一种机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺的制作方法

本发明属于硼矿资源利用领域，特别涉及一种机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺。

背景技术：

我国硼矿资源虽然丰富，但是现有的硼矿生产矿山硼镁石矿石可采储量已不多，即将面临枯竭，其产量已远不能满足硼工业的需要，供求矛盾十分突出。利用低品位的硼矿资源已成为必然趋势，而低品位的硼铁矿不能满足工业生产要求。硼铁矿经磁-重选分离分选出含硼铁精矿和硼精矿，硼精矿中硼含量相对较高，但品位仍较低，如果直接利用常压碱浸的方法得到的硼的浸出率仅为65%左右，效率太低，需要将矿物活化后浸出以获得较高浸出效率。

现阶段研究的低品位硼矿资源的浸硼工艺，预处理手段主要是焙烧，经焙烧后活性有所提高，可基本满足目前硼工业生产需要，但利用率仍然较低且焙烧过程面临污染气体排放问题。目前工业上较多采用的是碳碱法，但是该工艺仍有很多不可避免的缺点：（1）焙烧过程不仅造成资源浪费，而且会产生温室气体和污染废气，影响空气质量。（2）在碳解时使用的原料气CO₂含量仅30%，使碳解总时间长达18~23h，并且硼收率低，造成了设备、能源和资源的浪费。

硼精矿矿物组成复杂，各矿相紧密交错阻碍浸出反应，用机械活化方法能够使被包裹的硼镁石暴露且具有较高的反应活性，是一种强化浸出过程的可行性方法。用机械活化手段代替湿法冶金中焙烧预处理手段，能够成功避免焙烧阶段资源的浪费和对环境的破坏，而且机械活化方法可以明显提高一些矿物的活性从而使得化学反应更容易进行。机械活化虽然已经成功应用于强化一些矿物中有用元素的浸出，但是由于不同种矿物物理化学性质的差异，对于不同种矿物所用具体机械活化方法不同，而且机械活化与浸出的连接方式也不同，并且尚未报道硼精矿机械活化强化硼的浸出过程的方法研究。

技术实现要素：

针对现行硼精矿提硼工艺技术上的不足，本发明提供一种机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺，目的是通过一种简单的机械活化方法，选用适合的硼精矿机械活化参数，改善硼精矿的物理化学性质，结合传统湿法碱浸提硼技术，取代常规硼精矿焙烧预处理手段，使得在反应条件较为温和、工艺流程简单的条件下获取更高的硼的浸出效率。

实现本发明目的的机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺按照以下步骤进行：

（1）原料准备：将硼精矿机械破碎至占精矿重量95%以上的矿样能够通过100目筛网，破碎后的硼精矿作为原料备用；

（2）机械活化：将破碎后的硼精矿原料置于高能球磨机中进行机械活化，磨球与硼精矿原料的质量比为（4~16）：1，磨球直径为3~10mm，磨球和硼精矿在球磨罐填充率为30%~70%，球磨转速为100~300r/min，球磨时间为10~120min，得到机械活化后的硼精矿；

（3）浸出：用质量浓度为15%~20%的氢氧化钠溶液搅拌加热浸出机械活化后的硼精矿，液相体积与固相质量比为10:1，温度为95~105℃，浸出1.5~3h，得到含硼浸出液和浸出渣，通过测定浸出渣硼含量，得到硼的浸出率达73.1%以上。

所述的硼精矿含硼重量百分比为9%~13%。

所述的高能球磨机为行星式球磨机。

所述的磨球材质为氧化锆。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明利用高能球磨机对硼精矿机械活化来代替传统的焙烧活化方法，通过机械力破碎使得硼精矿比表面积增大同时晶体结构也趋于无定形化，降低了后续碱浸过程的表观活化能和反应级数，降低了硼精矿碱浸过程中对温度和溶液浓度的依赖，使得硼精矿中硼的浸出率提高到73.1%以上，最优条件下硼的浸出率可达到91.0%，而未经活化的硼精矿硼浸出率仅为65%左右。

