【文章內容簡介】 iO2含量越高，則鐵酸鈣的含量就越多；鐵礦粒度較細時，SiO2含量越高，則鐵酸鈣的含量就越少。 ，鐵礦與 CaO 生成鐵酸鈣的量隨鐵礦的粒度的增大而增多；粒度范圍越寬的鐵礦，鐵酸鈣的含量越大[20]。關于鐵酸鈣的成分與結構，國內外己有許多研究。最早認為是一元系鐵酸鈣，其成分為CaOFe2O3,2CaOFe2O3,CaO2Fe2O3。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)燒結礦中鐵酸鈣主要是二元系、四元系及固溶體，這是由于原料中存在的SiO2及A12O3中溶入鐵酸鈣。因此，人們稱其為復合鐵酸鈣或硅鋁鐵酸鈣，簡稱SFCA[19]。（1）SFCA的形成過程SFCA的形成是以下個反應的結果: CaOFe2O形成(1050～1150℃)A12O3 與CaO反應生成鋁酸鈣(1100～1150℃)鋁酸鈣熔于CaOFe2O中(1100～1150℃)形成鐵鋁酸一鈣。鐵鋁酸一鈣熔化并與Fe2O3反應生成鐵鋁酸半鈣(1200～1250℃)隨后與SiO2反應形成SFCA(1200～1250℃) [18]。 影響鐵礦的鐵酸鈣生成特性的因素較多，主要包括以下兩個方面：(1)燒結工藝參數(shù)的影響，包括燒結溫度、燒結氣氛和配碳量等。較低的燒結溫度、較強的氧化性氣氛，能夠促進鐵酸鈣的生成。(2)鐵礦的性質，即自身特性，是決定燒結礦中不同礦物組成的內在因素。鐵礦粉的種類、粒度組成、致密性、堿度、化學成分(包括CaO,MgO, SiO2,A12O3)等又直接影響到燒結礦的礦相組成及分布的均勻性。鐵礦粉的自身特性是影響SFCA生成能力的重要因素[19]。（2）礦石的鐵酸鈣生成特性是多種因素共同作用的結果礦石的鐵酸鈣生成特性是多種因素共同作用的結果。除受焙燒溫度、焙燒氣氛、堿度等因素影響外，還受鐵礦石的自身性質，如Fe2O3含量、CaO含量、SiO2含量、MgO含量、Al2O3/ SiO2的比值，和致密性等因素的影響，這些影響因素之間是互相影響、互相作用的。不同的鐵礦石，鐵酸鈣的生成特性不同。，結構松散的褐鐵礦、赤鐵礦及較高含量的A12O3和SiO2有利于SFCA的生成。鐵礦石的鐵酸鈣生成特性是燒結配礦必須考慮的因素，對優(yōu)化配礦具有重要的指導作用。提高燒結礦的強度是日前低SiO2燒結生產中亟待解決的問題之一。作為低硅、高堿度燒結礦的主要粘結相―鐵酸鈣，其數(shù)量與結合形態(tài)在很大程度上決定著燒結礦的強度[19]。燒結固相反應是指燒結料在它們的接觸界面上，在液相生成之前以固體狀態(tài)進行的反應,產物也是固態(tài)。固相反應形成低熔點化合物是燒結液相產生的基礎，而液相是燒結過程中使礦粉成塊和使燒結礦具有一定強度的主要條件，因此固相反應進行的情況直接影響著燒結礦的質量[24]。由于燒結過程中物料升溫很快，從500℃升溫到1500℃僅需要不到3min的時間，因此對燒結礦固結具有實際意義的是固相反應的開始溫度與最初形成的產物。王藝慈，羅果萍等人主要研究了世界獨有的同時含F(xiàn)、K、Na的白云鄂博鐵礦高堿度燒結礦中F、K、Na對燒結固相反應開始溫度與最初形成產物的影響規(guī)律，以探明F、K、Na在燒結固相反應過程中的行為規(guī)律，為提高含F(xiàn)、K、Na白云鄂博燒結礦的質量，更有效地綜合利用白云鄂博鐵礦資源提供理論指導[13]。（1）研究內容研究內容為5個反應體系的固相反應開始溫度及最初形成的產物，這5個固相反應體系分別為；①SiO2(K2O+Na2O)系；②Fe2O3(K2O+Na2O)系；③CaOSiO2CaF2（K2O+Na2O）；④Fe2O3CaOCaF2(K2O+Na2O)系；⑤Fe2O3CaOSiO2CaF2（K2O+Na2O）系。根據(jù)固相反應的特點，固相反應的最初產物并不決定于反應物質的比例數(shù)，只能形成同一種晶體構造最簡單的化合物。