本發(fā)明涉及能源化工領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及處理硼鐵礦的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

硼礦是一種稀缺的礦產(chǎn)資源，以硼礦為原料生產(chǎn)的硼砂、硼酸及其他硼化合物，廣泛用于化工、冶金、光學(xué)玻璃、醫(yī)藥、輕工、國(guó)防軍工、航天航空及核工業(yè)等領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)硼工業(yè)主要以硼鎂礦為主要原料，目前可用硼鎂礦已接近枯竭，硼鐵礦占我國(guó)硼資源的58％，是硼鎂礦重要的替代資源，但因其礦相結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工處理難度大，至今尚未大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。運(yùn)用濕法冶金的方法處理硼鐵礦，可實(shí)現(xiàn)硼和鐵的分離，但酸耗大、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重。傳統(tǒng)的火法工藝盡管可以獲得較高的硼和鐵的分離度，但尾渣存在硼含量低、堿浸出率低的問(wèn)題。

因此，改進(jìn)現(xiàn)有的處理硼鐵礦的手段，對(duì)于緩解我國(guó)硼資源供需緊張局面具有重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出處理硼鐵礦的系統(tǒng)和方法。采用該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)硼鐵礦中B₂O₃與鐵的綜合回收利用，制備得到高品位、高活性的B₂O₃，且冶煉工藝節(jié)能效果明顯，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質(zhì)，可減少CO₂排放約80％，具有顯著的環(huán)境效益。

在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種處理硼鐵礦的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該系統(tǒng)包括：造球裝置，所述造球裝置具有硼鐵精礦入口、粘結(jié)劑入口和生球團(tuán)出口；焙燒裝置，所述焙燒裝置具有生球團(tuán)入口和氧化球團(tuán)出口，所述生球團(tuán)入口與所述生球團(tuán)出口相連；氣基豎爐，所述氣基豎爐內(nèi)由上至下依次為預(yù)熱段、中溫預(yù)還原段和高溫還原段，所述預(yù)熱段具有氧化球團(tuán)入口和爐頂氣出口，所述高溫還原段具有金屬化球團(tuán)出口和還原氣入口，所述氧化球團(tuán)入口與所述氧化球團(tuán)出口相連；水冷裝置，所述水冷裝置內(nèi)具有依次相連的第一冷卻腔室、第二冷卻腔室和第三冷卻腔室，所述第一冷卻腔室具有金屬化球團(tuán)入口，所述第三冷卻腔室具有冷卻金屬化球團(tuán)出口，所述金屬化球團(tuán)入口與所述金屬化球團(tuán)出口相連；以及磨礦磁選裝置，所述磨礦磁選裝置具有冷卻金屬化球團(tuán)入口、金屬鐵粉出口和富硼尾礦出口，所述冷卻金屬化球團(tuán)入口與所述冷卻金屬化球團(tuán)出口相連。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)通過(guò)造球裝置將硼鐵精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合造球，得到生球團(tuán)，將生球團(tuán)供給至焙燒裝置進(jìn)行焙燒處理，以便使硼鐵礦中的氧化亞鐵等鐵氧化物轉(zhuǎn)化為氧化鐵的形式，得到氧化球團(tuán)，然后采用氣基豎爐利用還原氣對(duì)氧化球團(tuán)進(jìn)行還原處理，得到金屬化球團(tuán)，金屬化球團(tuán)由氣基豎爐排出后進(jìn)入水冷裝置進(jìn)行三段式直接水冷，經(jīng)水冷后的金屬化球團(tuán)進(jìn)入磨礦磁選裝置進(jìn)行磨礦磁選，即可得到金屬鐵粉和富硼尾礦。采用該系統(tǒng)處理硼鐵礦，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質(zhì)，從而可以有效地提高制備得到的B₂O₃的品位和活性，同時(shí)全流程無(wú)高溫條件，避免了高溫及降溫過(guò)程對(duì)硼活性的不利影響，此外，采用該系統(tǒng)可以減少CO₂排放約80％，節(jié)能減排效果明顯，具有顯著的環(huán)境效益。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述處理硼鐵礦的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：淋洗裝置，所述淋洗裝置具有焦?fàn)t煤氣入口和爐頂氣入口，所述爐頂氣入口與所述爐頂氣出口相連；加壓裝置，所述加壓裝置與所述淋洗裝置相連；預(yù)熱裝置，所述預(yù)熱裝置分別與所述加壓裝置和所述還原氣入口相連。由此，可以通過(guò)淋洗裝置對(duì)氣基豎爐的爐頂氣進(jìn)行凈化，經(jīng)過(guò)凈化的爐頂氣與焦?fàn)t煤氣混合后經(jīng)加壓裝置加壓、預(yù)熱裝置加熱后作為還原氣返回氣基豎爐進(jìn)行還原處理，從而可以顯著降低工藝的CO₂排放，熱效率高，節(jié)能效果明顯。

