80％～98％的浓硫酸浸出。硫酸用量为理论硫酸需求量的80～100％，浸出温度为60～100℃，浸出时间10～30min，液固比5～8，浸出液过滤得到第一滤液。所述理论硫酸需求量为浮选后的磁选尾矿中能与硫酸作用的金属阳离子完全转变为硫酸盐时对硫酸的需求量。(7)向第一滤液中加入质量分数为30％的双氧水，充分搅拌使Fe2+氧化为Fe3+，之后加入氧化镁调节pH至5以上，搅拌，Fe3+生成Fe(OH)3沉淀，Al3+生成Al(OH)3沉淀，过滤后得到第二滤液。以酸浸前磁选尾矿中的Fe2+计，双氧水加入量为将所有Fe2+氧化为Fe3+所需双氧水量的90％。(8)向第二滤液中加入无水乙醇，在常温下结晶，过滤得到七水硫酸镁晶体和第三滤液。其中无水乙醇加入量为第二滤液体积的30％～50％，结晶温度20～30℃，结晶时间为6h。(9)对第三滤液蒸馏回收乙醇，之后低温结晶，过滤得到硼酸晶体和结晶母液。低温结晶控制条件为结晶温度0～15℃，结晶时间为10h。(10)收集结晶母液，浓缩后进入步骤(8)重复利用。上述所实现的专利技术方法依据的原理如下：硼铁矿主要由Fe2O3、Fe3O4、B2O3、MgO、SiO2及少量的Al2O3、CaO等氧化物组成，在温度不足3000℃的情况下，碳只能还原铁氧化物为金属铁，还原过程发生如下反应：3Fe2O3(s)+CO(g)＝2Fe3O4(s)+CO2(g)(1)1/4Fe3O4(s)+CO(g)＝3/4Fe(s)+CO2(g)(2)Fe3O4(s)+CO(g)＝3FeO(s)+CO2(g)(3)FeO(s)+CO(g)＝Fe(s)+CO2(g)(4)。本专利技术将还原温度控制在1150～1300℃之间，使铁颗粒可以充分形核、聚集、长大，而硼、镁、硅仍以氧化物的形态存在。同时，通过磨矿至适宜粒度和磁选工艺，实现硼铁矿中铁和硼、镁等有价组元的分离。硼铁矿基于选择性还原法实现铁和其他有价组元的初步分离后，所得磁选尾矿去除多余煤粉后用硫酸溶解，其酸浸过程主要发生以下反应：2MgO·B2O3+2H2SO4+H2O＝2MgSO4+2H3BO3(5)Mg2SiO4+H2SO4＝MgSO4+SiO2↓+H2O(6)FeO+H2SO4＝FeSO4+H2O(7)Al2O3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+3H2O(8)CaO+H2SO4＝CaSO4↓+H2O(9)。因此，磁选尾矿中的硅、钙元素将以沉淀的形式进入滤渣中，而浸出液中主要存在的是有价元素硼、镁以及杂质元素铁、铝。向浸出液中加入双氧水，之后调节pH至5，该过程主要发生以下反应：2FeSO4+H2O2+H2SO4＝Fe2(SO4)3+2H2O(10)Fe2(SO4)3+3H2O+3MgO＝2Fe(OH)3↓+3MgSO4(11)Al2(SO4)3+3H2O+3MgO＝2Al(OH)3↓+3MgSO4(12)。因此，浸出液中的铁、铝元素形成沉淀，固液分离后除去，滤液为含有硫酸镁和硼酸的溶液。向除杂后的溶液中加入无水乙醇，利用硫酸镁在水-乙醇混合溶液中溶解度很小的特点使硫酸镁在常温下结晶，得到七水硫酸镁晶体；由于硼酸在水中溶解度随温度降低而减小，控制结晶温度在10℃以下，使硼元素以硼酸晶体的形式结晶析出。从而实现溶液中硼、镁元素的分离。