烧结矿的矿物组成及结构（二）

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">   （二）萤石脉石铁精矿烧结矿
    我国包头磁精矿烧结矿属于这一类型。该精矿特点是脉石中氧化硅低而且主要以硅酸盐形式存在，有一定数量的萤石及稀土矿物。其矿物组成及显微结构的特征如下。
    自熔性烧结矿主要矿物为磁铁矿、赤铁矿、浮土体，粘结相矿物主要为枪晶石(3CaO•2SiO₂•CaF₂)、玻璃质及少量的萤石、铁酸一钙(CaO•Fe₂O₃)、铁酸半钙(CaO•2Fe₂O₃),其次还有极少量钙铁橄榄石、铈钙硅石(R_0.356•Ca_0.299•Si_0.361•O_1.565)、残余石灰及β型正硅酸钙。粘结相总量约20～25%.
    烧结矿中磁铁矿晶粒密集，多为半自形晶或他形晶。晶粒较小，晶粒间粘结相少，局部有磁铁矿连晶现象。显微结构均匀性差，常呈不均匀的粒状结构，在磁铁矿晶粒及晶粒问微孔较多，因而次生赤铁矿及铁酸半钙较多。萤石脉石铁精矿烧结矿的矿物组成特点为：
    (1)自熔性烧结矿粘结相主要为枪晶石，而石英脉石自熔性烧结矿粘结相主要为钙铁橄榄石。
    (2)粘结相中除了枪晶石外，还有少量萤石，铁酸半钙和稀土矿物。铁酸半钙(CaO•2Fe₂O₃)是低硅自熔性烧结矿的特有矿物。由于精矿中石英低，自熔性烧结料中配入石灰也相对减少，而枪晶石又夺取了氧化钙，因而出现铁酸半钙。
    (3)粘结相中残余石灰极少，由于枪晶石夺取氧化钙, β型正硅酸钙、钙铁橄榄石含量电较少，而氟化钙液相粘度低、流动性好，容易消化石灰，所以这类烧结矿很少见到石灰白点。
    (4)磁铁矿晶粒密集，粘结相少，铁矿物与粘结相呈不均匀的粒状结构。而石英脉石自熔性烧结矿粘结相量高，铁矿物多呈孤岛状，较均匀地分布于粘结相中，呈粒状结构。从宏观结构来看，该烧结矿疏松多孔薄壁结构，强度较差，特别是落下强度差，碎粒多。
    包头钢铁公司及北京钢铁学院烧结联合试验小组的研究表明：这种结构主要由于烧结矿液相中含有氟化钙，它降低了液相的粘度及表面张力，从而造成烧结矿呈疏松多孔薄壁结构。试验又证明配加10%含SiO₂高的矿粉或提高烧结矿的碱度，降低烧结矿中枪晶石含量，可以提高液相的粘度及表面张力，使烧结矿液相变稠，液相量增多，从而使烧结矿的结构由多孔薄壁变为中孔厚壁，增加了强度。

    枪晶石(3CaO•2SiO₂•CaF₂)是含氟渣中特有的化合物，位于三元相图CaO-SiO₂-CaF₂中C₃S₂-CaF₂截面线上A点，见图4.其分子碱度为1.5,质量碱度为1.4,它是一种高熔点物相。根据文献记载,value="900" UnitName="℃">900℃它在固相中形成,value="1400" UnitName="℃">1400℃左右熔化，value="1450" UnitName="℃">1450℃分解为C₂S及CaF₂.[next]

    F₂、HF及SiF₄都是挥发性气体，有人认为枪晶石这种不稳定性使渣皮脱落，这是造成包钢炉衬及风口损坏的主要原因。但对烧结来说，含萤石脉石的烧结料，液相形成的温度较低，当烧结温度达到1450%以上时，产生挥发性气体，但在冷凝过程中，大部分含氟矿物仍以枪晶石矿物析出。从合成的枪晶石的差热曲线(图5)可以看到在熔化前并没有发现什么相变点。所以枪晶石是一种比较稳定的矿物。

