本發明涉及能源化工領域，具體而言，本發明涉及處理硼鐵礦的系統和方法。

背景技術：

硼礦是一種稀缺的礦產資源，以硼礦為原料生產的硼砂、硼酸及其他硼化合物，廣泛用于化工、冶金、光學玻璃、醫藥、輕工、國防軍工、航天航空及核工業等領域。長期以來，我國硼工業主要以硼鎂礦為主要原料，目前可用硼鎂礦已接近枯竭，硼鐵礦占我國硼資源的58％，是硼鎂礦重要的替代資源，但因其礦相結構復雜，加工處理難度大，至今尚未大規模開發利用。運用濕法冶金的方法處理硼鐵礦，可實現硼和鐵的分離，但酸耗大、設備腐蝕嚴重、成本高、環境污染嚴重。傳統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、堿浸出率低的問題。

因此，改進現有的處理硼鐵礦的手段，對于緩解我國硼資源供需緊張局面具有重要的現實和戰略意義。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出處理硼鐵礦的系統和方法。采用該系統可以有效地制備得到活性90％以上的富硼渣，且工藝簡單、流程短、效率高、成本低，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質，具有顯著的環境效益。

在本發明的第一方面，本發明提出了一種處理硼鐵礦的系統。根據本發明的實施例，該系統包括：破碎裝置，所述破碎裝置具有硼鐵精礦入口和硼鐵精礦粉出口；造球裝置，所述造球裝置具有硼鐵精礦粉入口、助熔劑入口、水入口和混合球團出口，所述硼鐵精礦粉入口與所述硼鐵精礦粉出口相連；焙燒裝置，所述焙燒裝置具有混合球團入口和氧化球團出口，所述混合球團入口與所述混合球團出口相連；氣基豎爐，所述氣基豎爐內由上至下依次為預熱段、中溫預還原段和高溫還原段，所述預熱段具有氧化球團入口，所述高溫還原段具有金屬化球團出口和還原氣入口，所述氧化球團入口與所述氧化球團出口相連；熔分裝置，所述熔分裝置具有金屬化球團入口、含硼鐵水出口和富硼熔分渣出口，所述金屬化球團入口與所述金屬化球團出口相連；冷卻裝置，所述冷卻裝置與所述富硼熔分渣出口相連，所述冷卻裝置適于對富硼熔分渣進行冷卻處理并得到活性富硼渣。

由此，根據本發明實施例的處理硼鐵礦的系統通過采用破碎裝置將硼鐵精礦破碎后得到硼鐵精礦粉，進而將硼鐵精礦粉、助熔劑和水供給至造球裝置進行混合造球，將得到的混合球團供給至焙燒裝置進行焙燒處理，以便使硼鐵精礦中的硼轉化為氧化物的形式，得到氧化球團，然后采用氣基豎爐利用還原氣對氧化球團進行還原處理，得到金屬化球團，再將金屬化球團熱送至熔分裝置進行熔分處理，得到含硼鐵水和富硼熔分渣，最后采用冷卻裝置對富硼熔分渣進行冷卻處理，使富硼熔分渣緩慢冷卻，即可獲得活性90％以上的活性富硼渣。相對于傳統的高爐工藝，采用該系統制備得到的富硼渣活性可提高約40個百分點，且省去了傳統工藝中污染嚴重的燒結、焦化等工序，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質，對環境更為友好，另外，采用該系統制備高活性富硼渣的工藝簡單、流程短、效率高、成本低，特別適用于規模化生產。

另外，根據本發明上述實施例的處理硼鐵礦的系統還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，所述冷卻裝置進一步包括：保溫料罐，所述保溫料罐與所述富硼熔分渣出口相連，所述保溫料罐適于盛放所述富硼熔分渣；保溫室，所述保溫室適于對所述保溫料罐進行保溫，以便使所述富硼熔分渣緩冷降溫；余熱回收室，所述余熱回收室內具有風冷設備和換熱器，所述風冷設備適于對所述富硼熔分渣進行風冷冷卻并產生熱空氣，所述換熱器適于對所述熱空氣進行余熱回收。由此，通過對富硼熔分渣進行緩冷降溫，可以活性90％以上的活性富硼渣。通過余熱回收可以顯著降低系統的能耗。