在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出了一種采用前面實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)處理硼鐵礦的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：(1)將硼鐵精礦與粘結(jié)劑供給至造球裝置進(jìn)行混合造球，以便得到生球團(tuán)；(2)將所述生球團(tuán)供給至焙燒裝置進(jìn)行焙燒處理，以便得到氧化球團(tuán)；(3)將所述氧化球團(tuán)與還原氣供給至氣基豎爐進(jìn)行還原處理，以便得到金屬化球團(tuán)和爐頂氣；(4)將所述金屬化球團(tuán)供給至水冷裝置進(jìn)行三段式直接水冷處理；以及(5)將經(jīng)過(guò)所述三段式直接水冷處理的金屬化球團(tuán)供給至磨礦磁選裝置進(jìn)行磨礦磁選，以便得到金屬鐵粉和富硼尾礦。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理硼鐵礦的方法通過(guò)造球裝置將硼鐵精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合造球，得到生球團(tuán)，將生球團(tuán)供給至焙燒裝置進(jìn)行焙燒處理，以便使硼鐵礦中的氧化亞鐵等鐵氧化物轉(zhuǎn)化為氧化鐵的形式，得到氧化球團(tuán)，然后采用氣基豎爐利用還原氣對(duì)氧化球團(tuán)進(jìn)行還原處理，得到金屬化球團(tuán)，金屬化球團(tuán)由氣基豎爐排出后進(jìn)入水冷裝置進(jìn)行三段式直接水冷，經(jīng)水冷后的金屬化球團(tuán)進(jìn)入磨礦磁選裝置進(jìn)行磨礦磁選，即可得到金屬鐵粉和富硼尾礦。采用該方法處理硼鐵礦，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質(zhì)，從而可以有效地提高制備得到的B₂O₃的品位和活性，同時(shí)全流程無(wú)高溫條件，避免了高溫及降溫過(guò)程對(duì)硼活性的不利影響，此外，采用該方法可以減少CO₂排放約80％，節(jié)能減排效果明顯，具有顯著的環(huán)境效益。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的處理硼鐵礦的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(1)中，所述硼鐵精礦與所述粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(98.5～99.5):(0.5～1.5)。由此，可以顯著提高制備得到的生球團(tuán)的成型效果，從而提高后續(xù)還原處理得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述硼鐵精礦和所述粘結(jié)劑中的粒徑小于0.149mm的顆粒含量不低于80重量％。由此，可以保證所述硼鐵精礦和所述粘結(jié)劑具有較大的比表面積，從而顯著提高后續(xù)焙燒處理和還原處理的效率。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(2)中，所述焙燒處理進(jìn)一步包括：將所述生球團(tuán)進(jìn)行干燥；將經(jīng)過(guò)所述干燥的生球團(tuán)在850～950攝氏度下進(jìn)行預(yù)熱10～20min；將經(jīng)過(guò)所述預(yù)熱的生球團(tuán)在1150～1250攝氏度下進(jìn)行焙燒10～15min。