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硼镁石矿真空热法硼镁分离试验研究

徐冬  
【摘要】:辽宁省宽甸地区储有400万吨高MgO、低SiO2型硼镁石矿,这种矿石现有的生产工艺是利用碳碱法制取硼砂。在生产过程中,由于MgO含量高,导致料浆粘稠、硼回收率低,而留在硼泥中的MgO,没有得到充分利用,既浪费了资源,又污染了环境。针对这一问题,本试验根据高镁低硅的矿物结构特点,首先研究了矿石煅烧过程中具有较高氧化镁活性的煅烧条件,然后分别以硅铁合金、硅铝合金和碳化钙为还原剂,采用真空热还原的方法,将煅烧后矿石中游离的MgO以金属镁的形式还原出来,使余料中的B2O3得到富集,改变硼镁石矿中的硼镁比,实现硼镁分离的目的。 理论分析部分,对热法还原硼镁石矿的热力学进行了计算。通过计算得出,在真空及加氧化钙的条件下,硅铁合金、硅铝合金还原MgO的初始反应温度分别为1095K、868K左右;在真空条件下,碳化钙还原MgO的初始反应温度为1034K。 煅烧高活性氧化镁试验部分,利用差热-热重法分析了矿石的受热分解情况,测定了在选定煅烧温度及不同恒温时间下硼镁石矿的烧失率和灼减量,并利用柠檬酸法测定了氧化镁的活性度。最终确定,高活性氧化镁的煅烧温度范围在1173-1223K、恒温0.5-1.0h。在煅烧温度1223K、恒温0.5h条件下熟矿粉具有最高的活性度。 真空热还原试验部分,以硅铁合金为还原剂,正交实验得出最佳还原条件为:还原温度1453K、还原时间2.0h、制团压力35Mpa、还原剂过量系数10%。该条件下金属镁的还原率为48.16%。由于镁的还原率不高及余料中杂质铁含量较高等因素,还原余料不适合生产玻璃纤维;以硅铝合金为还原剂,当还原剂及氧化钙过量系数超过30%以后,镁的还原率最高可达71%;以碳化钙为还原剂,正交实验得出最佳还原条件为:还原温度1453K、还原时间2.0h、制团压力35Mpa、还原剂过量系数10%。该条件下镁的还原率为64.5%。 通过物料平衡计算可知,还原余料中B2O3的总量与原矿石相比中B2O3的总量几乎没有变化,说明在还原过程中硼几乎没有损失。但试验发现,还原剂及氧化钙加入量大于还原的金属镁的量,使余料中硼的品位下降。针对这一问题,在以CaC2为还原剂的试验中,对余料进行了磨细加水处理,使余料中部分CaO生成Ca(OH)2,部分游离C漂浮,部分残余CaC2生成乙炔气体。这样余料中B2O3的品位就提高了,镁硼比由原料中的约MgO:B2O3=2.5:1变为现在余料中的约MgO:B2O3=1:1.2。可以满足生产无碱玻璃纤维的要求,也提高了余料的经济价值。 三种还原剂中,硅铁合金不适合用于本实验;硅铝合金的还原率较高,但由于还原剂和氧化钙加入量较高,降低了矿石中硼的品位,还有待进一步研究;碳化钙还原剂具有较高的还原率,经处理后硼的品位也基本维持在19%左右,并且碳化钙的价格较便宜,在本实验中是比较理想的还原剂。 综上所述,针对化学组成为高镁低硅,矿物结构为硼镁石、白云石、菱镁矿的硼镁石矿,本试验采用真空热还原法实现了矿石中的硼和镁的基本分离,得到了金属镁和适用生产无碱玻璃纤维的富硼余料,寻找了一条硼镁石矿综合利用的新途径。该工艺可以提高矿石的综合利用率和经济效益,无废物产生,减少环境污染,可以实现清洁生产。


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