在本發明的第二方面，本發明提出了一種利用前面實施例的處理硼鐵礦的系統處理硼鐵礦的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：(1)將硼鐵精礦在破碎裝置中進行破碎處理，以便得到硼鐵精礦粉；(2)將所述硼鐵精礦粉、助熔劑和水供給至造球裝置進行混合造球，以便得到混合球團；(3)將所述混合球團供給至焙燒裝置進行焙燒處理，以便得到氧化球團；(4)將所述氧化球團和還原氣供給至氣基豎爐進行還原處理，以便得到金屬化球團；(5)將所述金屬化球團熱送至燃氣熔分爐進行熔分處理，以便得到含硼鐵水和富硼熔分渣；以及(6)將所述富硼熔分渣供給至冷卻裝置進行冷卻處理，以便得到活性富硼渣。

由此，根據本發明實施例的處理硼鐵礦的方法通過采用破碎裝置將硼鐵精礦破碎后得到硼鐵精礦粉，進而將硼鐵精礦粉、助熔劑和水供給至造球裝置進行混合造球，將得到的混合球團供給至焙燒裝置進行焙燒處理，以便使硼鐵精礦中的硼轉化為氧化物的形式，得到氧化球團，然后采用氣基豎爐利用還原氣對氧化球團進行還原處理，得到金屬化球團，再將金屬化球團熱送至熔分裝置進行熔分處理，得到含硼鐵水和富硼熔分渣，最后采用冷卻裝置對富硼熔分渣進行冷卻處理，使富硼熔分渣緩慢冷卻，即可獲得活性90％以上的活性富硼渣。相對于傳統的高爐工藝，采用該方法制備得到的富硼渣活性可提高約40個百分點，且省去了傳統工藝中污染嚴重的燒結、焦化等工序，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質，對環境更為友好，另外，采用該方法制備高活性富硼渣的工藝簡單、流程短、效率高、成本低，特別適用于規模化生產。

另外，根據本發明上述實施例的處理硼鐵礦的方法還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，步驟(1)中，所述硼鐵精礦粉中粒徑小于0.075mm的粉末含量不低于90重量％。由此，可以保證所述硼鐵精礦粉具有較大的比表面積，從而顯著提高后續焙燒處理和還原處理的效率。

在本發明的一些實施例中，步驟(2)中，所述硼鐵精礦粉、助熔劑和水的質量比為(89～95):(1～5):(4～6)。由此，可以顯著提高后續熔分處理的效果，從而獲得高品質的富硼熔分渣。

在本發明的一些實施例中，步驟(2)中，所述混合球團的平均粒徑為8～14mm。由此，可以顯著提高混合球團之間的接觸面積，從而進一步提高后續焙燒處理和還原處理的效率。

在本發明的一些實施例中，步驟(3)中，所述焙燒處理進一步包括：將所述混合球團進行干燥；將經過所述干燥的混合球團在850～950攝氏度下進行預熱10～20min；將經過所述預熱的混合球團在1150～1250攝氏度下進行焙燒10～20min。由此，可以有效地將硼鐵精礦中的硼轉化為氧化物的形式。

在本發明的一些實施例中，步驟(4)中，所述還原處理按照下列步驟進行：使所述氧化球團依次經過所述氣基豎爐的預熱段、中溫預還原段和高溫還原段，其中，所述中溫預還原段的溫度為850～950攝氏度，所述高溫還原段的溫度為950～1050攝氏度。由此，可以有效地將硼鐵精礦中的鐵氧化物還原為金屬鐵。

在本發明的一些實施例中，步驟(5)中，所述熔分處理是在1500～1650攝氏度下進行30～60min完成的。由此，可以有效地將金屬化球團進行熔分，得到含硼鐵水和富硼熔分渣。

在本發明的一些實施例中，步驟(6)中，所述冷卻處理進一步包括：以5～10攝氏度/分鐘的速率使所述富硼熔分渣的溫度由1350～1450攝氏度降溫至900攝氏度；通過風冷使所述富硼熔分渣的溫度由900攝氏度降至100攝氏度以下；在進行所述風冷的過程中對所述富硼熔分渣進行余熱回收。由此，通過對富硼熔分渣進行緩冷降溫，可以活性90％以上的活性富硼渣。通過余熱回收可以顯著降低系統的能耗。

