鉀長(zhǎng)石KAlSi3O8CaOFe2O3CaF2體系燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成的固相反應(yīng)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科畢業(yè)論文鉀長(zhǎng)石kalsi3o8-cao-fe2o3-caf2體系燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成的固相反應(yīng)特性研究摘 要白云鄂博礦礦物同時(shí)含有f、k、na等有害元素，屬于世界獨(dú)有的特殊礦石，一方面其中的sio2和al2o3脈石主要以含k、na的復(fù)合硅酸鹽和硅鋁酸鹽形態(tài)存在，如: 鉀長(zhǎng)石（kalsi3o8）、鈉輝石（nafesi2o6）另一方面caf2可參與槍晶石3cao2 sio2caf2的生成反應(yīng)，抑制鐵酸鈣生成。這就使得白云鄂博礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣的生成機(jī)理變得十分復(fù)雜，探明白云鄂博特殊礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成機(jī)理這個(gè)科學(xué)問(wèn)題，可為包鋼燒結(jié)技術(shù)進(jìn)步提供重要的理論依據(jù)。本論文采用差熱分析（dsc

2、）和x射線衍射(xrd)的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)kalsi3o8-cao-fe2o3-caf2體系可能產(chǎn)生的固相反應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，探明固相反應(yīng)產(chǎn)物及出現(xiàn)產(chǎn)物的開(kāi)始溫度，以揭示特殊礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成的固相反應(yīng)特性及其對(duì)復(fù)合鐵酸鈣生成的影響機(jī)理。關(guān)鍵詞：鉀長(zhǎng)石；固相反應(yīng)；燒結(jié)；復(fù)合鐵酸鈣；生成機(jī)理the solid-phrase reaction characteristic of kalsi3o8-cao-fe2o3-caf2 system sintered with calcium ferriteabstractthe mineral in the iron mine of baiyun obo co

3、ntains harmful elements such as f、k、na, which is unique to other iron ore in the world ,on one hand, sio2 gangue and al2o3 gangue in it exist in the form of complex silicate , alumina and silicate such as kalsi3o8，nafesi2o6,on the other hand , caf2 can involve in reaction which generate 3cao2 sio2ca

4、f2 inhibiting the formation of calcium ferrite. this makes the mechanism of the calcium ferrite matrix compositesformation very complex in the iron mine of bayan obo, exploring the mechanism of the unique calcium ferrite matrix composites formation can provide theoretical basis for the development o

5、f sintering in baogang. this issue carries out systematic research on system of kalsi3o8-cao-fe2o3-caf2 which may generate solid state reaction, combining the experimental methods of dsc and xrd, in order to verify the product of solid state reactionand the starting temperature when the product appe

6、ar, and to explore characteristics of solid-state reaction in the formation of unique iron ore sintering composite calcium and how it affect the mechanism of the compound calcium ferrite.keywords: k-feldspar;solid-state reaction;sintering;sfca;generating mechanism目 錄 摘 要iabstractii第一章 文獻(xiàn)綜述11.1研究背景11

7、.2鉀長(zhǎng)石物理及化學(xué)性質(zhì)21.3燒結(jié)基礎(chǔ)特性31.3.1影響同化性的因素31.3.2影響液相流動(dòng)性的因素41.3.3鐵酸鈣的生成特性61.3.4影響鐵酸鈣生成的因素81.4燒結(jié)固相反應(yīng)121.4.1有關(guān)固相反應(yīng)的研究?jī)?nèi)容及研究方法121.5本實(shí)驗(yàn)采用的方案15第二章 實(shí)驗(yàn)方案162.1研究?jī)?nèi)容162.2研究方法162.2.1 四個(gè)體系中各化學(xué)試劑配比的確定與配料計(jì)算162.2.2 制樣過(guò)程172.2.3 試樣燒結(jié)182.3實(shí)驗(yàn)用儀器及其參數(shù)182.4實(shí)驗(yàn)原理202.4.1 熱重法（tg）202.4.2差示掃描量熱法(dsc)202.4.3差熱分析（dta）202.4.4 x射線衍射(xrd)2

