处理硼铁矿的系统和方法与流程

本发明涉及能源化工领域，具体而言，本发明涉及处理硼铁矿的系统和方法。

背景技术：

硼矿是一种稀缺的矿产资源，以硼矿为原料生产的硼砂、硼酸及其他硼化合物，广泛用于化工、冶金、光学玻璃、医药、轻工、国防军工、航天航空及核工业等领域。长期以来，我国硼工业主要以硼镁矿为主要原料，目前可用硼镁矿已接近枯竭，硼铁矿占我国硼资源的58％，是硼镁矿重要的替代资源，但因其矿相结构复杂，加工处理难度大，至今尚未大规模开发利用。运用湿法冶金的方法处理硼铁矿，可实现硼和铁的分离，但酸耗大、设备腐蚀严重、成本高、环境污染严重。传统的火法工艺尽管可以获得较高的硼和铁的分离度，但尾渣存在硼含量低、碱浸出率低的问题。

因此，改进现有的处理硼铁矿的手段，对于缓解我国硼资源供需紧张局面具有重要的现实和战略意义。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出处理硼铁矿的系统和方法。采用该系统可以实现硼铁矿中B₂O₃与铁的综合回收利用，制备得到高品位、高活性的B₂O₃，且冶炼工艺节能效果明显，全流程不使用固体还原剂，不引入灰分等固体杂质，可减少CO₂排放约80％，具有显著的环境效益。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理硼铁矿的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：造球装置，所述造球装置具有硼铁精矿入口、粘结剂入口和生球团出口；焙烧装置，所述焙烧装置具有生球团入口和氧化球团出口，所述生球团入口与所述生球团出口相连；气基竖炉，所述气基竖炉内由上至下依次为预热段、中温预还原段和高温还原段，所述预热段具有氧化球团入口和炉顶气出口，所述高温还原段具有金属化球团出口和还原气入口，所述氧化球团入口与所述氧化球团出口相连；水冷装置，所述水冷装置内具有依次相连的第一冷却腔室、第二冷却腔室和第三冷却腔室，所述第一冷却腔室具有金属化球团入口，所述第三冷却腔室具有冷却金属化球团出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；以及磨矿磁选装置，所述磨矿磁选装置具有冷却金属化球团入口、金属铁粉出口和富硼尾矿出口，所述冷却金属化球团入口与所述冷却金属化球团出口相连。

由此，根据本发明实施例的处理硼铁矿的系统通过造球装置将硼铁精矿与粘结剂进行混合造球，得到生球团，将生球团供给至焙烧装置进行焙烧处理，以便使硼铁矿中的氧化亚铁等铁氧化物转化为氧化铁的形式，得到氧化球团，然后采用气基竖炉利用还原气对氧化球团进行还原处理，得到金属化球团，金属化球团由气基竖炉排出后进入水冷装置进行三段式直接水冷，经水冷后的金属化球团进入磨矿磁选装置进行磨矿磁选，即可得到金属铁粉和富硼尾矿。采用该系统处理硼铁矿，全流程不使用固体还原剂，不引入灰分等固体杂质，从而可以有效地提高制备得到的B₂O₃的品位和活性，同时全流程无高温条件，避免了高温及降温过程对硼活性的不利影响，此外，采用该系统可以减少CO₂排放约80％，节能减排效果明显，具有显著的环境效益。

另外，根据本发明上述实施例的处理硼铁矿的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述处理硼铁矿的系统进一步包括：淋洗装置，所述淋洗装置具有焦炉煤气入口和炉顶气入口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连；加压装置，所述加压装置与所述淋洗装置相连；预热装置，所述预热装置分别与所述加压装置和所述还原气入口相连。由此，可以通过淋洗装置对气基竖炉的炉顶气进行净化，经过净化的炉顶气与焦炉煤气混合后经加压装置加压、预热装置加热后作为还原气返回气基竖炉进行还原处理，从而可以显著降低工艺的CO₂排放，热效率高，节能效果明显。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用前面实施例的处理硼铁矿的系统处理硼铁矿的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将硼铁精矿与粘结剂供给至造球装置进行混合造球，以便得到生球团；(2)将所述生球团供给至焙烧装置进行焙烧处理，以便得到氧化球团；(3)将所述氧化球团与还原气供给至气基竖炉进行还原处理，以便得到金属化球团和炉顶气；(4)将所述金属化球团供给至水冷装置进行三段式直接水冷处理；以及(5)将经过所述三段式直接水冷处理的金属化球团供给至磨矿磁选装置进行磨矿磁选，以便得到金属铁粉和富硼尾矿。