本發明的附加方面和優點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，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本發明一個實施例的處理硼鐵礦的系統結構示意圖；

圖2是根據本發明再一個實施例的處理硼鐵礦的系統結構示意圖；

圖3是根據本發明一個實施例的處理硼鐵礦的方法流程示意圖；

圖4是根據本發明再一個實施例的處理硼鐵礦的方法流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“相連”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明的第一方面，本發明提出了一種處理硼鐵礦的系統。根據本發明的實施例，參考圖1，該系統包括：破碎裝置100、造球裝置200、焙燒裝置300、氣基豎爐400、熔分裝置500和冷卻裝置600。其中，破碎裝置100具有硼鐵精礦入口101和硼鐵精礦粉出口102；造球裝置200具有硼鐵精礦粉入口201、助熔劑入口202、水入口203和混合球團204出口，硼鐵精礦粉入口201與硼鐵精礦粉出口102相連；焙燒裝置300具有混合球團入口301和氧化球團出口302，混合球團入口301與混合球團出口204相連；氣基豎爐400內由上至下依次為預熱段410、中溫預還原段420和高溫還原段430，預熱段410具有氧化球團入口401，高溫還原段430具有金屬化球團出口402和還原氣入口403，氧化球團401入口與氧化球團出口302相連；熔分裝置500具有金屬化球團入口501、含硼鐵水出口502和富硼熔分渣出口503，金屬化球團入口501與金屬化球團出口402相連；冷卻裝置600與富硼熔分渣出口503相連，冷卻裝置600適于對富硼熔分渣進行冷卻處理并得到活性富硼渣。

下面參考圖1對根據本發明實施例的處理硼鐵礦的系統進行詳細描述：

根據本發明的實施例，破碎裝置100具有硼鐵精礦入口101和硼鐵精礦粉出口102，破碎裝置100適于對硼鐵精礦進行破碎處理，以便得到硼鐵精礦粉。具體地，硼鐵礦約占我國硼資源的58％，是硼鎂礦重要的替代資源，但硼鐵礦礦相結構復雜，加工處理難度大，至今尚未大規模開發利用，探索改進硼鐵礦利用手段，對于緩解我國硼資源供需緊張的局面具有重要的現實意義和戰略意義，本發明所采用的硼鐵精礦中鐵品位在40～60wt％，B₂O₃含量在3～8wt％，而在對硼鐵礦進行處理前，可以預先采用破碎裝置將其進行破碎，得到硼鐵精礦粉，由此，可以保證所述硼鐵精礦粉具有較大的比表面積，從而顯著提高后續焙燒處理和還原處理的效率。

根據本發明的實施例，硼鐵精礦粉的粒徑并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，可以將硼鐵精礦破碎至得到的硼鐵精礦粉中粒徑小于0.075mm的粉末含量不低于90重量％。發明人發現，通過將硼鐵精礦破碎至上述粒徑，可以有效地提高硼鐵精礦粉的比表面積，從而顯著提高后續焙燒處理和還原處理的效率，而如果將硼鐵精礦破碎至更小粒徑，則會使破碎處理的能耗增大。

根據本發明的實施例，造球裝置200具有硼鐵精礦粉入口201、助熔劑入口202、水入口203和混合球團204出口，硼鐵精礦粉入口201與硼鐵精礦粉出口102相連，造球裝置200適于將硼鐵精礦粉、助熔劑和水進行混合造球，以便得到混合球團。

根據本發明的實施例，助熔劑的種類并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，助熔劑可以包括選自生石灰、石灰石、碳酸鈣和氟化鈣中的至少之一。發明人發現，通過采用上述助熔劑，可以使后續制備得到的金屬化球團中的鐵在較低的溫度下熔化為鐵水，從而降低工藝的能耗。

根據本發明的實施例，用于混合造球的硼鐵精礦粉、助熔劑和水的配比并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，硼鐵精礦粉、助熔劑和水的質量比可以為(89～95):(1～5):(4～6)，由此，可以顯著提高制備得到的混合球團的成型效果，通過加入助熔劑，還可以使后續制備得到的金屬化球團中的鐵在較低的溫度下熔化為鐵水，從而降低工藝的能耗。

