【正文】 2. 對還原性的影響 影響還原性能的因素為： (1)各組成礦物的自身還原性 ； (2)氣孔率、氣孔大小與性質 ； (3)礦物晶粒的大小和晶格能的高低 。含鐵礦物與粘結相礦物彼此發(fā)展或者交織構成，此種結構的燒結礦強度最好。例如高堿度燒結礦中的 Fe2O3被 CF熔融，含鐵礦物與粘結相接觸密切，強度很好。含鐵礦物被粘結相所熔融。含鐵礦物呈圓點狀分布于粘結相礦物中，例如 Fe3O4－ CFS共晶部分形成的結構。早期結晶的含鐵礦物晶粒發(fā)育不完善，只形成骨架，其內部常為硅酸鹽粘結相充填于其中，可以看到含鐵礦物結晶外形和邊緣呈骸晶結構。燒結礦中含鐵礦物呈斑晶狀與細粒的粘結相礦物或玻璃相相互結合成斑狀結構，強度也較好。燒結礦中含鐵礦物晶粒與粘結相礦物晶粒互相結合成粒狀結構，分布均勻，強度較好。燃料用量低、液相數量少，燒結料顆粒僅點接觸粘結，故燒結礦強度低。若粘度小時則易形成強度低的粗孔結構。 ②微孔海綿狀結構?？煞譃椋? ①粗孔蜂窩狀結構。 圖 4－ 27 堿度為 (八個單元燒結體 ) 1－邊緣區(qū)，由 96－ 95%磁鐵礦和 5－ 10%鈣鐵橄欖石和玻璃質組成； 2－中間區(qū)，由 50－ 90%磁鐵礦、 10－ 15%鈣鐵橄欖石和玻璃質組成； 3－中心區(qū)，由 30－ 50%磁鐵礦、 50－ 70%鈣鐵橄欖石和玻璃質組成的硅酸鹽 “ 湖 ” ； 4－原生赤鐵礦； 5－大氣孔 (1)宏觀結構 圖 4－ 28 單元燒結體形成示意圖 (a)在燒結料中的燃料顆粒； (b)燃燒開始； (c)、 (d)燃燒體周圍生成液滴和產生收縮； (e)燃燒體邊緣開始結晶； (f)中心區(qū)結晶后的燒結體。SiO2 (x＝ ～ )]，鐵酸鈣 (CaO? Fe2O 2CaO? Fe2O CaO?2Fe2O3)。一般說來，鐵礦石燒結礦的礦物組成為： (1)含鐵礦物 磁鐵礦 (Fe3O4)、赤鐵礦 (Fe2O3)、浮氏體(FexO) (2)粘結相礦物 一般有以下幾種：鐵橄欖石 (2FeO?SiO2)，鈣鐵橄欖石 [CaOx 在結晶過程的同時，液相逐漸消失，形成疏松多孔、略有塑性的燒結礦層，由于抽風使燒結礦以不同的冷卻速度 (或冷卻強度 )降溫，一般上層 120～ 130℃ ／ min，下層為 40～ 50℃ ／min，差別甚大，不僅有物理化學反應，而且還有內應力的產生。 高熔點的鐵氧化物 (Fe3O Fe2O3)在冷卻時首先析出；其次，它們周圍是低熔點化合物和共晶混合物析出，質點從液態(tài)的無序排列過渡到固態(tài)的有序排列，體系自由能降低到趨于穩(wěn)定狀態(tài)。而且要求液相粘度低和具有良好的潤濕性。 液相形成在燒結過程中的作用： (1)液相是燒結礦的粘結相，將未熔的固體顆粒粘結成塊，保證燒結礦具有一定的強度； (2)液相具有一定的流動性，可進行粘性或塑性流動傳熱，使高溫熔融帶的溫度和成分均勻，液相反應后的燒結礦化學成分均勻化； (3)液相保證固體燃料完全燃燒，大部分固體燃料是在液相形成后燃燒完畢的，液相的數量和粘度應能保證燃料不斷地顯露到氧位較高的氣流孔道附近，在較短時間內燃燒完畢； (4)液相能潤濕未熔的礦粒表面，產生一定的表面張力將礦粒拉緊，使其冷凝后具有強度； (5)從液相中形成并析出燒結料中所沒有的新生礦物，這種新生礦物有利于改善燒結礦的強度和還原性。 (4)液相反應 ：液相中的成分在高溫下進行置換、氧化還原反應，液相產生氣泡，推動碳粒到氣流中燃燒。 (2)低熔點化合物加速形成 ：這是由于溫度升高和初期液相的促進作用，在熔化時－部分分解成簡單化合物，－部分熔化成液相。 