我国硼铁矿综合开发利用现状及其进展 

李治杭，韩跃新

东北大学资源与土木工程学院

【摘 要】我国硼铁矿资源储量丰富且分布相对集中，其组成复杂，主要矿物有磁铁矿、硼镁石、硼镁铁矿、晶质铀矿和蛇纹石，多种矿物密切共生，呈细粒不均匀嵌布，分选难度大。随着国民经济的发展，硼需求量巨大，而易选硼矿资源储量不断减少，难以满足国内硼工业的需求，使得难选硼铁矿综合利用越来越受到重视，通过加强复杂难选硼铁矿资源的开发利用，对提高我国资源利用率意义重大。本文介绍了我国硼铁矿资源的开发利用现状及处理方法，主要有湿法分离工艺、火法分离工艺和传统选矿方法(分级、磁选、重选、浮选)等，并阐述了一些硼铁矿综合利用新工艺。

我国硼矿资源丰富，总储量占世界第五位，主要分布在辽宁、吉林、青海和西藏四省区。目前，硼矿生产主要来自辽宁沉积变质型的硼镁矿，但是该类矿仅占全国总储量的8.98%，且经过多年的开发利用，硼镁石的储量已不足200万t，硼镁石资源已近枯竭[1-2]，随之国民经济的发展，硼的需求量在快速地增长，可利用的硼矿资源不能完全满足化工行业的需求，因此开发利用复杂的硼铁矿资源已成为当务之急。

1我国硼铁矿资源概述及其特点

我国硼铁矿资源出来储量丰富，主要分布在辽宁凤城、辽宁宽甸、吉林小东沟和湖南常宁等地。仅辽宁地区硼铁矿储量就达到2.8亿t，其中以B2O3计储量2184万t，占全国储量的58%;属于特大型沉积变质再造硼矿床。硼铁矿石主要有硼镁石-磁铁矿-蛇纹石型以及含晶质铀矿硼镁铁矿化硼镁石-磁铁矿型两种[3]。我国硼铁矿石特点[4]:(1)组成复杂，已发现共生矿物60余种，主要金属矿物为磁铁矿、硼镁石、晶质铀矿和硼镁铁矿，此外还有磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿等，非金属矿物主要为蛇纹石，其次是云母、长石、方解石、石英等。(2)磁铁矿、硼镁石、硼镁铁矿紧密共生，与蛇纹石、磁黄铁矿、云母等密切连生，共生关系紧密，且连晶十分复杂。(3)矿物呈细粒不均匀嵌布，矿物间物理化学性质有所差异。硼铁矿呈尖点状，粒度在0.01~0.001mm，硼镁石多为纤维状，粒度在0.06~0.003mm，磁铁矿粒度1般是0.1~0.002mm。

2硼铁矿综合利用技术现状

自1958年发现辽宁省翁泉沟硼铁矿区后，国内科研工作者对硼铁矿的开发利用进行了大量研究。国家先后组织化工部、地矿部以及辽宁省的有关研究单位进行联合攻关，取得了较好的效果，并制定了以硼为主、综合利用、保护环境的开发利用原则。目前，对硼铁矿的研究主要有湿法分离工艺、火法分离工艺和传统选矿分离工艺等。

2.1硼铁矿湿法分离工艺

湿法分离工艺的方法是先将硼铁矿在酸、碱、盐溶液中溶解，再从浸出液中萃取硼酸，浸渣经磁选得到铁精矿，使硼铁分离。

袁本福等[5]以辽宁凤城硼铁矿为原料，用浓硫酸浸出硼铁矿，使硼镁石、磁铁矿、蛇纹石共溶，再逐步分离硼、镁和铁元素。试验考察了硫酸浓度、液固比、浸出时间和浸出温度对试验结果的影响，最终确定了酸浸硼铁矿较佳的工艺条件：硫酸的质量分数30%，液固比(质量比)8:1，浸出温度90度，浸出时间120min，搅拌速度大约100r/min.在较佳浸出条件下，硼铁矿中的硼、镁和铁元素的浸出率分别达到99.0%、91.0%、92.9%。