根據本發明的實施例，混合球團的粒徑并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，混合球團的平均粒徑可以為8～14mm，由此，可以顯著提高混合球團之間的接觸面積，從而提高后續焙燒處理和還原處理的效率。

根據本發明的實施例，焙燒裝置300具有混合球團入口301和氧化球團出口302，混合球團入口301與混合球團出口204相連，焙燒裝置300適于對混合球團進行焙燒處理，以便得到氧化球團。具體地，根據本發明的實施例，通過進行焙燒處理，可以將硼鐵礦中以不同形成存在的硼氧化為B₂O₃的形式，以便通過后續熔分處理將B₂O₃與金屬鐵分離。

根據本發明的具體實施例，焙燒處理可以進一步包括：將混合球團進行干燥；將經過干燥的混合球團在850～950攝氏度下進行預熱10～20min；將經過預熱的混合球團在1150～1250攝氏度下進行焙燒10～20min。發明人發現，通過將混合球團進行干燥，可以有效地除去混合球團中的水分，從而減少焙燒處理中大量水分揮發造成的熱量浪費。進而將經過干燥的混合球團在850～950攝氏度下進行預熱10～20min后，在1150～1250攝氏度下進行焙燒10～20min，可以有效地將硼鐵礦中以不同形式存在的硼氧化為B₂O₃的形式，以便通過后續熔分處理將B₂O₃與金屬鐵分離。

根據本發明的實施例，氣基豎爐400內由上至下依次為預熱段410、中溫預還原段420和高溫還原段430，預熱段410具有氧化球團入口401，高溫還原段430具有金屬化球團出口402和還原氣入口403，氧化球團401入口與氧化球團出口302相連，氣基豎爐400適于利用還原氣對氧化球團進行還原處理，以便得到金屬化球團。具體地，根據本發明的實施例，可以將氧化球團從氣基豎爐頂部的預熱段裝入，使氧化球團依次經過預熱段、中溫預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。

根據本發明的具體實施例，氣基豎爐中溫預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的金屬化率。

根據本發明的具體實施例，還原處理進行的時間可以為2～4h，由此，可以進一步提高制備得到的金屬化球團的金屬化率。

根據本發明的實施例，還原氣的組成并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，還原氣可以采用氫氣和一氧化碳的混合氣，氫氣和一氧化碳的體積比0.5～5.0，由此，可以進一步提高制備得到的金屬化球團的金屬化率。

根據本發明的實施例，還原氣的壓力并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，還原氣的壓力可以為0.2～0.4MPa，由此，可以進一步提高制備得到的金屬化球團的金屬化率。

根據本發明的實施例，熔分裝置500具有金屬化球團入口501、含硼鐵水出口502和富硼熔分渣出口503，金屬化球團入口501與金屬化球團出口402相連，熔分裝置500適于對金屬化球團進行熔分處理，以便得到含硼鐵水和富硼熔分渣。根據本發明的實施例，通過熔分處理，可以有效地使金屬化球團中的金屬鐵熔化，并且使金屬化球團中的硼富集在尾渣中，從而實現硼的分離。

根據本發明的實施例，熔分處理的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，熔分處理可以在1500～1650攝氏度下進行30～60min完成。發明人發現，通過加入前面所述的助熔劑，可以在較低的溫度下使金屬化球團中的鐵熔化，從而與富硼熔分渣分離。

根據本發明的實施例，冷卻裝置600與富硼熔分渣出口503相連，冷卻裝置600適于對富硼熔分渣進行冷卻處理并得到活性富硼渣。根據本發明的實施例，發明人通過大量實驗意外地發現，從硼鐵精礦中分離得到高溫富硼熔分渣后，如果富硼熔分渣的降溫速度過快，會導致其中B₂O₃的活性大大降低，由此，發明人通過對降溫方法進行改進，將高溫富硼熔分渣緩冷降溫，從而顯著提高了制備得到的B₂O₃的活性。

