王 廣，王靜松，薛慶國

　　北京科技大學(xué) 鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京

　　前言

　　年中國鐵礦石進(jìn)口量為10.24 億噸，同比增長7.5% [1]。鐵礦資源的安全供給及高昂的鐵礦價(jià)格已成為制約我國鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要要素。已探明的中國鐵礦資源經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量為210 億噸左右，然而我國鐵礦資源呈“貧、散、細(xì)、雜”等特點(diǎn)，其中有三分之一屬共伴生、難選冶的復(fù)雜鐵礦資源，通過研究開發(fā)，使這部分鐵礦資源中的鐵和非鐵元素得到綜合利用，將使我國可利用鐵礦資源成倍增加，并提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　硼產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、陶瓷、玻璃、冶金、醫(yī)藥、軍工、航空航天以及核能等多種領(lǐng)域[2]。我國傳統(tǒng)的硼資源-硼鎂石礦（亦稱“白硼礦”）儲(chǔ)量現(xiàn)已接近枯竭，品位下降嚴(yán)重，企業(yè)生產(chǎn)成本增加。預(yù)計(jì)到2020年，中國硼礦缺口將達(dá)150～200萬噸。遼寧地區(qū)擁有大量的低品位硼鐵礦（亦稱“黑硼礦”），目前，該礦已探明鐵礦石儲(chǔ)量2.8億噸，占全國鐵礦石儲(chǔ)量的1%；B2O3儲(chǔ)量2184萬噸，占全國總儲(chǔ)量的58%，是一座大型的硼、鐵、鎂、鈾復(fù)合礦床，可作為硼鎂石礦的替代資源。礦石中鐵、硼的品位較低：TFe27～30%，B2O36～8%，難以作為單種礦石直接利用[3]。該礦的綜合利用對(duì)我國硼工業(yè)和鋼鐵工業(yè)均具有積極意義。

　　筆者結(jié)合硼鐵精礦的特點(diǎn)以及含碳球團(tuán)珠鐵工藝的基本原理，提出了基于硼鐵精礦含碳球團(tuán)還原熔分的硼鐵精礦綜合利用新流程，本文主要介紹新工藝的特點(diǎn)和與之相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究。

　　硼鐵精礦綜合利用新工藝的提出

　　硼鐵礦綜合利用現(xiàn)狀

　　硼鐵礦主要由磁鐵礦、硼鎂石、硼鎂鐵礦以及含硅、鎂的脈石礦物（葉蛇紋石、斜硅鎂石、石英等）組成，礦相結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多種有用元素共生，硼鎂石和磁鐵礦嵌布粒度極細(xì)，脈石礦物原生粒度大，相互之間呈交錯(cuò)分布[4]。該礦與釩鈦磁鐵礦、包頭稀土礦相近，亦是一種難選、難冶的復(fù)合共生鐵礦，其綜合利用涉及選礦、冶金、化工等多學(xué)科的眾多問題。自1958年以來，針對(duì)硼鐵礦的工藝礦物學(xué)、選礦、濕法處理、火法處理、復(fù)合處理以及富硼渣的活性控制等進(jìn)行了較多研究，積累了較多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　目前，低品位硼鐵礦一個(gè)比較合理的利用思路是：以硼為主，首先通過選礦實(shí)現(xiàn)原礦中硼和鐵的初步物理分離，得到硼精礦和硼鐵精礦，硼精礦經(jīng)活化焙燒可以直接作為硼化工工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料；硼鐵精礦通過選擇性還原熔分的方法實(shí)現(xiàn)鐵硼二次分離，得到含硼生鐵（或半鋼）和富硼渣，含硼生鐵（或半鋼）作為煉鋼原料，富硼渣經(jīng)活化后作為硼化工工業(yè)的原料。由于硼鐵精礦中的B2O3約占原礦中B2O3的30%，若不考慮這部分B2O3的回收，則硼鐵礦磁選工藝B2O3的綜合回收率將不會(huì)超過70%。因此，實(shí)現(xiàn)硼鐵精礦中硼與鐵的分離并回收熔分產(chǎn)物中的硼是低品位硼鐵礦綜合利用的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)硼鐵精礦中硼鐵的二次分離，研究者提出了“高爐法”和“直接還原-電爐熔分”兩種火法工藝，目前仍處于研究階段。

　?。?）高爐法

　　針對(duì)硼鐵礦的化學(xué)組成和礦相結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，東北大學(xué)張顯鵬教授通過硼鐵礦高溫碳熱還原熔分試驗(yàn)，研究了還原過程中有價(jià)元素Fe、B、Mg、Si的變化規(guī)律，形成了高爐法實(shí)現(xiàn)硼鐵礦硼鐵分離的思路，并通過13m3高爐冶煉試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，在取得成功后改用硼鐵精礦制備的球團(tuán)礦進(jìn)行了多次工業(yè)試驗(yàn)。高爐法冶煉硼鐵礦過程中，爐料中10～15%左右的硼進(jìn)入鐵水，其余進(jìn)入爐渣，硼鐵分離徹底，實(shí)現(xiàn)了化工、冶金多重效應(yīng)。但是，高爐產(chǎn)能下降，焦炭消耗增加，高爐爐襯侵蝕嚴(yán)重，產(chǎn)品含硫高，富硼渣中硼活性低，若通過緩冷提高渣中硼的活性，在技術(shù)上難度較大，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)尚需進(jìn)行進(jìn)一步的工作。

　　（2）直接還原-電爐熔分工藝

　　東北大學(xué)趙慶杰教授基于選擇性還原的熱力學(xué)原理，提出了固相還原-熔化分離實(shí)現(xiàn)硼鐵礦中硼鐵分離的工藝，通過回轉(zhuǎn)管外配煤直接還原試驗(yàn)表明，還原溫度1025～1100℃、時(shí)間2～2.5h時(shí)，金屬化率一般在80%以上，預(yù)還原鐵礦通過電阻爐、電弧爐、感應(yīng)爐及電渣爐等多種型式的電熱爐進(jìn)行熔分，研究表明金屬鐵和含B2O3的渣相分離良好，分離效果與礦石中鐵的金屬化率、熔化分離作業(yè)溫度及時(shí)間有關(guān)。儲(chǔ)滿生等基于硼鐵礦綜合利用的現(xiàn)狀和硼鐵精礦硼鐵高效分離的具體要求，提出了直接還原-電爐熔分實(shí)現(xiàn)硼鐵精礦硼鐵分離的新工藝，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)M不同還原工藝下硼鐵精礦的預(yù)還原及預(yù)還原礦的電爐熔分，結(jié)果表明，富硼渣和生鐵的質(zhì)量均合格。但是，由于種種原因該研究進(jìn)行到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、擴(kuò)大試驗(yàn)后未繼續(xù)進(jìn)行。

　　含碳球團(tuán)珠鐵工藝的發(fā)展

　　轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原是最近三十多年來發(fā)展起來的煉鐵新工藝，該工藝以含碳球團(tuán)為爐料，由于球團(tuán)內(nèi)的還原劑及礦粉粒度細(xì)，碳與鐵氧化物密切接觸，反應(yīng)面積大大增加，還原速率加快[8]。目前，轉(zhuǎn)底爐直接還原已較成功地用于處理鋼鐵廠的含鋅粉塵[9]。