简论硼砂生产过程中的矿石煅烧

于长水

（辽宁首钢硼铁有限责任公司，辽宁凤城118100）

简论硼砂生产过程中的矿石煅烧

于长水

（辽宁首钢硼铁有限责任公司，辽宁凤城118100）

在采用碳碱法制备硼砂时，必须先对硼矿石进行活化煅烧。煅烧的目的是改变矿石结构，将矿石中难以用碳解方式分解的硼镁石高温转化为易于分解的遂安石。介绍了矿石煅烧的几种方法、矿石煅烧的温度范围、硼铁矿石的煅烧。指出粉体闪速煅烧因单套装置生产能力大且机械化程度高、煅烧温度及生产状况易于控制、产品熟矿粉质量好且稳定等诸多优点而具有发展前景；硼镁石转化为遂安石的温度范围为620～800℃，硼镁石中含镁愈高煅烧温度区间愈宽且偏高，含铁愈高煅烧温度区间愈窄且偏低；对于单纯的硼铁矿石，目前的煅烧方式不能使其结构发生改变。

硼镁石；煅烧；遂安石；活性

1 矿石煅烧目的

目前，中国大量使用的硼矿石的种类大致可分为天然硼砂矿石、柱硼镁石、硼镁石以及硼镁石与硼镁铁石伴生的硼镁铁石。除天然硼砂矿石外，其余几种矿石在采用碳碱法制作硼砂时都必须先对其进行活化煅烧。煅烧的目的就是改变矿石结构，将矿石中难以用碳解方式分解的硼镁石高温转化为易于分解的遂安石，以提高矿石的活性，达到提高碳解率进而提高硼收率的目的。

2 矿石煅烧方法

根据煅烧矿石的粒度大小，矿石煅烧可分为块矿煅烧和粉体煅烧。

块矿煅烧最早是沿用石灰石烧制石灰的方法，采用人工加料、人工出料，利用土窑或竖窑对块状的硼矿石进行活化煅烧。该方法的缺点是工人的劳动强度大，操作环境恶劣，生产状况不易控制，产品熟矿石的质量差且不稳定。由于该方法的设备投资低廉，生产成本低，因此以块矿为原料的硼砂生产企业目前还普遍采用该方法。

粉体煅烧分为硼矿粉压制成块煅烧、硼矿粉压制成球或条块煅烧、硼矿粉体闪速煅烧和硼矿粉体沸腾煅烧。①硼矿粉压制成块煅烧，是将硼矿粉通过模具压制成一定形状的块，再通过砖窑或竖窑煅烧，代表企业有凤城市金鑫选矿厂 （将硼矿粉压制成砖）。②硼矿粉压制成球或条块煅烧，是将硼矿粉通过模具压制成球或条块，再通过回转窑煅烧，代表企业有宽甸卓群矿业有限公司（将硼矿粉压制成条）。③硼矿粉体闪速煅烧［1］，是将一定细度的硼矿粉在悬浮状态下与高温热气流接触，在极短的时间内完成硼矿粉颗粒的煅烧过程。硼矿粉体闪速煅烧是东北大学粉体技术研究所的成型技术在硼矿粉煅烧领域的成功应用。该方法的优点是单套装置生产能力大且机械化程度高，煅烧温度及生产状况易于控制，产品熟矿粉的质量好且稳定。缺点是相对于竖窑能耗较高。④硼矿粉沸腾煅烧是流化床技术在煅烧领域的应用。硼矿粉沸腾煅烧是国家“七五”科技攻关课题，工业化试验装置已于1997年末通过国家验收，并获得国家科技成果奖。试验装置使用的矿粉粒度≤3 mm。因当时粉矿供应问题及相对能耗较高等问题，该技术未能实现大规模工业化生产。该方法的优点是煅烧产品质量好，更重要的是单套装置投资相对较小且生产能力大，占地少，且易于自动化控制。但是，对于粒度更细的矿粉的沸腾煅烧，目前还未见工业化装置。

3 矿石煅烧温度

前面已经讲过，矿石煅烧的目的是将矿石中难以用碳解方式分解的硼镁石高温转化为易于分解的遂安石，所以矿石煅烧温度确切地说应该是硼镁石转化为遂安石的温度。但是，由于不同矿区或相同矿区不同矿段的硼镁石所含杂质的种类及数量不同，因而导致不同矿区或者相同矿区不同矿段的硼镁石煅烧温度的差异。图1为宽甸二人沟硼镁矿、凤城硼镁矿、营口硼镁矿热谱图。

