低品位硼镁矿活化技术及参数优化研究

摘要

我国虽然是硼资源比较丰富的国家，但绝大多数硼矿资源条件较差，矿石品位较低。目前，普遍被开采和加工利用的原矿是仅占我国硼矿总储量6.64％的高品位硼镁矿石，而对于储量超过总储量一大半的低品位硼镁矿则受矿石品位的限制而丢弃很少应用。这既对资源造成巨大浪费，又占用土地，影响环境。矿产资源属不可再生资源，因此对于低品位矿产资源的开发利用就显得迫在眉睫。本文以辽宁宽甸低品位硼镁矿为原料，研究采用酸解法和高温法两种方法对低品位硼镁矿中硼、镁、钙、硅等植物生长所需元素进行活化及对相关参数进行优化，制备既富含植物必须营养元素硼、镁、硅、钙等养分又具有调理土壤的产品，在为我国低品位硼镁矿资源有效利用提供合理的工艺技术的同时，为我国农业的发展作贡献。主要研究结果如下:
　　1.探明了低品位硼镁矿的物相表征和化学组成。研究表明原矿中主要物相为钙钛矿(MgSiO3)、菱镁矿(MgCO3)、镁橄榄石(Mg2SiO4)、α-石英(SiO2)，结构相对复杂;矿石中B2O3含量为9.69％，不适合工业生产硼酸。但是矿石中还含有MgO32.61％、SiO220.28％、CaO6.79％、Fe2O32.3％、Al2O31.08％。通过一定的技术工艺进行活化，使其养分由难溶态转化为作物有效态来制备既富含植物必须营养元素硼、镁、硅、钙等养分，又具有调理土壤功能的农业化学产品，应用前景十分广阔。
　　2.研究分别采用硫酸和硝酸来进行酸解试验，探讨了酸解过程中酸浓度、酸用量、反应时间、矿粉粒度等因素影响。结果表明:四种因素对反应均有一定的影响;与硝酸酸解法相比，硫酸酸解法反应过程更容易控制且反应更加完全，生产成本更低，适合工业生产。正交试验确定了硫酸酸解最佳工艺条件为:硫酸浓度为75％，酸用量为理论用量的130％，反应矿粉粒度为过100目筛，在80 r/min搅拌速度下反应10min。在此条件下酸解产物中水溶性B2O3、 MgO、CaO含量分别为4.92％、15.35％、2.93％，有效SiO2含量为0.49％，pH值为3.27呈酸性。
　　研究还采用高温煅烧法对低品位硼镁矿进行活化。探索了煅烧温度、煅烧时间、矿粉粒度对反应的影响，并对煅烧物进行了物相分析。研究表明，煅烧过程中原矿中的菱镁矿相(MgCO3)发生分解生成了少量游离的氧化镁(MgO);试验确定了最佳煅烧条件为:煅烧温度850℃，煅烧时间和矿物粒度分别为3h和80-100目。在此条件下煅烧物中水溶性B2O3含量为2.53％，有效MgO、CaO含量分别为25.35％和6.34％，与原矿样中MgO、CaO总量相比有效化程度分别达到了78％和93％，有效SiO2含量达到了5.55％，pH为11.50呈碱性。
　　3.研究还探索了硫酸铵与煅烧后物料焙烧对镁有效性的影响。结果表明:焙烧温度、焙烧时间和硫酸铵加入量对反应都有影响，温度过高会造成过烧现象;优化工艺条件为:焙烧温度为475℃，n((NH4)2SO4)∶n(MgO)为1.4∶1，焙烧4h。在此条件下产物中水溶性MgO含量达到了最大16.11％，水溶性B2O3、 CaO含量分别为4.30％和5.23％，比焙烧前样品中水溶性含量有显著增加，有效SiO2含量达到了5.56％，pH为6.14呈弱酸性。
　　4.对两种工艺处理后的样品进行物理性状分析，结果表明:不同工艺处理的矿粉含水量都低于5％，粒度＞80目，符合国家标准要求。
　　综上所述，两种方法都能达到活化低品位硼镁矿的目的，酸法产物pH为3.27，可以广泛在我国北方碱性土壤中施用;高温法产物pH为11.50，可以在我国南方酸性土壤中施用。这样既可以补充土壤中硼镁硅钙等中微量元素，又可以改良土壤结构。也可以对高温法产物进行硫酸铵焙烧，使有效镁变成水溶性镁以提高元素利用率，同时还可以降低高温煅烧物的pH以达到植物正常生长范围。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 硼矿资源概况

1．1．1 国内硼矿资源分布概况

1．1．2 国外硼矿资源分布概况

1．1．3 国内硼矿资源开发利用概况

1．1．4 国外硼矿资源开发利用概况

1．2 我国硼镁矿开发利用概况

1．2．1 硼镁矿组成和分布

1．2．2 我国硼镁矿利用现状

1．2．3 我国低品位硼镁矿综合利用进展

1．3 镁、硼、硅、钙肥发展现状

1．3．1 镁肥对植物作用研究及发展现状

1．3．2 硼肥对植物作用研究及发展现状

1．3．3 硅肥对植物作用研究及发展现状

1．3．4 钙肥对植物作用研究及发展现状

2 研究背景、内容和技术路线

2．1 研究背景及目的

2．2 研究内容

2．3 技术路线

3 低品位硼镁矿化学组成成分及物相分析

3．1 引言

3．2 试验材料与方法

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验方法

3．2．3 测定项目及方法

3．2．4 数据处理

3．3 结果与分析

3．3．1 低品位硼镁矿中主要化学组成成分分析

3．3．2 低品位硼镁矿样品pH值测定结果

3．3．3 低品位硼镁矿样品重金属含量测定结果

3．3．4 低品位硼镁矿样品物相组成分析

3．4 小结与讨论

4 酸法活化分解低品位硼镁矿生产工艺研究

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 供试材料

4．2．2 试验方法

4．2．3 测定项目及方法

4．2．4 数据处理

4．3 结果与分析

4．3．1 硫酸酸解试验结果分析

4．3．2 硝酸酸解反应结果分析

4．3．3 硫酸酸解法和硝酸酸解法比较分析

4．3．4 正交试验结果分析

4．3．5 加标回收率试验

4．3．6 硫酸活化产物各元素含量与各主要技术指标测定分析

4．4 小结与讨论

5 高温煅烧活化分解低品位硼镁矿生产工艺研究

5．1 引言

5．2 试验材料与方法

5．2．1 供试材料

5．2．2 试验方法

5．2．3 测定项目及方法

5．2．4 数据处理

5．3 结果与分析

5．3．1 煅烧温度的影响

5．3．2 煅烧时间的影响

5．3．3 反应物粒度的影响

5．3．4 煅烧产物XRD图谱分析

5．3．5 煅烧产物有效养分与水溶性养分对比

5．3．6 煅烧产物各主要技术指标分析测定

5．4 小结与讨论

6 硫酸铵与煅烧后物料焙烧对镁有效性的影响研究

6．1 引言

6．2 材料与方法

6．2．1 供试材料

6．2．2 试验方法

6．2．3 测定项目及方法

6．2．4 数据处理

6．3 结果与分析

6．3．1 硫酸铵焙烧单因素试验结果分析

6．3．2 硫酸铵焙烧正交试验结果分析

6．3．3 产物各元素含量分析及主要技术指标

6．4 经济效益分析

6．5 小结与讨论

7 结论及展望

7．1 结论

7．2 研究不足与展望

参考文献

致谢