由此，可有效提高球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(3)中，按照下列步驟進(jìn)行所述還原處理：使所述氧化球團(tuán)依次經(jīng)過(guò)所述氣基豎爐的預(yù)熱段、中溫預(yù)還原段和高溫還原段，其中，所述中溫預(yù)還原段的溫度為850～950攝氏度，所述高溫還原段的溫度為950～1050攝氏度。由此，可以有效地將硼鐵礦中的鐵氧化物還原為金屬鐵。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述還原氣的溫度為950～1050攝氏度，壓力為0.2～0.5MPa。由此，可以進(jìn)一步有效地將硼鐵礦中的鐵氧化物還原為金屬鐵。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述處理硼鐵礦的方法進(jìn)一步包括：將所述爐頂氣返回與所述還原氣混合進(jìn)行再利用。由此，可以顯著提高工藝中還原氣的利用率，并降低減少CO₂排放。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(4)中，所述三段式直接水冷處理包括：將所述金屬化球團(tuán)進(jìn)行第一冷卻至溫度為400～500攝氏度，進(jìn)行第二冷卻至溫度為200～300攝氏度，進(jìn)行第三冷卻至溫度為100攝氏度以下。由此，可以將所述金屬化球團(tuán)快速冷卻，顯著降低所述金屬化球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度，從而可以降低后續(xù)磨礦處理所需的能耗。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟(4)中，在進(jìn)行所述磁選前預(yù)先將所述金屬化球團(tuán)進(jìn)行破碎和細(xì)磨至粒徑小于0.074mm粉末含量為80～90重量％。由此，可以顯著提高磁選處理的效率。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理硼鐵礦的方法流程示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的處理硼鐵礦的方法流程示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的處理硼鐵礦的方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種處理硼鐵礦的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參考圖1，該系統(tǒng)包括：造球裝置100、焙燒裝置200、氣基豎爐300、水冷裝置400和磨礦磁選裝置500。其中，造球裝置100具有硼鐵精礦入口101、粘結(jié)劑入口102和生球團(tuán)出口103；焙燒裝置200具有生球團(tuán)入口201和氧化球團(tuán)出口202，生球團(tuán)入口201與生球團(tuán)出口103相連；氣基豎爐300內(nèi)由上至下依次為預(yù)熱段310、中溫預(yù)還原段320和高溫還原段330，預(yù)熱段310具有氧化球團(tuán)入口301和爐頂氣出口302，高溫還原段330具有金屬化球團(tuán)出口303和還原氣入口304，氧化球團(tuán)入口301與氧化球團(tuán)出口202相連；水冷裝置400內(nèi)具有依次相連的第一冷卻腔室410、第二冷卻腔室420和第三冷卻腔室430，第一冷卻腔室410具有金屬化球團(tuán)入口401，第三冷卻腔室430具有冷卻金屬化球團(tuán)出口402，金屬化球團(tuán)入口401與金屬化球團(tuán)出口303相連；磨礦磁選裝置500具有冷卻金屬化球團(tuán)入口501、金屬鐵粉出口502和富硼尾礦出口503，冷卻金屬化球團(tuán)入口501與冷卻金屬化球團(tuán)出口402相連。