由此，根据本发明实施例的处理硼铁矿的方法通过造球装置将硼铁精矿与粘结剂进行混合造球，得到生球团，将生球团供给至焙烧装置进行焙烧处理，以便使硼铁矿中的氧化亚铁等铁氧化物转化为氧化铁的形式，得到氧化球团，然后采用气基竖炉利用还原气对氧化球团进行还原处理，得到金属化球团，金属化球团由气基竖炉排出后进入水冷装置进行三段式直接水冷，经水冷后的金属化球团进入磨矿磁选装置进行磨矿磁选，即可得到金属铁粉和富硼尾矿。采用该方法处理硼铁矿，全流程不使用固体还原剂，不引入灰分等固体杂质，从而可以有效地提高制备得到的B₂O₃的品位和活性，同时全流程无高温条件，避免了高温及降温过程对硼活性的不利影响，此外，采用该方法可以减少CO₂排放约80％，节能减排效果明显，具有显著的环境效益。

另外，根据本发明上述实施例的处理硼铁矿的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述硼铁精矿与所述粘结剂的质量比为(98.5～99.5):(0.5～1.5)。由此，可以显著提高制备得到的生球团的成型效果，从而提高后续还原处理得到的金属化球团的金属化率。

在本发明的一些实施例中，所述硼铁精矿和所述粘结剂中的粒径小于0.149mm的颗粒含量不低于80重量％。由此，可以保证所述硼铁精矿和所述粘结剂具有较大的比表面积，从而显著提高后续焙烧处理和还原处理的效率。

在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述焙烧处理进一步包括：将所述生球团进行干燥；将经过所述干燥的生球团在850～950摄氏度下进行预热10～20min；将经过所述预热的生球团在1150～1250摄氏度下进行焙烧10～15min。由此，可有效提高球团的抗压强度。

在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，按照下列步骤进行所述还原处理：使所述氧化球团依次经过所述气基竖炉的预热段、中温预还原段和高温还原段，其中，所述中温预还原段的温度为850～950摄氏度，所述高温还原段的温度为950～1050摄氏度。由此，可以有效地将硼铁矿中的铁氧化物还原为金属铁。

在本发明的一些实施例中，所述还原气的温度为950～1050摄氏度，压力为0.2～0.5MPa。由此，可以进一步有效地将硼铁矿中的铁氧化物还原为金属铁。

在本发明的一些实施例中，所述处理硼铁矿的方法进一步包括：将所述炉顶气返回与所述还原气混合进行再利用。由此，可以显著提高工艺中还原气的利用率，并降低减少CO₂排放。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，所述三段式直接水冷处理包括：将所述金属化球团进行第一冷却至温度为400～500摄氏度，进行第二冷却至温度为200～300摄氏度，进行第三冷却至温度为100摄氏度以下。由此，可以将所述金属化球团快速冷却，显著降低所述金属化球团的抗压强度，从而可以降低后续磨矿处理所需的能耗。

在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，在进行所述磁选前预先将所述金属化球团进行破碎和细磨至粒径小于0.074mm粉末含量为80～90重量％。由此，可以显著提高磁选处理的效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的处理硼铁矿的系统结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的处理硼铁矿的系统结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的处理硼铁矿的方法流程示意图；

