矿冶工程杂志

铁物相	含量（质量分数）/%	分布率/%
磁铁矿中铁	44.40	94.17
硅酸铁中铁	1.27	2.69
碳酸铁中铁	0.80	1.70
磁黄铁矿中铁	0.48	1.02
黄铁矿中铁	0.10	0.21
赤褐铁矿中铁	0.10	0.21
合计	47.15	100.00

铁物相	含量（质量分数）/%	分布率/%
磁铁矿中铁	44.40	94.17
硅酸铁中铁	1.27	2.69
碳酸铁中铁	0.80	1.70
磁黄铁矿中铁	0.48	1.02
黄铁矿中铁	0.10	0.21
赤褐铁矿中铁	0.10	0.21
合计	47.15	100.00

化学成分	浓度/（mg·L^-1）
Fe	1.33	2.52
B₂O₃	19 160	1 910
SiO₂	2 200	224.22
Al₂O₃	181.15	12.11
CaO	9.11	8.23
MgO	<0.1	<0.1
K	150.95	18.41
Na	107 240	10 170
P	3.70	2.16
S	2 490	250

化学成分	浓度/（mg·L^-1）
Fe	1.33	2.52
B₂O₃	19 160	1 910
SiO₂	2 200	224.22
Al₂O₃	181.15	12.11
CaO	9.11	8.23
MgO	<0.1	<0.1
K	150.95	18.41
Na	107 240	10 170
P	3.70	2.16
S	2 490	250

含硼铁矿分离与提质试验研究

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袁壮 , 陈雯 , 王祥 , 刘小银 , 彭泽友 , 李家林

矿冶工程杂志 | 冶金 2025,45(3): 130-135

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矿冶工程杂志 | 冶金 2025, 45(3): 130-135

含硼铁矿分离与提质试验研究

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袁壮, 陈雯, 王祥, 刘小银, 彭泽友, 李家林

作者信息

长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南　长沙　410012

袁壮（1994—），男，湖北孝昌人，硕士，主要研究方向为矿产资源综合利用。E-mail：872240548@qq.com

通讯作者:

陈雯（1965—），女，四川资阳人，博士，教授，博士研究生导师，主要研究方向为铁矿石选冶。E-mail：chen_wen@vip.sina.com

Experimental Study on Separation and Quality Improvement of Boron-Bearing Iron Ore

Zhuang YUAN, Wen CHEN, Xiang WANG, Xiaoyin LIU, Zeyou PENG, Jialin LI

Affiliations

Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co, Ltd, Changsha 410012, Hunan, China

出版时间: 2025-06-01 doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.03.022

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摘要

收起

对某含硼铁矿进行了分离和提质试验研究，提出提硼降硫的研究方案，并制定了活化焙烧-磨矿-碱浸-磁选的选冶联合工艺。结果表明：中性气氛下，在焙烧温度650 ℃、焙烧时间90 min条件下活化焙烧，所得焙烧矿在磨矿细度-0.075 mm粒级占83.28%、浸出温度100 ℃、浸出时间60 min、液固比3∶1、浸出剂氢氧化钠浓度（质量分数）15%、搅拌速度180 r/min条件下浸出，可得到B₂O₃浸出率94.62%的含硼母液，浸出渣经常规磁选，能获得TFe品位54.94%、B₂O₃含量0.24%、S含量0.077%的铁精矿，成功实现了硼的充分回收和铁精矿品质的提升。

关键词

硼铁矿 / 活化焙烧 / 选冶联合 / 浸出 / 铁精矿 / 硼铁分离

Abstract

收起

Based on experimental studies on separation and quality improvement for a boron-bearing iron ore, a scheme for boron extraction and sulfur reduction was proposed, and a metallurgical process combined with mineral processing was determined, which consists of activation roasting, grinding, alkali leaching and magnetic separation. After activation roasting at 650 ℃ for 90 min in a neutral atmosphere, the obtained roasted ore was ground to a fineness of -0.075 mm 83.28%, and then leached for 60 min at 100 ℃, with liquid-to-solid ratio of 3∶1, leaching reagent of NaOH at a concentration of 15%, and stirring speed of 180 r/min. A boron-bearing mother liquor was obtained, with leaching rate of B₂O₃ at 94.62%. The leaching residue was subjected to conventional magnetic separation, resulting in an iron concentrate grading 54.94% TFe, containing 0.24% B₂O₃ and 0.077% S. It is concluded that boron can be fully recovered and the quality of iron concentrate can be also improved by adopting this processing scheme.