具體地，根據本發明的實施例，參考圖2，冷卻裝置600進一步包括：保溫料罐610、保溫室620和余熱回收室630。

根據本發明的實施例，保溫料罐610與富硼熔分渣出口503相連，保溫料罐610適于盛放富硼熔分渣。具體地，根據本發明的實施例，保溫料罐與富硼熔分渣出口之間可以由分料裝置相連，出料時，分料裝置直接將富硼熔分渣分裝入若干保溫料罐。在保溫料罐容納高溫富硼熔分渣時，保溫料罐處理封閉狀態，富硼熔分渣進入保溫料罐后的溫度為1350～1450攝氏度。

根據本發明的實施例，保溫室620適于對保溫料罐610進行保溫，以便使富硼熔分渣緩冷降溫。具體地，根據本發明的實施例，可以采用水平運輸裝置直接將容納有高溫富硼熔分渣的保溫料罐運送至保溫室，保溫室內設置有電熱輻射管，通過利用電熱輻射管對保溫料罐進行加熱，可以保證保溫料罐內的高溫富硼熔分渣緩慢降溫，從而提高制備得到的B₂O₃的活性。

根據本發明的具體實施例，可以通過利用電熱輻射管對保溫料罐進行加熱，使得高溫富硼熔分渣降溫的速率保持在5～10攝氏度/min，由此可以進一步提高制備得到的B₂O₃的活性。

根據本發明的實施例，余熱回收室630內具有風冷設備和換熱器，風冷設備適于對富硼熔分渣進行風冷冷卻并產生熱空氣，換熱器適于對熱空氣進行余熱回收。具體地，高溫富硼熔分渣在保溫室內由1350～1450攝氏度降至900攝氏度時，可以將容納有富硼熔分渣的保溫料罐罐口打開并送入余熱回收室，進而通過風冷設備將保溫料罐冷卻至100攝氏度以下，流經保溫料罐罐口的空氣被加熱后通過換熱器放熱降溫，降溫后的空氣再用于循環冷卻保溫料罐，從而實現對保溫料罐的余熱回收。

由此，根據本發明實施例的處理硼鐵礦的系統通過采用破碎裝置將硼鐵精礦破碎后得到硼鐵精礦粉，進而將硼鐵精礦粉、助熔劑和水供給至造球裝置進行混合造球，將得到的混合球團供給至焙燒裝置進行干燥和焙燒處理，以便使硼鐵精礦中的硼轉化為氧化物的形式，得到氧化球團，然后采用氣基豎爐利用還原氣對氧化球團進行還原處理，得到金屬化球團，再將金屬化球團熱送至熔分裝置進行熔分處理，得到含硼鐵水和富硼熔分渣，最后采用冷卻裝置對富硼熔分渣進行冷卻處理，具體可以將高溫富硼熔分渣送入保溫料罐中，以5～10攝氏度/min的降溫速率將富硼熔分渣冷卻至900攝氏度，再將富硼熔分渣風冷至100攝氏度，即可獲得活性90％以上的活性富硼渣。相對于傳統的高爐工藝，采用該系統制備得到的富硼渣活性可提高約40個百分點，且省去了傳統工藝中污染嚴重的燒結、焦化等工序，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質，對環境更為友好，另外，采用該系統制備高活性富硼渣的工藝簡單、流程短、效率高、成本低，特別適用于規模化生產。

在本發明的第二方面，本發明提出了一種采用前面實施例的處理硼鐵礦的系統處理硼鐵礦的方法。根據本發明的實施例，該方法包括：(1)將硼鐵精礦在破碎裝置中進行破碎處理，以便得到硼鐵精礦粉；(2)將硼鐵精礦粉、助熔劑和水供給至造球裝置進行混合造球，以便得到混合球團；(3)將混合球團供給至焙燒裝置進行焙燒處理，以便得到氧化球團；(4)將氧化球團和還原氣供給至氣基豎爐進行還原處理，以便得到金屬化球團；(5)將金屬化球團熱送至燃氣熔分爐進行熔分處理，以便得到含硼鐵水和富硼熔分渣；以及(6)將富硼熔分渣供給至冷卻裝置進行冷卻處理，以便得到活性富硼渣。