本专利技术提出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离提取硼镁铁的硼铁矿综合利用方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：(1)将硼铁矿破碎至粒度至0.1mm以下，将还原煤破碎到0.2mm以下，以获得硼铁矿粉和还原煤粉，其中，要求硼铁矿中TFe含量不低于25wt％，B2O3含量不低于6wt％，还原煤固定碳含量不低于55wt％，灰分含量不高于15wt％，硫含量不高于0.3wt％；(2)将破碎后的硼铁矿粉、还原煤粉、粘结剂以及添加剂混匀、造块，然后干燥，其中，硼铁矿粉、还原煤粉、粘结剂和添加剂的质量比为100:10～30:1～5:0～4；(3)将物料烘干后放入还原装置中，进行选择性还原，其中，选择性还原的控制条件：还原温度为1150～1300℃，还原时间为20～50min，还原装置为车底炉或者转底炉；(4)将还原料自还原装置取出后冷却、破碎，通过磨矿设备在室温下进行磨矿，磨矿至粒度不大于0.15mm；(5)通过磁选设备进行两段磁选，对一段磁选选出的磁性物进行二段磁选，二段磁选得到的磁性物为直接还原铁，二段磁选得到的非磁性物与一段磁选得到的非磁性物混合，作为富含氧化硼、氧化镁的磁选尾矿，其中一段磁选的磁场强度为250mT，二段磁选的磁场强度为50mT；(6)将磁选尾矿浮选除去过剩煤粉，过剩煤粉进入步骤(2)重复利用，去除过剩煤粉后的磁选尾矿用浓硫酸浸出，浸出液过滤得到第一滤液；(7)向第一滤液中加入质量分数为30％的双氧水，充分搅拌使Fe2+氧化为Fe3+，之后加入氧化镁调节pH至5以上，搅拌，Fe3+生成Fe(OH)3沉淀，Al3+生成Al(OH)3沉淀，过滤后得到第二滤液，其中，以酸浸前磁选尾矿中的Fe2+计，双氧水加入量为将所有Fe2+氧化为Fe3+所需双氧水量的90％；(8)向第二滤液中加入无水乙醇，在常温下结晶，过滤得到七水硫酸镁晶体和第三滤液，其中，无水乙醇加入量为第二滤液体积的30％～50％，结晶温度为20～30℃，结晶时间为6h；(9)对第三滤液蒸馏回收乙醇，之后低温结晶，过滤得到硼酸晶体和结晶母液其中，低温结晶控制条件：结晶温度为0～15℃，结晶时间为10h；(10)收集结晶母液，浓缩后进入步骤(8)重复利用。...

【技术特征摘要】
1.一种分离提取硼镁铁的硼铁矿综合利用方法，其特征在于所述方法包
括以下步骤：
(1)将硼铁矿破碎至粒度至0.1mm以下，将还原煤破碎到0.2mm以下，
以获得硼铁矿粉和还原煤粉，其中，要求硼铁矿中TFe含量不低于25wt％，
B2O3含量不低于6wt％，还原煤固定碳含量不低于55wt％，灰分含量不高于
15wt％，硫含量不高于0.3wt％；
(2)将破碎后的硼铁矿粉、还原煤粉、粘结剂以及添加剂混匀、造块，
然后干燥，其中，硼铁矿粉、还原煤粉、粘结剂和添加剂的质量比为
100:10～30:1～5:0～4；
(3)将物料烘干后放入还原装置中，进行选择性还原，其中，选择性还
原的控制条件：还原温度为1150～1300℃，还原时间为20～50min，还原装置
为车底炉或者转底炉；
(4)将还原料自还原装置取出后冷却、破碎，通过磨矿设备在室温下进
行磨矿，磨矿至粒度不大于0.15mm；
(5)通过磁选设备进行两段磁选，对一段磁选选出的磁性物进行二段磁
选，二段磁选得到的磁性物为直接还原铁，二段磁选得到的非磁性物与一段
磁选得到的非磁性物混合，作为富含氧化硼、氧化镁的磁选尾矿，其中一段
磁选的磁场强度为250mT，二段磁选的磁场强度为50mT；
(6)将磁选尾矿浮选除去过剩煤粉，过剩煤粉进入步骤(2)重复利用，
去除过剩煤粉后的磁选尾矿用浓硫酸浸出，浸出液过滤得到第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：储满生，付小佼，赵嘉琦，柳政根，唐珏，王峥，陈双印，王宏涛，赵伟，冯聪，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21