Key words

boron-bearing iron ore / activation roasting / beneficiation-metallurgy combination process / leaching / iron concentrate / boron-iron separation

引用本文

袁壮, 陈雯, 王祥, 刘小银, 彭泽友, 李家林. 含硼铁矿分离与提质试验研究. 矿冶工程杂志, 2025 , 45 (3) : 130 -135 . DOI: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.03.022

Zhuang YUAN, Wen CHEN, Xiang WANG, Xiaoyin LIU, Zeyou PENG, Jialin LI. Experimental Study on Separation and Quality Improvement of Boron-Bearing Iron Ore[J]. Mining and Metallurgical Engineering, 2025 , 45 (3) : 130 -135 . DOI: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.03.022

正文

收起

硼是我国战略性非金属矿产资源，对外依存度高，高效开发与利用国内硼资源意义重大^[1-2]。硼及硼化合物凭借质轻、阻燃、耐热、高硬、高强、耐磨及催化等特殊性能，广泛应用于信息技术、新能源、新材料、电子信息、高端制造及传统应用领域^[2-4]。随着新能源、新材料学科的迅猛发展，我国对硼矿的需求持续攀升^[5]。辽宁省硼矿储量占全国硼矿储量的64%，硼镁铁矿储量达2.8亿t，其中凤城翁泉沟硼镁铁矿是我国最大的硼矿生产基地，历经60多年的开采，高品质硼镁铁矿资源已濒临枯竭，而低品质硼镁铁矿由于硼、铁、镁、硫等多组分复杂共生，加工难度大，利用效率低^[5-6]。在现有硼镁铁矿生产工艺中^[5-8]，主要存在两大问题：其一，大量硼进入铁精矿，造成硼资源的浪费；其二，主要产品铁精矿硫含量过高，严重影响铁精矿的品质。因此，迫切需要开发新的工艺来实现提硼除杂，提高硼的回收率并提升铁精矿品质。本文对某硼铁矿进行分离提质试验研究，提出提硼除杂的研究方案，制定活化焙烧-磨矿-碱浸-磁选的选冶联合工艺，并对各工艺参数进行优化，实现硼的充分回收及铁精矿品质的提升。

1　试验原料及试验方法

收起

1.1　试验原料

试验原料为某硼铁矿公司阶段生产样，矿样粒度为-0.075 mm粒级占44.69%。对矿样进行了化学成分分析、铁物相分析、X射线衍射及矿物参数自动定量分析系统综合分析，结果分别如表1～3所示。矿样中主要有价元素为铁和硼，铁主要分布在磁铁矿中，少量分布在镁菱铁矿中；硼以硼镁石为主，其次为硼铁矿；有害杂质S主要以黄铁矿与磁黄铁矿形式存在。样品中绝大部分磁铁矿以连生体形式产出，与硼镁石、硼铁矿、蛇纹石等镶嵌关系均十分复杂。

1.2　试验方法

矿样中硼、铁、硫嵌布关系极为紧密，即使细磨也很难使它们完全解离形成单体。在此情况下，采用单一的选矿工艺难以达到硼、铁分离以及铁精矿提质的目标。为解决硼、铁、硫的分离难题，拟采用活化焙烧-磨矿-碱浸-磁选的选冶联合工艺对该矿样进行处理，试验流程如图1所示。该工艺中，矿样经焙烧发生矿相转化，硼矿物的活性得以改变；活化后的硼矿物与硫矿物能通过碱浸进入溶液，从而实现它们与铁矿物的有效分离。

2　结果与讨论

收起

2.1　焙烧试验

在中性气氛下进行焙烧^[9]，能够实现硼矿物的活化，同时还可对磁铁矿起到保护作用，避免其被氧化。选择中性气氛进行焙烧试验研究。

2.1.1　焙烧温度试验

焙烧时间90 min条件下，进行了不同焙烧温度的焙烧试验，对所得焙烧矿在磨矿细度-0.075 mm粒级占83.28%、浸出温度100 ℃、浸出时间60 min、液固比3∶1、浸出剂氢氧化钠浓度（质量分数，下同）15%、搅拌速度180 r/min条件下浸出，焙烧温度对浸出效果的影响如图2所示。分析图2可知，随着焙烧温度升高，浸出渣中B₂O₃含量先降低后增加，B₂O₃浸出率先升高后降低，适宜的焙烧温度为650 ℃，在该温度条件下，B₂O₃浸出率达到了94.72%。焙烧温度过低或者过高都会对硼矿物的反应活性产生影响。

对原料、焙烧温度650和800 ℃所得焙烧矿进行了X射线衍射分析，结果如图3所示。分析图3可知，随着焙烧温度逐步升高，主要矿物磁铁矿衍射峰并未发生变化，硼镁石衍射峰呈现逐渐消失的态势，遂安石及镁橄榄石衍射峰逐渐增强。焙烧温度650 ℃时，硼镁石衍射峰完全消失。焙烧温度800 ℃时，蛇纹石衍射峰消失，新生成的镁橄榄石包裹在矿物表面，会对焙烧矿的浸出产生不利影响。

