富硼渣碳碱法制取硼砂

以硼铁矿１３ｍ３高炉分离得到的现场活性富硼渣为原料，采用碳碱法工艺制取硼砂．实验在ＦＹＸ－０５Ａ型高压釜中进行．通过对反应时间、总压力、液固比、碱量等四方面因素进行正交设计实验，得到１３５℃，纯ＣＯ２条件下富硼渣碳碱法制硼砂实验的最优工艺参数：碳解反应时间１２ｈ，碳解罐总压力０．８ＭＰａ，液固比２．５，碱量为理论量的１１０％，碳解率大于７５％．实验数据经级差分析表明，碳解反应时间和碳解罐总压力是影响浸出反应的最关键因素。

富硼渣硫酸浸出试验研究

以富硼渣为原料，在１．５ｍ３浸出罐中进行硫酸浸出试验，硼的浸出率主要与富硼渣的结构、粒度、加酸量及浸出时间和温度等因素有关．试验结果表明，富硼渣中硼只要以遂安石晶体存在，粒度在０．１８～０．１６ｍｍ，加酸量为８０％，浸出时间９０ｍｉｎ，温度９５～１００℃，硫酸浸出率可大于９０％．

富硼渣冷却速率与活性的关系

以硼铁矿13m^3高炉分离生产的富硼渣为原料进行了缓冷试验．通过改变富硼渣熔体的冷却条件，在1500～1200℃区间控制冷却速率从0．76℃／min到20℃／min，在1200-900℃区间，冷却速率应小于2℃／min．富硼渣活性可由40．05％增加到83．72％．冷却速率越高，富硼渣的活性越大．这一试验结果与实验室研究结果相符合．试验结果表明现场可以实现两段式冷却提高活性，并为今后冷却装置设计指明了方向．

利用富硼渣合成MgAlON基复相粉体

以富硼渣为主要原料,碳黑作还原剂,用硅灰和Al(OH)3调整成分,采用碳热还原氮化法合成MgAlON基复合粉体。通过XRD、SEM等检测手段研究了配料中配碳量、MgO添加量对反应过程及产物的影响。结果表明,理论配碳量为比较合适的配碳量;随着配料中MgO含量的增加,产物中MgAlON的含量也逐渐上升,x值为4.5是比较合适的MgO加入量,继续增加MgO含量,MgAlON的含量变化不大,SiAl6O2N6逐渐减少,而CaAl4O7和BN逐渐增加。

富硼渣盐酸法制取硼酸和氢氧化镁

采用富硼渣盐酸法来处理富硼渣,通过单因素试验和正交试验确定富硼渣盐酸浸出的最佳试验条件。针对盐酸浸出液,开发了制备硼酸联产氢氧化镁和硫酸钙工艺。研究结果表明:浸出温度为95℃,盐酸用量为理论用量的95%,浸出时间为40 min,浸出液固比为1:1时,B浸出率为94.60%,Mg浸出率达到90.56%。制得的硼酸纯度为99.55%,氢氧化镁的纯度达到80%以上,副产品硫酸钙纯度达到98.81%。

富硼渣钠化法制备硼砂的实验研究

采用X射线衍射分析(XRD)方法分析表明,富硼渣中的硼组分主要以Mg2B2O5形式存在,而钠化渣中的硼组分以Na4B2O5和NaBO2晶相形式析出.为提取富硼渣中的硼,考察了热处理温度、碳酸钠加入量、热处理时间、水浸温度等因素对钠化渣中硼浸出率的影响.同时考察了富硼渣中w(Al2O3)、w(CaO)、w(B2O3)、m(MgO)/m(SiO2)4个单因素变化对钠化渣中硼浸出率的影响.结果表明,组成为w(Al2O3)5%、w(CaO)1%、w(B2O3)18%、m(MgO)/m(SiO2)2.0的富硼渣,在热处理温度为650℃,碳酸钠加入量为2.3倍,热处理时间为4.5h,水浸温度为180℃的条件下,钠化渣中硼的一次浸出率可达85.01%.

富硼渣硫酸法制取硼酸和一水硫酸镁

采用富硼渣硫酸法处理富硼渣,通过单因素试验和正交试验确定了富硼渣硫酸浸出的最佳试验条件。针对硫酸浸出液开发了先高温结晶制取一水硫酸镁再低温结晶制备硼酸工艺。结果表明:浸出温度为99℃,酸用量为理论用量的95%,浸出液固比为6:1,浸出时间为90 min时,B浸出率为98.76%,Mg浸出率达到74.32%。通过灰色关联分析理论对Mg的浸出率进行预测,预测值为75.06%,预测结果和实验结果具有较好的一致性。制得的一水硫酸镁纯度为95.42%,硼酸的纯度达到99.27%。

富硼渣钠化法制备硼砂过程中的影响因素

X射线衍射分析(XRD)表明,富硼渣中的硼组分主要以Mg2B2O5形式存在,而钠化渣中的硼组分以Na4B2O5和NaBO2晶相形式析出.对钠化渣进行磨细、水浸、过滤、结晶等操作,可最终制得硼砂晶体.采用化学分析和XRD等方法研究了热处理温度、碳酸钠加入量、钠化渣细度对硼浸出率的影响.当钠化渣在温度为650℃下保温1.5h,碳酸钠加入量为理论量的2.3倍,钠化渣粒度小于74μm时,硼的最大浸出率可达76.04%.