图4是根据本发明再一个实施例的处理硼铁矿的方法流程示意图；

图5是根据本发明又一个实施例的处理硼铁矿的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理硼铁矿的系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：造球装置100、焙烧装置200、气基竖炉300、水冷装置400和磨矿磁选装置500。其中，造球装置100具有硼铁精矿入口101、粘结剂入口102和生球团出口103；焙烧装置200具有生球团入口201和氧化球团出口202，生球团入口201与生球团出口103相连；气基竖炉300内由上至下依次为预热段310、中温预还原段320和高温还原段330，预热段310具有氧化球团入口301和炉顶气出口302，高温还原段330具有金属化球团出口303和还原气入口304，氧化球团入口301与氧化球团出口202相连；水冷装置400内具有依次相连的第一冷却腔室410、第二冷却腔室420和第三冷却腔室430，第一冷却腔室410具有金属化球团入口401，第三冷却腔室430具有冷却金属化球团出口402，金属化球团入口401与金属化球团出口303相连；磨矿磁选装置500具有冷却金属化球团入口501、金属铁粉出口502和富硼尾矿出口503，冷却金属化球团入口501与冷却金属化球团出口402相连。

下面参考图1～2对根据本发明实施例的处理硼铁矿的系统进行详细描述：

根据本发明的实施例，造球装置100具有硼铁精矿入口101、粘结剂入口102和生球团出口103，造球装置100适于将硼铁精矿与粘结剂进行混合造球，以便得到生球团。具体地，硼铁矿约占我国硼资源的58％，是硼镁矿重要的替代资源，但硼铁矿矿相结构复杂，加工处理难度大，至今尚未大规模开发利用，探索改进硼铁矿利用手段，对于缓解我国硼资源供需紧张的局面具有重要的现实意义和战略意义，本发明所采用的硼铁精矿中铁品位在30～60wt％，B₂O₃含量在3～8wt％。

根据本发明的实施例，在对硼铁矿进行处理前，可以先将硼铁精矿与粘结剂进行破碎，经过破碎的硼铁精矿和粘结剂的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以将硼铁精矿和粘结剂破碎至中粒径小于0.149mm的粉末含量不低于80重量％。发明人发现，通过将硼铁精矿和粘结剂破碎至上述粒径，可以有效地提二者的比表面积，从而显著提高后续焙烧处理和还原处理的效率，而如果将硼铁精矿和粘结剂破碎至更小粒径，则会使破碎处理的能耗增大。

根据本发明的实施例，粘结剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，粘结剂可以为膨润土，由此，可以现在提高制备得到的生球团的成型效果。

根据本发明的实施例，用于混合造球的硼铁精矿和粘结剂的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，硼铁精矿和粘结剂的质量比可以为(98.5～99.5):(0.5～1.5)，由此，可以进一步提高制备得到的生球团的成型效果，并且显著提高后续制备得到的金属化球团的金属化率。

根据本发明的实施例，焙烧装置200具有生球团入口201和氧化球团出口202，生球团入口201与生球团出口103相连，焙烧装置200适于将生球团进行焙烧处理，以便得到氧化球团。具体地，根据本发明的实施例，通过进行焙烧处理，可以将硼铁矿中以不同形成存在的铁氧化为Fe₂O₃的形式，以便降低后续还原过程中球团膨胀性能，使生产顺行。

根据本发明的具体实施例，焙烧处理可以进一步包括：将生球团进行干燥；将经过干燥的生球团在850～950摄氏度下进行预热10～20min；将经过预热的生球团在1150～1250摄氏度下进行焙烧10～20min。发明人发现，通过将生球团进行干燥，可以有效地除去生球团中的水分，从而减少焙烧处理中大量水分挥发造成的热量浪费。进而将经过干燥的生球团在850～950摄氏度下进行预热10～20min后，在1150～1250摄氏度下进行焙烧10～20min，可以有效地将硼铁矿中以不同形成存在的铁氧化为Fe₂O₃的形式，以便降低后续还原过程中球团膨胀性能，使生产顺行。

