本發(fā)明屬于礦物加工和復(fù)合鐵礦資源綜合利用領(lǐng)域，涉及富硼渣低成本高效富集B₂O₃的方法，用于硼鐵礦資源的開發(fā)利用。

背景技術(shù)：

硼產(chǎn)品廣泛應(yīng)用化工、醫(yī)藥、輕工、紡織、電子、冶金、陶瓷、建材、國防軍工、尖端科學(xué)、農(nóng)業(yè)等上百個經(jīng)濟部門，被稱為“工業(yè)味精”。目前，我國傳統(tǒng)的硼鎂石礦已接近枯竭，近年來，隨著國民經(jīng)濟的增長，硼產(chǎn)品的需求量逐漸增加，供需矛盾十分突出，我國60％以上的硼礦及其產(chǎn)品依賴進口。硼鐵礦儲量2.83億t，硼礦儲量(以B₂O₃計)2185萬t，硼礦資源占我國內(nèi)地硼礦總儲量的58％，是傳統(tǒng)硼鎂石礦的替代資源。然而，由于該礦是硼、鐵、鎂等的復(fù)合礦床，硼的品位較低，難以直接滿足硼工業(yè)要求，加工利用難度較大，生產(chǎn)成本高，硼回收率低，因此該礦一直以來無法得到合理高效地利用。

關(guān)于低品位硼鐵礦的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，得到硼精礦和硼鐵精礦，硼精礦經(jīng)活化焙燒可以直接做為硼化工工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料；硼鐵精礦通過選擇還原熔分的方法實現(xiàn)鐵硼二次分離，得到含硼生鐵(或半鋼)和富硼渣，生鐵(或半鋼)作為煉鋼原料，富硼渣經(jīng)活化后作為硼化工工業(yè)的原料。目前，針對硼鐵礦中硼和鐵的火法分離已經(jīng)先后提出了高爐法、固相還原-電爐熔分工藝、轉(zhuǎn)底爐珠鐵工藝等，但是硼鐵礦綜合利用流程成功與否的關(guān)鍵在于如何獲得高品位的富硼渣以滿足后續(xù)化工或材料制備工序的需求。

硼鐵精礦的火法加工利用流程實現(xiàn)了化工與冶金的雙重效應(yīng)，不僅實現(xiàn)了硼與鐵的二次分離，還完成了鐵氧化物的還原和硼礦的焙燒。更重要的是，通過高溫礦物重構(gòu)和冷卻結(jié)晶，實現(xiàn)了含硼礦物和脈石礦物的分別結(jié)晶長大，結(jié)晶良好的富硼渣中，含硼物相體積含量達45％，脈石相(主要是橄欖石)的體積含量達50％，尺寸略大。二者晶粒尺寸達20～100μm左右，為硼的進一步富集創(chuàng)造了條件。

火法熔分所得富硼渣的一個不足之處在于，渣中的橄欖石酸浸溶出性能較好，在富硼渣酸法制備硼酸的過程中會同時大量溶出，導(dǎo)致浸出液中原硅酸含量增加，當條件適宜時，浸出液中的原硅酸會形成硅溶膠，導(dǎo)致料漿的流動性變差，難以過濾，同時影響了硼酸和鎂鹽的結(jié)晶，使得化工生產(chǎn)過程無法正常進行。

根據(jù)礦物學(xué)基礎(chǔ)知識可知，遂安石為非磁性礦物，橄欖石為弱磁性礦物。而且由于硼鐵礦的特殊礦相結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致富硼渣中橄欖石的核心區(qū)域存在一定量的金屬鐵，使其磁性會進一步增強。因此，可以通過磁選的方法實現(xiàn)富硼渣中非磁性含硼物相和磁性相對較強的橄欖石相的分離。