下面對根據本發明實施例的處理硼鐵礦的方法進行詳細描述，參考圖3和圖4，該方法包括：

S100：破碎處理

該步驟中，將硼鐵精礦在破碎裝置中進行破碎處理，以便得到硼鐵精礦粉。具體地，硼鐵礦約占我國硼資源的58％，是硼鎂礦重要的替代資源，但硼鐵礦礦相結構復雜，加工處理難度大，至今尚未大規模開發利用，探索改進硼鐵礦利用手段，對于緩解我國硼資源供需緊張的局面具有重要的現實意義和戰略意義，本發明所采用的硼鐵精礦中鐵品位在40～60wt％，B₂O₃含量在3～8wt％，而在對硼鐵礦進行處理前，可以預先采用破碎裝置將其進行破碎，得到硼鐵精礦粉，由此，可以保證所述硼鐵精礦粉具有較大的比表面積，從而顯著提高后續焙燒處理和還原處理的效率。

根據本發明的實施例，硼鐵精礦粉的粒徑并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，可以將硼鐵精礦破碎至得到的硼鐵精礦粉中粒徑小于0.075mm的粉末含量不低于90重量％。發明人發現，通過將硼鐵精礦破碎至上述粒徑，可以有效地提高硼鐵精礦粉的比表面積，從而顯著提高后續焙燒處理和還原處理的效率，而如果將硼鐵精礦破碎至更小粒徑，則會使破碎處理的能耗增大。

S200：混合造球

該步驟中，將硼鐵精礦粉、助熔劑和水供給至造球裝置進行混合造球，以便得到混合球團。

根據本發明的實施例，助熔劑的種類并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，助熔劑可以包括選自生石灰、石灰石、碳酸鈣和氟化鈣中的至少之一。發明人發現，通過采用上述助熔劑，可以使后續制備得到的金屬化球團中的鐵在較低的溫度下熔化為鐵水，從而降低工藝的能耗。

根據本發明的實施例，用于混合造球的硼鐵精礦粉、助熔劑和水的配比并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，硼鐵精礦粉、助熔劑和水的質量比可以為(89～95):(1～5):(4～6)，由此，可以顯著提高制備得到的混合球團的成型效果，通過加入助熔劑，還可以使后續制備得到的金屬化球團中的鐵在較低的溫度下熔化為鐵水，從而降低工藝的能耗。

根據本發明的實施例，混合球團的粒徑并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，混合球團的平均粒徑可以為8～14mm，由此，可以顯著提高混合球團之間的接觸面積，從而提高后續焙燒處理和還原處理的效率。

S300：焙燒處理

該步驟中，將混合球團供給至焙燒裝置進行焙燒處理，以便得到氧化球團。具體地，根據本發明的實施例，通過進行焙燒處理，可以將硼鐵礦中以不同形成存在的硼氧化為B₂O₃的形式，以便通過后續熔分處理將B₂O₃與金屬鐵分離。

根據本發明的具體實施例，焙燒處理可以進一步包括：將混合球團進行干燥；將經過干燥的混合球團在850～950攝氏度下進行預熱10～20min；將經過預熱的混合球團在1150～1250攝氏度下進行焙燒10～20min。發明人發現，通過將混合球團進行干燥，可以有效地除去混合球團中的水分，從而減少焙燒處理中大量水分揮發造成的熱量浪費。進而將經過干燥的混合球團在850～950攝氏度下進行預熱10～20min后，在1150～1250攝氏度下進行焙燒10～20min，可以有效地將硼鐵礦中以不同形式存在的硼氧化為B₂O₃的形式，以便通過后續熔分處理將B₂O₃與金屬鐵分離。

S400：還原處理

該步驟中，將氧化球團和還原氣供給至氣基豎爐進行還原處理，以便得到金屬化球團。具體地，根據本發明的實施例，氣基豎爐內由上至下依次為預熱段、中溫預還原段和高溫還原段，可以將氧化球團從氣基豎爐頂部的預熱段裝入，使氧化球團依次經過預熱段、中溫預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。

根據本發明的具體實施例，氣基豎爐中溫預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的金屬化率。

根據本發明的具體實施例，還原處理進行的時間可以為2～4h，由此，可以進一步提高制備得到的金屬化球團的金屬化率。

根據本發明的實施例，還原氣的組成并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，還原氣可以采用氫氣和一氧化碳的混合氣，氫氣和一氧化碳的體積比0.5～5.0，由此，可以進一步提高制備得到的金屬化球團的金屬化率。

