CN104386705A - 一种低品位含镁硼矿石制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法 - Google Patents

一种低品位含镁硼矿石制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低品位含镁硼精矿制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法，包括以下步骤：将低品位含镁硼精矿进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；将所述活化后的含镁硼精矿进行钠化，得到偏硼酸钠溶液和碱解硼泥；将所述偏硼酸钠溶液进行浓缩结晶，得到水合偏硼酸钠；将所述碱解硼泥与水混合，得到碱解硼泥混合物，采用碳解气体对所述碱解硼泥混合物进行碳化，得到重镁液与硼泥；将所述重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁。本申请首先将低品位含镁硼精矿进行活化，提高了硼元素的活性，使硼能够被充分提取出来；同时含镁矿石分解产生氢氧化镁，为后续提取镁化合物创造了条件；然后通过钠化与碳解的过程实现了活化后的含镁硼精矿中硼与镁的提取。

Description

一种低品位含镁硼矿石制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法
技术领域
本发明涉及矿石元素提取的技术领域，尤其涉及一种低品位含镁硼矿石制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法。
背景技术
硼是重要的化学元素，在自然界中的天然丰度约为0.001％，主要以天然硼砂、硬硼钙石、钠硼解石和硼镁石等矿物存在，或者以液体矿的形式存在于在某些盐湖中。现有技术对于含硼矿物的利用主要是针对高品位的硼矿石或浓缩后的液体矿，是将含硼的组分富集提取出硼砂或硼酸。然而对于硼这种难以成矿、矿脉较少，富矿紧缺的资源，如果能够将低品位含硼矿石中的硼提取出来，必然能够极大的缓解硼的需求压力。
现有技术对于硼矿石的处理主要有酸解法、加压碱解法、碳碱法、纯碱碱解法-井盐卤水和纯碱碳解法-钠硼解石。酸解法是将矿石用酸分解，使硼元素形成硼酸，镁元素形成硫酸镁一类可溶性镁盐的方法。随着矿石的贫化，开发出了加压碱解法，加压碱解法是将预处理后的硼镁矿粉与氢氧化钠溶液混合，加温加压反应得到偏硼酸钠溶液，再进行碳化处理后得到硼砂；而碳碱法是将预处理后的硼镁矿粉与碳酸钠溶液混合，通二氧化碳并升温升压后反应得到硼砂。上述三种处理硼矿石的方法都是针对较高品位的含硼矿，而对于低于一定品位的硼矿石则难以提取其中的硼元素。
对于矿石中镁元素的利用，酸法以副产硫酸镁等镁盐实现，而加压碱解法和碳碱法工艺路线则会使矿石中伴生镁元素以不溶物的形式进入硼泥。碱解法使用强碱在加热加压下分解矿石，但缺点十分明显：不能直接得到硼酸或硼砂；碱含量较高，成本较高，对设备腐蚀较大；未被分解的矿渣呈强碱性，难以处理。碳碱法虽然能够处理硼镁铁矿，但是和硼元素伴生的镁元素最终以碱式碳酸镁的形式混杂于硼泥中无法用简单工艺回收，并且溶出后的矿渣即硼泥，由于含有碳酸钠而呈现碱性难以处理，而且硼泥在露天堆放时，还会出现“返碱”现象，污染周围环境。因此，开发一种处理低品位含镁硼精矿的方法是十分必要的。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种低品位含镁硼精矿制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法。本发明提供的方法能够由低品位硼镁精矿中制备偏硼酸钠，并联产轻质碳酸镁。
有鉴于此，本申请提供了一种低品位含镁硼精矿制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法，包括以下步骤：
将低品位含镁硼精矿进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；
将所述活化后的含镁硼精矿进行钠化，得到偏硼酸钠溶液和碱解硼泥；
将所述偏硼酸钠溶液进行浓缩结晶，得到水合偏硼酸钠；
将所述碱解硼泥与水混合，得到碱解硼泥混合物，采用碳解气体对所述碱解硼泥混合物进行碳化，得到重镁液与硼泥；
将所述重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁。
