含硼铁精矿预氧化-再还原分步焙烧强化硼铁分离的方法

技术领域

本发明属于矿物加工、冶金技术领域，具体涉及含硼铁精矿预氧化-再还原分步焙烧强化硼铁分离的方法。

背景技术

硼铁矿是我国特色矿产资源，已探明储量2.8亿吨，其中，B

含硼铁精矿的硼、铁二次分离是实现硼铁矿资源高效开发利用的技术关键，硼铁二次分离工艺主要为火法，包括高炉法、煤基深度还原-磁选、直接还原-电炉熔炼、钠盐焙烧-浸出等。专利201410181586.6公开了一种从硼铁矿中提取优质铁粉和硼砂的方法，将含硼铁精矿与固体Na

发明内容

针对现有含硼铁精矿火法分离工艺还原温度高、反应时间长、富硼渣需要缓冷处理等问题，本发明提供一种含硼铁精矿预氧化-再还原分步焙烧强化硼铁分离的方法，通过对矿石进行预热和氧化多段悬浮态加热焙烧，促使矿石中孔隙和裂纹的生成，再经流态化快速还原焙烧，得到高金属化率和硼活性高的焙烧产物，焙烧产物经细磨磁选得到高品位铁粉和高活性硼精矿，实现含硼铁精矿的综合利用。

本发明的含硼铁精矿预氧化-再还原分步焙烧强化硼铁分离的方法，按照以下步骤进行：

1、将含硼铁精矿置于料仓内，所述的含硼铁精矿为硼铁矿磁选得到的铁精矿产品，其细度为-0.074mm的部分占物料总量的质量百分比≥50％；将料仓内的原料经螺旋给料机给入由多个旋风预热器组成的预热系统，形成预热物料；

2、将步骤1得到的预热物料给入悬浮加热炉，预热物料在炉内高温烟气的作用下处于悬浮状态并发生脱水反应，脱去矿石中的结构水，形成脱水物料；

3、将步骤2得到的脱水物料经第一次气固分离后给入流态化氧化焙烧炉，在流态化氧化焙烧炉底部的空气入口通入空气，进行流态化氧化焙烧，脱水物料发生氧化反应形成氧化物料，氧化后的氧化物料从流态化氧化焙烧炉的出料口排出；

4、将步骤3排出的氧化物料经第二次气固分离后给入流态化还原焙烧炉，在流态化还原焙烧炉底部的氮气和还原气入口分别通入氮气和还原气，进行流态化还原焙烧，氧化物料发生金属化还原反应形成还原物料，还原物料随气流从流态化还原焙烧炉的出料口排出后经第三次气固分离，得到还原焙砂；

5、将步骤4得到的还原焙砂经水冷换热回收余热后水淬制成矿浆，将矿浆给入搅拌磨机细磨，细磨后的还原焙砂经湿式弱磁选机分离，得到铁粉和高活性硼精矿。

上述步骤1中，含硼铁精矿TFe含量为47～56％，按质量百分比含B

上述步骤1中，预热后的预热物料温度为350～500℃。

上述步骤2中，预热过程中含硼铁精矿脱去吸附水的主要反应为：

H

上述步骤2中，悬浮加热炉的加热温度为850～1000℃，预热物料在悬浮加热炉的停留时间为10～20s。

上述步骤2中，预热物料脱去硼镁石和蛇纹石中结构水的主要反应为：

2MgBO

2Mg

上述步骤3中，流态化氧化焙烧炉的氧化温度为800～950℃，进入流态化氧化焙烧炉的空气的体积流量与脱水物料的质量流量的比例为0.06～0.20m

上述步骤3中，脱水物料中发生的氧化反应为：

4Fe

上述步骤3中，从流态化氧化焙烧炉的出料口排出的氧化物料的氧化度≥98％，氧化度D的计算公式为：

D＝(3Fe

其中，Fe

上述步骤4中，流态化还原焙烧炉的还原温度为700～850℃，进入流态化还原焙烧炉的还原性气体的体积流量与氧化物料的质量流量的比例为0.06～0.30m

上述步骤4中，还原性气体为H

上述步骤4中，氧化物料发生的主要还原反应为：

3Fe

Fe

FeO+CO/H

2(Mg,Fe)