可知各原料成分的配比對最初形成的固相反應產物沒有影響，但是為了便于檢測出最初形成的固相反應產物。（分子數(shù)比例）試樣編號Fe2O3CaOSiO2CaF2K2ONa2O1――2―1122―――113―531411―試樣總量的10%51421注：試樣5中K2O和Na2O占試樣總量的10%。（2）研究方法試樣采用化學純試劑配制而成,其中K2O、Na2O分別用K2CONa2CO3代替。分別將各種化學純試劑研磨至 mm，便于充分混勻,使固相反應順利進行。采用差熱分析(DTA)與X射線衍射(XRD)相結合的方法確定燒結固相反應的開始溫度及固相反應的產物。本實驗采用STA449綜合熱分析儀確定燒結固相反應的開始溫度，將燒結原料充分混勻,裝入剛玉坩堝,再壓緊搗實，然后以10℃/min的升溫速率，升溫至1050℃，升溫過程為空氣氣氛。在燒結升溫過程中，當有固相反應發(fā)生或晶型轉變時，必然伴隨著能量的變化，DTA曲線上將會出現(xiàn)相應峰值，由此可以確定固相反應的開始溫度。為了確定DTA曲線上峰值溫度下相應的固相反應產物，用“干壓法”將相同成分的粉料壓制成8mm5mm的小餅，放置在P160型紅外線加熱爐內燒結。為了便于檢測燒結過程中固相反應產物，分別將2號和3號試樣升溫到550℃(高于DTA曲線峰形結束溫度50～100℃)進行燒制，然后將燒好的試樣在PHILPSPW1700型X射線衍射儀上作X射線衍射分析，以確定DTA曲線上峰值溫度下固相反應的最初產物。、升溫速率及燒結氣氛試樣編號 132～5燒制溫度/℃升溫速率/（℃min1）8001055010105010流量氣氛/（Lmin1）3（空氣氣氛）3（空氣氣氛）3（空氣氣氛）（3）實驗結果及分析①SiO2(K2O+Na2O)系固相反應開始溫度與初形成產物分析SiO2(K2O+Na2O)固相反應體系的DTA曲線見圖15，從室溫升至1050℃過程中，共出現(xiàn)了123℃、174℃和745℃三個吸熱峰，并且同時均伴有失重現(xiàn)象，說明在這三個溫度下發(fā)生了吸熱反應，同時有揮發(fā)物逸出。123℃吸熱峰為燒結粉料中游離水的蒸發(fā),174℃吸熱峰與燒結料中Na2CO3相變有關，而745℃吸熱峰面積最大，表明702758℃溫度范圍內有強吸熱反應發(fā)生。用“干壓法”將燒結粉壓制成小餅，并在P160型紅外線加熱爐內將試樣加熱到800℃，將燒成的試樣作XRD分析，結果發(fā)現(xiàn)有一種新物質Na2SiO3形成(沒有發(fā)現(xiàn)K2SiO3)，Na2SiO3是玻璃相的組成成分之一，熔點為1088℃,可以推斷，702758℃溫度范圍內發(fā)生的強吸熱反應為:SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑(在實驗中用Na2CO3代替了Na2O)。因此，SiO2(K2O+Na2O)體系在燒結固相反應過程中形成了低熔點化合物Na2SiO3，反應開始溫度為702℃，由于燒結原料中K、Na的存在，促使低熔點化合物Na2SiO3的形成為燒結液相的產生創(chuàng)造了條件。圖15 SiO2(K2O+Na2O)體系固相反應的DTA曲線（4）結論王藝慈，羅果萍等人研究結論①在以K2CONa2CO3替代K2O、Na2O的原料條件下，SiO2(K2O+Na2O)體系在燒結固相反應過程中形成了低熔點化合物Na2SiO3(熔點為1088℃)，固相反應開始溫度為702℃。Fe2O3(K2O+Na2O)體系在燒結固相反應過程中形成了低熔點化合物Na2OFe2O3(熔點為1050℃)，固相反應開始溫度為780℃。CaOSiO2CaF2(K2O+Na2O)系自900℃就開始了合成槍晶石(熔點140℃左右)的固相反應。燒結原料中F、K、Na的存在,促進了燒結固相反應過程中低熔點化合物硅酸鈉(Na2SiO3)、鐵酸鈉(Na2OFe2O3)、槍晶石(3CaO2SiO2CaF2)的形成，進一步促進了燒結液相的產生[22]。