根據本發明的實施例，還原氣的壓力并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，還原氣的壓力可以為0.2～0.4MPa，由此，可以進一步提高制備得到的金屬化球團的金屬化率。

S500：熔分處理

該步驟中，將金屬化球團熱送至燃氣熔分爐進行熔分處理，以便得到含硼鐵水和富硼熔分渣。根據本發明的實施例，通過熔分處理，可以有效地使金屬化球團中的金屬鐵熔化，并且使金屬化球團中的硼富集在尾渣中，從而實現硼的分離。

根據本發明的實施例，熔分處理的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的具體實施例，熔分處理可以在1500～1650攝氏度下進行30～60min完成。發明人發現，通過加入前面所述的助熔劑，可以在較低的溫度下使金屬化球團中的鐵熔化，從而與富硼熔分渣分離。

S600：冷卻處理

該步驟中，將富硼熔分渣供給至冷卻裝置進行冷卻處理，以便得到活性富硼渣。根據本發明的實施例，發明人通過大量實驗意外地發現，從硼鐵精礦中分離得到高溫富硼熔分渣后，如果富硼熔分渣的降溫速度過快，會導致其中B₂O₃的活性大大降低，由此，發明人通過對降溫方法進行改進，采用將高溫富硼熔分渣送入保溫料罐中，在將保溫料罐送入保溫室的方式使高溫富硼熔分渣緩冷降溫，從而顯著提高了制備得到的B₂O₃的活性。

具體地，根據本發明的實施例，保溫料罐與富硼熔分渣出口之間可以由分料裝置相連，出料時，分料裝置直接將富硼熔分渣分裝入若干保溫料罐。在保溫料罐容納高溫富硼熔分渣時，保溫料罐處理封閉狀態，富硼熔分渣進入保溫料罐后的溫度為1350～1450攝氏度。

進一步地，根據本發明的實施例，可以采用水平運輸裝置直接將容納有高溫富硼熔分渣的保溫料罐運送至保溫室，保溫室內設置有電熱輻射管，通過利用電熱輻射管對保溫料罐進行加熱，可以保證保溫料罐內的高溫富硼熔分渣緩慢降溫，從而提高制備得到的B₂O₃的活性。

根據本發明的具體實施例，可以通過利用電熱輻射管對保溫料罐進行加熱，使得高溫富硼熔分渣降溫的速率保持在5～10攝氏度/min，由此可以進一步提高制備得到的B₂O₃的活性。高溫富硼熔分渣在保溫室內由1350～1450攝氏度降至900攝氏度時，可以將容納有富硼熔分渣的保溫料罐罐口打開并送入余熱回收室，進而通過風冷設備將保溫料罐冷卻至100攝氏度以下，流經保溫料罐罐口的空氣被加熱后通過換熱器放熱降溫，降溫后的空氣再用于循環冷卻保溫料罐，從而實現對保溫料罐的余熱回收。

由此，根據本發明實施例的處理硼鐵礦的方法通過采用破碎裝置將硼鐵精礦破碎后得到硼鐵精礦粉，進而將硼鐵精礦粉、助熔劑和水供給至造球裝置進行混合造球，將得到的混合球團供給至焙燒裝置進行干燥和焙燒處理，以便使硼鐵精礦中的硼轉化為氧化物的形式，得到氧化球團，然后采用氣基豎爐利用還原氣對氧化球團進行還原處理，得到金屬化球團，再將金屬化球團熱送至熔分裝置進行熔分處理，得到含硼鐵水和富硼熔分渣，最后采用冷卻裝置對富硼熔分渣進行冷卻處理，使富硼熔分渣緩慢冷卻，具體可以將高溫富硼熔分渣送入保溫料罐中，以5～10攝氏度/min的降溫速率將富硼熔分渣冷卻至900攝氏度，再將富硼熔分渣風冷至100攝氏度，即可獲得活性90％以上的活性富硼渣。即可獲得活性90％以上的活性富硼渣。相對于傳統的高爐工藝，采用該方法制備得到的富硼渣活性可提高約40個百分點，且省去了傳統工藝中污染嚴重的燒結、焦化等工序，全流程不使用固體還原劑，不引入灰分等固體雜質，對環境更為友好，另外，采用該方法制備高活性富硼渣的工藝簡單、流程短、效率高、成本低，特別適用于規模化生產。