优选的，所述活化的方式为高温焙烧，所述焙烧的温度为690℃～750℃。
优选的，所述钠化的试剂为氢氧化钠溶液或碳酸钠与石灰的混合物。
优选的，所述钠化的温度为120℃～180℃，所述钠化的压力为0.3MPa～1.0MPa，所述钠化的保温时间为(0.75～3.25h)/100g活化后的含镁硼精矿粉。
优选的，所述碳解气体为二氧化碳，所述二氧化碳的体积浓度为5％～90％。
优选的，所述碳化的时间为1.5h～6h，所述碳化的温度为25℃～65℃。
优选的，所述碱解硼泥与所述水的质量比为100：(200～500)。
优选的，所述碱解硼泥与所述水的质量比为100：(350～400)。
优选的，所述热解的温度为65℃～105℃，所述热解的恒温时间为0min～60min。
优选的，得到偏硼酸钠溶液与碱解硼泥之后还包括：
将所述偏硼酸钠溶液与所述碱解硼泥冷却至常压，90℃～100℃后保温过滤，使所述偏硼酸钠溶液与所述碱解硼泥分离。
本申请提供了一种低品位硼镁精矿中制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法。在制备偏硼酸钠并联产轻质碳酸镁的过程中，本申请首先将低品位含镁硼精矿进行活化，使其中的硼元素和部分镁元素得到活化，有利于硼在含镁硼精矿中被提取出来，此过程中少量含镁矿石分解产生氢氧化镁为后续提取工艺创造了条件；将含镁硼精矿活化后进行钠化，得到偏硼酸钠与碱解硼泥；再将偏硼酸钠浓缩结晶，即得到水合偏硼酸钠，从而将含镁硼精矿中的硼提取出来；然后采用碳解气体对碱解硼泥进行提取，得到重镁液，最后将重镁液进行热解，即得到轻质碳酸镁。本发明提供的方法由低品位的含镁硼精矿制备了偏硼酸钠联产轻质碳酸镁，有利于对低品位含镁硼精矿的开发利用。另一方面，本申请采用二氧化碳对碱解硼泥的碳解过程降低了硼泥的碱性，避免了硼泥堆放过程中返碱导致的环境污染。本发明提供的方法实现了硼镁联产的清洁生产，节省了生产空间，实现了能源、水源的最大化利用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的低品位含镁硼精矿制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的流程示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种低品位含镁硼精矿制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法，包括以下步骤：
将低品位含镁硼精矿进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；
将所述活化后的含镁硼精矿进行钠化，得到偏硼酸钠溶液和碱解硼泥；
将所述偏硼酸钠溶液进行浓缩结晶，得到水合偏硼酸钠；
将碱解硼泥与水混合，得到碱解硼泥混合物，采用碳解气体对所述碱解硼泥混合物进行碳化，得到重镁液与硼泥；
将所述重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁。
本发明提供的方法能够实现从低品位含镁硼精矿中制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁，实现了对低品位含镁硼精矿和尾矿的开发利用，使资源得到了综合利用。
本发明对所述低品位含镁硼精矿没有特殊的限制，按照本领域熟知的对矿石品位的分级标准得到的低品位含镁硼精矿，如低品位的硼镁铁矿，或对含有镁和硼的矿石选出高品位矿物后，剩余的含硼含镁的尾矿。本发明对所述含镁硼精矿的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的含镁硼精矿即可，如辽宁翁泉沟的含铀硼铁矿进行选铁和选铀后的尾矿。本发明所述低品位含镁硼精矿优选由以下方式得到：对矿石进行采矿和选矿，以辽宁翁泉沟的含铀硼铁矿为例，经过采矿和选矿，得到铁矿、铀矿和硼精粉；将得到的硼精粉进行沉降，得到低品位含镁硼精矿。本发明对所述采矿和选矿的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的采矿技术方案、选矿***、选矿装置即可。