8、1第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析233.1 kalsi3o8-cao體系固相反應(yīng)開(kāi)始溫度與最初形成產(chǎn)物分析233.2 kalsi3o8-cao-caf2體系固相反應(yīng)開(kāi)始溫度與最初形成產(chǎn)物分析253.3 kalsi3o8-cao-fe2o3體系固相反應(yīng)開(kāi)始溫度與最初形成產(chǎn)物分析273.4 kalsi3o8-cao-fe2o3-caf2體系固相反應(yīng)開(kāi)始溫度與最初形成產(chǎn)物分析28第四章 結(jié)論31參考文獻(xiàn)32致 謝34 35第一章 文獻(xiàn)綜述1.1研究背景高堿度燒結(jié)礦因具有較高的強(qiáng)度和良好的冶金性能而成為高爐煉鐵的主要含鐵原料，復(fù)合鐵酸鈣sfca是高堿度燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，研究燒結(jié)過(guò)程復(fù)合鐵酸鈣的生成機(jī)理對(duì)于控

9、制燒結(jié)條件，促進(jìn)復(fù)合鐵酸鈣生成，改善復(fù)合鐵酸鈣性能，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要意義。國(guó)外關(guān)于鐵酸鈣生成機(jī)理的研究起步較早，得到了較多有價(jià)值的研究成果，近年來(lái)此項(xiàng)研究在我國(guó)也受到了較為廣泛的關(guān)注。但是，到目前為止，國(guó)內(nèi)外關(guān)于復(fù)合鐵酸鈣生成機(jī)理的研究還主要是針對(duì)普通鐵礦燒結(jié)的情況1-7，對(duì)像白云鄂博鐵礦、攀枝花釩鈦磁鐵礦這樣組成復(fù)雜的特殊礦卻研究甚少，相關(guān)研究也僅限于燒結(jié)因素對(duì)鐵酸鈣生成量和形貌的影響方面8-10，所得研究結(jié)論不足以指導(dǎo)特殊礦燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐。長(zhǎng)期以來(lái)，包鋼都是以自產(chǎn)的白云鄂博鐵精礦為主要含鐵原料生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦，白云鄂博礦礦物組成復(fù)雜，同時(shí)含有較高的氟、鉀、鈉等有害元素，脈石中的s

10、io2和al2o3主要以含k、na的復(fù)合硅酸鹽和硅鋁酸鹽形態(tài)存在，以游離狀態(tài)存在的sio2和al2o3很少，屬世界獨(dú)有的特殊礦石。鐵精礦主要脈石成分有：鈉輝石（nafesi2o6）、鉀長(zhǎng)石（kalsi3o8）、鈉閃石（na3（mgfe2+）4 fe3+ si8o22(oh)2）和云母（kmg3(alsi3o10）(foh)2)等11，12。與普通礦燒結(jié)不同，燒結(jié)過(guò)程中sio2 和al2o3主要以復(fù)雜化合物形態(tài)參加反應(yīng)，反應(yīng)活性低，不易與鐵礦物及熔劑形成復(fù)合鐵酸鈣，而容易以玻璃質(zhì)形式保存下來(lái)，加之白云鄂博鐵礦中的caf2易奪取cao和脈石中的sio2形成槍晶石（3cao2 sio2caf2），對(duì)

11、復(fù)合鐵酸鈣的生成具有較強(qiáng)的抑制作用，使得包鋼高堿度燒結(jié)礦的復(fù)合鐵酸鈣生成量較普通高堿度燒結(jié)礦低10%左右，燒結(jié)礦礦物組成和結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出明顯的特殊性，復(fù)合鐵酸鈣成分與普通高堿度燒結(jié)礦存在較大差別，屬于低鈣高鐵型鐵酸鈣，鐵酸鈣中sio2、al2o3含量也普遍低于普通燒結(jié)礦13,14。由此可見(jiàn)，白云鄂博特殊礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣的生成機(jī)理較普通礦燒結(jié)復(fù)雜得多，探明白云鄂博特殊礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣的生成機(jī)理，不僅對(duì)于優(yōu)化特殊礦燒結(jié)環(huán)境以促進(jìn)復(fù)合鐵酸鈣的生成、改善復(fù)合鐵酸鈣的性能、從根本上解決包鋼高堿度燒結(jié)礦的強(qiáng)度和冶金性能問(wèn)題具有十分重要的意義，而且對(duì)于豐富和發(fā)展特殊礦燒結(jié)理論、更加有效、高質(zhì)量、高產(chǎn)量地綜合利