根据本发明的实施例，气基竖炉300内由上至下依次为预热段310、中温预还原段320和高温还原段330，预热段310具有氧化球团入口301和炉顶气出口302，高温还原段330具有金属化球团出口303和还原气入口304，氧化球团入口301与氧化球团出口202相连，气基竖炉300适于利用还原气对氧化球团进行还原处理，以便得到金属化球团。具体地，根据本发明的实施例，可以将氧化球团从气基竖炉顶部的预热段装入，使氧化球团依次经过预热段、中温预还原段和高温还原段，并与从气基竖炉底部的高温还原段通入的还原气逆向接触，还原得到金属化球团，根据本发明的实施例，气基竖炉无需冷却段，由此可以简化气基竖炉的结构，降低成本。

根据本发明的具体实施例，气基竖炉中温预还原段的温度可以为850～950摄氏度，高温还原段的温度可以为950～1050摄氏度，由此，可以显著提高制备得到的金属化球团的金属化率。

根据本发明的具体实施例，还原处理进行的时间可以为2～4h，由此，可以进一步提高制备得到的金属化球团的金属化率。

根据本发明的实施例，还原气的压力并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原气的压力可以为0.2～0.5MPa，由此，可以进一步提高制备得到的金属化球团的金属化率。

参考图2，根据本发明实施例的处理硼铁矿的系统进一步包括：淋洗装置600、加压装置700和预热装置800。

根据本发明的实施例，用于对氧化球团进行还原处理的还原气可以为焦炉煤气和气基竖炉炉顶气的混合气，发明人发现，通过将炉顶气处理后返回气基竖炉进行重复利用，可以减少CO₂排放约80％，由此可以进一步挺高系统的节能减排效益。

根据本发明的实施例，淋洗装置600具有焦炉煤气入口601和炉顶气入口602，炉顶气入口602与炉顶气出口302相连，淋洗装置600适于对气基竖炉300中产生的炉顶气进行除尘、降温，以便对炉顶气进行重复利用。

根据本发明的实施例，加压装置700与淋洗装置600相连，加压装置700适于对经过除尘、降温的炉顶气与焦炉煤气的混合还原气进行加压处理。

根据本发明的实施例，预热装置800分别与加压装置700和还原气入口304相连，预热装置800适于对炉顶气与焦炉煤气的混合还原气进行预热。根据本发明的具体实施例，预热装置可以为管式炉，可以通过设置于其中的蓄热式辐射管将混和还原气预热至950～1050摄氏度，进而将混和还原气返回气基竖炉加以利用。

根据本发明的实施例，水冷装置400内具有依次相连的第一冷却腔室410、第二冷却腔室420和第三冷却腔室430，第一冷却腔室410具有金属化球团入口401，第三冷却腔室430具有冷却金属化球团出口402，金属化球团入口401与金属化球团出口303相连，水冷装置400适于将金属化球团进行三段式直接水冷处理，以便将金属化球团快速冷却。

根据本发明的实施例，金属化球团进入水冷装置的第一冷却腔室后，经第一冷却处理温度可降至400～500摄氏度，随后进入第二冷却腔室进而第二冷却处理，温度降至200～300摄氏度，最后经过第三冷却腔室的第三冷却处理，温度降至100摄氏度以下。发明人发现，通过采用冷却装置对金属化球团进行三段式直接水冷，可以将金属化球团快速冷却，使其抗压强度显著降低，有利于后续对金属化球团的破碎、磨矿处理，同时，采用三段式直接水冷还可以减少水的用量，节约资源。

根据本发明的实施例，磨矿磁选装置500具有冷却金属化球团入口501、金属铁粉出口502和富硼尾矿出口503，冷却金属化球团入口501与冷却金属化球团出口402相连，磨矿磁选装置500适于将经过述三段式直接水冷处理的金属化球团进行磨矿磁选，以便得到金属铁粉和富硼尾矿。

根据本发明的具体实施例，在进行磁选前可以预先将金属化球团进行破碎和细磨至粒径小于0.074mm粉末含量为80～90重量％，由此可以显著提高磁选的效率，并且使金属铁粉与富硼尾矿分离充分，发明人发现，由于经过三段式直接水冷处理的金属化球团的抗压强度低，所以并不需要过高的磨矿能耗，即可有效地将金属化球团破碎和细磨至粒径小于0.074mm粉末含量为80～90重量％。