按照本发明，本申请首先对低品位含镁硼精矿进行了活化，使低品位含镁硼精矿中的硼元素和部分镁元素获得活性，其中少量的含镁矿石分解产生氢氧化镁，为后续提取工艺创造了条件。本申请所述活化的方式优先采取高温焙烧的方式进行，所述焙烧的温度优选为690℃～750℃，在一些实施例里，所述焙烧的温度为700℃～740℃，在一些实施例里，所述焙烧的温度为710℃～730℃；在一些实施例里，所述焙烧的时间为30min～90min，在一些实施例里，所述焙烧的时间为40min～80min，在一些实施例里，所述焙烧的时间为50min～70min。本申请采用高温焙烧的活化方式，将所述低品位含镁硼精矿中的硼元素和部分镁元素活化，为后续镁硼的提取创造了条件。在活化的过程中，低品位含镁硼精矿中的成分发生如下反应：
2MgO·B2O3·H2O→2MgO·B2O3+H2O；
Mg3Si4O11·3Mg(OH)2·H2O→Mg3Si4O11·3Mg(OH)2+H2O；
Mg3Si4O11·3Mg(OH)2→Mg3Si4O11+3Mg(OH)2；
Mg(OH)2→MgO+H2O；
nCaMg(CO3)2→MgCO3·nCaCO3+(n-1)MgO+(n-1)CO2；
MgCO3→MgO+CO2。
在将低品位含镁硼精矿活化后，本申请以活化后的含镁硼精矿为原料进行钠化，得到偏硼酸钠溶液与碱解硼泥。按照本发明，所述钠化试剂优选为氢氧化钠溶液或碳酸钠与石灰的混合物。按照提取过程中氢氧化钠的浓度，如果氢氧化钠为固体，则需要在体系中补入水；如果氢氧化钠的浓度高于12.5wt％，则也需要在体系中补入水；如果氢氧化钠的浓度在2.5wt％与12.5wt％之间，则不需要补入水。活化后的含镁硼精矿的提取体系中是否加入水，需要保证氢氧化钠的浓度优选为2.5wt％～12.5wt％，优选为5wt％～10wt％；所述活化后的含镁硼精矿与氢氧化钠的质量比优选为100：(12.5～37.5)，优选为100：(15～30)。若所述氢氧化钠的浓度过低则会导致硼元素浸出率下降，碱解硼泥含硼量高，硼资源没有充分利用；若氢氧化钠的浓度升高则会使硼元素浸出率增高，但是含镁硼精矿中少量的硅元素会浸出，增加母液的粘度，对后续过滤造成不良影响。在一些实施例中，所述钠化的温度优选为120℃～180℃；在一些实施例中，所述钠化的温度优选为140℃～160℃。在一些实施例中，所述钠化的压力优选为0.3MPa～1.0MPa；在一些实施例中，所述钠化的压力优选为0.4MPa～0.8MPa；在一些实施例中，所述钠化的压力优选为0.5MPa～0.6MPa。以100g活化后的含镁硼精矿为原料，所述钠化的保温时间优选为0.75h～3.25h，在一些实施例中，所述钠化的保温时间优选为1h～3h；在一些实施例中，所述钠化的保温时间优选为1.5h～2h。本发明对钠化过程中的加热加压没有特别的限制，采用本领域技术人员熟知的方式即可。在钠化的过程中，氢氧化钠与矿石中的硼酸镁、水合硼酸镁(硼镁石、遂安石)作用，生成氢氧化镁和偏硼酸钠，同时水合硅酸镁、氢氧化镁、碳酸镁钙(蛇纹石、水镁石、白云石等)不溶出，从而实现矿石的碱解。所述钠化的过程中发生的主要反应为：
Mg2B2O5+2NaOH+H2O→2NaBO2+2Mg(OH)2↓；
MgO+H2O→Mg(OH)2；
CaO+H2O→Ca(OH)2。
本申请在得到偏硼酸钠溶液与碱解硼泥之后，优选将所述偏硼酸钠溶液与所述碱解硼泥冷却至常压，90℃～100℃后保温过滤，得到的滤液为偏硼酸钠溶液，得到的滤渣为碱解硼泥，使偏硼酸钠溶液与碱解硼泥得到分离。
在得到偏硼酸钠溶液后，将其进行浓缩结晶，即得到水合偏硼酸钠；同样在得到碱解硼泥之后，本申请采用碳解气体对所述碱解硼泥进行碳化提取，在此之前，需要将所述碱解硼泥与水混合，得到碱解硼泥混合物，即湿碱解硼泥。上述浓缩结晶与碳化的过程没有时间限制，可以先进行浓缩结晶，也可以先进行碳化，本申请没有特别的限制。所述碱解硼泥与水的质量比优选为100：(200～500)，更优选为100：(350～400)，最优选为100:375。上述比例过小则会导致镁元素的浸出率下降，直接影响镁化合物的产量，过大则会对镁元素浸出率的加成不明显，但会导致后续处理量很大，增加后续工艺的辅助物料成本。本申请采用碳解气体对所述湿碱解硼泥进行碳化提取，得到重镁液与硼泥。本申请中所述碳解气体优选为二氧化碳，所述碳解气体的来源没有特别的限制，采用本领域技术人员熟知的碳解气体即可。本申请中，在一些实施例中，所述碳解气体的浓度优选为5％～90％；在一些实施例中，所述碳解气体优选为20％～65％，在一些实施例中，所述碳解气体优选为34％～36％。所述二氧化碳的浓度越高，二氧化碳分压浓度越高，促进二氧化碳溶解于液相，提升液相中碳酸的浓度，达到加速反应的目的，但是二氧化碳的浓度增加，富集成本增加；二氧化碳的浓度越低则反应速度会下降，导致反应时间延长，影响单位时间内的产量。本申请优选采用二氧化碳作为碳解气体，对碱解硼泥的碳解过程降低了硼泥的碱性，避免了碱泥堆放过程中返碱导致的环境污染。在一些实施例中，所述碳解的温度优选为25℃～65℃，在一些实施例中，所述碳解的温度优选为30℃～55℃。在一些实施例中，所述碳解的时间优选为1.5h～6h，在一些实施例中，所述碳解的时间优选为3h～5.5h。按照本发明，在碳化的过程中，通过加压促进二氧化碳溶解于湿碱解硼泥，与碱解硼泥中的氢氧化镁发生反应，将不溶的氢氧化镁转化成可溶的碳酸氢镁，该过程发生的反应为：