圖 4－ 26 燒結混合料中各組分相互作用示意圖 液相的形成 表 4－ 2 燒結料形成的易熔化合物及共熔混合物 系 統(tǒng) 液相特性 熔化溫度 SiO2－ FeO 2FeO?SiO2 1205 SiO2－ FeO 2 FeO?SiO2－ SiO2共晶混合物 1178 SiO2－ FeO 2 FeO?SiO2－ FeO共晶混合物 1177 Fe3O4－ 2FeO?SiO2 2 FeO?SiO2－ Fe3O4共晶混合物 1142 MnO— SiO2 2MnO?SiO2 異分熔化點 1323 MnO－ Mn2O3－ SiO2 MnO－ Mn2O3－ 2 FeO?SiO2共晶混合物 1303 2 FeO?SiO2－ 2CaO?SiO2 鈣鐵橄欖石 CaOx?FeO2－ x?SiO2 x＝ 1150 CaO?Fe2O3 CaO?Fe2O3→ 液相＋ 2 CaO?Fe2O3(異分熔化點 ) 1126 CaO?Fe2O3 CaO?Fe2O3－ CaO?2 Fe2O3共晶混合物 1200 2 CaO?SiO2－ FeO 2 CaO?SiO2－ FeO共晶混合物 1280 FeO－ Fe2O3?CaO (18% CaO+82% FeO)－ 2 CaO?Fe2O3固熔體－共晶混合物 1140 Fe3O4－ Fe2O3－ CaO?Fe2O3 Fe3O4－ CaO?Fe2O3； Fe3O4－ 2CaO?Fe2O3 1180 Fe2O3－ CaO?SiO2 2 CaO?SiO2－ CaO?Fe2O3－ CaO?2 Fe2O3 (共晶混合物 ) 1192 由于燒結原料粒度較粗，微觀結構不均勻，而且反應時間短，從 500℃ 加熱到 1500℃ 通常不大于 3min。 固相反應在燒結過程中的作用 在燒結過程中固體燃料產生的廢氣加熱了燒結料，為固相反應創(chuàng)造了有利條件。 燒結過程的成礦機理 固相反應 固相反應是指物料在沒有熔化之前，兩種固體在它們的接觸界面上發(fā)生的化學反應，反應產物也是固體。 （ 3）強化燒結操作 ，減少燒結機漏風率 。 改善燒結料層透氣性的途徑： （ 1）加強燒結原料準備 加強燒結原料準備的目的在于改進混合料粒度和粒度組成，可通過向混合料中配加富礦粉或添加適量的、具有一定粒度組成的返礦。 公式中的值，由于流動狀態(tài)不同，其值是變化的。 料層的透氣性指數是指在單位壓力梯度下單位面積上通過的氣體流量，因而它是表示料層透氣性的一種指標，其計量單位采用米制單位時叫 JPU。壓頭損失愈高，則料層透氣性愈差，反之亦然。 顯然，當抽風面積和料層高度一定時，單位時間內通過料層的空氣量愈大，則表明料層對氣體通過的阻力小，燒結料層的透氣性愈好。 表示方法有兩種： (1)在一定的壓差 (真空度 )條件下，透氣性用單位時間內通過單位面積和一定料層高度的氣體量來表示，即： G＝ Q/(tF) 式中： G－－透氣性， m3/m2 在抽風能力一定的情況下，改善燒結料層的透氣性，能提高燒結生產率。 ν －－垂直燒結速度， ㎜ /min。ν 式中： q－－燒結機的生產率， t/（臺 k 燒結料層中的氣流運動 燒結抽風量與燒結生產率的關系 燒結生產率： q＝ 60 硫化物：氧化、分解； 硫酸鹽：分解； 單質硫：氧化。其計算式為： Ω ＝ [1－ w(FeFeO)/3w(TFe)] 100％ 式中： Ω －－燒結礦的氧化度，％； w(FeFeO)－－燒結礦中以 FeO形態(tài)存在的鐵量，％； w(TFe)－－燒結礦中的全部鐵量，％ ； 影響燒結礦氧化度的主要因素： （ 1）燃料用量； （ 2）燒結礦堿度； （ 3）燃料及礦粉粒度。 