下面參考圖1～2對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述：

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，造球裝置100具有硼鐵精礦入口101、粘結(jié)劑入口102和生球團(tuán)出口103，造球裝置100適于將硼鐵精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合造球，以便得到生球團(tuán)。具體地，硼鐵礦約占我國(guó)硼資源的58％，是硼鎂礦重要的替代資源，但硼鐵礦礦相結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工處理難度大，至今尚未大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，探索改進(jìn)硼鐵礦利用手段，對(duì)于緩解我國(guó)硼資源供需緊張的局面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義，本發(fā)明所采用的硼鐵精礦中鐵品位在30～60wt％，B₂O₃含量在3～8wt％。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在對(duì)硼鐵礦進(jìn)行處理前，可以先將硼鐵精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行破碎，經(jīng)過(guò)破碎的硼鐵精礦和粘結(jié)劑的粒徑并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以將硼鐵精礦和粘結(jié)劑破碎至中粒徑小于0.149mm的粉末含量不低于80重量％。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將硼鐵精礦和粘結(jié)劑破碎至上述粒徑，可以有效地提二者的比表面積，從而顯著提高后續(xù)焙燒處理和還原處理的效率，而如果將硼鐵精礦和粘結(jié)劑破碎至更小粒徑，則會(huì)使破碎處理的能耗增大。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，粘結(jié)劑的種類并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，粘結(jié)劑可以為膨潤(rùn)土，由此，可以現(xiàn)在提高制備得到的生球團(tuán)的成型效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于混合造球的硼鐵精礦和粘結(jié)劑的配比并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，硼鐵精礦和粘結(jié)劑的質(zhì)量比可以為(98.5～99.5):(0.5～1.5)，由此，可以進(jìn)一步提高制備得到的生球團(tuán)的成型效果，并且顯著提高后續(xù)制備得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，焙燒裝置200具有生球團(tuán)入口201和氧化球團(tuán)出口202，生球團(tuán)入口201與生球團(tuán)出口103相連，焙燒裝置200適于將生球團(tuán)進(jìn)行焙燒處理，以便得到氧化球團(tuán)。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)進(jìn)行焙燒處理，可以將硼鐵礦中以不同形成存在的鐵氧化為Fe₂O₃的形式，以便降低后續(xù)還原過(guò)程中球團(tuán)膨脹性能，使生產(chǎn)順行。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，焙燒處理可以進(jìn)一步包括：將生球團(tuán)進(jìn)行干燥；將經(jīng)過(guò)干燥的生球團(tuán)在850～950攝氏度下進(jìn)行預(yù)熱10～20min；將經(jīng)過(guò)預(yù)熱的生球團(tuán)在1150～1250攝氏度下進(jìn)行焙燒10～20min。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將生球團(tuán)進(jìn)行干燥，可以有效地除去生球團(tuán)中的水分，從而減少焙燒處理中大量水分揮發(fā)造成的熱量浪費(fèi)。進(jìn)而將經(jīng)過(guò)干燥的生球團(tuán)在850～950攝氏度下進(jìn)行預(yù)熱10～20min后，在1150～1250攝氏度下進(jìn)行焙燒10～20min，可以有效地將硼鐵礦中以不同形成存在的鐵氧化為Fe₂O₃的形式，以便降低后續(xù)還原過(guò)程中球團(tuán)膨脹性能，使生產(chǎn)順行。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，氣基豎爐300內(nèi)由上至下依次為預(yù)熱段310、中溫預(yù)還原段320和高溫還原段330，預(yù)熱段310具有氧化球團(tuán)入口301和爐頂氣出口302，高溫還原段330具有金屬化球團(tuán)出口303和還原氣入口304，氧化球團(tuán)入口301與氧化球團(tuán)出口202相連，氣基豎爐300適于利用還原氣對(duì)氧化球團(tuán)進(jìn)行還原處理，以便得到金屬化球團(tuán)。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以將氧化球團(tuán)從氣基豎爐頂部的預(yù)熱段裝入，使氧化球團(tuán)依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱段、中溫預(yù)還原段和高溫還原段，并與從氣基豎爐底部的高溫還原段通入的還原氣逆向接觸，還原得到金屬化球團(tuán)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，氣基豎爐無(wú)需冷卻段，由此可以簡(jiǎn)化氣基豎爐的結(jié)構(gòu)，降低成本。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，氣基豎爐中溫預(yù)還原段的溫度可以為850～950攝氏度，高溫還原段的溫度可以為950～1050攝氏度，由此，可以顯著提高制備得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，還原處理進(jìn)行的時(shí)間可以為2～4h，由此，可以進(jìn)一步提高制備得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還原氣的壓力并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，還原氣的壓力可以為0.2～0.5MPa，由此，可以進(jìn)一步提高制備得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