李杰等[6]提出用盐酸法处理富硼渣，并发明了硼酸联产氢氧化镁和硫酸钙工艺。研究结果表明在浸出液固比为1:1、浸出温度和浸出时间分别为95度和40min时，硼、镁浸出率分别达到94.60%、90.56%。制得的硼酸、氢氧化镁和硫酸钙纯度分别达到99.55%、80%、98.81%。该工艺回收了原矿石中的有价元素，实现了硼铁矿资源的综合利用。

李炳焕等[7]采用NaOH溶液回收硼铁矿中的硼，研究了液固比、碱溶液浓度及反应时间对碱解率的影响，确定的较佳碱解反应条件为富硼渣粒度-0.074mm98%、NaOH浓度20%、液固比10:1、反应时间4h，获得了碱解率为88.7%的产品。

段华美[8]采用硫酸铵处理辽宁硼铁矿经磁选后的硼精矿。首先将硫酸铵处理后的物料加水溶出，再经固液分离得到含硼液和含硼渣。含硼液可用于制取硼酸，提硼渣用于分离SiO2和MgO。试验研究了焙烧温度、焙烧时间、铵矿比(按镁、硼完全反应，铁反应20%所需硫酸铵的质量为1换算)对B2O3浸出率的影响，在焙烧温度400度，焙烧时间90min，铵矿比1:6的条件下B2O3浸出率达85%。

2.2硼铁矿火法分离工艺

火法工艺主要是利用高温从矿石中提取金属或金属氧化物的方法，特点为工艺流程短、设备简单、经济效益好。硼铁矿火法分离方法主要有高炉法、还原-磁选分离工艺、直接还原-熔化分离工艺等。

根据辽宁翁泉沟硼铁矿石性质特点，东北大学[9]提出“高炉法”综合利用硼铁矿工艺流程并进行了硼铁矿分选试验。经过冶炼后的两种产品是含硼铁和含硼渣，渣中B2O3含量为10%~15%，最高为17%，远高于一级硼产品12%的标准，但是铁水中B2O3含量较高，为5%~13%。

张建良等[10]采用还原焙烧-磁选工艺流程处理辽宁凤城低品位硼铁矿。在配碳比(C/O)为1.0条件下，研究了反应不同温度对产物中硼品位和回收率的影响。结果表明，在1200度时硼精矿B2O3品位达到14.29%，回收率达到90%，当温度超过1200度时硼回收率达到90%以上，可以满足硼工业对硼产品的工业需求(B2O3含量大于12%)。

针对硼铁矿焙烧过程中工艺条件难以控制、矿粉熟料活性低的问题，张继宇等采用了预干燥和活化焙烧相结合的低品位硼铁矿闪速焙烧工艺，整个工艺流程时间短，在数秒至数十秒内即可完成。以辽宁凤城地区硼铁矿为原料，将硼矿粉在干燥机内干燥，然后进行气固分离，分离后气体被排出，固体被送入焙烧炉内进行活化焙烧。焙烧后再一次进行气固分离，得到活化率高的矿粉熟料。B2O3品位在10%以上的硼铁矿，焙烧活化率可达90%以上，品位6%~10%的硼铁矿焙烧活化率可达到80%~85%。

付小佼等[12]在已有的工作基础上提出了含硼铁矿精矿选择性还原焙烧-磁选新工艺。以辽宁凤城TFe和B2O3品位分别为56.06%和3.86%的含硼铁精矿为原料，确定较佳工艺条件为：配碳比0.8~1.0，还原温度1275~1300度，还原时间不小于20min，还原煤粒度-0.075mm，磁感应强度50mT。

王广等[13]提出采用含碳球团珠铁工艺处理辽宁低品位硼铁矿。试验以含硼铁精矿和碳为原料压制成含碳球团，研究了反应温度、C/O摩尔比、还原剂种类等因素对含碳球团还原过程的影响。结果表明，在还原温度1400度，还原时间15min，C/O摩尔比为1.2的条件下，可得到含硼0.065%、铁回收率96.5%的珠铁和B2O3品位20.01%、硼回收率95.7的含硼渣。该工艺具有流程短、硼铁分离效果好、硼回收率高等诸多优点，珠铁和含硼渣都可以分别作为工业原料进一步深加工。