12、用白云鄂博鐵礦資源將起到關(guān)鍵作用。關(guān)于普通鐵礦燒結(jié)鐵酸鈣生成機(jī)理的研究，國(guó)內(nèi)外已有一些報(bào)道，研究普遍認(rèn)為鐵酸鈣在燒結(jié)礦內(nèi)主要以cao、fe2o3、al2o3和sio2多元固溶體的形式存在，即復(fù)合鐵酸鈣sfca。作為多元鐵酸鈣研究的基礎(chǔ)，二元鐵酸鈣生成機(jī)理的研究得到了高度重視，郭興敏等研究表明，二元鐵酸鈣的生成過(guò)程為：首先cao與fe2o3通過(guò)固相擴(kuò)散生成caofe2o3，然后在cao與 caofe2o3界面生成2caofe2o3，在caofe2o3與fe2o3界面生成cao2fe2o315。松野二三朗等研究表明，cao-fe2o3-sio2體系內(nèi)形成的鐵酸鈣不含有sio2，只有當(dāng)加入al2o3

13、之后，sio2才能與al2o3一起進(jìn)入鐵酸鈣相內(nèi)，al2o3的存在對(duì)復(fù)合鐵酸鈣的生成是必要的16。ishikawa等人研究表明復(fù)合鐵酸鈣的生成量與燒結(jié)礦al2o3/ sio2比和堿度有關(guān)17。dawson等認(rèn)為復(fù)合鐵酸鈣sfca的生成反應(yīng)如下：在10501150時(shí)cao與fe2o3反應(yīng)生成caofe2o3；11001150時(shí)cao與al2o3反應(yīng)生成caoal2o3；11001150時(shí)caoal2o3溶于caofe2o3中生成鐵鋁酸一鈣；12001250時(shí)鐵鋁酸一鈣與fe2o3反應(yīng)生成鐵鋁酸半鈣；12001250時(shí)鐵鋁酸半鈣與sio2反應(yīng)生成復(fù)合鐵酸鈣sfca2。雖然上述研究已初步建立了普通礦

14、燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成理論，對(duì)特殊礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成研究具有重要的參考價(jià)值，但由于白云鄂博鐵礦的特殊性，燒結(jié)原料組分多、賦存狀態(tài)復(fù)雜、復(fù)合鐵酸鈣生成影響因素多，用普通的鐵酸鈣生成理論難以解釋上述現(xiàn)象，普通的鐵酸鈣生成理論顯然不足以指導(dǎo)包鋼燒結(jié)生產(chǎn)。因此，本論文將從白云鄂博鐵礦中典型的復(fù)合硅酸鹽及硅鋁酸鹽脈石的熱物理化學(xué)性質(zhì)、白云鄂博鐵礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成的固相反應(yīng)特性及主要燒結(jié)因素對(duì)復(fù)合鐵酸鈣含量的影響規(guī)律研究出發(fā)，展開(kāi)對(duì)特殊礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成機(jī)理的基礎(chǔ)研究，為最終探明多組分特殊礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成機(jī)理這一復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。1.2鉀長(zhǎng)石物理及化學(xué)性質(zhì)鉀長(zhǎng)石（kalsi3o8

15、）通常也稱正長(zhǎng)石，屬單斜晶系，通常呈肉紅色、呈白色或灰色。密度2.54-2.57g/cm3，比重2.562.59g/cm3，硬度6，其理論成分為sio2 64.7%al2o3 18.4%，k2o 16.9%。它具有熔點(diǎn)低（115020），熔融間隔時(shí)間長(zhǎng)，熔融粘度高等特點(diǎn)。鉀長(zhǎng)石：k2o.al2o3.6sio2,其中 k2o 9.55%,al2o3 16 %以上, sio2 70%，密度2.56g/cm 3,莫氏硬度為6，單斜晶系，顏色為白、紅、乳白色，熔點(diǎn)1290。鉀長(zhǎng)石的化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，其中的si、a1、o呈穩(wěn)定的四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，除了氫氟酸外，常溫常壓不被酸、堿分解。所含的氧化鉀不能直接被