參考圖2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：淋洗裝置600、加壓裝置700和預(yù)熱裝置800。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于對(duì)氧化球團(tuán)進(jìn)行還原處理的還原氣可以為焦?fàn)t煤氣和氣基豎爐爐頂氣的混合氣，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將爐頂氣處理后返回氣基豎爐進(jìn)行重復(fù)利用，可以減少CO₂排放約80％，由此可以進(jìn)一步挺高系統(tǒng)的節(jié)能減排效益。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，淋洗裝置600具有焦?fàn)t煤氣入口601和爐頂氣入口602，爐頂氣入口602與爐頂氣出口302相連，淋洗裝置600適于對(duì)氣基豎爐300中產(chǎn)生的爐頂氣進(jìn)行除塵、降溫，以便對(duì)爐頂氣進(jìn)行重復(fù)利用。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，加壓裝置700與淋洗裝置600相連，加壓裝置700適于對(duì)經(jīng)過(guò)除塵、降溫的爐頂氣與焦?fàn)t煤氣的混合還原氣進(jìn)行加壓處理。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，預(yù)熱裝置800分別與加壓裝置700和還原氣入口304相連，預(yù)熱裝置800適于對(duì)爐頂氣與焦?fàn)t煤氣的混合還原氣進(jìn)行預(yù)熱。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，預(yù)熱裝置可以為管式爐，可以通過(guò)設(shè)置于其中的蓄熱式輻射管將混和還原氣預(yù)熱至950～1050攝氏度，進(jìn)而將混和還原氣返回氣基豎爐加以利用。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，水冷裝置400內(nèi)具有依次相連的第一冷卻腔室410、第二冷卻腔室420和第三冷卻腔室430，第一冷卻腔室410具有金屬化球團(tuán)入口401，第三冷卻腔室430具有冷卻金屬化球團(tuán)出口402，金屬化球團(tuán)入口401與金屬化球團(tuán)出口303相連，水冷裝置400適于將金屬化球團(tuán)進(jìn)行三段式直接水冷處理，以便將金屬化球團(tuán)快速冷卻。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，金屬化球團(tuán)進(jìn)入水冷裝置的第一冷卻腔室后，經(jīng)第一冷卻處理溫度可降至400～500攝氏度，隨后進(jìn)入第二冷卻腔室進(jìn)而第二冷卻處理，溫度降至200～300攝氏度，最后經(jīng)過(guò)第三冷卻腔室的第三冷卻處理，溫度降至100攝氏度以下。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用冷卻裝置對(duì)金屬化球團(tuán)進(jìn)行三段式直接水冷，可以將金屬化球團(tuán)快速冷卻，使其抗壓強(qiáng)度顯著降低，有利于后續(xù)對(duì)金屬化球團(tuán)的破碎、磨礦處理，同時(shí)，采用三段式直接水冷還可以減少水的用量，節(jié)約資源。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，磨礦磁選裝置500具有冷卻金屬化球團(tuán)入口501、金屬鐵粉出口502和富硼尾礦出口503，冷卻金屬化球團(tuán)入口501與冷卻金屬化球團(tuán)出口402相連，磨礦磁選裝置500適于將經(jīng)過(guò)述三段式直接水冷處理的金屬化球團(tuán)進(jìn)行磨礦磁選，以便得到金屬鐵粉和富硼尾礦。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在進(jìn)行磁選前可以預(yù)先將金屬化球團(tuán)進(jìn)行破碎和細(xì)磨至粒徑小于0.074mm粉末含量為80～90重量％，由此可以顯著提高磁選的效率，并且使金屬鐵粉與富硼尾礦分離充分，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于經(jīng)過(guò)三段式直接水冷處理的金屬化球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度低，所以并不需要過(guò)高的磨礦能耗，即可有效地將金屬化球團(tuán)破碎和細(xì)磨至粒徑小于0.074mm粉末含量為80～90重量％。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，磁選是在50～80mT的磁場(chǎng)強(qiáng)度下進(jìn)行的，由于預(yù)先將金屬化球團(tuán)磨礦至較小的粒徑，所以在上述較低的磁場(chǎng)強(qiáng)度下即可有效地將金屬鐵粉和富硼尾礦充分分離。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)通過(guò)造球裝置將硼鐵精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合造球，得到生球團(tuán)，將生球團(tuán)供給至焙燒裝置進(jìn)行焙燒處理，以便使硼鐵礦中的氧化亞鐵等鐵氧化物轉(zhuǎn)化為氧化鐵的形式，得到氧化球團(tuán)，然后采用氣基豎爐利用還原氣對(duì)氧化球團(tuán)進(jìn)行還原處理，得到金屬化球團(tuán)，其中，還原氣可以為氣基豎爐爐頂氣與焦?fàn)t煤氣的混合氣，由此可以降低系統(tǒng)的CO₂排放約80％；金屬化球團(tuán)由氣基豎爐排出后進(jìn)入水冷裝置進(jìn)行三段式直接水冷，經(jīng)水冷后的金屬化球團(tuán)具有較低的抗壓強(qiáng)度，易于破碎、細(xì)磨，進(jìn)入磨礦磁選裝置進(jìn)行磨礦磁選，即可得到金屬鐵粉和富硼尾礦。采用該系統(tǒng)處理硼鐵礦，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質(zhì)，從而可以有效地提高制備得到的B₂O₃的品位和活性，同時(shí)全流程無(wú)高溫條件，避免了高溫及降溫過(guò)程對(duì)硼活性的不利影響，經(jīng)計(jì)算，采用該系統(tǒng)對(duì)硼鐵礦中的硼和鐵進(jìn)行綜合回收利用，鐵的回收率不低于90％，品位不低于92％，滿足煉鋼用直接還原鐵的標(biāo)準(zhǔn)，可以作為煉鋼原料，硼的回收率不低于93％，所得富硼尾礦中B₂O₃的含量不低于12wt％，活性不低于90％，可以用作進(jìn)一步提硼的原料。