2.1.2　焙烧时间试验

焙烧温度650 ℃，其他条件不变，焙烧时间对硼浸出效果的影响见图4。由图4可知，随着焙烧时间增加，硼矿物浸出率先增加后缓慢减少，焙烧时间90 min时B₂O₃浸出率达到了峰值。适宜的焙烧时间为90 min。

对原料及不同焙烧时间下所得焙烧矿进行了X射线衍射分析，结果如图5所示。分析图5可知，随着焙烧时间增加，主要矿物磁铁矿衍射峰无变化，硼镁石衍射峰逐渐消失，遂安石与镁橄榄石衍射峰峰强逐渐增强。焙烧时间90 min时，硼镁石衍射峰完全消失，该条件下浸出效果很好。

2.2　磨矿细度试验

对焙烧温度650 ℃、焙烧时间90 min条件下获得的焙烧样进行磨矿，不同磨矿细度条件下所得磨矿产品在浸出温度100 ℃、浸出时间60 min、液固比3∶1、浸出剂氢氧化钠浓度15%、搅拌速度180 r/min条件下浸出，磨矿细度对硼浸出效果的影响如图6所示。由图6可知，随着磨矿细度增加，硼浸出率增加，整体来看，各磨矿细度条件下浸出效果均较好。试验原料中主要矿物为磁铁矿，在确保能选铁的条件下开展硼富集试验。工业选铁生产过程中，磨矿细度通常为-0.075 mm粒级占80%～85%，参考工业生产相关参数，选择磨矿细度-0.075 mm粒级占83.28%。

2.3　浸出试验

对焙烧温度650 ℃、焙烧时间90 min条件下获得的焙烧矿进行磨矿处理，磨矿细度-0.075 mm粒级占83.28%。针对该磨矿样品开展浸出条件试验。

2.3.1　浸出温度试验

浸出时间90 min、浸出剂氢氧化钠浓度20%、液固比5∶1、搅拌速度180 r/min条件下，考察了浸出温度对硼浸出效果的影响，结果如图7所示。分析图7可知，随着浸出温度逐步升高，硼浸出率逐渐增加。浸出温度超过100 ℃后，浸出率增幅不明显。适宜的浸出温度为100 ℃。

2.3.2　浸出时间试验

浸出温度100 ℃，其他条件不变，考察了浸出时间对硼浸出效果的影响，结果如图8所示。由图8能够看出，随着浸出时间增加，硼浸出率逐渐上升。浸出时间超过60 min后，硼浸出率增幅不明显。适宜的浸出时间为60 min。

2.3.3　液固比试验

浸出时间60 min，其他条件不变，考察了液固比对硼浸出率的影响，结果如图9所示。分析图9可知，随着液固比逐步增大，硼浸出率逐渐增加。液固比超过3∶1后，硼浸出率增幅较小。适宜的液固比为3∶1。

2.3.4　氢氧化钠浓度试验

液固比3∶1，其他条件不变，考察了浸出剂氢氧化钠浓度对硼浸出率的影响，结果如图10所示。由图10能够看出，随着氢氧化钠浓度升高，硼浸出率持续增加。适宜的氢氧化钠浓度为15%。

2.3.5　浸出综合试验

适宜的浸出条件为：浸出温度100 ℃，浸出时间60 min，液固比3∶1，浸出剂氢氧化钠浓度15%，搅拌转速180 r/min。该条件下获得的浸出母液B₂O₃浸出率可达94.62%，为后续进一步提取硼元素提供了良好的基础。浸出渣中B₂O₃含量为0.35%，S含量为0.086%，实现了含硼铁矿的提硼降硫。

2.4　产品分析

对浸出综合试验获得的浸出渣进行磁选，在磁场强度0.1 T条件下获得了TFe品位54.94%、B₂O₃含量0.24%、S含量0.077%的铁精矿。虽然所得铁精矿B₂O₃和S含量极低，但铁精矿品位并未得到有效提升。为了清晰探究导致这一现象的原因，对不同样品进行了X射线衍射分析，结果如图11所示。由图11可知，焙烧能促使含硼矿物发生矿相转化，在后续浸出过程中，还有新的物质氢氧化镁生成。

鉴于硼相对原子质量较小，采用扫描电镜难以对其存在与否进行准确识别，实际操作中借助镁元素的存在情况来判定含硼矿物的相关情况。浸出前后样品微观形貌如图12～13所示。对比分析发现，硼元素被成功浸出，镁元素依旧残留在渣中，浸出后镁以氢氧化镁形式存在，这是铁精矿品位难以进一步提升的根本原因。

