硼铁矿碳热氯化反应

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1、第7卷第4期过程工程学报Vol.7No.42007年8月TheChineseJournalofProcessEngineeringJune2007硼铁矿碳热氯化反应1,21,21,211王小欢，张丽清，侯明艳，王婷，周华锋(1.沈阳化工学院应用化学系，辽宁沈阳110142；2.辽宁省高校硼资源生态化综合利用技术与硼材料重点实验室，辽宁沈阳110006)摘要：应用热力学方法分析了硼铁矿碳热氯化反应的可能性以及反应进行所需要的热力学条件，硼铁矿中各组分的氯化反应能力顺序为2MgO⋅B2O3>MgO>Fe2O3>Mg2SiO4>S

2、iO2.根据氯化反应产物的物理化学性质不同，初步实现了硼铁矿中主要元素硼、镁、铁的分离.主要研究了反应温度和时间对硼铁矿碳热氯化反应的影响，实验在550∼750℃进行，并得到最佳氯化条件：在700℃氯化反应进行90min，硼铁矿氯化率为94.02%.经X射线衍射分析硼铁矿中未被氯化的物质主要为Mg2SiO4.关键词：硼铁矿；热力学；碳热氯化；氯化率中图分类号：TF534文献标识码：A文章编号：1009−606X(2007)04−0702−04[10,11]1前言氯化法分解硼铁矿是本课题组首创的方法，根据氯化反应产物的物理化学

3、性质不同，初步实现硼铁矿中主自20世纪50年代以来，我国硼化工的主要原料是要元素硼、镁、铁的分离.本工作主要研究碳热氯化法硼镁石矿.由于多年的不断开采，至21世纪初期，具有分解硼铁矿的反应规律，为硼铁矿资源综合利用生产工工业价值的高品位硼矿石矿资源枯竭，产量已远不能满艺提供理论依据.足硼工业的需要，多年来已迫使许多硼化工企业不得不使用B2O3品位不足10%的矿石，由于生产工艺相对落2实验后，造成消耗大幅上升，成本增加，严重影响我国硼工2.1试剂与仪器业的生存、发展和进步.实验原料为辽宁凤城生产的硼铁矿，粉碎后粒度[1,2]在

4、我国辽东−吉南地区有丰富的硼铁矿，储量达−0.075mm的为78%，组成如表1所示.矿石中的主要2.8亿吨，其中B2O3贮量约2184万吨，占全国总贮量元素铁、硼、镁、硅在矿石中有极高的集中度，Fe86%的58%.该硼矿结构复杂，主要有用矿物磁铁矿和硼镁存在于磁铁矿，B2O397%存在于硼镁石，SiO274%存在石互相嵌布，浸染粒度微细，紧密共生，是一种实用价[12]于蛇纹石中.活性炭为分析纯，氯气为实验室现场制值很高的大型硼矿床.备(KMnO4+浓HCl).实验装置如图1所示，氯化反应实目前对硼铁矿的综合利用研究主要有以下

5、几种工验在管式炉中进行.反应管为φ32mm×25mm×1200[3−5][6−8]艺路线：火法分离工艺、湿法分离工艺和磁选分mm的高铝管，石墨反应舟.[9]离工艺.火法分离工艺是先炼铁后提硼；湿法分离工艺和火法分离工艺的分离次序相反，即先提硼，残渣炼表1硼铁矿的化学组成Table1Chemicalcompositionofludwigiteore(%,ω)铁；磁选分离工艺的特点是经过两段磨细、两段弱磁选、TFeB2O5MgOSiO2Fe2O3CaOSU一段中磁选及筛分，可将原矿分为铁精矿和中硼精矿，22.917.5530.9

6、118.2918.900.720.840.003中硼精矿用于制造硼砂，铁精矿用于炼铁.目前的研究成果未能为现有的硼化工生产提供急需的高品质、高活性原料，或利用这些成果对原生产工艺改变太大，环保及副产品投资过高，资金来源难以解决，因此这些研究成果一直未被化工部门认可.根据我国现阶段可用硼资源的现状，加速开发利用和保护硼铁矿资源是我国硼工图1反应装置图Fig.1Schematicdiagramofthereactionapparatus业可持续发展战略的重要环节，也是我国硼工业摆脱资源匮乏的困忧、增强生存和竞争能力的当务之急.2

7、.2实验方法硼铁矿的分解是从硼铁矿中提硼的重要步骤，碳热将硼铁矿在800℃下焙烧，使矿物晶体结构发生变收稿日期：2006−09−11，修回日期：2006−11−16基金项目：辽宁省教育厅科学研究计划基金资助项目(编号：05L336)；辽宁省高校硼资源生态化综合利用与硼材料重点实验室资助项目(编号：200602)作者简介：王小欢(1980−)，女，辽宁省沈阳市人，硕士研究生，从事硼铁矿分离研究；张丽清，通讯联系人.第4期王小欢等：硼铁矿碳热氯化反应703化，硼铁矿经氧化焙烧后外观颜色由原来的灰黑色变为析结果如图2所示.由图2(

8、a)可知，硼铁矿中主要物质红棕色，矿石表面由质地紧密变为疏松多孔.焙烧后的为硼镁石[Mg(BO2)(OH)]、磁铁矿(Fe3O4)、蛇纹石硼铁矿与还原剂活性炭按摩尔比约1:3混合均匀，置于[Mg3Si2O5(OH)4]和斜硅镁石[Mg9Si4O16(OH)2]，而800℃石墨瓷舟中，放入电