根据本发明的具体实施例，磁选是在50～80mT的磁场强度下进行的，由于预先将金属化球团磨矿至较小的粒径，所以在上述较低的磁场强度下即可有效地将金属铁粉和富硼尾矿充分分离。

由此，根据本发明实施例的处理硼铁矿的系统通过造球装置将硼铁精矿与粘结剂进行混合造球，得到生球团，将生球团供给至焙烧装置进行焙烧处理，以便使硼铁矿中的氧化亚铁等铁氧化物转化为氧化铁的形式，得到氧化球团，然后采用气基竖炉利用还原气对氧化球团进行还原处理，得到金属化球团，其中，还原气可以为气基竖炉炉顶气与焦炉煤气的混合气，由此可以降低系统的CO₂排放约80％；金属化球团由气基竖炉排出后进入水冷装置进行三段式直接水冷，经水冷后的金属化球团具有较低的抗压强度，易于破碎、细磨，进入磨矿磁选装置进行磨矿磁选，即可得到金属铁粉和富硼尾矿。采用该系统处理硼铁矿，全流程不使用固体还原剂，不引入灰分等固体杂质，从而可以有效地提高制备得到的B₂O₃的品位和活性，同时全流程无高温条件，避免了高温及降温过程对硼活性的不利影响，经计算，采用该系统对硼铁矿中的硼和铁进行综合回收利用，铁的回收率不低于90％，品位不低于92％，满足炼钢用直接还原铁的标准，可以作为炼钢原料，硼的回收率不低于93％，所得富硼尾矿中B₂O₃的含量不低于12wt％，活性不低于90％，可以用作进一步提硼的原料。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用前面实施例的处理硼铁矿的系统处理硼铁矿的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将硼铁精矿与粘结剂供给至造球装置进行混合造球，以便得到生球团；(2)将生球团供给至焙烧装置进行焙烧处理，以便得到氧化球团；(3)将氧化球团与还原气供给至气基竖炉进行还原处理，以便得到金属化球团和炉顶气；(4)将金属化球团供给至水冷装置进行三段式直接水冷处理；以及(5)将经过三段式直接水冷处理的金属化球团供给至磨矿磁选装置进行磨矿磁选，以便得到金属铁粉和富硼尾矿。

下面对根据本发明实施例的处理硼铁矿的方法进行详细描述，参考图3～4，该方法包括：

S100：混合造球

该步骤中，将硼铁精矿与粘结剂供给至造球装置进行混合造球，以便得到生球团。具体地，硼铁矿约占我国硼资源的58％，是硼镁矿重要的替代资源，但硼铁矿矿相结构复杂，加工处理难度大，至今尚未大规模开发利用，探索改进硼铁矿利用手段，对于缓解我国硼资源供需紧张的局面具有重要的现实意义和战略意义，本发明所采用的硼铁精矿中铁品位在30～60wt％，B₂O₃含量在3～8wt％。

根据本发明的实施例，在对硼铁矿进行处理前，可以先将硼铁精矿与粘结剂进行破碎，经过破碎的硼铁精矿和粘结剂的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以将硼铁精矿和粘结剂破碎至中粒径小于0.149mm的粉末含量不低于80重量％。发明人发现，通过将硼铁精矿和粘结剂破碎至上述粒径，可以有效地提二者的比表面积，从而显著提高后续焙烧处理和还原处理的效率，而如果将硼铁精矿和粘结剂破碎至更小粒径，则会使破碎处理的能耗增大。

根据本发明的实施例，粘结剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，粘结剂可以为膨润土，由此，可以现在提高制备得到的生球团的成型效果。

根据本发明的实施例，用于混合造球的硼铁精矿和粘结剂的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，硼铁精矿和粘结剂的质量比可以为(98.5～99.5):(0.5～1.5)，由此，可以进一步提高制备得到的生球团的成型效果，并且显著提高后续制备得到的金属化球团的金属化率。