    枪晶石的结构式为Ca₄Si₂Ovalue="7" UnitName="F">₇F₂,为复合硅氧四面体结构，因而有较高的熔点及粘度，它属单斜晶系，显微镜下常呈柱状晶体或假菱形断面，平行底面解理极完全，聚片双晶或矛头双晶明显。从抗压强度试验来看，它只是钙铁橄榄石抗压强度的三分之一。这是包钢烧结矿强度差的矿物组成上的原因。
    当碱度在0.6～1.5之间时，磁铁矿多为粗大的他形晶和骸品结构，磁铁矿表面有微孔和裂纹，晶粒间粘结相量少。粘结相主要为枪晶石和玻璃相，萤石呈粒状分布在粘结相中。随着碱度的升高，玻璃相逐渐从10.5%减少到2.5%,枪晶石由12.5%增加到26%,它是该碱度下的主要胶结相。由于玻璃相和枪晶石的抗压强度都很低，所以烧结矿的转鼓指数低。[next]
    当碱度由1.6增加到2.4时，磁铁矿多为半自形晶及它形晶，与铁酸钙形成熔蚀结构和交织网络结构。所谓熔蚀结构是磁铁矿多被铁酸钙熔蚀成残余它形晶或半自形晶，磁铁矿和铁酸钙紧紧相连，促使铁酸钙与磁铁矿有较大接触面和较大摩擦力，其晶形间必然是镶嵌牢固。所谓交织网络结构是铁酸一钙、铁酸半钙，呈毛发状、针状、柱状纵横交叉紧密交织，使显微结构网络成整体。另一方面铁酸钙还与枪晶石互成条带状、发状结构，使枪晶石固结得到加强。当碱度达到2.0时，铁酸钙矿物达到20%,烧结矿强度显著提高。由于烧结矿矿物组成和显微结构产生很大变化，所以含萤石脉石的高碱度烧结矿的质量也发生了根本的转变。
   （三）钒钛磁铁精矿烧结矿
    该烧结矿的矿物组成含铁矿物有钛磁铁矿(Fe₃O₄S.S.),钛赤铁矿(Fe₂O₃S.S.),脉石矿石有钙钛矿、铁酸钙、钛辉石、硅酸钙及玻璃等等。随着碱度的增加，钛磁铁矿及钛赤铁矿固溶体都减少，其中以钛赤铁矿减少较多，钙钛矿及铁酸钙增加，玻璃质相对减少。图6表示各矿物组成随碱度改变的变化。

