本发明属于冶金资源综合利用领域，具体地，本发明涉及一种硼泥的利用方法。
背景技术：
硼泥是化工厂用硼镁石或者硼镁铁矿石制备硼砂的残余物。硼泥颜色是浅棕色，属于难溶物质，新产生的硼泥内含有30％左右的自由水，硼泥呈碱性。硼泥主要成分是MgO和SiO2，并含有一定量的Fe2O3、B2O3和少量CaO、Al2O3等。
如果不妥善处理硼泥，硼泥中的碱性物质会影响环境，污染水源，导致寸草不生；硼泥颗粒随风飘散会对大气造成污染。
生产1吨硼砂需要4吨左右B2O3品位为12％的硼镁石，大约产生4吨的硼泥。改革开放以后,随着硼砂在各个行业的广泛应用，硼砂的年产量大幅度增加，硼泥的产量也随之增加。辽宁省硼泥总量已超过两千万吨。特别是近年来，随着硼砂年产量的逐年增加以及原矿品位的降低，硼泥的总量在不断增加，为大规模开发利用硼泥提供了充足的原料保证。
目前国内高度重视硼泥利用技术的研究，如生产混凝土、制备泡沫玻璃、制备泡沫粘砖等。将硼泥用作烧结球团的原料，提高球团的强度和产量。将硼泥作为絮凝剂处理污水。
目前硼泥中镁元素的提取有以下两种方法：
一种方法是采用硼砂生产设备，利用硼泥-碳酸法工艺进行操作，将硼泥预处理后进行消化、碳化反应，经过滤、热解、压滤后得到含水70％左右的半成品，150℃干燥后得到碳酸镁。碳酸镁在800℃下干燥煅烧得到氧化镁，镁的总回收率为65％。
另一种方法是利用工业硫酸作硼泥浸取剂，经过浸取、凝聚、真空过滤、浮选、絮凝、真空过滤得到硫酸镁溶液。用碳酸钠作为沉淀剂，对净化后的硫酸镁溶液沉淀、过滤、洗涤、干燥、煅烧处理得到氧化镁。
以上两种方法的产品是氧化镁，而在实际应用中，往往以应用金属镁为主，因此还需要对以上两种方法的产品进行进一步处理，存在操作步骤繁琐的问题。
技术实现要素：
本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种硼泥的利用方法。
本发明的硼泥的利用方法，包括如下步骤：
(1)将硼泥干燥，随后送入回转窑或加热炉中焙烧得到焙烧后的硼泥；
(2)将焙烧后的硼泥、生石灰、碳质还原剂和氟化钙分别破碎并磨细，随后按预设比例混合均匀得到混合物；
(3)将混合物加热并压制成球团得到热压球团；
(4)将热压球团放入带镁结晶器的还原炉中进行还原，还原结束之后进行冷却，获得金属镁。
前述的方法，步骤(1)中，焙烧温度是700-920℃。
前述的方法，步骤(2)中，将焙烧后的硼泥、生石灰、碳质还原剂和氟化钙分别破碎并磨细至粒径在0.1mm以下。
前述的方法，步骤(2)中，预设比例如下：
生石灰和硼泥的配比是：(生石灰和硼泥中氧化钙总质量)/(硼泥中二氧化硅质量)为1-2；
碳质还原剂配入量是：(碳质还原剂中固定碳质量)/(氧化镁中氧的质量+氧化铁中氧的质量)为0.825-1.65；
氟化钙的配入量是：氟化钙的质量/(硼泥、碳质还原剂、生石灰和氟化钙的总质量)为0.02-0.05。
前述的方法，步骤(3)中，将混合物加热至430-530℃并维持3-5分钟，之后将混合物压制成球团。
前述的方法，步骤(4)中，在压力≤500Pa和温度是1150-1500℃的条件下进行还原40-240分钟。
前述的方法，步骤(4)中，还原结束之后，向还原炉中通入氩气并将炉温冷却至600℃以下。
前述的方法，所述碳质还原剂是焦炭或煤炭。
前述的方法，所述热压球团是椭球形。
相对于现有技术，本发明的方法对于硼泥实现了有效利用，减少了硼泥对环境的污染，并且获得了高附加值产品金属镁。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。
本发明的方法针对的是化工厂用硼镁石或者硼镁铁矿石制备硼砂所产生的硼泥残余物，其颜色是浅棕色，属于难溶物质。根据化学分析，硼泥的组成主要是：MgO含量在20-45％(重量)之间、SiO2含量在5-35％之间、B2O3含量在0.5-6％之间、Fe2O3含量在3-18％之间、CaO含量在1-5％之间、Al2O3含量在0-5％之间。根据XRD分析，硼泥中主要由Mg2SiO4和MgCO3组成。