S200：焙烧处理

该步骤中，将生球团供给至焙烧装置进行焙烧处理，以便得到氧化球团。具体地，根据本发明的实施例，通过进行焙烧处理，可以将硼铁矿中以不同形成存在的硼氧化为B₂O₃的形式，以便通过后续熔分处理将B₂O₃与金属铁分离。

根据本发明的具体实施例，焙烧处理可以进一步包括：将生球团进行干燥；将经过干燥的生球团在850～950摄氏度下进行预热10～20min；将经过预热的生球团在1150～1250摄氏度下进行焙烧10～20min。发明人发现，通过将生球团进行干燥，可以有效地除去生球团中的水分，从而减少焙烧处理中大量水分挥发造成的热量浪费。进而将经过干燥的生球团在850～950摄氏度下进行预热10～20min后，在1150～1250摄氏度下进行焙烧10～20min，可以有效地将硼铁矿中以不同形成存在的铁氧化为Fe₂O₃的形式，以便降低后续还原过程中球团膨胀性能，使生产顺行。

S300：还原处理

该步骤中，将氧化球团与还原气供给至气基竖炉进行还原处理，以便得到金属化球团和炉顶气。具体地，根据本发明的实施例，气基竖炉内由上至下依次为预热段、中温预还原段和高温还原段，气基竖炉适于利用还原气对氧化球团进行还原处理，以便得到金属化球团。具体地，根据本发明的实施例，可以将氧化球团从气基竖炉顶部的预热段装入，使氧化球团依次经过预热段、中温预还原段和高温还原段，并与从气基竖炉底部的高温还原段通入的还原气逆向接触，还原得到金属化球团，根据本发明的实施例，气基竖炉无需冷却段，由此可以简化气基竖炉的结构，降低成本。

根据本发明的具体实施例，气基竖炉中温预还原段的温度可以为850～950摄氏度，高温还原段的温度可以为950～1050摄氏度，由此，可以显著提高制备得到的金属化球团的金属化率。

根据本发明的具体实施例，还原处理进行的时间可以为2～4h，由此，可以进一步提高制备得到的金属化球团的金属化率。

根据本发明的实施例，还原气的压力并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原气的压力可以为0.2～0.5MPa，由此，可以进一步提高制备得到的金属化球团的金属化率。

S310：炉顶气重复利用

该步骤中，将炉顶气返回与还原气混合进行再利用。根据本发明的实施例，用于对氧化球团进行还原处理的还原气可以为焦炉煤气和气基竖炉炉顶气的混合气，发明人发现，通过将炉顶气处理后返回气基竖炉进行重复利用，可以减少CO₂排放约80％，由此可以进一步挺高工艺的节能减排效益。

具体地，根据本发明的实施例，气基竖炉的炉顶气排出后，首先进入淋洗装置，淋洗装置适于对炉顶气进行除尘、降温，以便对炉顶气进行重复利用，进而，经过除尘、降温的炉顶气进入加压装置与焦炉煤气混合、加压，得到混和还原气，最后，混和还原气进入预热装置进行预热，根据本发明的具体实施例，预热装置可以为管式炉，可以通过设置于其中的蓄热式辐射管将混和还原气预热至950～1050摄氏度，进而将混和还原气返回气基竖炉加以利用。

S400：水冷处理

该步骤中，将金属化球团供给至水冷装置进行三段式直接水冷处理。具体地，水冷装置包括依次相连的第一冷却腔室、第二冷却腔室和第三冷却腔室。

根据本发明的实施例，金属化球团进入水冷装置的第一冷却腔室后，经第一冷却处理温度可降至400～500摄氏度，随后进入第二冷却腔室进而第二冷却处理，温度降至200～300摄氏度，最后经过第三冷却腔室的第三冷却处理，温度降至100摄氏度以下。发明人发现，通过采用冷却装置对金属化球团进行三段式直接水冷，可以将金属化球团快速冷却，使其抗压强度显著降低，有利于后续对金属化球团的破碎、磨矿处理，同时，采用三段式直接水冷还可以减少水的用量，节约资源。