同时本发明采用的高能球磨机作为机械活化处理设备，在机械活化时候，硼精矿活化效果受机械活化时候各工艺参数的影响，包括研磨小球介质、球料比、小球直径、球磨罐填充率、球磨机转速和球磨时间等。针对硼精矿机械活化过程使用的研磨小球为氧化锆材质，这是由于氧化锆小球零污染且硬度高于硼精矿，耐磨不易损耗，满足硼精矿活化要求。本发明中球料比主要设置在4:1~16:1的范围内，过低的球料比活化效果差而过高球料比使得单次研磨硼精矿量过少且球与球之间碰撞磨损严重；小球直径在3~10mm之间，低于3mm时硼精矿机械活化效果较差不足以满足生产需要，而高于10mm时，球与球之间就会出现较大的空隙使得硼精矿不能够充分研磨；球磨罐填充率在30%~70%范围内，30%的填充率时，小球和硼精矿就能够有足够空间充分运动，填充率高于70%时，虽然单次活化的硼精矿较多，但是活化效果太差；根据硼精矿机械活化后浸硼效果，选择转速和机械活化时间分别在100~300r/min和10~120min范围内进行机械活化。硼精矿容易被粉碎成小粒径颗粒，在十分钟之内颗粒粒径就能够降到最小，之后就会出现团聚而不利于浸出，但是晶体结构完整程度和化学键稳定性会会随着机械活化时间延长而降低，有利于硼精矿碱浸反应，在机械活化60min左右时，硼精矿的活化效果达到最好，高于120min不仅活化效果过差而且是一种能量浪费严重。

本发明所用机械活化手段，活化效率高且工艺简单易操作，易于大规模工业化生产。将机械活化与碱浸相结合的方法应用于强化硼精矿中硼的浸出是一项简单、安全、经济、环保、高效的新工艺，这种新工艺能够使硼精矿活性提高，从而有望在较低的碱度和温度下获得较高的硼的浸出率。

附图说明

图1为硼精矿原矿的XRD图像。

图2为机械活化后硼精矿XRD图像；

图3为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面通过具体的势力对本发明进行说明，但不构成对发明的限制。

本发明实施例中采用的硼精矿中除含有硼镁石（MgBO₂(OH)）外，还含有蛇纹石（Mg₃Si₂O₅(OH)）、黑云母（K[Mg,Fe]₃[Al,Fe]Si₃O₁₀(OH,F)₂）等矿物成分，硼精矿原矿XRD图像如图1所示。

本发明实施例中采用的高能球磨机为Fritsch公司生产的Pulverisette 4型行星式高能球磨机。

本发明实施例中采用的磨球均为氧化锆材质。

本发明实施例中机械活化的介质均为空气。

本发明实施例中当球磨时间超过10min时，设定球磨方式均为运行15min，停止10min，依次循环运行。

本发明实施例中碱浸过程的碱溶液体积与机械活化后硼精矿质量比均为10:1。

本发明实施例中碱浸温度均为105℃。

本发明实施例中碱浸时间均为2h。

实施例1

本实施例的机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺按照以下步骤进行：

（1）原料准备：将硼精矿机械破碎至占精矿重量95%以上的矿样能够通过100目筛网，破碎后的硼精矿作为原料备用；

（2）机械活化：将破碎后的硼精矿原料置于高能球磨机中进行机械活化，磨球与硼精矿原料的质量比为4:1，磨球直径为3mm，磨球和硼精矿在球磨罐填充率为70%，球磨转速为100r/min，球磨时间为10min，得到机械活化后的硼精矿；

（3）浸出：用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液搅拌加热浸出机械活化后的硼精矿，液相体积与固相质量比为10:1，温度为105℃，浸出2h，浸出反应结束后，通过抽滤装置实现混合液固液分离，得到含硼浸出液和浸出渣，所得硼精矿浸出渣去离子水洗净后测其硼含量，分析得出硼的浸出率为73.1%。

实施例2

本实施例的机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺按照以下步骤进行：

（1）原料准备：将硼精矿机械破碎至占精矿重量95%以上的矿样能够通过100目筛网，破碎后的硼精矿作为原料备用；

（2）机械活化：将破碎后的硼精矿原料置于高能球磨机中进行机械活化，磨球与硼精矿原料的质量比为4:1，磨球直径为5mm，磨球和硼精矿在球磨罐填充率为50%，球磨转速为200r/min，球磨时间为30min，得到机械活化后的硼精矿；

