第1期 张建良等：低品位硼铁矿中硼的富集 37。 原料.实验采用焦粉为还原剂，其工业分析见表2. 磁选后硼品位没有太大的变化.焙烧温度在高于 表1低品位圃铁矿化学分析（质量分数） 1050℃时硼品位迅速上升，1200℃时硼品位达到 Table I Chemical composition of low-grade paigeite % 了14.29%，但超过1200℃随焙烧温度升高硼品位 TFe B03 Mgo Ca0 Si02A203 K20 增幅变小，而焙烧温度在1350~1450℃时磁选后 3023636 25.381.3918241220.13 硼品位略有些下降. 文献5]中指出，在铁矿粉和含碳还原剂的混合 表2焦粉工业分析成分（质量分数） 料中，在借助气体的直接还原开始前，存在着碳直接 Table 2 Constitunts of ooke pow der by industrial analysis 还原铁氧化物的固体间的直接还原，但不能达到有 固定碳 灰分 挥发分 水分 效的反应速度.只有当温度达到碳的气化反应温 8605 1219 1.13 826 度，借助气体的直接还原开始后，还原过程才开始激 1.2 实验方法 烈进行. 本实验借鉴于Comet工艺采用粉料直接入炉 从图2中的TG曲线看出，焦炭发生剧烈气化 焙烧，所不同的是本实验采用矿粉和焦粉充分混匀 反应的温度在1050℃以上，在1050℃以下时碳的 而不是分层布料. 气化反应非常缓慢，不能提供足够的气体还原剂 由于贫硼铁矿中硼镁石和铁矿物互相嵌布共 C0还原铁氧化物.因此在1050C以下的低温焙烧 生，硼镁石虽然嵌布极细，但较软，在磨矿过程中，一 过程中，铁氧化物的还原，主要是焦炭和铁氧化物的 旦解离便泥化到，所以此矿石不宜做超细磨矿.本 固-固反应5一4， 研究将矿石磨至能通过0.096mm筛，按C/0=1 F0+C=3Fe,0+0 (1) (原子比)配加还原剂.按矿石中的铁都以Fe203形 式存在来计算氧量. 子Fe0,+3C=2Fc0+C0 (2) 将硼铁矿和焦粉磨细、过筛，使其能通过 2Fe0+2C=2Fe+2C0 (3) 0.096mm筛，按化学当量比C/0=1进行配料混匀， Fe203+3C=2Fe+3C0 (4) 放入刚玉坩埚内，料层厚度不超过35mm,使用马弗 45 炉还原焙烧，焙烧温度分别为550,600,650，…， TG 40 1200 1450℃，每个样品焙烧时间30min,将焙烧后的样 品磨细后磁选，非磁性部分即为硼精粉.本研究主 35 900 要考察不同焙烧温度下硼精粉的硼品位变化，以确 30 定最佳的焙烧温度. 600 25 2实验结果及分析 300 2.1焙烧温度对硼品位的影响 00.51.0152.02.53.03548 从图1中可以看到.焙烧温度在低于1050℃时 时间h 15r 图2焦炭反应性热重曲线 14 Fig 2 Coke reactiveness thermogravimetric curve 13H 12 由于碳与铁氧化物之间为点接触，一旦生成金 属铁后，碳与铁氧化物之间的接触就中断，还原过程 要靠碳在还原产物层中的不断溶解和扩散才能进 行，反应的动力学条件很差，不能达到有效的反应速 度，金属化率低.经磁选后硼品位变化不明显. 400 600 8001000120014001600 随着温度的提高，当焙烧温度达到1200℃时 焙烧温度℃ 随着碳气化反应的剧烈发生，铁氧化物的还原开始 图1不同培烧温度下翻精粉硼品位的变化 由固一固反应为主逐渐转变为气一固反应为主： Fig.I Change of boron grade in boron ore concentrate pow der at C+C02=2C0 (5) different temperatures 3Fe203+C0=2Fe304+C02 (6原料 .实验采用焦粉为还原剂, 其工业分析见表 2 . 