图1 不同矿区硼镁矿热谱图

通过分析不同矿区硼镁矿热谱图（图1）并根据多年的生产实践经验得出以下结论：1）硼镁石转化为遂安石的温度范围为620～800℃，在此温度区间内熟矿石（粉）的化学活性最高；2）硼镁石的煅烧温度总体上是含镁愈高煅烧温度区间愈宽且偏高，含铁愈高煅烧温度区间愈窄且偏低；3）随着煅烧温度的再升高，遂安石又逐渐转化为难以碱解的硼镁石，使熟矿石（粉）的化学活性降低。这与笔者在东北大学粉体技术研究所进行的硼矿粉闪速煅烧试验以及在长春黄金研究设计院进行的硼矿粉沸腾煅烧试验（图2为硼精粉热重差热分析曲线）结果一致，即硼镁石由620℃开始脱水至800℃脱水结束转化为遂安石。

图2 硼精粉热重分析与差热分析曲线

在实际生产过程中，对于不同矿区或相同矿区不同矿段的硼矿，应根据其杂质含量以及煅烧装置的实际情况，确定矿石的煅烧温度。

4 关于硼铁矿的煅烧

由于成矿的原因，硼铁矿中含硼镁矿有多有少。对于单纯的硼铁矿，目前的煅烧方式并不能使其结构发生改变，也就是说目前的煅烧方式不能使硼铁矿石转变为遂安石。曾经对广东河源的硼铁矿进行过650～1 050℃的煅烧实验，结果表明煅烧后的熟矿石活性仅为3%～7%。也曾经对翁泉沟个别矿段的硼铁矿进行过煅烧实验，结果表明因硼铁矿含量的不同，熟矿粉的活性也表现出差异。这2个实验证明了上述说法。硼铁矿石不能转化为遂安石就不能用碳碱法生产硼砂，或者说碳碱法只适用于遂安石。

5 矿石煅烧的发展趋势

从硼砂生产历程来看，矿石煅烧由土窑煅烧、竖窑煅烧发展到粉体煅烧，煅烧技术在探索中不断地更新，也在不断地走向成熟与完善。从保护资源、节省资源、提高原矿利用率的角度出发，提高矿石或矿粉的煅烧质量将是煅烧的第一追求目标。粉体闪速煅烧以单套装置生产能力大且机械化程度高、煅烧温度及生产状况易于控制、产品熟矿粉的质量好且稳定等诸多优点，被从事硼化工的业内人士看好。它代表着一种趋势和一个方向，势必会引导矿粉煅烧的技术潮流，并随着技术的成熟、完善而主导硼粉的煅烧领域。

对硼铁矿而言，采用何种工艺使硼铁矿石转变为遂安石，进而满足碳碱法的工艺要求，是目前急需解决的一大难题，它关系着硼铁矿的开发与应用。

［1］ 张继宇，程巨，李宗林，等.硼铁矿闪速焙烧新工艺研究［J］.无机盐工业，2009，41（3）：42-44.

联系方式：yuchangshui585948@163.com

Calcination of paigeite ore in borax production process

Yu Changshui
（Liaoning Shougang Boron Iron Co.，Ltd.，Fengcheng 118100，China）

ascharite；calcination；suanite；activity

TQ128

A

1006-4990（2014）03-0013-02

2013-11-21

于长水（1963— ），男，毕业于大连工学院化工系无机化工专业，从事硼砂和硼酸的生产与管理工作。

Abstrac：When paigeite ores were used as raw materials to prepare borax，the ores must be calcined at first to enhance its activity.The purpose of high-temperature calcination process was to change the structure of ascharite，which could hardly be decomposed by carbonate decomposition process，into suanite，which can be decomposed much easier.Several methods of calcination of paigeite ores and ranges of calcinating temperature were introduced.It was pointed out that powder flash-calcinating process would have a good prospect because of its large production capacity of single unit，high mechanization degree，easy control of calcinating temperature and other production situation，and good and stable quality of calcined ore powder etc..The temperature range of ascharite transforming into suanite was at 620～800℃.The higher magnesium content in the ores，the wider and higher calcinating temperature range would be.The higher iron content in the ores would lead to a narrower and lower calcinating temperature range.For single phase of ludwigite，the current calcination methods could not change its structure.