16、植物吸收，在大自然的長(zhǎng)期作用下，只有極少部分鉀長(zhǎng)石會(huì)風(fēng)化。1.3燒結(jié)基礎(chǔ)特性鐵礦石的燒結(jié)基礎(chǔ)特性是指鐵礦石在燒結(jié)過(guò)程中呈現(xiàn)出的自身特有的物理性質(zhì)，是評(píng)價(jià)鐵礦石對(duì)燒結(jié)礦各種冶金性能影響的基本指標(biāo)。它主要包括：同化性、液相流動(dòng)性、粘結(jié)相強(qiáng)度、連晶性能和鐵酸鈣生成性能。 鐵礦石的同化性是指鐵礦石在燒結(jié)過(guò)程中的低熔點(diǎn)液相生成能力，即鐵礦石礦物、脈石與cao的反應(yīng)能力。鐵礦石的液相流動(dòng)性是指在燒結(jié)過(guò)程中鐵礦石生成粘結(jié)相的流動(dòng)能力。鐵礦石的粘結(jié)相強(qiáng)度是指鐵礦石在燒結(jié)過(guò)程中形成的液相粘結(jié)其周圍的核礦石的能力。鐵礦石的連晶強(qiáng)度是指鐵礦石在燒結(jié)過(guò)程中靠晶鍵連接獲得強(qiáng)度的能力。鐵礦石的鐵酸鈣生成特性是指在燒結(jié)過(guò)程

17、中復(fù)合鐵酸鈣的生成能力。鐵礦粉燒結(jié)的理論和實(shí)踐都表明，根據(jù)鐵礦石各種能力的不同，可以對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)配礦進(jìn)行優(yōu)化，以有效地改善燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性25。1.3.1影響同化性的因素（1）結(jié)品水含量及礦石自身的致密性是主要影響因素結(jié)品水含量及礦石自身的致密性是決定礦石同化性大小的主要因素。鐵礦石的同化性能與其結(jié)品水含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。礦石在高溫下焙燒時(shí)，結(jié)晶水分解，留下殘余氣孔，使礦石結(jié)構(gòu)疏松；同時(shí)，新生的赤鐵礦晶格能較大，反應(yīng)性增強(qiáng)。因此，若礦石中結(jié)晶水含量高，在高溫下結(jié)晶水分解，產(chǎn)生大量氣孔，加大了反應(yīng)接觸面積，加快了ca2+向礦石中的擴(kuò)散，因而這類鐵礦石與cao的反應(yīng)能力就比較強(qiáng)。鐵礦石與ca

18、o的同化性受礦石加熱后氣孔率的影響最大25。（2）鐵礦石的同化性能與其致密性呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系鐵礦石的同化性能與其致密性呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因?yàn)榈V石致密，不利于反應(yīng)物的擴(kuò)散，反應(yīng)進(jìn)行緩慢，導(dǎo)致礦石的反應(yīng)性較差。疏松質(zhì)赤鐵礦，因而具有較高的反應(yīng)能力。一般情況下，較高的sio2含量會(huì)增強(qiáng)礦石的同化性，但其作用遠(yuǎn)不如結(jié)品水致密性等因素明顯。al2o3也對(duì)同化性有一定的影響，一般來(lái)說(shuō)，al2o3含量與同化性呈正相關(guān)關(guān)系25。同化特性是指鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中與cao的反應(yīng)能力，它表征鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中生成液相的難易程度。用礦粉與cao小餅試樣的接觸面發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生熔化特征的溫度來(lái)評(píng)價(jià)21。通常影響鐵礦粉同化

19、特性的主要因素有；礦粉中f含量、feo含量、脈石成分和燒損等。f含量。對(duì)于含f的燒結(jié)料來(lái)說(shuō)，同化能力較好，這是因?yàn)闊Y(jié)礦中的f主要賦存在槍晶石3cao2sio2caf2粘結(jié)相中，由于caf2液相粘度低，流動(dòng)性好，容易消化石灰而形成槍晶石，使燒結(jié)液相生成溫度明顯降低.因此，自選精礦的同化溫度較低，同化能力較強(qiáng)。 mgo含量。mgo有使鐵礦粉同化溫度升高的作用，如mgo含量高的再磨精礦具有較高的同化溫度1200。 mgo是高熔點(diǎn)物質(zhì)，固相反應(yīng)以及其后會(huì)形成難熔物相，從而使燒結(jié)液相生成溫度升高。故再磨精礦mgo含量較高，其同化能力較自選精礦弱。 feo含量。礦粉中的fe2o含量低則表明fe2o含量高