目前，關(guān)于硼鐵礦、硼鐵精礦火法熔分工藝所得富硼渣中B₂O₃的富集方法研究較少，本方法基于富硼渣中不同礦物的基本特性(如晶粒大小、嵌布關(guān)系、磁性差別等)，通過簡單、成熟的破碎-磨礦-磁選工藝即可實現(xiàn)渣中含硼物相和橄欖石相的分離，得到硼精礦和鎂精礦，與原始富硼渣相比，所得硼精礦中B₂O₃含量明顯提高，同時減輕了橄欖石在硼酸制備過程中對料漿過濾和浸出液硼酸、鎂鹽結(jié)晶的不利影響。與現(xiàn)有富硼渣的利用方式相比，不僅可以減少浸取劑的消耗，縮短浸取時間，減少雜質(zhì)元素浸出，從而降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染；還實現(xiàn)了無廢物生產(chǎn)，所得弱磁性精礦可以做高溫阻燃絕熱材料，如鎂橄欖石磚、電爐出鋼口填充料、鑄造砂等。

發(fā)明名稱為“超重力分離硼渣中硼資源的設(shè)備、方法及系統(tǒng)”的中國專利(申請?zhí)枺篊N201310627886.8)，公開了一種超重力分離硼渣中硼資源的設(shè)備、方法及系統(tǒng)，該方法將熔融硼渣在1300～1200℃溫度區(qū)間以小于2℃/min的冷卻速率冷卻，獲取熱處理硼渣，對所述熱處理硼渣進行離心超重力分離，通過離心超重力分離后可以得到遂安石品位在70～80％的精硼渣，硼渣中硼的回收率可以達到80～90％。但是該方法需要使用高溫超重力設(shè)備，該種設(shè)備大型化和穩(wěn)定運行難度較大，不適合大型化生產(chǎn)，而且需要高溫操作，能耗較高。

劉素蘭等在《東北大學(xué)學(xué)報》上進行了“富硼渣硫酸浸出試驗研究”，該研究的基本內(nèi)容和結(jié)果是：以富硼渣為原料，用硫酸做浸取劑，模擬一步法制取硼酸過程，考察了不同因素對酸解率的影響，在優(yōu)化的工藝參數(shù)下，酸解率可達到90％以上，殘渣中B₂O₃小于1％。但是，該工藝存在酸浸過程有膠體形成導(dǎo)致試驗無法進行的問題，而且橄欖石、鋁、鐵等礦物或元素會在酸浸過程同步溶出，造成耗酸量增加，生產(chǎn)成本提高，酸浸液凈化處理變得更加困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于找到一種技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的實現(xiàn)原始富硼渣中含硼礦物與橄欖石分離的方法，從而實現(xiàn)硼的進一步富集，并減輕橄欖石的酸解對料漿過濾及硼酸、鎂鹽結(jié)晶的不利影響。打通低品位硼鐵礦火法工藝綜合利用的全流程產(chǎn)業(yè)鏈條，實現(xiàn)綠色全產(chǎn)品無廢清潔生產(chǎn)，從而保障我國硼資源的戰(zhàn)略供給，促進我國硼工業(yè)的可持續(xù)良性發(fā)展。

一種富硼渣中含硼礦物的分離富集方法，其特征在于以硼鐵礦火法還原熔分后所得結(jié)晶良好的富硼渣為原料，經(jīng)破碎、細磨、強磁選，得到可高效利用的硼精礦和鎂精礦；基本流程為：

(1)將熔融富硼渣以10～20℃/min的冷卻速度冷卻至900～1100℃，然后再空冷至室溫，得到結(jié)晶良好的富硼渣，富硼渣主要包擴含硼物相和不含硼橄欖石兩相；

(2)采用破碎機將大塊硼渣破碎至5～10mm，再裝入球磨機進行細磨，控制排礦粒度為0.1～0.038mm；

(3)采用濕式強磁選機對球磨后的礦漿進行分選，通過調(diào)節(jié)磁場強度，獲得不同品位和產(chǎn)率的弱磁性精礦和非磁性尾礦，弱磁性精礦為鎂精礦，非磁性尾礦為硼精礦；