    随着配碳量的增加，钛磁铁矿、钙钛矿有所增加，钛赤铁矿、铁酸钙有所减少。
    钒钛磁铁矿烧结矿的特点是钛磁铁矿为硅酸盐玻璃相和少量铁酸钙及部分钛赤铁矿连晶固结而成。其显微结构的特点是矿物晶粒细小，钛赤铁矿、玻璃相、钙钛矿含量较多，铁酸钙较少，偶见硅酸二钙。
    钙钛矿的熔点为value="1970" UnitName="℃">1970℃,它在烧结过程中，在value="1200" UnitName="℃">1200℃以上从熔体中析出，它是早期结晶矿物，不起粘结作用。通过对人工合成的块状钙钛矿进行测定，其抗压强度为83.36兆帕，较钙铁橄榄石低一半多，但其耐磨强度与铁酸钙差不多，硬度较大。因此，此种烧结矿耐磨不耐摔。
    钛赤铁矿在攀钢烧结矿(碱度1.75)中,含量达30%,与同碱度的普通烧结矿中赤铁矿含量10%相比，相差悬殊。烧结杯活体解剖表明，钛赤铁矿主要是再氧化生成的。由于钛赤铁矿固溶了钛等许多元素，容易发生氧化。此外在熔体集中的地方有较多的骸晶状钛赤铁矿生成，它是由高温而粘度较大的熔体中快速冷却结晶出来的，对烧结矿的低温还原粉化性能有较大的影响。[next]
   （四）高铝脉石自熔性烧结矿
    该烧结矿的含铁矿物为磁铁矿、浮土体、次生赤铁矿，在低碳烧结时出现精矿中的原生赤铁矿及磁铁矿。在生产自熔性的烧结矿时磁铁矿与铁尖晶石(FeO•Al₂O₃)形成固溶体。在粘结相中出现的硅酸盐，是铝黄长石(2CaO•Al₂O₃•SiO₂)及它与镁黄长石(2CaO•MgO•2SiO₂)的固溶体，叫黄长石。此外还有钙铁橄榄石，钙铁辉石(CaO•FeO•2SiO₂),孟三斜辉石(CaO•2(Fe,Mn,Mg)0•3SiO₂),易变辉石(Ca•Mg)O•(Mg•Fe)O•2SiO₂).后者与钙铁辉石一样都属于辉石类，其成分介于透辉石[(CaO•MgO•2SiO₂或CaMgSi₂O₆)]以及斜顽辉石(MgO•SiO₂或Mg₂(Si₂O₂)之间，在研究高铝自熔性烧结矿时借助电子探针发现此相成分为Ca_1.12(Fe_0.85,Mg_0.35)(Si_1.6Al_0.32)O_6.16.
    高铝脉石烧结矿矿物组成的特点表明：当烧结矿中不含Al₂O₃时，烧结碱度大于0.5就开始形成硅酸钙。当烧结矿含Al₂O₃4.5%碱度大于0.9时或Al₂O₃7%碱度为1.3～1.4时才出现C₂S,氧化铝脉石烧结矿的这种特性有利于改善烧结矿强度。
    在石英脉石赤铁矿中配加石灰及铝土矿(Al₂O₃•2H₂O)的试验表明:当碱度1.18时没有发现硅酸钙，粘结相主要是钙铁橄榄石、弹性地腊(2CaO•Al₂O₃•SiO₂),铁橄榄石、铁酸盐及铝铁酸盐。随着Al₂O₃在烧结矿中增加，铁酸二钙减少，在Al₂O₃小于7%的烧结矿中只有铁酸一钙，还有复杂的铁酸盐(CaO•FeO•xFe₂O₃及3CaO•FeO•7Fe₂O₃),铝铁酸钙。在7～12%的Al₂O₃时，主要是4CaO•Al₂O₃•Fe₂O₃,当Al₂O₃为12%时，出现CaO•Al₂O₃•2Fe₂O₃.在高铝硅酸盐中硅酸盐粘结相含有较多的铝黄长石，还有铁镁方柱石及堇青石H₂(MgFe)₄Al₈Si₁₀O₃₇.因此加入Al₂O₃后，烧结矿最后结构的组成复杂化。
    研究铁矿与铝土矿混合烧成的高碱度烧结矿表明，发现许多Al₂O₃但没有正硅酸钙，在相当宽的碱度范围内(1.5～4.5)遇到铝黄长石及铁酸盐粘结相，碱度高于4.5时出现5CaO•3Al₂O₃.
   （五）锰矿烧结矿
    锰矿石的重要矿物为软锰矿(MnO₂),在预热后(大于value="400" UnitName="℃">400℃)容易分解，分解产物褐锰矿(Mn₂O₃)也在烧结预热带及燃烧带中分解和还原。黑锰矿(Mn₃O₄)和方锰矿(MnO)在与硅石相接触处形成正硅酸锰——锰橄榄石(2MnO•SiO₂或Mn₂SiO₄)固相反应产物，它在value="1323" UnitName="℃">1323℃熔化，液相的结晶顺序可以用Mn₃O₄—2MnO•SiO₄状态图解析。锰矿石的酸性烧结矿的硅酸盐粘结相组成的特点是“铁橄榄石——锰瞰榄石”组成连续固溶体。这类烧结矿的矿物组成主要为黑锰矿、锰橄榄石及玻璃质，少量褐锰矿及金属锰的痕迹。在低碳时还有残余软锰矿。
    （六）含镁脉石自熔性烧结矿
    在很多情况下精矿及粉矿含有一些MgO,因为氧化镁的存在能改善烧结矿质量以及降低高炉渣粘度，现在有很多地区的烧结厂在烧结料中配入白云石化石灰石。
    在正常配碳烧结的情况下，磁铁矿及浮士体在含镁烧结矿中与MgO形成固溶体。FeO与MgO能组成连续固溶体(镁浮士体).镁磁铁矿在天然矿物中存在，而在工艺岩石中也遇到。使用白云石化石灰石烧结成自熔性烧结矿，藉助于电子探针研究表明，当烧结矿碱度从0.5增至2.3时,MgO在磁铁矿中含量自0.63增至1.31%,在铁酸钙中含量自0.51增至3.96%.当烧结料含足够高的MgO时，除了铁酸钙外，还在微观结构中发现镁铁矿(MgO•Fe₂O₃).
    硅酸盐粘结相组成是相当复杂的。镁橄榄石(Mg₂SiO₄或2MgO•SiO₂),铁橄榄石(Fe₂SiO₄或2FeOSiO₂)与正硅酸钙(Ca₂SiO₄或2CaO•SiO₂)在烧结矿中形成固溶体。一当烧结料中MgO高于CaO的含量时，橄榄石物相接近于天然橄榄石(MgFeSiO₄),或钙镁橄榄石(MgCaSiO₄).镁蔷薇辉石(Ca₃Mg(SiO₄)₂或3CaO•MgO•2SiO₂)及含镁辉石是经常出现的。若除了MgO外，料中含有相当数量的Al₂O₃,则烧结矿中硅酸盐粘结相中含有尖晶石(MgO•Al₂O₃).
    氧化镁加入烧结料中能够稳定正硅酸钙在低温时的多晶转变，因而对石英脉石自熔性烧结矿的强度有好处。
    含氧化镁烧结料经常含有难熔的物相，这种物相是在固相反应以及以后形成的。因此完全熔化含氧化镁烧结料需要提高一些配碳量。当液相冷却时，这些难熔物相的残余物可以作为结晶中心，与普通加石灰的自熔性烧结矿在同样条件下相比较，可以降低粘结相中的玻璃质。