辽东地区硼镁铁共生矿储量2.8亿t,B2O3储量2184万t,占全国硼资源总储量的57.88%,该矿中铁、硼、镁等多元素共生,具有极高的综合利用价值和重要的战略地位。但由于硼镁铁共生矿多元素共生,有价组元品位较低,且物相复杂,嵌布密切等特点,给采、选、冶等工艺带来巨大困难,尤其是长期以来形成的重铁轻硼弃镁的开发利用观念,造成了有价组元利用率低和显著的环境问题,特别是低品位难处理硼镁铁共生矿,以上问题更为突出。国内外针对硼镁铁共生矿的综合利用已经研究多年,到目前为止出现过许多创新性的学术研究,遗憾的是,相关的科研和学术研究与工业需求不相匹配,工业化应用技术尚未形成。在总结和回顾前人研究的基础上,本研究提出了低品位硼镁铁共生矿金属化还原-分选-磁性产物用于钢铁生产-非磁性产物制取硫酸镁和硼酸-含硼废弃物用作球团添加剂的综合利用新工艺。针对新工艺的关键环节,进行了硼镁铁共生矿金属化还原-分选工艺、非磁性产物硫酸浸出-分级结晶工艺、含硼废弃物用作球团添加剂工艺等系统研究,探讨了新工艺所涉及的碳热还原热力学、非等温热分解动力学、溶液热力学以及有价组元迁移规律等相关机理。热力学分析表明,以固体碳为还原剂,可以将原料中的铁氧化物还原为金属铁,硼、镁等的氧化物不被还原,也不与碳反应,不消耗碳源;平衡物相组成分析表明,配碳比1.0条件下,还原温度不低于1050℃时,铁氧化物及铁的复杂氧化物才能完全还原为金属铁。以含铁量较高的含硼铁精矿为对象的实验室探索实验表明,磁场强度50 mT、还原温度不低于1250℃、还原时间不少于20 min条件下,85%以上的铁可富集于高金属化率的磁性产物中,70%以上的硼可富集于非磁性产物中。硼镁铁共生矿非等温热分解过程中的失重主要是失水造成的,其中蛇纹石和硼镁石中结构水的脱除是最主要的,热分解过程中伴随着原物相的分解和新物相的生成,热分解终点时,该试样中的主要物相为镁铁橄榄石和硼镁铁矿。采用两种无机理函数模式的等转化率分析法FWO法和KAS法求得结构水分解的活化能分别为277.97 kJ/mol和277.17 kJ/mol;采用单扫描速率分析法Satava法和多重扫描速率分析法Popescu法得出结构水分解的最概然机理函数的积分形式是G（α）=（1-α）-1-1,微分形式是f（α）=（1-α）2,机理是化学反应,指前因子lgA为15.69 s-1。本研究条件下,低品位硼镁铁共生矿原矿金属化还原-磁选分离工艺适宜的参数为:还原温度1250℃、还原时间60 min、配碳比1.4、矿粒度0.500～2.000 mm、煤粒度0.500～1.500 mm;磁性产物中铁的回收率为88.02%,非磁性产物中,硼、镁的回收率分别为88.86%、94.60%。磁性产物为高金属化率的铁粉,是优质的炼钢原料,非磁性产物富含硼、镁等元素,将通过后续研究继续分离回收有价组元。碳热还原过程中含铁物相的转变历程为:Fe3O4/（Mg,Fe）2FeBO5/MgFe2O4→FeO→Mg2-xFexSiO4→Fe;含硼物相的转变历程为:MgBO2（OH）/（Mg,Fe）2FeBO5→Mg2B2O5。选分非磁性产物硫酸浸出-分级结晶研究表明,常压条件下,硫酸用量85%、浸出温度90℃,液固比7,浸出时间15 min,硼、镁浸出率分别可达92.04%和87.43%,硅富集在浸出渣中,可用作制备白炭黑等工业硅制品的优质原料。分级结晶时,室温条件下,乙醇用量为原始溶液体积的1.5倍,结晶时间30 min,溶液初始浓度0.8 mol/L,硫酸镁析出率达到97.23%,将析出硫酸镁后的乙醇-水混合体系中的乙醇蒸馏回收后,蒸发浓缩溶液,常温下结晶即可得到硼酸产品,硼酸的一次收率为83.52%。硫酸浸出-分级结晶过程的物相转变机制和元素迁移规律如下,硼元素:Mg2B2O5（非磁性产物）→H3BO3（硫酸浸出液）→H3BO3（乙醇-水混合体系）→H3BO3（结晶粗产品）;镁元素:Mg2B2O5/Mg2SiO4（非磁性产物）→Mg2+（硫酸浸出液）→MgSO4·7H2O（结晶粗产品）;硅元素:Mg2SiO4（非磁性产物）→SiO2（浸出渣,无定形态）;酸浸过程中产生的无定型态SiO2对过滤操作有很大影响。含硼废弃物应用于氧化球团生产的探索研究表明,在一定范围内,使用硼泥添加剂有利于提高成品球团的抗压强度,还原膨胀性能基本保持稳定,其适宜加入量为1.0%;外加硼泥添加剂1.0%时,可将膨润土配比由基准条件的1.0%降至0.3%,与基准条件相比成品球团品位升高,碱负荷降低,其他冶金性能相当;开发了复合型硼泥添加剂,其配比为0.8%时膨润土配比可降至0.2%,与基准条件和仅配加硼泥相比,成品球团的抗压强度相当,还原膨胀性能明显改善。本研究提出的新工艺实现了硼镁铁共生矿中多组元的同步提取回收,相应产物可以为钢铁工业及化工行业提供优质原料,并最大程度地降低了含硼废弃物的污染问题。丰富了硼镁铁共生矿综合利用技术和理论体系,为硼镁铁共生矿绿色高效利用工艺的设计开发与产业化应用提供了重要的理论依据,有利于推动我国硼镁铁共生矿综合利用技术的发展,并为处理其他特色冶金资源提供借鉴与参考。