Горно-химическое сырье

Обогащение борных руд

 

Характеристика соединений и месторождении бора

Содержание бора в земной коре составляет 3 • 10-10 %. Бор не относится к редким элементам, однако он чрезвычайно рассеян.

В настоящее время в природе насчитывается более 120 минералов бора, подавляющее большинство их — кислородные соединения и только два — фтористые. Но современная промышленность из них использует только 10—12, имеющих относительно широкое распространение и благоприятные технические свойства.

Важнейшие борсодержащие минералы, представляющие промышленный интерес, следующие:

  • оксиды — сассолин В(ОН)3;
  • бораты — ашарит MgBO2(ОН), бура (тинкал) Na2B4O7 × 10H2O, гидроборацит CaMgB6O11 • 6Н2О, иньоит Ca2B6O11 × 13Н2О, калиборит KMg2B11O19 • 9H2О, кернит Na2B4O7 • 4Н2О, колеманит Ca2B6O11 • 5Н2О, котоит Mg3(ВО3)2, людвигит (MgFe)2 × Fe(BO3)2, прицеит (пандермит) Ca4B10O19 • 7Н2О, улексит NaCaB5O9 • 8Н2О, флюоборит Mg3(BO3) (F, OH)3;
  • боросиликаты и бороалюмосиликаты — данбурит СаВ2Si2O8, датолит CaBSiO4(OH), турмалин H2Na2(Mg, Fe)6B6Al12O62, аксинит Ca2(Mn, Fe) Al2(BSi4O15)OH.

Наиболее важное промышленное значение в настоящее время имеют кернит и бура; из кальциевых боратов наибольшее практическое значение приобрели колеманит, улексит и гидроборацит, из магниевых — ашарит, борацит, людвигит, котоит; из боросиликатов — датолит, данбурит.

Датолитовые руды образуются по скарнам, заместившим известняки. В богатых рудах этого типа содержание датолита достигает 50 %. Нерудными минералами являются гранат, манганогеденбергит, кальцит, кварц и др.

Запасы борсодержащих руд в развитых капиталистических странах значительно превышают 1 млрд т. Крупнейшими разведанными и промышленно освоенными запасами борных руд располагают США и Турция.

Борные месторождения России и Казахстана представлены в основном боратами морского цикла или боросиликатами в известковых скарнах.

Остаточные боратовые месторождения, сформировавшиеся на месте борсодержащих солей, сложены большей частью ашаритом. Ашаритовые руды перерабатывают кислотным методом с получением борной кислоты.

Гидроборацитовые руды разлагаются содой и углекислотой после их прокалки при температуре 600—650 °С с получением буры. Для получения борной кислоты гидроборацитовый концентрат разлагается серной кислотой.

К числу промышленных боросиликатных месторождений, связанных с известковыми скарнами, относят датолитовые и данбуритовые месторождения Приморского края и Памира.

Из боросиликатных месторождений эксплуатируется в настоящее время только датолитовое. Месторождение приурочено к скарнированным триасовым известнякам, залегающим среди песчано-сланцевых отложений. В пределах месторождения большая часть скарновых пород является промышленной датолитовой рудой.

Методы переработки и обогащения боросиликатных руд

Потребители боропродуктов (химическая, металлургическая, строительная промышленность и др.) стремятся, как правило, применять возможно более концентрированное сырье, что позволяет интенсифицировать их процессы и получать продукцию лучшего качества с меньшими затратами.

Впервые в мировой практике в России разработаны способы обогащения боросиликатных руд с получением датолитового концентрата, производства борной кислоты и бората кальция из датолитового концентрата, производства из борной кислоты пербората натрия, безводных кислородных боропродуктов, производства элементарного бора и других его соединений.

Результаты внедрения этих процессов решили проблему обеспечения боропродуктами потребности народного хозяйства страны, ускорили развитие новейших научных направлений в производстве изоляционного и текстильного стекловолокна, боросиликатного стекла, термобора, нитридов бора как волокно, так и порошкообразного, свойства которого позволяют его использовать при чрезвычайно высоких параметрах давления и температур, в производстве карбида бора, материала, применяемого для абразивных целей и в качестве экранов от ядерного излучения, и позволили обеспечить традиционных потребителей бора — металлургию, строительную индустрию (стеклокерамика, эмали, стекловолокно, стекловата), сельское хозяйство, лесное хозяйство, электронику, ядерную энергетику и т. д.

Основные способы обогащения борсодержащего сырья: радиометрическое обогащение, обогащение в тяжелых средах, электромагнитная сепарация, флотация, термическая и химическая переработка.

С целью повышения содержания полезного компонента в природном сырье проводят предварительное обогащение сырья с применением радиометрической сепарации и обогащения в тяжелых средах по типовым схемам цикла.

 

Схема магнитного обогащения приведена на рис. 7.13.