在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出了一種采用前面實(shí)施例的處理硼鐵礦的系統(tǒng)處理硼鐵礦的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：(1)將硼鐵精礦與粘結(jié)劑供給至造球裝置進(jìn)行混合造球，以便得到生球團(tuán)；(2)將生球團(tuán)供給至焙燒裝置進(jìn)行焙燒處理，以便得到氧化球團(tuán)；(3)將氧化球團(tuán)與還原氣供給至氣基豎爐進(jìn)行還原處理，以便得到金屬化球團(tuán)和爐頂氣；(4)將金屬化球團(tuán)供給至水冷裝置進(jìn)行三段式直接水冷處理；以及(5)將經(jīng)過(guò)三段式直接水冷處理的金屬化球團(tuán)供給至磨礦磁選裝置進(jìn)行磨礦磁選，以便得到金屬鐵粉和富硼尾礦。

下面對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理硼鐵礦的方法進(jìn)行詳細(xì)描述，參考圖3～4，該方法包括：

S100：混合造球

該步驟中，將硼鐵精礦與粘結(jié)劑供給至造球裝置進(jìn)行混合造球，以便得到生球團(tuán)。具體地，硼鐵礦約占我國(guó)硼資源的58％，是硼鎂礦重要的替代資源，但硼鐵礦礦相結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工處理難度大，至今尚未大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，探索改進(jìn)硼鐵礦利用手段，對(duì)于緩解我國(guó)硼資源供需緊張的局面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義，本發(fā)明所采用的硼鐵精礦中鐵品位在30～60wt％，B₂O₃含量在3～8wt％。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在對(duì)硼鐵礦進(jìn)行處理前，可以先將硼鐵精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行破碎，經(jīng)過(guò)破碎的硼鐵精礦和粘結(jié)劑的粒徑并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以將硼鐵精礦和粘結(jié)劑破碎至中粒徑小于0.149mm的粉末含量不低于80重量％。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將硼鐵精礦和粘結(jié)劑破碎至上述粒徑，可以有效地提二者的比表面積，從而顯著提高后續(xù)焙燒處理和還原處理的效率，而如果將硼鐵精礦和粘結(jié)劑破碎至更小粒徑，則會(huì)使破碎處理的能耗增大。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，粘結(jié)劑的種類并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，粘結(jié)劑可以為膨潤(rùn)土，由此，可以現(xiàn)在提高制備得到的生球團(tuán)的成型效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于混合造球的硼鐵精礦和粘結(jié)劑的配比并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，硼鐵精礦和粘結(jié)劑的質(zhì)量比可以為(98.5～99.5):(0.5～1.5)，由此，可以進(jìn)一步提高制備得到的生球團(tuán)的成型效果，并且顯著提高后續(xù)制備得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

S200：焙燒處理

該步驟中，將生球團(tuán)供給至焙燒裝置進(jìn)行焙燒處理，以便得到氧化球團(tuán)。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)進(jìn)行焙燒處理，可以將硼鐵礦中以不同形成存在的硼氧化為B₂O₃的形式，以便通過(guò)后續(xù)熔分處理將B₂O₃與金屬鐵分離。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，焙燒處理可以進(jìn)一步包括：將生球團(tuán)進(jìn)行干燥；將經(jīng)過(guò)干燥的生球團(tuán)在850～950攝氏度下進(jìn)行預(yù)熱10～20min；將經(jīng)過(guò)預(yù)熱的生球團(tuán)在1150～1250攝氏度下進(jìn)行焙燒10～20min。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將生球團(tuán)進(jìn)行干燥，可以有效地除去生球團(tuán)中的水分，從而減少焙燒處理中大量水分揮發(fā)造成的熱量浪費(fèi)。進(jìn)而將經(jīng)過(guò)干燥的生球團(tuán)在850～950攝氏度下進(jìn)行預(yù)熱10～20min后，在1150～1250攝氏度下進(jìn)行焙燒10～20min，可以有效地將硼鐵礦中以不同形成存在的鐵氧化為Fe₂O₃的形式，以便降低后續(xù)還原過(guò)程中球團(tuán)膨脹性能，使生產(chǎn)順行。