2.3磁选、浮选分离工艺

细磨-磁选是硼铁矿分选的重要方法之一，但研究表明，单一磁选分选效果不佳，铁精矿中铁品位低，含硼量高。国外浮选研究主要集中在水合硼矿与粘土矿物或含砷矿物的浮选分离以及在饱和盐水中浮选硼砂方面[14-16]，国内关于硼铁矿浮选研究较少，只有细磨-浮选-磁选流程的探索性研究。

赵庆杰等[17]，采用阶段磨矿阶段磁选-分级工艺处理硼铁矿，获得B2O3含量13%，回收率70%，铁含量5%的硼精矿，以及含铁品位55%、回收率90%、B2O3品位4.5%的含硼铁精矿。

曹泽旺等[18]运用反浮选工艺对湖南常宁硼铁矿石进行了试验研究。在原矿B2O3品位6.37%的条件下，以Na2SiO4作调整剂，C-62作捕收剂反浮选碳酸盐矿物，经一粗二精二扫流程，精矿B2O3品位达到12.88%、回收率67.32%。该工艺流程短，药剂不加温且成本低廉。

张涛等[19]采用磁-重-浮联合流程对辽宁翁泉沟硼铁矿进行分选试验研究。结果显示，当磨矿细度-0.047mm99.26%时，铁精矿中铁品位达到60.27%，回收率79.21%，浮选精矿B2O3品位11.12%，回收率40.56%，可见浮选指标尚有待提高。进一步研究表明，提高矿物单体解离度是改善分选指标的关键。

李艳军等[20]提出新的硼铁矿全组分利用工艺流程，即细磨-浮选-磁选流程。在原矿铁品位36.97%、B2O3品位7.33%、磨矿细度-0.043mm95%条件下，最终得到铁品位58.52%、回收率83.60%的铁精矿和B2O3品位高于12%、回收率71.8%的硼精矿。

2.4综合利用新工艺

张丽清等[21]，针对现有利用低品位硼铁矿制备硫酸镁工艺中，低温结晶率低，高温下能耗高等不足，提出一种新的乙醇结晶法，从硼铁矿酸浸溶液中提取硫酸镁。探究了溶液pH值、乙醇用量、结晶温度和硫酸镁溶液浓度对实验结果的影响。确定了较佳的结晶析出条件：pH值1.5~2，乙醇用量为溶液体积的3倍，结晶温度10~30度，硫酸镁初始浓度大于1.5mL。此条件下，硫酸镁析出率达到97.73%，纯度达到99.10%。

硼铁矿也可作为球团添加剂使用，赵庆杰等[22]将硼铁矿加入球团矿，提高了球团强度、改善了球团冶金性能，24h自然粉化率得到明显降低，由5.4%~5.9%降低到0.9%~1.1%。此外，李永清[23]将硼泥作球团添加剂，研究了球团添加剂对球团技术指标的影响。结果表明，B2O3品位为4.41%的硼泥对提高球团强度好冶金新能有明显促进作用。由于硼泥是硼矿生产的废渣，因此该工艺为废弃硼资源再利用提供了可能性，并且减少了环境污染。

3结语

(1)我国硼铁矿资源矿石性质复杂，共伴生矿物种类多，共生关系紧密，并且嵌布粒度细，属难选矿石。常规方法分选硼铁矿，只能实现目的矿物的初步分离，铁精矿中含硼量高，含铁量低。

(2)硼铁矿湿法分离工艺、火法分离工艺及其他新工艺，都可以实现硼铁矿中各矿物的分离，达到回收硼铁矿中的硼、铁、镁元素的目的。

(3)从综合开发利用自然资源的角度来看，大力发展综合利用新工艺，使得难以直接入选的低品位硼铁矿石或废弃硼产品得到充分利用，既减少环境污染，又能避免资源浪费，对提高资源利用率意义重大。