Схема магнитного обогащения с применением высокоградиентных сепараторов
Рис. 7.13. Схема магнитного обогащения с применением высокоградиентных сепараторов

По данной схеме (рис. 7.13) руда, измельченная до крупности -0,074 мм (65 %) в шаровой мельнице, работающей в замкнутом цикле со спиральным классификатором, плотностью 25—27 % твердого поступает на магнитный сепаратор со слабым магнитным полем для отделения металлических опилок и затем направляется на грохочение для отделения крупных классов и щепы. Подрешетный продукт грохота поступает в основной полиградиентный сепаратор. Магнитная индукция в рабочей зоне составляет 1,7—2,4 Тл. Магнитная фракция поступает на контрольную сепарацию, магнитная фракция контрольной сепарации — в отвал. Немагнитная фракция основной магнитной сепарации поступает на перечистную сепарацию, немагнитная фракция перечистной сепарации — на флотацию, а магнитная фракция перечистной сепарации и немагнитная фракция контрольной сепарации — в голову основной сепарации.

По данной схеме получают промпродукт с содержанием Fe2O3 = 3,46 %, B2O3 = 12,4 %, который при дальнейшем обогащении флотационным методом доводится до концентрата с содержанием Fe2O3 = 2,5 % и B2O3 = 17 %.

Принципиальная коллективно-селективная схема флотационного обогащения боросиликатных руд приведена на рис. 7.14.

Принципиальная коллективно-селективная схема флотационного обогащения боросиликатных руд
Рис. 7.14. Принципиальная коллективно-селективная схема флотационного обогащения боросиликатных руд

Схема флотационного обогащения (см. рис. 7.14) состоит из четырех основных операций:

  • • основной коллективной флотации с получением датолит-кальцитового концентрата и выделением отвальных хвостов;
  • • сгущения датолит-кальцитового концентрата;
  • • контактирования датолит-кальцитового концентрата с реагентами;
  • • карбнатной флотации датолит-кальцитового концентрата с выделением в пену кальцитового концентрата.

Флотационный процесс характеризуется подачей в основную флотацию едкого натра (1 кг/т), а затем жидкого мыла (0,18 кг/т) четырьмя порциями, жидкого стекла (2 кг/т) и медного купороса (1 кг/т) в контактный агрегат, жидкого мыла (1,4 кг/т) в четыре точки карбонатной флотации, температурой флотации 60 °С.

Схемы переработки к комплексного использования боросиликатных руд

Датолитовые и данбуритовые руды перерабатывают по магнитно-флотационной схеме с предварительным обогащением в тяжелых средах. Полученные концентраты используют как конечные борсодержащие продукты или подвергают дальнейшей переработке.

Применение большого числа способов переработки позволяет осуществлять комплексное использование сырья. На рис. 7.15 и 7.16 приведены схемы комплексного использования датолитовой и данбуритовой руд.

Схема комплексного использования датолитовой руды
Рис. 7.15. Схема комплексного использования датолитовой руды

При обогащении в тяжелых средах конечными продуктами являются: обогащенная по B2O3 фракция, которая есть исходное сырье в производстве бората кальция и датолитового концентрата; кальцитовая и гранатовая фракции — сырье для строительных производств.

Схема комплексного использования данбуритовых руд
Рис. 7.16. Схема комплексного использования данбуритовых руд

При производстве датолитового концентрата получают продукты: датолитовый концентрат — сырье для производства борной кислоты, бората кальция и пербората натрия; магнитная фракция (хвосты магнитного обогащения) и хвосты флотации — это сырье для строительных производств (силикатного кирпича, строительного песка, вяжущих и т. д.).

При производстве борной кислоты получают борную кислоту и шлам. Шламы служат сырьем для производства серной кислоты, цемента, гипса, наполнителей для резины и пластмасс, а также для строительных производств (газобетона, вяжущих и др.) и производства минеральных удобрений.

При производстве бората кальция и пербората натрия получают борат кальция, перборат натрия и шлам.

Шлам служит сырьем для получения мела, боризвестковых удобрений, глазурей, чистящих полирующих паст, шлаковаты и т. д.

Получение борной кислоты из датолитового концентрата осуществляется серно-кислотным способом.

Из борной кислоты производят борный ангидрид, буру, октаборат натрия и другие борсодержащие соединения.

При переработке датолитового или данбуритового концентрата, или руды термическим способом получают борат кальция, буру, борную кислоту, пентаборат кальция, перборат натрия, боризвестковые удобрения и другие борсодержащие соединения.

Схема производства боропродуктов (борной кислоты, буры, бората кальция, пербората натрия и т. п.)
Рис. 7.17. Схема производства боропродуктов (борной кислоты, буры, бората кальция, пербората натрия и т. п.)

Схема производства боропродуктов (борной кислоты, буры, бората кальция, пербората натрия) приведена на рис. 7.17.