浸出母液及洗涤液化学成分分析结果如表4所示。由表4可知，B₂O₃和S均进入浸出母液，含量分别达到了19 160和2 490 mg/L。MgO含量低于0.1 mg/L，进一步佐证了镁并未进入浸出母液。

整个工艺中，遂安石会与碱发生化学反应，生成硼酸钠及氢氧化镁沉淀，生成的氢氧化镁沉淀最终会进入浸出渣，这使得铁品位无法进一步提升，化学反应方程式为：

3　结论

收起

1）采用活化焙烧-浸出工艺实现了含硼铁精矿中硼与铁的有效分离，一方面将含硼铁精矿中极具利用价值的硼元素成功提取出来，实现资源的有效回收利用；另一方面，降低了铁精矿中有害元素硫的含量，有效提升铁精矿品质。

2）活化焙烧-浸出适宜的工艺条件为：中性气氛、焙烧温度650 ℃、焙烧时间90 min、焙烧矿磨矿细度-0.075 mm粒级占83.28%、浸出温度100 ℃、液固比3∶1、浸出时间60 min、浸出剂氢氧化钠浓度15%、搅拌速度180 r/min。该条件下可获得B₂O₃浸出率94.62%的浸出母液，浸出渣经常规磁选可获得TFe品位54.94%、B₂O₃含量0.24%、S含量0.077%的铁精矿。

3）浸出过程中，遂安石有较高的反应活性，容易与氢氧化钠发生化学反应，生成氢氧化镁沉淀，这是铁精矿品位难以继续提升的主要原因。

基金

收起

国家重点研发计划(2020YFC1909802)

参考文献

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文献

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排序方式：

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2025年第45卷第3期

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doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.03.022

接收时间：2025-01-15
首发时间：2026-03-19
出版时间：2025-06-01

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收稿日期：2025-01-15

基金

国家重点研发计划(2020YFC1909802)

作者信息

长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南　长沙　410012

通讯作者:

陈雯（1965—），女，四川资阳人，博士，教授，博士研究生导师，主要研究方向为铁矿石选冶。E-mail：chen_wen@vip.sina.com

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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铁物相	含量（质量分数）/%	分布率/%
磁铁矿中铁	44.40	94.17
硅酸铁中铁	1.27	2.69
碳酸铁中铁	0.80	1.70
磁黄铁矿中铁	0.48	1.02
黄铁矿中铁	0.10	0.21
赤褐铁矿中铁	0.10	0.21
合计	47.15	100.00

铁物相

含量（质量分数）/%

分布率/%

磁铁矿中铁

44.40

94.17

硅酸铁中铁

1.27

2.69

碳酸铁中铁

0.80

1.70

磁黄铁矿中铁

0.48

1.02

黄铁矿中铁

0.10

0.21

赤褐铁矿中铁

0.10

0.21

合计

47.15

100.00

化学成分	浓度/（mg·L^-1）
Fe	1.33	2.52
B₂O₃	19 160	1 910
SiO₂	2 200	224.22
Al₂O₃	181.15	12.11
CaO	9.11	8.23
MgO	<0.1	<0.1
K	150.95	18.41
Na	107 240	10 170
P	3.70	2.16
S	2 490	250

化学成分

浓度/（mg·L^-1）

浸出母液

洗涤液

1.33

2.52

B₂O₃

19 160

1 910

SiO₂

2 200

224.22

Al₂O₃

181.15

12.11

CaO

9.11

8.23

MgO

<0.1

150.95

18.41

107 240

10 170

3.70

2.16

2 490

250

Fe	B₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	Ca	Mg	Mn
47.15	6.58	6.48	0.52	0.21	8.41	0.074
K₂O	Na₂O	P	S	C	烧失
0.10	0.044	0.020	0.83	0.26	2.96

Fe	B₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	Ca	Mg	Mn
47.15	6.58	6.48	0.52	0.21	8.41	0.074
K₂O	Na₂O	P	S	C	烧失
0.10	0.044	0.020	0.83	0.26	2.96

磁铁矿	硼镁石	硼铁矿	磁黄铁矿	黄铁矿	蛇纹石	金云母
58.13	13.63	5.52	1.26	1.13	13.40	1.11
黑云母	镁菱铁矿	绿泥石	角闪石	白云石	其他
0.45	1.80	1.20	1.27	0.85	0.25

磁铁矿	硼镁石	硼铁矿	磁黄铁矿	黄铁矿	蛇纹石	金云母
58.13	13.63	5.52	1.26	1.13	13.40	1.11
黑云母	镁菱铁矿	绿泥石	角闪石	白云石	其他
0.45	1.80	1.20	1.27	0.85	0.25

Fe	B₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	Ca	Mg	Mn
47.15	6.58	6.48	0.52	0.21	8.41	0.074
K₂O	Na₂O	P	S	C	烧失
0.10	0.044	0.020	0.83	0.26	2.96