上述步骤4中，还原焙砂的金属化率≥90％。

上述步骤5中，搅拌磨磨矿细度为-0.038mm的部分占总质量的80％以上。

上述步骤5中，湿式弱磁选磁场强度为50～100kA/m；铁粉的TFe含量≥88％，Fe回收率≥90％，硼精矿的B

本发明的含硼铁精矿预氧化-再还原分步焙烧强化硼铁分离的方法，其原理和技术关键点在于：

(1)含硼铁精矿经多段旋风预热以及悬浮态脱水焙烧，脱去矿石中的吸附水和结构水，将矿石中的硼镁石转化为易于碱解的硼镁石，提高了矿石中硼矿物的反应活性。

(2)流态化氧化焙烧阶段，矿石中结构致密的天然磁铁矿被完全氧化为赤铁矿，磁铁矿属立方晶系而赤铁矿属六方晶系，在晶型结构发生转变的过程中，颗粒中产生大量孔隙和微裂纹，将结构致密的原料转化为具有疏松多孔结构的矿石，人为增加反应活性位点和气体接触区域，为强化还原创造条件。

(3)将脱水和氧化致裂后的易还原物料在流态化还原焙烧炉进行还原焙烧，流态化焙烧过程气固接触效率高、传质传热迅速，在700～850℃温度范围内，原料中被氧化的多孔赤铁矿颗粒被迅速还原，硼镁铁矿也发生还原反应形成遂安石，进一步提高硼矿物反应活性。

(4)本发明过程中的脱水、氧化及还原阶段分段进行，各阶段产品可控可调。最终，经多段流态化焙烧处理，可得到高金属化率和高活性的还原焙砂，磨矿磁选后即得到高金属化率铁粉和高活性硼精矿，铁粉可用于电炉熔炼生产铁水，高活性硼精矿可不经活化焙烧直接作为碳碱法生产硼砂的工业原料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)现有的含硼铁精矿分离方法仅能二次分离硼铁，但得到的熔融富硼渣或硼精矿需要缓冷或与添加剂协同活化焙烧才能用于工业提硼，本发明经多段焙烧后，矿石中的硼矿物活性大幅提高，磨矿磁选后得到的硼精矿可直接用于碳碱法提硼，从而实现优化工艺流程、节约生产成本的目的；

(2)本发明的主体设备为流态化焙烧炉，颗粒气固接触效率高，传质传热迅速，多段悬浮态焙烧均在远低于颗粒熔化的温度进行，焙烧能耗大幅降低；

(3)本发明通过氧化预处理增加矿石的微孔和裂纹，提高含硼铁精矿的孔隙率，增加反应活性位点，从而大幅度提高还原焙烧阶段的反应速率，缩短焙烧时间，节约还原剂用量。

附图说明

图1为本发明实施例中的含硼铁精矿预氧化-再还原分步焙烧强化硼铁分离的方法流程示意图。

图2为本发明实施例中的多个旋风预热器组成的预热系统示意图。

具体实施方式

本发明实施例中，含硼铁精矿为硼铁矿的磁选精矿，TFe含量为47～56％，按质量百分比含B

本发明实施例中的预热系统的出料口与悬浮加热炉的进料口连通，悬浮加热炉的出料口与第一旋风分离器的进料口相连，第一旋风分离器的排气口与预热系统的进气口相连，预热系统的排气口与引风机相连；悬浮加热炉底部设有燃烧站，通过燃烧天然气和空气形成高温烟气，并启动引风机使悬浮加热炉和预热系统形成负压；原料经螺旋给料机给入预热系统，经多段旋风预热后给入悬浮加热炉，在高温烟气作用下原料加热脱水后经第一旋风分离器的出料口排出，经第一次气固分离后给入流态化氧化焙烧炉。

本发明实施例中的流态化氧化焙烧炉和流态化还原焙烧炉内部均设有隔板，隔板底部设有物料流通通道，将焙烧炉内部分为进料室和氧化室(还原室)，焙烧炉底部设有气体入口，加热后的物料由进料室顶部给入，氧化(还原)气体由焙烧炉底部通入，物料在氧化(还原)气体作用下处于流化运动状态，并发生氧化(还原)反应；氧化物料从流态化氧化焙烧炉的出料口排出，进入第二旋风分离器，经第二次气固分离后给入流态化还原焙烧炉，气固分离后的气体给入主炉供热；还原物料从流态化还原焙烧炉的出料口排出，进入第三旋风分离器，经第三次气固分离后得到还原焙砂，气固分离后的过剩还原气给入主炉燃烧。

以下为本发明优选实施例。

实施例1

含硼铁精矿预氧化-再还原分步焙烧强化硼铁分离的方法，其工艺流程图如图1所示，具体操作方法如下：

将含硼铁精矿置于料仓内，所述的含硼铁精矿为硼铁矿的磁选精矿，细度为-0.074mm的部分占总质量的85％，其中，含硼铁精矿TFe含量为51.02％，按质量百分比含B