S300：還原處理

該步驟中，將氧化球團(tuán)與還原氣供給至氣基豎爐進(jìn)行還原處理，以便得到金屬化球團(tuán)和爐頂氣。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，氣基豎爐內(nèi)由上至下依次為預(yù)熱段、中溫預(yù)還原段和高溫還原段，氣基豎爐適于利用還原氣對(duì)氧化球團(tuán)進(jìn)行還原處理，以便得到金屬化球團(tuán)。具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以將氧化球團(tuán)從氣基豎爐頂部的預(yù)熱段裝入，使氧化球團(tuán)依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱段、中溫預(yù)還原段和高溫還原段，并與從氣基豎爐底部的高溫還原段通入的還原氣逆向接觸，還原得到金屬化球團(tuán)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，氣基豎爐無(wú)需冷卻段，由此可以簡(jiǎn)化氣基豎爐的結(jié)構(gòu)，降低成本。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，氣基豎爐中溫預(yù)還原段的溫度可以為850～950攝氏度，高溫還原段的溫度可以為950～1050攝氏度，由此，可以顯著提高制備得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，還原處理進(jìn)行的時(shí)間可以為2～4h，由此，可以進(jìn)一步提高制備得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還原氣的壓力并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，還原氣的壓力可以為0.2～0.5MPa，由此，可以進(jìn)一步提高制備得到的金屬化球團(tuán)的金屬化率。

S310：爐頂氣重復(fù)利用

該步驟中，將爐頂氣返回與還原氣混合進(jìn)行再利用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于對(duì)氧化球團(tuán)進(jìn)行還原處理的還原氣可以為焦?fàn)t煤氣和氣基豎爐爐頂氣的混合氣，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將爐頂氣處理后返回氣基豎爐進(jìn)行重復(fù)利用，可以減少CO₂排放約80％，由此可以進(jìn)一步挺高工藝的節(jié)能減排效益。

具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，氣基豎爐的爐頂氣排出后，首先進(jìn)入淋洗裝置，淋洗裝置適于對(duì)爐頂氣進(jìn)行除塵、降溫，以便對(duì)爐頂氣進(jìn)行重復(fù)利用，進(jìn)而，經(jīng)過(guò)除塵、降溫的爐頂氣進(jìn)入加壓裝置與焦?fàn)t煤氣混合、加壓，得到混和還原氣，最后，混和還原氣進(jìn)入預(yù)熱裝置進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，預(yù)熱裝置可以為管式爐，可以通過(guò)設(shè)置于其中的蓄熱式輻射管將混和還原氣預(yù)熱至950～1050攝氏度，進(jìn)而將混和還原氣返回氣基豎爐加以利用。

S400：水冷處理

該步驟中，將金屬化球團(tuán)供給至水冷裝置進(jìn)行三段式直接水冷處理。具體地，水冷裝置包括依次相連的第一冷卻腔室、第二冷卻腔室和第三冷卻腔室。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，金屬化球團(tuán)進(jìn)入水冷裝置的第一冷卻腔室后，經(jīng)第一冷卻處理溫度可降至400～500攝氏度，隨后進(jìn)入第二冷卻腔室進(jìn)而第二冷卻處理，溫度降至200～300攝氏度，最后經(jīng)過(guò)第三冷卻腔室的第三冷卻處理，溫度降至100攝氏度以下。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用冷卻裝置對(duì)金屬化球團(tuán)進(jìn)行三段式直接水冷，可以將金屬化球團(tuán)快速冷卻，使其抗壓強(qiáng)度顯著降低，有利于后續(xù)對(duì)金屬化球團(tuán)的破碎、磨礦處理，同時(shí)，采用三段式直接水冷還可以減少水的用量，節(jié)約資源。