富硼渣冷却过程温度场数值模拟

通过对富硼渣冷却过程影响因素的分析,建立了富硼渣温度场数学模型,用FORTRAN语言开发了变物性富硼渣冷却过程温度场数值模拟程序,处理了凝固相变时的结晶潜热。并给出了富硼渣温度场模型计算结果。计算出的富硼渣冷却过程温度分布与生产试验测得的数据相比较吻合性好。用所开发的软件设计了富硼渣两段冷却制度的缓冷设备,确定了冷热渣配比及冷渣放置间距。

B_2O_3-MgO-SiO_2系富硼渣活性的研究

研究了B_2O_3-MgO-SiO_2系富硼渣的活性与组成和结构的关系。在限定10％≤B_2O_3≤30％,10％≤SiO_2≤30％,MgO≤60％范围内,MgO的含量和熔体固化过程玻璃体的形成是影响富硼渣活性的关键因素。

富硼渣熔体物理性质测定

用化学试剂氧化物配制合成富硼渣，利用ＺＣ－１６００型高温综合测试仪、内柱体旋转法测定其粘度及熔化性温度；双柱联称法同时测定熔渣的密度及表面张力。探讨了富硼渣组成与熔体物理性质的关系，为优化硼铁矿高炉铁硼分离工艺提供依据。

Na_2CO_3对硼铁矿含碳球团还原熔分行为及富硼渣性能的影响（英文）

在实验室条件下研究了Na_2CO_3对硼铁矿含碳球团还原熔分行为、脱硫率以及熔分富硼渣性能的影响。Na_2CO_3在一定程度上可以提高硼铁矿含碳球团的还原速率。随着Na_2CO_3配比的增加,含碳球团的熔分效果逐渐变差,主要原因在于Na_2CO_3会显著提高富硼渣的熔点,导致球团难以熔分。当球团中Na_2CO_3的质量分数从0增加至6%时,珠铁中的硫含量(质量分数)逐渐从0.27%降低至0.084%。与此同时,缓冷富硼渣的萃取率从86.46%降低至59.52%。实验结果表明,Na_2CO_3的加入会对硼铁矿含碳球团的熔分效果和富硼渣中硼的提取产生不利影响。

工艺参数对富硼渣合成(Ca,Mg)α′-Sialon-AlN-BN的影响

以富硼渣、硅灰、高铝钒土熟料和碳黑为原料,采用碳热还原氮化法合成了(Ca,Mg)α-′Sialon-AlN-BN陶瓷粉体。采用XRD、SEM和EDX对合成粉体的相组成、显微形貌进行表征分析。研究了合成温度和恒温时间对反应过程的影响,并对合成机理进行了探讨。结果表明:合成温度对粉体的合成过程影响显著,随着温度升高,产物中(Ca,Mg)α-′Sialon相含量增大,1480℃时(Ca,Mg)α-′Sialon含量达最大,是最佳的合成温度。恒温时间对产物相组成的影响也很明显,4h以下,产物含有较多的中间过渡相,较长的恒温时间可使还原氮化反应进行得更充分,恒温8h的试样中α-′Sialon含量最高,是较理想的恒温时间。合成过程中SiO的挥发导致试样较大的质量损失,且随着合成温度升高和恒温时间延长而增大。

硼铁矿高炉生产含硼生铁及富硼渣工艺研究

依据冶金物理化学原理，硼铁矿采用高炉生产含硼生铁及富硼渣。含硼生铁是生产硼铸铁、硼钢的合金生铁；富硼渣经缓冷处理为硼化工提供优质原料。该工艺已在１３ｍ￣３高炉上进行两欢工业试验。核工艺流程短、投资少、产量大、能耗低、生产连续化，有价值元素铁和硼得到最有效利用。经济效益和社会效益显著，是开发利用硼铁矿资源切实可行的方案。