下面结合图1，对本发明的方法进行详细说明。本发明的硼泥利用方法包括如下步骤：
第一步，对硼泥进行干燥与焙烧。
首先对硼泥进行干燥，随后将硼泥送入回转窑或加热炉中，在700-920℃的温度下进行焙烧。通过高温焙烧，硼泥中的自由水和结晶水被脱去，并且，在焙烧时，硼泥中的MgCO3分解生成MgO和CO2。
第二步，将物料破碎、磨细并混合均匀得到混合物。
将焙烧后的硼泥、生石灰、碳质还原剂和氟化钙分别破碎并磨细。具体地，将焙烧后的硼泥破碎、磨细至粒径在0.1mm以下；将生石灰(即氧化钙)破碎、磨细至粒径在0.1mm；将碳质还原剂(例如，焦炭或煤炭)破碎、磨细至粒径在0.1mm以下；将氟化钙破碎、磨细至0.1mm以下。
上述的生石灰、碳质还原剂和氟化钙均可通过常规市购获得。
将物料破碎与磨细之后，按照预设比例将各物料混合均匀得到混合物。其中，预设比例具体如下：
生石灰和硼泥的配比是：(生石灰和硼泥中氧化钙总质量)/(硼泥中二氧化硅质量)为1-2；
碳质还原剂配入量是：(碳质还原剂中固定碳质量)/(氧化镁中氧的质量+氧化铁中氧的质量)为0.825-1.65；
氟化钙的配入量是：氟化钙的质量/(硼泥、碳质还原剂、生石灰和氟化钙的总质量)为0.02-0.05。
上述预设比例有利于后续还原步骤中反应的进行。
第三步，制备热压球团。
将第二步得到的混合物加热至430-530℃，在该温度范围内碳质还原剂发生激烈的解聚反应，生成大量分子量较小的气相组分和分子量较大的粘稠的液相组分。在该温度范围内维持3-5分钟，然后将混合物压制成球团得到热压球团。利用热压球团工艺具有以下优点：不使用粘结剂，低温强度高、高温强度高，增加了各物料之间的接触面积，并且还原性好。
得到的热压球团优选是椭球形，有利于后续还原反应的充分进行。
第四步，还原与获得产物。
将热压球团放入带镁结晶器的还原炉中，在压力≤500Pa和温度是1150-1500℃的条件下进行还原40-240分钟。还原结束之后，向还原炉中通入氩气并将炉温冷却至600℃以下，取出镁结晶器，获得金属镁。
在还原炉内，真空及高温条件下，碳质还原剂还原氧化镁形成镁蒸汽和一氧化碳。通过真空环境将一氧化碳移出反应体系，同时让镁蒸汽在结晶器处凝结成金属镁，保证反应向着生成镁的方向进行。
硼泥中存在的在2MgO·SiO2高温下因为CaO的存在会发生如下反应：
2MgO·SiO2(s)+2CaO(s)＝2MgO(s)+2CaO·SiO2(s) ΔGθ＝-51600-15.61T
该反应有利于体系中不断形成自由的氧化镁，氧化镁继续被碳质还原剂还原，形成镁蒸汽，镁蒸汽凝结在结晶器上。
球团内存在的少量氧化硼能够和氧化钙、氧化硅形成稳定渣系，促进反应进行。体系内存在的氟化钙有利于增加渣的流动性，对反应起催化作用。
由于采用了上面提及的预设比例，使得还原步骤的各反应充分进行，并保证产生的废弃物最小化。
上述的镁结晶器是本领域的常规设备。
第四步结束后，排出废渣，继续添加原料，是反应继续进行。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中采用的硼泥来自某硼砂生产工厂所产生的废弃物，其组成是：MgO含量35.94wt％、SiO2含量24.41wt％、B2O3含量3.8％、Fe2O3含量7.7wt％、CaO含量4.4wt％、Al2O3含量2.73wt％、Na2O含量0.89wt％、K2O含量0.63wt％、烧损含量19.5wt％。
下述实施例中采用的碳质还原剂是市购的廉价煤粉。
实施例1：
(1)将硼泥干燥，送入回转窑或者加热炉焙烧，焙烧温度700℃，脱去其中水分与气体。
(2)将焙烧后的硼泥破碎、磨细至0.1mm以下；将生石灰破碎、磨细至0.1mm；将碳质还原剂破碎、磨细至0.1mm以下；将氟化钙破碎、磨细至0.1mm以下；
将磨细的硼泥、生石灰、碳质还原剂、氟化钙按照下述比例混合均匀：