S500：磨礦磁選

該步驟中，將經(jīng)過(guò)三段式直接水冷處理的金屬化球團(tuán)供給至磨礦磁選裝置進(jìn)行磨礦磁選，以便得到金屬鐵粉和富硼尾礦。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在進(jìn)行磁選前可以預(yù)先將金屬化球團(tuán)進(jìn)行破碎和細(xì)磨至粒徑小于0.074mm粉末含量為80～90重量％，由此可以顯著提高磁選的效率，并且使金屬鐵粉與富硼尾礦分離充分，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于經(jīng)過(guò)三段式直接水冷處理的金屬化球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度低，所以并不需要過(guò)高的磨礦能耗，即可有效地將金屬化球團(tuán)破碎和細(xì)磨至粒徑小于0.074mm粉末含量為80～90重量％。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，磁選是在50～80mT的磁場(chǎng)強(qiáng)度下進(jìn)行的，由于預(yù)先將金屬化球團(tuán)磨礦至較小的粒徑，所以在上述較低的磁場(chǎng)強(qiáng)度下即可有效地將金屬鐵粉和富硼尾礦充分分離。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理硼鐵礦的方法統(tǒng)通過(guò)造球裝置將硼鐵精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合造球，得到生球團(tuán)，將生球團(tuán)供給至焙燒裝置進(jìn)行焙燒處理，以便使硼鐵礦中的氧化亞鐵等鐵氧化物轉(zhuǎn)化為氧化鐵的形式，得到氧化球團(tuán)，然后采用氣基豎爐利用還原氣對(duì)氧化球團(tuán)進(jìn)行還原處理，得到金屬化球團(tuán)，其中，還原氣可以為氣基豎爐爐頂氣與焦?fàn)t煤氣的混合氣，由此可以降低工藝的CO₂排放約80％；金屬化球團(tuán)由氣基豎爐排出后進(jìn)入水冷裝置進(jìn)行三段式直接水冷，經(jīng)水冷后的金屬化球團(tuán)具有較低的抗壓強(qiáng)度，易于破碎、細(xì)磨，進(jìn)入磨礦磁選裝置進(jìn)行磨礦磁選，即可得到金屬鐵粉和富硼尾礦。采用該方法處理硼鐵礦，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質(zhì)，從而可以有效地提高制備得到的B₂O₃的品位和活性，同時(shí)全流程無(wú)高溫條件，避免了高溫及降溫過(guò)程對(duì)硼活性的不利影響，經(jīng)計(jì)算，采用該方法對(duì)硼鐵礦中的硼和鐵進(jìn)行綜合回收利用，鐵的回收率不低于90％，品位不低于92％，滿足煉鋼用直接還原鐵的標(biāo)準(zhǔn)，可以作為煉鋼原料，硼的回收率不低于93％，所得富硼尾礦中B₂O₃的含量不低于12wt％，活性不低于90％，可以用作進(jìn)一步提硼的原料。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，需要說(shuō)明的是，這些實(shí)施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實(shí)施例1

參考圖5，按照下列步驟處理硼鐵礦：

原料為粒徑不高于0.074mm占80wt％的硼鐵礦精礦粉，其中含32.36wt％的TFe和6.38wt％的B₂O₃。將99wt％的硼鐵礦精礦粉和1.0wt％的膨潤(rùn)土混合均勻后，制成直徑8～15mm的生球團(tuán)，經(jīng)干燥、1150℃焙燒后裝入氣基豎爐，在1050℃的豎爐內(nèi)還原3h。還原氣為焦?fàn)t煤氣與豎爐爐頂氣的混合氣，其中還原氣壓力為0.4MPa。由豎爐排出的金屬化球團(tuán)金屬化率為95.18％，先后經(jīng)水冷、破碎、磨礦、磁選分離得到高含鐵量的金屬鐵粉和富硼尾礦。磁選結(jié)果為金屬鐵粉的全鐵含量為92.61wt％，鐵的回收率為90.86％；含硼尾礦中B₂O₃品位12.18％，回收率為93.36％，活性為91.23％。

實(shí)施例2

參考圖5，按照下列步驟處理硼鐵礦：

原料為粒徑不高于0.074mm占90wt％的硼鐵礦精礦粉，其中含53.86wt％的TFe和5.66wt％的B₂O₃。將99wt％的硼鐵礦精礦粉和1.0wt％的膨潤(rùn)土混合均勻后，制成直徑8～15mm的生球團(tuán)，經(jīng)干燥、1150℃焙燒后裝入氣基豎爐，在1000℃的豎爐內(nèi)還原4h。還原氣為焦?fàn)t煤氣與豎爐爐頂氣的混合氣，其中還原氣壓力為0.3MPa。由豎爐排出的金屬化球團(tuán)金屬化率為96.38％，先后經(jīng)水冷、破碎、磨礦、磁選分離得到高含鐵量的金屬鐵粉和富硼尾礦。磁選結(jié)果為金屬鐵粉的全鐵含量為93.26wt％，鐵的回收率為94.37％；含硼尾礦中B₂O₃品位21.56％，回收率為94.69％，活性為92.16％。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。