（3）浸出：用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液搅拌加热浸出机械活化后的硼精矿，液相体积与固相质量比为10:1，温度为105℃，浸出2h，浸出反应结束后，通过抽滤装置实现混合液固液分离，得到含硼浸出液和浸出渣，所得硼精矿浸出渣去离子水洗净后测其硼含量，分析得出硼的浸出率为80.0%。

实施例3

本实施例的机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺按照以下步骤进行：

（1）原料准备：将硼精矿机械破碎至占精矿重量95%以上的矿样能够通过100目筛网，破碎后的硼精矿作为原料备用；

（2）机械活化：将破碎后的硼精矿原料置于高能球磨机中进行机械活化，磨球与硼精矿原料的质量比为8:1，磨球直径为3mm，磨球和硼精矿在球磨罐填充率为40%，球磨转速为250r/min，球磨时间为10min，得到机械活化后的硼精矿；

（3）浸出：用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液搅拌加热浸出机械活化后的硼精矿，液相体积与固相质量比为10:1，温度为105℃，浸出2h，浸出反应结束后，通过抽滤装置实现混合液固液分离，得到含硼浸出液和浸出渣，所得硼精矿浸出渣去离子水洗净后测其硼含量，分析得出硼的浸出率为75.8%。

实施例4

本实施例的机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺按照以下步骤进行：

（1）原料准备：将硼精矿机械破碎至占精矿重量95%以上的矿样能够通过100目筛网，破碎后的硼精矿作为原料备用；

（2）机械活化：将破碎后的硼精矿原料置于高能球磨机中进行机械活化，磨球与硼精矿原料的质量比为12:1，磨球直径为8mm，磨球和硼精矿在球磨罐填充率为70%，球磨转速为100r/min，球磨时间为90min，得到机械活化后的硼精矿；

（3）浸出：用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液搅拌加热浸出机械活化后的硼精矿，液相体积与固相质量比为10:1，温度为105℃，浸出2h，浸出反应结束后，通过抽滤装置实现混合液固液分离，得到含硼浸出液和浸出渣，所得硼精矿浸出渣去离子水洗净后测其硼含量，分析得出硼的浸出率为81.3%。

实施例5

本实施例的机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺按照以下步骤进行：

（1）原料准备：将硼精矿机械破碎至占精矿重量95%以上的矿样能够通过100目筛网，破碎后的硼精矿作为原料备用；

（2）机械活化：将破碎后的硼精矿原料置于高能球磨机中进行机械活化，磨球与硼精矿原料的质量比为12:1，磨球直径为8mm，磨球和硼精矿在球磨罐填充率为50%，球磨转速为250r/min，球磨时间为60min，得到机械活化后的硼精矿；

（3）浸出：用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液搅拌加热浸出机械活化后的硼精矿，液相体积与固相质量比为10:1，温度为105℃，浸出2h，浸出反应结束后，通过抽滤装置实现混合液固液分离，得到含硼浸出液和浸出渣，所得硼精矿浸出渣去离子水洗净后测其硼含量，分析得出硼的浸出率为89.5%。

实施例6

本实施例的机械活化提高硼精矿浸硼率的工艺按照以下步骤进行：

（1）原料准备：将硼精矿机械破碎至占精矿重量95%以上的矿样能够通过100目筛网，破碎后的硼精矿作为原料备用；

（2）机械活化：将破碎后的硼精矿原料置于高能球磨机中进行机械活化，磨球与硼精矿原料的质量比为16:1，磨球直径为8mm，磨球和硼精矿在球磨罐填充率为30%，球磨转速为300r/min，球磨时间为60min，得到机械活化后的硼精矿；

（3）浸出：用质量浓度为20%的氢氧化钠溶液搅拌加热浸出机械活化后的硼精矿，液相体积与固相质量比为10:1，温度为105℃，浸出2h，浸出反应结束后，通过抽滤装置实现混合液固液分离，得到含硼浸出液和浸出渣，所得硼精矿浸出渣去离子水洗净后测其硼含量，分析得出硼的浸出率为91.0%。