(4)將所得非磁性精礦進行二次磨礦和磁選，進一步提高含硼物相和橄欖石物相的分離效果，提高硼的總收得率。

本發(fā)明所用富硼渣可以是高爐富硼渣、電爐富硼渣、轉(zhuǎn)底爐富硼渣以及硼鐵礦直接還原磁選所得硼精礦熔融后所得富硼渣等。在磁選工序，本發(fā)明所用磁選設(shè)備為濕式強磁選機，分選區(qū)筒表磁場強度為5000～10000Gs，礦漿濃度25％～35％。經(jīng)磁選后，含硼礦物主要進入硼精礦，脈石礦物(主要是橄欖石)主要進入鎂精礦。硼精礦中B₂O₃含量為30～35％，硼精礦中B₂O₃的收得率為86～92％，鎂精礦中B₂O₃含量為3～5％。硼精礦可以做為提取硼酸、硼砂的優(yōu)質(zhì)原料，可以降低浸取劑消耗、縮短浸取時間、減少雜質(zhì)元素浸出，最終可降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染；也可以直接做為硅酸鹽發(fā)光玻璃、玻璃纖維、玻璃棉的原料。鎂精礦熔點較高，可以做為鎂橄欖石磚、電爐出鋼口填充料、鑄造砂等耐火材料的原料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點：

本發(fā)明創(chuàng)新性強，具有工藝簡單、設(shè)備少、能耗低、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、整個過程實現(xiàn)清潔無廢物生產(chǎn)等優(yōu)點?？膳c現(xiàn)有火法硼鐵分離工藝完美連接，實現(xiàn)硼鐵礦資源中硼、鎂元素的高效利用。有助于打通“低品位硼鐵礦選礦-硼鐵精礦選擇性還原熔分-熔分富硼渣高效清潔無廢利用”的綜合利用新流程，為我國硼工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和特色復(fù)合鐵礦資源的綜合利用貢獻力量。

附圖說明

圖1為緩冷富硼渣的微觀結(jié)構(gòu)

圖2為破碎至0.074mm以下時不同礦物相的解離狀態(tài)

圖3為本發(fā)明的工藝流程示意圖

具體實施方式

實施例1

某硼鐵精礦經(jīng)還原熔分后所得富硼渣的化學(xué)成分如表1所示。將富硼渣加熱至1400℃，保溫10min，然后以10～20℃/min的冷卻速度冷卻至900～1100℃，然后再空冷至室溫，得到結(jié)晶良好的富硼渣。采用顎式破碎機將大塊硼渣破碎至5～10mm，再裝入球磨機進行細磨，控制排礦粒度為100％小于0.043mm。控制濕式強磁選機分選區(qū)筒表磁場強度為6500Gs，所獲得硼精礦和鎂精礦的分選指標如表2所示。

表1富硼渣主要成分

表2磁選試驗結(jié)果

實施例2

選用如表1所示化學(xué)成分的富硼渣，采用與實施例1相同的冷卻、破碎和磨礦工藝。控制濕式強磁選機分選區(qū)筒表磁場強度為9510Gs，所獲得硼精礦和鎂精礦的分選指標如表3所示。從中可以看出，由于磁場強度增加，導(dǎo)致較多連生體顆粒被選入弱磁性相中，使得硼精礦的收得率降低，但是品位有所提高。

表3磁選試驗結(jié)果

實施例3

選用如表1所示化學(xué)成分的富硼渣，采用與實施例1相同的冷卻和破碎工藝。在磨礦階段，首先將富硼渣磨至100％小于0.074mm，控制濕式強磁選機分選區(qū)筒表磁場強度為5000Gs，得到一次弱磁性相和一次非磁性相，一次弱磁性相可做為鎂精礦。一次非磁性相繼續(xù)進行二次磨礦，控制排礦粒度為100％小于0.038mm，再進行二次濕式強磁選，分選區(qū)筒表磁場強度為10000Gs，得到硼精礦和二次鎂精礦。一次鎂精礦和二次鎂精礦合并做為鎂精礦，分選指標如表4所示。

表4磁選試驗結(jié)果