将原料经螺旋给料机给入由如图2所示的多个旋风预热器组成的预热系统预热脱去吸附水，经多级旋风预热后的预热物料温度为400℃，预热物料给入悬浮加热炉，悬浮加热炉的加热温度为900℃，预热物料在悬浮加热炉的停留时间为16s，在炉内高温烟气的作用下处于悬浮状态并发生脱水反应，脱去矿石中的结构水，形成脱水物料；

脱水物料经第一次气固分离后给入流态化氧化焙烧炉，在流态化氧化焙烧炉底部的空气入口通入空气，进入流态化氧化焙烧炉的空气的体积流量与脱水物料的质量流量的比例为0.10m

氧化物料经第二次气固分离后给入流态化还原焙烧炉，在流态化还原焙烧炉底部的氮气和还原气入口分别通入氮气和还原气，还原性气体为H

从流态化还原焙烧炉出料口排出的还原物料经第三次气固分离后形成还原焙砂，还原焙砂的金属化率为90.75％，还原焙砂水冷换热回收余热后水淬制成矿浆，给入搅拌磨机细磨，搅拌磨磨矿细度为-0.038mm的部分占总质量的85％；

细磨后的还原焙砂经湿式弱磁选分离，弱磁选磁场强度为75kA/m，得到铁粉和高活性硼精矿，铁粉的TFe含量为90.25％，Fe回收率为91.30％，硼精矿的B

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

(1)所述的含硼铁精矿细度为-0.074mm的部分占总质量的95％，其中，含硼铁精矿TFe含量为55.85％，按质量百分比含B

(2)预热后的预热物料温度为500℃，悬浮加热炉的加热温度为1000℃，预热物料在悬浮加热炉的停留时间为12s。

(3)流态化氧化焙烧炉的氧化温度为950℃，进入流态化氧化焙烧炉的空气的体积流量与脱水物料的质量流量的比例为0.18m

(4)流态化还原焙烧炉的还原温度为850℃，进入流态化还原焙烧炉的还原性气体的体积流量与氧化物料的质量流量的比例为0.25m

(5)还原性气体为H

(6)搅拌磨磨矿细度为-0.038mm的部分占总质量的95％，弱磁选磁场强度为85kA/m，铁粉的TFe含量为91.25％，Fe回收率为91.77％，硼精矿的B

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

(1)所述的含硼铁精矿细度为-0.074mm的部分占总质量的70％，其中，含硼铁精矿TFe含量为47.70％，按质量百分比含B

(2)预热后的预热物料温度为350℃，悬浮加热炉的加热温度为850℃，预热物料在悬浮加热炉的停留时间为18s。

(3)流态化氧化焙烧炉的氧化温度为800℃，进入流态化氧化焙烧炉的空气的体积流量与脱水物料的质量流量的比例为0.20m

(4)流态化还原焙烧炉的还原温度为700℃，进入流态化还原焙烧炉的还原性气体的体积流量与氧化物料的质量流量的比例为0.15m

(5)还原性气体为H

(6)搅拌磨磨矿细度为-0.038mm的部分占总质量的90％，弱磁选磁场强度为100kA/m，铁粉的TFe含量为88.57％，Fe回收率为90.30％，硼精矿的B

实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

(1)所述的含硼铁精矿细度为-0.074mm的部分占总质量的90％，其中，含硼铁精矿TFe含量为53.14％，按质量百分比含B

(2)预热后的预热物料温度为450℃，悬浮加热炉的加热温度为900℃，预热物料在悬浮加热炉的停留时间为15s。

(3)流态化氧化焙烧炉的氧化温度为850℃，进入流态化氧化焙烧炉的空气的体积流量与脱水物料的质量流量的比例为0.15m

(4)流态化还原焙烧炉的还原温度为800℃，进入流态化还原焙烧炉的还原性气体的体积流量与氧化物料的质量流量的比例为0.20m

(5)还原性气体为H

(6)搅拌磨磨矿细度为-0.038mm的部分占总质量的85％，弱磁选磁场强度为80kA/m，铁粉的TFe含量为89.75％，Fe回收率为90.39％，硼精矿的B

对比例1

同实施例1，不同点在于，脱水物料不进行氧化焙烧，其他操作及试验条件均相同，则还原产物的金属化率为81.07％，细磨后的还原焙砂经湿式弱磁选分离，铁粉的TFe含量为80.75％，Fe回收率为86.93％，硼精矿的B

对比例2

同实施例2，不同点在于，脱水物料不进行氧化焙烧，其他操作及试验条件均相同，则还原产物的金属化率为85.27％，细磨后的还原焙砂经湿式弱磁选分离，铁粉的TFe含量为84.70％，Fe回收率为87.59％，硼精矿的B