Mg(OH)2+2CO2→Mg(HCO3)2；
Ca(OH)2+2CO2→Ca(HCO3)2。
本申请中所述碱解硼泥进行碳化提取后，得到重镁液与硼泥。重镁液中的碳酸氢镁不稳定，加热即分解，因此本申请将所述重镁液进行加热，使其中的碳酸氢镁发生热解，经过反应后，得到轻质碳酸镁。在一些实施例中，所述热解的温度优选为65℃～105℃，在一些实施例中，所述热解的温度优选为70℃～90℃。在一些实施例中所述热解的恒温时间优选为0min～60min；在一些实施例中，所述热解的时间优选为20min～40min。本申请所述热解的过程中，碳酸氢镁发生反应，得到碳酸镁，碳酸镁与热解过程中的水反应得到轻质碳酸镁，上述过程的反应式如下所示：
Mg(HCO3)2→MgCO3+H2O+CO2；
5MgCO3+5H2O→4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O+CO2。
参见图1，图1为本发明实施例提供的低品位含镁硼精矿制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的流程示意图。在本发明的实施例中，优选以辽宁翁泉沟硼镁铁矿为原料，首先通过选矿***将采矿得到的硼镁铁矿石进行选矿，得到铁矿、铀矿和硼矿；将得到的硼矿进行沉降，得到低品位含镁硼精矿；按照上述技术方案所述的方法将所述低品位含镁硼精矿进行活化，提高了其中硼元素和部分镁元素的活性，然后从活化后的低品位含镁硼精矿提取出低品位含镁硼精矿中的B和Mg，得到偏硼酸钠联产轻质碳酸镁。
本申请提供了一种本申请提供了一种低品位硼镁精矿中制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法，包括以下步骤：将低品位含镁硼精矿进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；将所述活化后的含镁硼精矿进行钠化，得到偏硼酸钠溶液和碱解硼泥；将所述偏硼酸钠溶液进行浓缩结晶，得到水合偏硼酸钠；将碱解硼泥与水混合，得到碱解硼泥混合物，采用碳解气体对所述碱解硼泥混合物进行碳化提取，得到重镁液与硼泥；将所述重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁。
在制备偏硼酸钠并联产轻质碳酸镁的过程中，本申请首先将低品位含镁硼精矿进行活化，使其中的硼元素和部分镁元素得到活化，有利于硼在含镁硼精矿中被提取出来，此过程中少量含镁矿石分解产生碳酸镁为后续提取工艺创造了条件；将含镁硼精矿活化后进行钠化，得到偏硼酸钠与碱解硼泥；再将偏硼酸钠浓缩结晶，即得到水合偏硼酸钠，从而将含镁硼精矿中的硼提取出来；然后采用碳解气体对碱解硼泥进行提取，得到重镁液，最后将重镁液进行热解，即得到轻质碳酸镁。本发明提供的方法由低品位的含镁硼精矿制备了偏硼酸钠联产轻质碳酸镁，有利于对低品位含镁硼精矿的开发利用。另一方面，本申请采用二氧化碳对碱解硼泥的碳解过程降低了硼泥的碱性，避免了硼泥堆放过程中返碱导致的环境污染。本发明提供的方法实现了硼镁联产的清洁生产，节省了生产空间，实现了能源、水源的最大化利用。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的低品位含镁硼精矿制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
将低品位含镁硼精矿输送至焙烧窑中，在690℃±5℃下进行焙烧，将焙烧完成的物料输送至碱解配料罐中，按照矿粉：氢氧化钠(以固体计)：水的质量比为100:25:400的比例进行配料，完成配料后将混合物料输送至碱解罐，密封并升温至155℃进行碱解提取，提取2h后开始冷却至常压、95℃，之后将得到的产物输送至第一过滤机进行过滤，得到碱解硼泥和偏硼酸钠溶液；
将偏硼酸钠溶液浓缩结晶，得到水合偏硼酸钠晶体，即成品。