表 1 低品位硼铁矿化学分析( 质量分数) Table 1 Chemical composition of low-grade paigeite % TFe B2O3 MgO CaO SiO2 Al 2O3 K2O 30.23 6.36 25.38 1.39 18.24 1.22 0.13 表 2 焦粉工业分析成分( 质量分数) Table 2 Constituents of coke pow der by industrial analysis % 固定碳 灰分 挥发分 水分 86.05 12.19 1.13 8.26 1.2 实验方法 本实验借鉴于 Comet 工艺采用粉料直接入炉 焙烧, 所不同的是本实验采用矿粉和焦粉充分混匀 而不是分层布料 . 由于贫硼铁矿中硼镁石和铁矿物互相嵌布共 生, 硼镁石虽然嵌布极细, 但较软, 在磨矿过程中, 一 旦解离便泥化 [ 3] , 所以此矿石不宜做超细磨矿.本 研究将矿石磨至能通过 0.096 mm 筛, 按 C/O =1 ( 原子比) 配加还原剂 .按矿石中的铁都以 Fe2O3 形 式存在来计算氧量. 将硼铁 矿和 焦粉 磨 细、过 筛, 使 其能 通 过 0.096 mm筛, 按化学当量比C/O =1 进行配料混匀, 放入刚玉坩埚内, 料层厚度不超过 35 mm, 使用马弗 炉还原焙烧, 焙烧温度分别为 550, 600, 650, …, 1 450 ℃,每个样品焙烧时间 30 min, 将焙烧后的样 品磨细后磁选, 非磁性部分即为硼精粉.本研究主 要考察不同焙烧温度下硼精粉的硼品位变化, 以确 定最佳的焙烧温度. 2 实验结果及分析 图 1 不同焙烧温度下硼精粉硼品位的变化 Fig.1 C hange of boron grade in boron ore concentrat e pow der at diff erent t emperatures 2.1 焙烧温度对硼品位的影响 从图 1 中可以看到, 焙烧温度在低于1 050 ℃时 磁选后硼品位没有太大的变化, 焙烧温度在高于 1 050 ℃时硼品位迅速上升, 1 200 ℃时硼品位达到 了 14.29 %, 但超过 1 200 ℃随焙烧温度升高硼品位 增幅变小, 而焙烧温度在 1 350 ～ 1 450 ℃时磁选后 硼品位略有些下降 . 文献[ 5] 中指出, 在铁矿粉和含碳还原剂的混合 料中, 在借助气体的直接还原开始前, 存在着碳直接 还原铁氧化物的固体间的直接还原, 但不能达到有 效的反应速度.只有当温度达到碳的气化反应温 度, 借助气体的直接还原开始后, 还原过程才开始激 烈进行 . 从图 2 中的 TG 曲线看出, 焦炭发生剧烈气化 反应的温度在 1 050 ℃以上, 在 1 050 ℃以下时碳的 气化反应非常缓慢, 不能提供足够的气体还原剂 CO 还原铁氧化物 .因此在 1 050 ℃以下的低温焙烧 过程中, 铁氧化物的还原, 主要是焦炭和铁氧化物的 固-固反应[ 5 -6] : Fe2O3 + 1 3 C = 2 3 Fe3O4 + 1 3 CO ( 1) 2 3 Fe3O4 + 2 3 C =2FeO + 2 3 CO ( 2) 2FeO +2C =2Fe +2CO ( 3) Fe2O3 +3C=2Fe +3CO ( 4) 图2 焦炭反应性热重曲线 Fig.2 Coke reactiveness thermogravimetric curve 由于碳与铁氧化物之间为点接触, 一旦生成金 属铁后, 碳与铁氧化物之间的接触就中断, 还原过程 要靠碳在还原产物层中的不断溶解和扩散才能进 行, 反应的动力学条件很差, 不能达到有效的反应速 度, 金属化率低.经磁选后硼品位变化不明显 . 随着温度的提高, 当焙烧温度达到 1 200 ℃时, 随着碳气化反应的剧烈发生, 铁氧化物的还原开始 由固-固反应为主逐渐转变为气-固反应为主: C +CO2 =2CO ( 5) 3Fe2O3 +CO =2Fe3O4 +CO2 ( 6) 第 1 期 张建良等:低品位硼铁矿中硼的富集 · 37 ·