20、，利于形成低熔點(diǎn)的鐵酸鈣液相，降低了礦粉的同化溫度.如自選精礦中fe2o含量較再磨精礦高，其同化溫度較低，同化能力較強(qiáng)。燒損。燒損較大的精礦粉，在高溫焙燒時(shí)，產(chǎn)生大量氣孔，加快了ca2+向礦粉中的擴(kuò)散及鐵礦物離子向cao的擴(kuò)散，利于低熔點(diǎn)液相的快速生成，也使礦粉的同化溫度降低。1.3.2影響液相流動(dòng)性的因素（1）液相固結(jié)燒結(jié)礦主要是通過(guò)液相固結(jié)。因此有效液相量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量有重要影響。當(dāng)燒結(jié)液相生成量和粘度適宜時(shí)，可使燒結(jié)礦形成微孔海綿狀結(jié)構(gòu)的有效固結(jié)，從而改善其強(qiáng)度和還原性25。鐵礦石的液相流動(dòng)性隨溫度的升高而改善，但溫度提高對(duì)不同礦石液相流動(dòng)性的改善效果不同。礦石中sio2含量對(duì)液相流動(dòng)性的

21、影響較復(fù)雜。如果礦石含有較高的sio2，則配入的cao量就多，產(chǎn)生的渣相量也較多，對(duì)液相流動(dòng)性有改善作用;但sio2,本身可使液相粘度增大，從而又使液相流動(dòng)性惡化。礦石中的mgo及feo能形成fe2+和mg2+，是硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)的抑制物，因而能降低液相的粘度，使液相流動(dòng)性改善。低熔點(diǎn)液相的生成是燒結(jié)液相流動(dòng)的基礎(chǔ)，因此，鐵礦石的同化性對(duì)其液相流動(dòng)性具有重要影響。同化性較強(qiáng)的鐵礦石其液相流動(dòng)性亦較好。影響流動(dòng)性的各因素之間是互相影響、互相作用的，燒結(jié)混合料液相流動(dòng)性的好壞是各因素互相作用的結(jié)果。不同鐵礦石的粘結(jié)相強(qiáng)度受堿度的影響不同，而不同的鐵料配比也可以獲得不同的粘結(jié)相強(qiáng)度。因而通過(guò)優(yōu)化配礦，可以

22、提高鐵礦石的粘相強(qiáng)度，從而提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度，改善燒結(jié)礦的質(zhì)量25。 作為粘結(jié)相礦物組成之一的鐵酸鈣與其它所有的粘結(jié)相礦物相比，既具有較高強(qiáng)度，又有較好的還原性，所以受到普遍重視。隨著堿度的增加，鐵酸鈣生成能力提高。 （2）液相流動(dòng)性液相流動(dòng)性是指在燒結(jié)過(guò)程中鐵礦粉與cao反應(yīng)生成液相的流動(dòng)能力，它表征粘結(jié)相的“有效粘結(jié)范圍”。用流動(dòng)性指數(shù)，即鐵礦粉小餅燒結(jié)后面積的變化值與小餅原始面積之比來(lái)評(píng)價(jià)21。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，影響鐵礦粉液相流動(dòng)性的因素有 鐵礦粉同化特性。鐵礦粉同化性越好，其流動(dòng)性指數(shù)越高，液相流動(dòng)特性也就越好。自選精礦具有同化溫度較低，同化性較好的特點(diǎn)，這就意味著其與cao的反應(yīng)能力較強(qiáng)，

23、較容易生成低熔點(diǎn)液相，并目隨著液相熔化溫度的降低，液相過(guò)熱度增大，有利于降低液相的粘度，增大液相的流動(dòng)性。mgo含量。mgo可顯著降低鐵礦粉的液相流動(dòng)特性一方面mgo使燒結(jié)液相生成溫度升高，鐵礦粉的同化能力降低；另一方面mgo抑制鐵酸鈣液相的生成，導(dǎo)致液相中氣孔增加，使液相粘度升高。故mgo含量高的再磨精礦液相流動(dòng)性很差。 sio2含量。鐵礦粉中sio2有助于燒結(jié)液相的形成。但當(dāng)sio2含量較高時(shí)，由于sio2與cao的化學(xué)親和力大于fe2o3與cao的親和力，會(huì)形成硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)形成物，導(dǎo)致液相的粘度增大，使得液相流動(dòng)性降低。再磨精礦的sio2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.31%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自選精礦，這也是其液