下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。

實施例1

參考圖4，將硼鐵精礦破碎至粒徑小于0.074mm占90wt％的硼鐵礦精礦粉，其中含鐵53.86wt％，含三氧化二硼5.66wt％。將硼鐵礦精礦粉、1.0wt％的生石灰、0.5wt％氟化鈣、6wt％水混合均勻后，制成直徑8～14mm的混合球團，經干燥、1200℃焙燒后裝入氣基豎爐，在900℃的氣基豎爐內還原4h，還原氣成分中CO+H₂＝85v％，還原氣H₂/CO體積比為3.0，其中還原氣壓力為0.3MPa。熱金屬化球團熱裝罐送入用焦爐煤氣作燃料的燃氣熔分爐進行熔分，燃氣熔分爐熔分溫度為1500～1650℃，熔分40min。在出鐵口和出渣口分別得到含硼鐵水和富硼熔分渣，其中高溫富硼渣直接用保溫料罐熱裝進入保溫室，以5℃/min的速率降溫至900℃。然后將保溫料罐開口送入余熱收集室強迫降溫至100℃以下。

由氣基豎爐排出的金屬化球團金屬化率為96.4wt％，熔分得到的含硼鐵水中含硼0.11wt％，含鐵98.56wt％，富硼熔分渣中B₂O₃品位22.13wt％，回收率為95.29％，活性為91.46％。

實施例2

參考圖4，將硼鐵精礦破碎至粒徑小于0.074mm占92wt％的硼鐵礦精礦粉，其中含鐵51.93wt％，含三氧化二硼4.55wt％。將硼鐵礦精礦粉、1.5wt％的生石灰、0.5wt％氟化鈣、5wt％水混合均勻后，制成直徑8～14mm的混合球團，經干燥、1150℃焙燒后裝入氣基豎爐，在900℃的氣基豎爐內還原3h，還原氣成分中CO+H₂＝90v％，還原氣H₂/CO體積比為4.0，其中還原氣壓力為0.2MPa。熱金屬化球團熱裝罐送入用焦爐煤氣作燃料的燃氣熔分爐進行熔分，燃氣熔分爐熔分溫度為1500～1650℃，熔分30min。在出鐵口和出渣口分別得到含硼鐵水和富硼熔分渣，其中高溫富硼渣直接用保溫料罐熱裝進入保溫室，以7℃/min的速率降溫至900℃。然后將保溫料罐開口送入余熱收集室強迫降溫至100℃以下。

由氣基豎爐排出的金屬化球團金屬化率為94.7wt％，熔分得到的含硼鐵水中含硼0.08wt％，含鐵98.96wt％，富硼熔分渣中B₂O₃品位16.38wt％，回收率為95.62％，活性為90.11％。

對比例

參考圖4，將硼鐵精礦破碎至粒徑小于0.074mm占92wt％的硼鐵礦精礦粉，其中含鐵53.86wt％，含三氧化二硼5.66wt％。將硼鐵礦精礦粉、1.0wt％的生石灰、0.5wt％氟化鈣、6wt％水混合均勻后，制成直徑8～14mm的混合球團，經干燥、1200℃焙燒后裝入氣基豎爐，在900℃的氣基豎爐內還原4h，還原氣成分中CO+H₂＝85v％，還原氣H₂/CO體積比為3.0，其中還原氣壓力為0.3MPa。熱金屬化球團熱裝罐送入用焦爐煤氣作燃料的燃氣熔分爐進行熔分，燃氣熔分爐熔分溫度為1500～1650℃，熔分40min。在出鐵口和出渣口分別得到含硼鐵水和富硼熔分渣，其中高溫富硼渣空冷至室溫

由氣基豎爐排出的金屬化球團金屬化率為96.4wt％，熔分得到的含硼鐵水中含硼0.11wt％，含鐵98.56wt％，富硼熔分渣中B₂O₃品位22.13wt％，回收率為95.29％，活性為51.38％。結果表明，將高溫富硼渣直接空冷至室溫，會導致制備得到的B₂O₃活性大大降低。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。