圖 4－ 23 氧化物的分解壓與溫度的關系 鐵有幾種氧化物，它們的分解是逐級進行的，但是， FeO僅在 570℃以上才能在熱力學上穩(wěn)定存在，570℃ 以下要轉變成 Fe3O4，所以氧化鐵的分解以 570℃ 為界，在 570℃ 以上，分為三步進行： 6Fe2O3＝ 4Fe3O4+O2 2Fe3O4＝ 6FeO+O2 2FeO＝ 2Fe+O2 在 570℃ 以下分二步進行： 6Fe2O3＝ 4Fe3O4+O2 1/2Fe3O4＝ 3/2Fe+O2 圖 424 氧化鐵分解壓與溫度的關系 類似的，錳氧化合物的逐級分解過程為： MnO2→Mn 2O3→Mn 3O4→MnO→Mn 鐵氧化物的還原與氧化 鐵氧化物的還原 在燒結過程中，鐵氧化物可能為 CO所還原，鐵的還原反應是逐級進行的： ＞ 570℃ 時 Fe2O3→Fe 3O4→FeO→Fe ＜ 570℃ 時 Fe2O3→Fe 3O4→Fe 其還原反應為： ① Fe2O3的還原 用 CO還原 Fe2O3的反應為： 3Fe2O3+CO＝ 2Fe3O4+CO2 ② Fe3O4的還原 Fe3O4還原在高溫與低溫有不同的反應。但絕大多數金屬氧化物的分解壓在一般冶煉溫度 (1400～ 1700℃) 下都是比較小的，遠小于大氣的氧分壓，所以僅用熱分解的方法是難以得到金屬的。 當某一溫度下氧化物的分解壓 PO2大于環(huán)境中的分解壓PO2′ 時該氧化物就發(fā)生分解；反之，若該氧化物的分解壓 PO2小于環(huán)境中氧的分解壓 PO2′ 時，則被環(huán)境中的氧所氧化。 降低石灰石粒度、提高燒結溫度或降低燒結礦堿度均可提高 CaO的礦化度。 氧化鈣的礦化度用下式表示： KH=( CaO總 CaO游 CaO殘 )/ CaO總 100% 式中 : CaO總 －混合料或燒結礦中以不同形式存在的 CaO總含量，%。 在燒結過程中 CaCO3分解為 CaO后，必須與 SiO Fe2O3等進行化合反應，稱為 CaO的礦化。16H2O 390 結晶水的分解 碳酸鹽的分解 碳酸鹽分解反應的通式可寫為： MeCO3 → MeO ＋ CO2 ↑ 不同碳酸鹽的穩(wěn)定性順序為： ZnCO3＜ MnCO3＜ PbCO3＜FeCO3＜ MgCO3＜ CaCO3＜ BaCO3＜ Na2CO3； 當在大氣中焙燒碳酸鹽時，燒結中常見碳酸鹽的開始分解溫度和沸騰分解溫度如下： CaCO3：開始分解溫度為 530℃ ，沸騰分解溫度 910℃ ； MgCO3：開始分解溫度為 320℃ ，沸騰分解溫度 680℃ ； FeCO3：開始分解溫度為 230℃ ，沸騰分解溫度 400℃ 。9H2O 410 硬水鋁礦 α A1O(OH) 剛玉 (三斜 ) α A12O3 450－ 500 緬綠泥石 15(Fe， Mg)O 4(AI， Fe)zO3 硬石膏 CaSO4 170 水鋁礦 A1(OH)3 單水鋁礦 γ － A1O(OH) 390－ 340 臭 蔥 石 FeAsO4 120 水錳礦 MnO2OH) 磁性赤鐵礦 α Fe2O3 260－ 328 石 膏 CaSO4nH2O 50－ 80 50 針鐵礦 Fe2O3OH) 赤鐵礦 Fe2O3 190－ 328 皂 土 ( Mg， Ca) 2H2O 550575 針鐵礦 Fe2O3OH) 120－ 140 拜 來 石 (Fe， A1)2O3OH的固溶體 ) 針鐵礦 Fe2O32H2O 400500 褐鐵礦 2Fe2O32H2O 偏高嶺土Al2O3H2O 赤鐵礦 Fe2O3 150200 高嶺土 A12O3 當固體物料的分解壓等