24、相流動(dòng)性指數(shù)較自選精礦低的原因之一。f含量。f具有降低燒結(jié)液相粘度及表面張力的特點(diǎn)。自選精礦中的f含量較高，達(dá)到了1. 01%，這使得燒結(jié)液相的粘度大大降低，改善了液相的流動(dòng)性，液相流動(dòng)性指數(shù)增高。燒結(jié)溫度與液相流動(dòng)性之間呈現(xiàn)明顯的正比關(guān)系。這是因?yàn)檩^高的燒溫度是確保粘附粉內(nèi)進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)的條件，同時(shí)也有加快低熔點(diǎn)化合物生成速度的效應(yīng)；能提高液相的過(guò)熱度，使液相的粘度降低。由此看出，自選精礦的液相流動(dòng)性指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于再磨精礦，液相流動(dòng)性較強(qiáng)。粘結(jié)相強(qiáng)度性能是指鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中形成的液相對(duì)其周圍的核礦石進(jìn)行固結(jié)的能力。用鐵礦粉小餅試樣燒結(jié)后的抗壓強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)鐵礦粉的粘結(jié)相自身強(qiáng)度。鐵酸鈣是高堿度

25、、高鐵低硅燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，其生成量和結(jié)構(gòu)是燒結(jié)礦質(zhì)量的重要影響因素。1.3.3鐵酸鈣的生成特性（1）鐵酸鈣的形成機(jī)理鐵酸鈣的生成反應(yīng)是從固相反應(yīng)開(kāi)始的，固相反應(yīng)的發(fā)生，是固相反應(yīng)物的離子或原子團(tuán)在獲得外界一定能量時(shí)才可以向固體表面進(jìn)行擴(kuò)散，這種擴(kuò)散過(guò)程是隨體系中的溫度呈指數(shù)關(guān)系迅速增長(zhǎng)。燒結(jié)過(guò)程是復(fù)雜的多相反應(yīng)，它從固相反應(yīng)開(kāi)始。而固相反應(yīng)的產(chǎn)物，則是粘結(jié)相形成的基礎(chǔ)。在磁鐵精礦燒結(jié)中，生成的鐵酸鈣，首先是fe3o4必須氧化為fe2o3。在預(yù)熱帶的廢氣中氧含量很少，燒結(jié)料基本保持原始混合料松散狀態(tài)。在燃燒帶，碳激烈燃燒奪氧，燃料也基本消失，由cao固態(tài)脈石消失，鐵氧化物仍主要以磁鐵礦存在，

26、鐵酸鈣少量，一部分cao固溶進(jìn)入磁鐵礦中，一部分生成硅酸二鈣，一部分生成鐵酸鈣，另一部分進(jìn)入玻璃相中。燃燒帶過(guò)后進(jìn)入冷卻帶，高溫與氧化條件具備，稱為高溫冷卻帶。高堿度燒結(jié)礦主要粘結(jié)相的鐵酸鈣在燃燒帶后的高溫冷卻帶（高溫氧化帶）形成的。從試驗(yàn)表明鐵酸鈣明顯逐層增加，并普遍為針狀,磁鐵礦與硅酸二鈣則明顯減少。同時(shí)再氧化赤鐵礦逐漸發(fā)展，鐵酸鈣與磁鐵礦及赤鐵礦廣泛形成交織熔蝕結(jié)構(gòu)，燒結(jié)礦基本固結(jié)成礦14。（2）磁鐵精礦的燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程高堿度燒結(jié)礦的固結(jié)成礦，關(guān)鍵在于生成充足的鐵酸鈣粘結(jié)相。對(duì)于磁鐵精礦燒結(jié)，生成鐵酸鈣的關(guān)鍵在于fe3o4氧化為fe2o3，預(yù)熱帶的溫度在1000以下時(shí)，廢氣中氧含量很少僅3