②Fe2O3CaOCaF2(K2O+Na2O)系固相反應產物為2CaOFe2O3和Na2OFe2O3，并以2CaOFe2O3為主[23]，反應發(fā)生在700～850℃溫度范圍內。該體系雖含有CaF2，但不含SiO2，不具備形成槍晶石的條件，F(xiàn)的存在對該體系的固相反應沒有影響，但K、Na的存在，使固相反應的產物除2CaOFe2O3以外，還生成Na2OFe2O3。③Fe2O3CaOSiO2CaF2(K2O+Na2O)系固相反應的產物是槍晶石(3CaO2SiO2CaF2)和3CaO2SiO2，而未檢測到2CaOFe2O3和Na2OFe2O3，體系中SiO2的存在為槍晶石和硅酸鹽的形成創(chuàng)造了條件，優(yōu)先奪取CaO形成槍晶石(3CaO2SiO2CaF2)和3CaO2SiO2，從而抑制了鐵酸鹽的形成。通過改變鉀長石和純化學試劑CaO、Fe2OCaF2的配比，采用差熱分析和XRD相結合的方法進行①KAlSi3O8CaO體系；②KAlSi3O8CaOCaF2體③KAlSi3O8CaOFe2O3體系；④KAlSi3O8CaOFe2O3CaF2體系的固相反應特性研究。分析固相反應特性對鐵酸鈣生成的影響及對燒結礦強度的影響規(guī)律。第二章 實驗方案研究4個反應體系的固相反應開始溫度及最初形成的產物，這4個固相反應體系分別為①KAlSi3O8CaO體系；②KAlSi3O8CaOCaF2體③KAlSi3O8CaOFe2O3體系；④KAlSi3O8CaOFe2O3CaF2體系，通過改變鉀長石和純化學試劑CaO、Fe2O、CaF2的配比，采用差熱分析和XRD相結合的方法進行固相反應特性研究。分析固相反應特性對鐵酸鈣生成的影響及對燒結礦強度的影響規(guī)律。將市場購買的純化學試劑用200網目篩篩選，根據(jù)表（22）配料單配料。再將配好的料研磨至＜，便于充分混合，使固相反應順利進行。采用差熱分析(DSC)與X射線衍射(XRD)相結合的方法確定燒結固相反應的開始溫度及固相反應的產物。本實驗采用STA 449 F3綜合熱分析儀確定燒結固相反應可能的開始溫度，將燒結原料充分混勻，裝入剛玉坩堝，再壓緊搗實，然后以10℃/min的升溫速率進行加熱升溫,升溫至1350℃，此過程在常壓氬氣氣氛下進行。在燒結升溫過程中，當有固相反應發(fā)生或晶型轉變時，必然伴隨著能量的變化，DSC曲線上將會出現(xiàn)相應峰值，由此可以確定固相反應的開始溫度。 四個體系中各化學試劑配比的確定與配料計算各原料成分的配比對最初形成的固相反應產物沒有影響，但是為了便于檢測出最初形成的固相反應產物。體系①最可能發(fā)生的反應2CaO+SiO2=2CaOSiO2，1mol KAlSi3O8里面有3mol的SiO2，故體系①的摩爾比為1﹕6。體系②中有CaF2，很可能和CaO以及KAlSi3O8中的SiO2反應，生成槍晶石（3CaO2SiO2CaF2）。 mol KAlSi3O8中有2mol的SiO2，故體系②的摩爾比為﹕3﹕ 1。體系③可能發(fā)生的反應2CaO+SiO2=2CaOSiO2和CaO+ Fe2O3=CaOFe2O3，由體系①的比例以及CaO和Fe2O3的比例是1﹕1，得到體系③的摩爾比為1﹕7﹕1。體系④中也有CaF2，因此也可能生成槍晶石，由體系②的摩爾比和CaO+ Fe2O3=CaOFe2O3的比例可得到體系④的摩爾比為﹕4﹕1﹕1。 固相反應體系試樣組成成分配比（摩爾數(shù)比例）體系編號KAlSi3O8CaOFe2O3CaF2①16②31③171④411配料計算：按總質量20g。體系①配2份試樣，試樣編號①和②。體系②配2份試樣，試樣編號③和④。體系③配2份試樣，試樣編號⑤和⑥。體系④配4份試樣，試樣編號分別為⑦、⑧、⑨和⑩。稱量天平用JY10001型電子天平，烘烤試樣用型號SF602B電熱恒溫鼓風干燥箱。計算得配料單如下： 配料單（g）體系KAlSi3O8CaOFe2O3CaF2①