S500：磨矿磁选

该步骤中，将经过三段式直接水冷处理的金属化球团供给至磨矿磁选装置进行磨矿磁选，以便得到金属铁粉和富硼尾矿。

根据本发明的具体实施例，在进行磁选前可以预先将金属化球团进行破碎和细磨至粒径小于0.074mm粉末含量为80～90重量％，由此可以显著提高磁选的效率，并且使金属铁粉与富硼尾矿分离充分，发明人发现，由于经过三段式直接水冷处理的金属化球团的抗压强度低，所以并不需要过高的磨矿能耗，即可有效地将金属化球团破碎和细磨至粒径小于0.074mm粉末含量为80～90重量％。

根据本发明的具体实施例，磁选是在50～80mT的磁场强度下进行的，由于预先将金属化球团磨矿至较小的粒径，所以在上述较低的磁场强度下即可有效地将金属铁粉和富硼尾矿充分分离。

由此，根据本发明实施例的处理硼铁矿的方法统通过造球装置将硼铁精矿与粘结剂进行混合造球，得到生球团，将生球团供给至焙烧装置进行焙烧处理，以便使硼铁矿中的氧化亚铁等铁氧化物转化为氧化铁的形式，得到氧化球团，然后采用气基竖炉利用还原气对氧化球团进行还原处理，得到金属化球团，其中，还原气可以为气基竖炉炉顶气与焦炉煤气的混合气，由此可以降低工艺的CO₂排放约80％；金属化球团由气基竖炉排出后进入水冷装置进行三段式直接水冷，经水冷后的金属化球团具有较低的抗压强度，易于破碎、细磨，进入磨矿磁选装置进行磨矿磁选，即可得到金属铁粉和富硼尾矿。采用该方法处理硼铁矿，全流程不使用固体还原剂，不引入灰分等固体杂质，从而可以有效地提高制备得到的B₂O₃的品位和活性，同时全流程无高温条件，避免了高温及降温过程对硼活性的不利影响，经计算，采用该方法对硼铁矿中的硼和铁进行综合回收利用，铁的回收率不低于90％，品位不低于92％，满足炼钢用直接还原铁的标准，可以作为炼钢原料，硼的回收率不低于93％，所得富硼尾矿中B₂O₃的含量不低于12wt％，活性不低于90％，可以用作进一步提硼的原料。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

参考图5，按照下列步骤处理硼铁矿：

原料为粒径不高于0.074mm占80wt％的硼铁矿精矿粉，其中含32.36wt％的TFe和6.38wt％的B₂O₃。将99wt％的硼铁矿精矿粉和1.0wt％的膨润土混合均匀后，制成直径8～15mm的生球团，经干燥、1150℃焙烧后装入气基竖炉，在1050℃的竖炉内还原3h。还原气为焦炉煤气与竖炉炉顶气的混合气，其中还原气压力为0.4MPa。由竖炉排出的金属化球团金属化率为95.18％，先后经水冷、破碎、磨矿、磁选分离得到高含铁量的金属铁粉和富硼尾矿。磁选结果为金属铁粉的全铁含量为92.61wt％，铁的回收率为90.86％；含硼尾矿中B₂O₃品位12.18％，回收率为93.36％，活性为91.23％。

实施例2

参考图5，按照下列步骤处理硼铁矿：

原料为粒径不高于0.074mm占90wt％的硼铁矿精矿粉，其中含53.86wt％的TFe和5.66wt％的B₂O₃。将99wt％的硼铁矿精矿粉和1.0wt％的膨润土混合均匀后，制成直径8～15mm的生球团，经干燥、1150℃焙烧后装入气基竖炉，在1000℃的竖炉内还原4h。还原气为焦炉煤气与竖炉炉顶气的混合气，其中还原气压力为0.3MPa。由竖炉排出的金属化球团金属化率为96.38％，先后经水冷、破碎、磨矿、磁选分离得到高含铁量的金属铁粉和富硼尾矿。磁选结果为金属铁粉的全铁含量为93.26wt％，铁的回收率为94.37％；含硼尾矿中B₂O₃品位21.56％，回收率为94.69％，活性为92.16％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。