富硼渣制备BN-MgAlON复合粉体热力学研究

以富硼渣和炭黑为主要原料,在热力学分析的基础上,采用碳热还原氮化法制备合成了BN-MgAlON复合粉体。利用X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)和扫描电镜(SEM)等测定了产物的相组成和显微结构,结果表明,在高纯氮气、1480℃保温8h条件下,富硼渣中的B2O3生成BN,MgO,Al2O3反应生成MgAlON相。反应产物的主要成分为Mg-AlON,Sialon,CaAl4O7,BN。生成的MgAlON为八面体结晶,发育良好。该工艺为富硼渣的综合利用提供了新的途径。

微波还原氮化富硼渣合成(Ca,Mg)-α′-Sialon-AlN-BN复合粉体(英文)

以硼铁矿高炉铁硼分离后的产物富硼渣为主要原料,在微波场下采用碳热还原氮化法合成了(Ca,Mg)-α′-Sialon-AlN-BN复合粉体。利用X射线衍射、扫描电镜和能谱分析手段研究了合成温度和恒温时间对合成粉体相组成和显微形貌的影响,并与传统加热方式合成的粉体进行了对比。结果表明:在微波场下,合成温度和恒温时间对产物相组成影响显著。随着合成温度的升高或恒温时间的延长,产物中α′-Sialon相对含量逐渐增加,并在1400°C、恒温6h时成为产物主晶相。此时,产物中还有AlN、BN及少量β-SiC。合成粉体中α′-Sialon晶粒多呈长柱状,AlN晶粒呈短棒状,BN晶粒多为纳米级并彼此发生团聚。与传统加热方式的最佳合成条件相比,微波场下粉体的合成温度降低了80°C,恒温时间缩短了2h,产物中长柱状α′-Sialon晶粒数量明显增多,且具有更大的长径比。

配料组成对富硼渣合成(Ca,Mg)α′-Sialon/BN陶瓷粉体的影响

以富硼渣为主要原料,采用碳热还原氮化法合成了组分为(Ca,Mg)xSi12-3xAl3xOxN16-x(x=0.3,0.6,1.0,1.4和1.8)的(Ca,Mg) α′-Sialon/BN陶瓷粉体.利用XRD,SEM和EDX检测手段研究了x值对合成产物相组成和显微形貌的影响.结果表明:α′-Sialon含量随着x值的增大逐渐增加,当x=1.4时,α′-Sialon含量达到最大值.继续增大x值,产物中α′-Sialon减少,而Al N增多,并出现一定量的15R(Si Al4O2N4).当x≥1.4时,α′-Sialon晶粒为长柱状.

碳热氯化法分解富硼渣的可行性研究

富硼渣是硼铁矿高炉铁硼分离生产含硼生铁时得到的一种含硼、镁的重要产品。富硼渣的综合利用工艺研究是高炉直接冶炼硼铁矿能否工业化的关键,也是硼铁矿资源能否合理开发利用的关键。本文提出了一种富硼渣综合利用的新方法—富硼渣碳热氯化反应法,计算了富硼渣碳热氯化反应的标准摩尔反应吉布斯函数,应用热力学方法分析了富硼渣碳热氯化反应的可能性,得到反应进行所需要的热力学条件,富硼渣中各组分的氯化反应能力为3MgO.B2O3>2MgO.B2O3》2MgO.S iO2>2CaO.Al2O3.SiO2。

富硼渣常压碱解浸出液的净化及硼砂制备

以富硼渣为原料、Na OH为钠化剂,在常压碱解的基础上,考察了浸出液中杂质的产生、去除机理和去除效果.采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征了富硼渣常压碱解及净化后的沉淀物和硼砂结晶产物的物相组成和显微形貌.结果表明:含硼浸出液中主要杂质是Ca2+和Si4+;Na HCO3对Ca2+的去除效果明显且Na HCO3的最佳添加量为3 g;浸出液p H值的改变对Si4+的去除效果明显,p H值为9.0时Si4+的去除率最高,可达到99%.实现"一步法"净化工艺,具有良好的去除杂质的效果.净化后的浸出液经蒸发、浓缩后获得了结晶良好的硼砂制品.

钙化焙烧对富硼渣活性的影响研究

富硼渣是一种重要的含硼资源,富硼渣中硼的利用是急需解决的问题。富硼渣碳碱法提取渣中的硼需要富硼渣具有较好的活性,但是硼铁矿火法分离后的富硼渣活性较低。本文采用富硼渣钙化焙烧的方法来提高其活性,考察了钙化剂用量、焙烧温度、焙烧时间等因素对富硼渣活性的影响。在本实验条件下,Ca(OH)2为钙化剂时最佳的加入量为m(Ca(OH)2)/m(SiO2)为2∶1,CaCO3为钙化剂时最佳的加入量为m(CaCO3)/m(SiO2)为1∶1;最佳的钙化焙烧温度为900℃,最佳的焙烧时间为1.5h,富硼渣活性最高可达到81.4%。