富硼渣和硼精矿活化焙烧的研究

论文摘要

硼矿是一种稀有的化工矿物,以其为原料生产的硼化合物广泛用于化工、冶金、光学玻璃、国防、原子能、医药、橡胶及轻工业等部门。我国主要的硼矿资源是硼镁矿和硼铁矿。直接可利用的硼镁矿,经过多年的开采已近枯竭,不能满足未来硼化工生产的需要。硼铁矿虽占我国硼矿资源的58%,但加工利用难度较大。因此,加快硼铁矿资源的开发利用,对于缓解我国硼资源紧张状况有着重要的现实意义。本文首先以硼铁矿选矿获得的硼精矿为研究对象,采用钠化磁化焙烧工艺对其进行处理,即将添加活性炭和钠化剂的硼精矿在高温下进行焙烧。在利用钠化剂将难于浸取的硼镁铁矿转化为钠的硼酸盐和磁铁矿的过程中,磁化焙烧可避免磁铁矿被氧化为赤铁矿,使矿石保持一定的磁性,为进行下一步的磁选作准备。对硼精矿分别进行了化学分析、热重分析和XRD分析。硼精矿的XRD分析表明,其主要矿物组成为黑云母(K[Mg,Fe]3[Al,Fe]Si3O10(OH,F)2)、石英(SiO2)、纤蛇纹石(Mg3[Si2O5](OH)4)、磁铁矿(Fe3O4)、纤维硼镁石(Mg2(OH)[B2O4(OH)])和硼镁铁矿([Mg,Fe]2Fe[BO3]O2)。考察了活性炭加入量对钠化磁化焙烧矿的活性和磁性的影响,结果表明：在950℃,Na2CO3的用量为原矿(30g)的26.7%、钠化焙烧2h,活性达到了90.49%；在上述各条件不变的情况下,当加入4g活性炭时,FeO%含量由不加活性炭时的0.17%提高到8.40%,活性86.8%；随着活性炭加入量的增加,焙烧矿的磁性明显增强,但活性稍有降低。其次,以硼铁矿“火法”分离的产物富硼渣为研究对象,分别采用钙化焙烧和钠化焙烧的方法对提高其反应活性进行了研究。对电炉富硼渣的XRD物相分析和活性分析表明：富硼渣中的主要物相为遂安石、镁橄榄石,活性只有50%左右。以碳酸钙为添加剂,考察了添加剂用量、焙烧温度等对焙烧矿活性的影响,结果表明：富硼渣的反应活性随着CaCO3加入量的增加而提高,在950℃下,30g富硼渣中加18g碳酸钙焙烧2h,富硼渣的活性由50%上升到86%；此外,在同样条件下以氧化钙为添加剂的钙化焙烧活性比碳酸钙的低,其最佳活性接近80%。以碳酸钠为添加剂进行钠化焙烧时,在950℃下,30g富硼渣中加入8g碳酸钠恒温焙烧2h,富硼渣的活性由50%上升到79.62%。钙化或钠化焙烧使富硼渣活性提高的原因是：钙化剂CaCO3在焙烧温度下分解获得的CaO与渣中玻璃态氧化硼反应生成晶态的Ca3(BO3)2,钠化剂分解获得的Na2O与玻璃态氧化硼生成钠的硼酸盐,使玻璃态氧化硼转化为易分解的硼酸钙和易浸取的硼酸钠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 硼资源开发利用概述
• 1.1.1 硼及其化合物的用途
• 1.1.2 硼矿资源分布和特点概述
• 1.1.3 硼工业发展概况
• 1.2 硼铁矿资源综合利用概述
• 1.2.1 湿法分离工艺
• 1.2.2 火法分离工艺
• 1.2.3 作烧结矿添加剂
• 1.2.4 制备Fe-Si-B母合金
• 1.2.5 关于焙烧方面的介绍
• 1.3 富硼渣的综合利用研究现状
• 1.3.1 缓冷工艺
• 1.3.2 富硼渣熔态钠化一加压水浸制硼砂工艺
• 1.3.3 富硼渣碳碱法制硼砂
• 1.3.4 富硼渣硫酸浸出一步法生产硼酸
• 1.3.5 碳热氯化反应法分解富硼渣
• 1.3.6 其它
• 1.4 钠化焙烧方法处理矿物资源的研究现状
• 1.4.1 钠化焙烧法提钒
• 1.4.2 钠化焙烧法提钨
• 1.4.3 钠化焙烧法提镓锗
• 1.4.4 钠化焙烧法提硼
• 1.5 钙化焙烧方法处理矿物资源的研究现状
• 1.5.1 钙化焙烧法制二氧化锆
• 1.5.2 钙化焙烧法提钒
• 1.6 磁化焙烧方法处理矿物资源的研究现状
• 1.6.1 竖炉磁化焙烧
• 1.6.2 回转窑磁化焙烧
• 1.6.3 沸腾炉磁化焙烧-磁选工艺
• 1.7 本课题研究的意义
• 2 试验方法概述
• 2.1 试验主要试剂和仪器
• 2.2 实验分析方法
• 2.3 试验过程
• 2.3.1 焙烧试验
• 2.3.2 碱解反应
• 2.3.3 常压加热水浸
• 2.3.4 加压水浸
• 2.3.5 翁泉沟硼精矿和富硼渣反应活性测定
• 2.4 工艺流程
• 2.4.1 翁泉沟硼镁铁矿-磁铁矿型硼精矿钠化磁化焙烧工艺流程
• 2.4.2 富硼渣钠化焙烧工艺流程图
• 2.4.3 富硼渣钙化焙烧工艺流程图
• 3 翁泉沟硼镁铁矿-磁铁矿型硼精矿钠化磁化焙烧的研究
• 3.1 硼精矿的化学成分分析、X射线衍射分析
• 3.1.1 硼精矿的化学成分分析
• 3.1.2 原料的X射线衍射分析
• 3.1.3 原料的热分析
• 3.2 翁泉沟硼镁铁矿-磁铁矿型硼精矿钠化磁化焙烧研究
• 3.2.1 活性炭加入量对焙烧硼精矿磁性的影响
• 3.2.2 活性炭加入量对活性的影响
• 3.4 硼精矿钠化磁化焙烧机理研究
• 3.4.1 硼精矿钠化焙烧机理研究
• 3.4.2 硼精矿磁化焙烧机理研究
• 3.5 小结
• 4 富硼渣钙化焙烧
• 4.1 概述
• 4.2 富硼渣组成、物相和形貌分析
• 4.3 钙化焙烧对富硼渣焙烧活性的影响
• 4.3.1 添加剂用量对富硼渣活性的影响
• 4.3.2 焙烧温度对富硼渣活性的影响
• 4.3.3 不同添加剂对富硼渣活性的影响
• 4.4 焙烧反应机理初探
• 4.5 小结
• 5 富硼渣钠化焙烧
• 5.1 概述
• 5.2 原料分析
• 5.3 钠化焙烧对富硼渣活性的影响
• 2CO₃用量对富硼渣活性的影响'>5.3.1 Na₂CO₃用量对富硼渣活性的影响
• 5.3.2 焙烧温度对富硼渣活性的影响
• 5.4 焙烧机理初探
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