硼镁铁共生矿金属化还原-选分工艺基础研究

摘要

本论文基于硼镁铁共生矿的资源特点，综合考虑了我国现阶段煤炭资源条件和国内金属化还原的发展现状，提出了硼镁铁共生矿金属化还原-选分新工艺。通过实验研究，初步确立了硼镁铁共生矿金属化还原-选分的工艺参数，如还原时间、还原温度、煤粉粒度、配碳比、硼镁铁共生矿粒度;探讨了硼镁铁共生矿金属化还原中铁与硼镁硅分离的基本规律;利用FactSage热力学软件并结合实验研究，对硼镁铁共生矿碳热还原过程中的热力学及元素迁移规律进行了初步研究。通过本论文的研究，得出如下结论:
　　(1)硼镁铁共生矿主要由Fe3O4、 MgFe2O4、 Mg2FeBO5、Mg3Si2O5(OH)4、MgBO2(OH)、MgO等矿物组成;各矿物嵌布复杂，铁矿物、硅矿物、硼矿物相互胶结、颗粒微细，难以用常规方法实现其铁硼的有效分离;
　　(2)金属化还原-选分新工艺可以高效的实现硼镁铁共生矿的铁硼分离;当配碳比为1.4，还原煤的粒度为0.5～1.5 mm，还原温度为1250℃，还原时间为60 min，硼镁铁共生矿粒度为0.5～2.0 mm，磁场强度为50 mT时，新工艺指标为:选分产物铁品位87.78％，金属化率93.52％，铁的收得率88.02％;尾矿中B2O3的品位为15.88％，B2O3的收得率为88.86％;选分尾矿中MgO的品位为43.75％，MgO的收得率为94.60％;选分尾矿中SiO2的品位为24.51％，SiO2的收得率为98.66％;
　　(3)较佳的金属化还原-选分工艺参数为:配碳比为1.4、还原温度为1250℃、还原时间为60 min、还原煤粒度为0.5～1.5 mm、硼镁铁共生矿粒度为0.5～2.0mm;
　　(4)得到的选分产物为高金属化率的金属铁粉，可进一步处理用于钢铁生产;选分尾矿为高品位的含硼资源，可作为硼工业的优质原料;
　　(5)通过FactSage热力学分析和XRD实验研究，分析了等温还原过程的元素迁移规律，主要为:Fe3O4→FeO→FeMg2B2O4(OH)2→ Mg2B2O5→ Mg3B2O6→Mg2B2O5Mg3Si2O5(OH)4→(Mg3Si2O7)→Mg2SiO4→MgSiO3Fe3Si2O5(OH)4→(Fe3Si2O7)→Fe2SiO4→Fe
　　(6)随着温度的升高或者时间的增加，反应体系内单质铁的质量逐渐增加，Fe2SiO4的质量逐渐减少。体系内的Mg2SiO4含量存在下降的趋势。体系内的MgSiO3含量存在上升的趋势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究课题的提出

1．3 该工艺的创新性

1．4 研究目的及意义

1．5 研究内容

第2章 文献综述

2．1 硼镁铁共生矿资源特点

2．2 硼镁铁共生矿资源开发利用技术现状

2．2．1 利用选矿工艺分离硼镁铁共生矿

2．2．2 化学法处理硼镁铁共生矿生产硼酸

2．2．3 硼镁铁共生矿制作Fe-Si-B母合金

2．2．4 硼镁铁共生矿高炉法综合利用

2．2．5 烧结球团添加剂

2．2．6 硼镁铁共生矿直接生产硼砂

2．2．7 其他分离硼镁铁共生矿的工艺

2．3 硼镁铁共生矿还原焙烧

2．3．1 还原焙烧工艺

2．3．2 硼镁铁共生矿还原概述

2．3．3 硼镁铁共生矿适度还原工艺

2．3．4 还原焙烧过程中的失重与挥发现象

2．3．5 焙烧还原过程中硼的挥发损失

2．3．6 碳热还原过程中氧化硼的挥发形式

2．3．7 硼镁铁共生矿中硼与铁分离的理论分析

2．3．8 还原产物富硼渣的应用

2．4 硼镁铁共生矿开发利用前景

第3章 原料特性研究

3．1 化学成分

3．2 物相组成

3．3 矿物嵌布特征

3．4 本章小结

第4章 硼镁铁共生矿金属化还原-选分新工艺实验研究

4．1 实验方案

4．2 还原用煤

4．3 实验设备

4．4 实验步骤

4．4．1 配料计算

4．4．2 金属化还原实验

4．4．3 选分实验

4．5 新工艺考核指标

4．6 还原温度对工艺指标的影响

4．6．1 实验结果及讨论

4．6．2 实验结果机理分析

4．7 还原时间对工艺指标的影响

4．7．1 实验结果及讨论

4．7．2 实验结果机理分析

4．8 配碳比对工艺指标的影响

4．8．1 实验结果及讨论

4．8．2 实验结果机理分析

4．9 硼镁铁共生矿粒度对工艺指标的影响

4．9．1 实验结果及讨论

4．9．2 实验结果机理分析

4．10 还原煤粒度对工艺指标的影响

4．10．1 实验结果及讨论

4．10．2 实验结果机理分析

4．11 选分产物和选分尾矿

4．12 本章小结

第5章 硼镁铁共生矿碳热还原热力学分析及元兀素索迁过移规律

5．1 碳热还原热力学分析

5．1．1 铁氧化物碳热还原热力学

5．1．2 硼硅镁氧化物的还原热力学

5．2 非等温还原过程热力学分析

5．3 等温还原过程元素迁移规律

5．4 本章小节

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文