将得到的碱解硼泥输送至镁配料罐中，以碱解硼泥：水的质量比为100:375的比例进行配料，将配料后得到的混合物料输送至镁碳解反应釜，在二氧化碳体积浓度34％，碳解气体总压0.7MPa下进行碳解反应4h，完成碳解反应后，将得到的碳解产物输送至第二过滤机进行过滤，将得到的滤液输送至镁液分解罐中进行热解，热解的温度为95℃，将得到的热解产物输送至第三过滤机进行过滤，滤液回流至镁配料罐中；将得到的滤渣进行干燥，干燥后得到轻质碳酸镁产品。
本实施例中制备得到轻质碳酸镁的产率为36％，联产水合偏硼酸钠的产率为61％，最终排放的硼泥的pH为7.6。
实施例2
制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的过程与实施例1相同，区别在于：本实施例中的焙烧温度为750℃±5℃。
本实施例中制备得到偏硼酸钠的产率为58％，轻质碳酸镁的产率为38％，最终排放的硼泥的pH为8。
实施例3
制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的过程与实施例1相同，区别在于：本实施例中的氢氧化钠浓度为150g/L。
本实施例中制备得到偏硼酸钠的产率为66％，轻质碳酸镁的产率为40％，最终排放的硼泥的pH为7.7。
实施例4
制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的过程与实施例1相同，区别在于：本实施例中的钠化提取过程中反应温度为140℃。
本实施例中制备得到偏硼酸钠的产率为61％，轻质碳酸镁的产率为35％，最终排放的硼泥的pH为8。
实施例5
制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的过程与实施例1相同，区别在于：本实施例中的对碱解硼泥进行碳解时温度为45℃。
本实施例中制备得到偏硼酸钠的产率为60％，轻质碳酸镁的产率为28％，最终排放的硼泥的pH为7.6。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种低品位含镁硼精矿制备偏硼酸钠联产轻质碳酸镁的方法，包括以下步骤：
将低品位含镁硼精矿进行活化，得到活化后的含镁硼精矿；
将所述活化后的含镁硼精矿进行钠化，得到偏硼酸钠溶液和碱解硼泥；
将所述偏硼酸钠溶液进行浓缩结晶，得到水合偏硼酸钠；
将所述碱解硼泥与水混合，得到碱解硼泥混合物，采用碳解气体对所述碱解硼泥混合物进行碳化，得到重镁液与硼泥；
将所述重镁液进行热解，得到轻质碳酸镁。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活化的方式为高温焙烧，所述焙烧的温度为690℃～750℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钠化的试剂为氢氧化钠溶液或碳酸钠与石灰的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钠化的温度为120℃～180℃，所述钠化的压力为0.3MPa～1.0MPa，所述钠化的保温时间为(0.75～3.25)h/100g活化后的含镁硼精矿粉。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳解气体为二氧化碳，所述二氧化碳的体积浓度为5％～90％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化的时间为1.5h～6h，所述碳化的温度为25℃～65℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱解硼泥与所述水的质量比为100：(200～500)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述碱解硼泥与所述水的质量比为100：(350～400)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解的温度为65℃～105℃，所述热解的恒温时间为0min～60min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，得到偏硼酸钠溶液与碱解硼泥之后还包括：
将所述偏硼酸钠溶液与所述碱解硼泥冷却至常压，90℃～100℃后保温过滤，使所述偏硼酸钠溶液与所述碱解硼泥分离。
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