生石灰和硼泥的配比是：(生石灰和硼泥中氧化钙总量)/(硼泥中二氧化硅质量)为1.8；碳质还原剂配入量是：(碳质还原剂中固定碳质量)/(氧化镁中氧的质量+氧化铁中氧的质量)为1.3；氟化钙的配入量是：氟化钙的质量/(硼泥、碳质还原剂、生石灰、氟化钙的总质量和)为0.04。
(3)将步骤(2)的混合物料加热到430℃，并在该温度下维持5min，在该温度下内将混合物料压制成球团。
(4)将热压球团置入带有镁结晶器的还原炉，在压力≤500Pa和温度1500℃条件下还原，时间为40min；还原结束后向带有镁结晶器的还原炉中通入氩气，冷却到600℃以下，取出镁结晶器，获得金属镁；排出废渣；继续添加原料，使反应继续进行。
实施例2：
(1)将硼泥干燥，送入回转窑或者加热炉焙烧，焙烧温度750℃，脱去其中水分与气体。
(2)将焙烧后的硼泥破碎、磨细至0.1mm以下；将生石灰破碎、磨细至0.1mm；将碳质还原剂破碎、磨细至0.1mm以下；将氟化钙破碎、磨细至0.1mm以下；
将磨细的硼泥、生石灰、碳质还原剂、氟化钙按照下述比例混合均匀：
生石灰和硼泥的配比是：(生石灰和硼泥中氧化钙总量)/(硼泥中二氧化硅质量)为2；碳质还原剂配入量是：(碳质还原剂中固定碳质量)/(氧化镁中氧的质量+氧化铁中氧的质量)为1.65；氟化钙的配入量是：氟化钙的质量/(硼泥、碳质还原剂、生石灰、氟化钙的总质量和)为0.05。
(3)将步骤(2)的混合物料加热到530℃，并在该温度下维持3min，在该温度下内将混合物料压制成球团。
(4)将热压球团置入带有镁结晶器的还原炉，在压力≤500Pa和温度1300℃条件下还原，时间为100min；还原结束后向带有镁结晶器的还原炉中通入氩气，冷却到600℃以下，取出镁结晶器，获得金属镁；排出废渣；继续添加原料，使反应继续进行。
实施例3：
(1)将硼泥干燥，送入回转窑或者加热炉焙烧，焙烧温度860℃，脱去其中水分与气体。
(2)将焙烧后的硼泥破碎、磨细至0.1mm以下；将生石灰破碎、磨细至0.1mm；将碳质还原剂破碎、磨细至0.1mm以下；将氟化钙破碎、磨细至0.1mm以下；
将磨细的硼泥、生石灰、碳质还原剂、氟化钙按照下述比例混合均匀：
生石灰和硼泥的配比是：(生石灰和硼泥中氧化钙总量)/(硼泥中二氧化硅质量)为1.4；碳质还原剂配入量是：(碳质还原剂中固定碳质量)/(氧化镁中氧的质量+氧化铁中氧的质量)为1；氟化钙的配入量是：氟化钙的质量/(硼泥、碳质还原剂、生石灰、氟化钙的总质量和)为0.03。
(3)将步骤(2)的混合物料加热到460℃，并在该温度下维持3min，在该温度下内将混合物料压制成球团。
(4)将热压球团置入带有镁结晶器的还原炉，在压力≤500Pa和温度1200℃条件下还原，时间为160min；还原结束后向带有镁结晶器的还原炉中通入氩气，冷却到600℃以下，取出镁结晶器，获得金属镁；排出废渣；继续添加原料，使反应继续进行。
实施例4：
(1)将硼泥干燥，送入回转窑或者加热炉焙烧，焙烧温度920℃，脱去其中水分与气体。
(2)将焙烧后的硼泥破碎、磨细至0.1mm以下；将生石灰破碎、磨细至0.1mm；将碳质还原剂破碎、磨细至0.1mm以下；将氟化钙破碎、磨细至0.1mm以下；
将磨细的硼泥、生石灰、碳质还原剂、氟化钙按照下述比例混合均匀：
生石灰和硼泥的配比是：(生石灰和硼泥中氧化钙总量)/(硼泥中二氧化硅质量)为1；碳质还原剂配入量是：(碳质还原剂中固定碳质量)/(氧化镁中氧的质量+氧化铁中氧的质量)为0.83：氟化钙的配入量是：氟化钙的质量/(硼泥、碳质还原剂、生石灰、氟化钙的总质量和)为0.02。
(3)将步骤(2)的混合物料加热到490℃，并在该温度下维持4min，在该温度下内将混合物料压制成球团。
(4)将热压球团置入带有镁结晶器的还原炉，在压力≤500Pa和温度1150℃条件下还原，时间为240min；还原结束后向带有镁结晶器的还原炉中通入氩气，冷却到600℃以下，取出镁结晶器，获得金属镁；排出废渣；继续添加原料，使反应继续进行。