27、%4%，co含量一般在2.5%3.5%。氧化反應(yīng)十分薄弱，鐵酸鈣生成量極少。局部磁鐵礦少量氧化，有微量的硅酸二鈣及玻璃相。在燃燒帶，溫度達(dá)到最高為1250左右，碳激烈燃燒奪氧，使燒結(jié)料中鐵氧化物仍主要保持磁鐵礦狀態(tài)，生成大約10%的片狀高型鐵，進(jìn)化反應(yīng)，使cao、a12o3、sio2賦存于硅酸二鈣、玻璃相、高鈣型鐵酸鈣及磁鐵礦中。進(jìn)入高溫冷卻帶，溫度達(dá)到1100，高溫與氧化持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，磁鐵礦大量氧化生成鐵酸鈣，一部分以再氧化赤鐵礦存在，半鈣型鐵酸鈣(sfca)大量生成，廣泛形成針狀與鐵氧化物形成交織熔蝕結(jié)構(gòu)14。（3）磁鐵礦礦粒的影響鐵精礦混合料中合顆粒級(jí)為31mm部分應(yīng)高于50%，一般不超過(guò)

28、6mm。從氧化機(jī)理說(shuō)明，大氣中的氧首先吸附在球粒表面的磁鐵礦顆粒上，同時(shí)電離，fe2+fe3+e-的反應(yīng)引起的fe3+的自由擴(kuò)散，在球粒外層生成的fe304形成低熔點(diǎn)混合物，出現(xiàn)液相，便阻止氧氣深入到球粒內(nèi)部，從而使內(nèi)部保留了部分fe3o4。而fe2o3在同溫度下的氧位較fe3o4的氧位高，所以fe3o4要在一定氧化氣氛下才能生成fe2o3。合適的粒級(jí)可以大大縮短完全氧化時(shí)間。實(shí)踐證明，在工業(yè)生產(chǎn)中，制粒小球不宜過(guò)大，而且在900以前的燒結(jié)速度不宜太快以保證fe3o4充分氧化14。（4）鐵酸鈣礦物形貌及成分的研究鐵酸鈣的礦物組成屬于cao2fe2o3系列，其數(shù)量，形貌及相互關(guān)系隨燒結(jié)溫度、堿度

29、的變化，對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)礦物組成、顯微結(jié)構(gòu)及冶金性能產(chǎn)生較大影響14。燒結(jié)礦中各種礦物組成的冶金性的評(píng)價(jià)燒結(jié)礦的礦物組成中細(xì)針狀赤鐵礦和細(xì)針狀鐵酸鈣構(gòu)成擴(kuò)散連接型燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)比較理想，而且從顯微結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)兩者還原性最好，與磁鐵礦形成交織熔蝕結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦強(qiáng)度最好的一種顯微結(jié)構(gòu)，柱狀的鐵酸鈣和玻璃渣的燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)不理想，裂紋比較長(zhǎng)，容易斷裂，強(qiáng)度不好，硅酸鹽渣的強(qiáng)度只有140n/mm2，而鐵酸鈣強(qiáng)度為370n/mm2，磁鐵礦強(qiáng)度為369n/mm2，赤鐵礦為267n/m2，鐵酸鈣的機(jī)械強(qiáng)度及還原性是所有粘結(jié)相礦物中最好的一種，鈣鐵橄柑石具有中等的還原性及機(jī)械強(qiáng)度，鐵橄柑石屬于中等機(jī)械強(qiáng)度，但還原性最差。顯微結(jié)

30、構(gòu)及物相組成與燒結(jié)溫度的關(guān)系鐵酸鈣(sfca)結(jié)構(gòu)可分為三種主要類型；細(xì)針狀，柱狀和致密板狀結(jié)構(gòu)。燒結(jié)溫度的高低直接影響鐵酸鈣的形成。武鋼燒結(jié)廠高堿度燒結(jié)礦理論研究結(jié)果，當(dāng)燒結(jié)溫度為11001200時(shí)出現(xiàn)10%20%的鐵酸鈣。晶粒間未連接，所以強(qiáng)度差，當(dāng)燒結(jié)溫度為12001250時(shí)，有20%30%的鐵酸鈣生成晶橋開(kāi)始連接，有針狀交織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，強(qiáng)度較好。當(dāng)燒結(jié)溫度為12501280時(shí)有30%40%的鐵酸鈣生成，形成交織結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度最好，當(dāng)燒結(jié)溫度為1280130時(shí)鐵酸鈣下降到10%30%，鐵酸鈣的形貌也隨著燒結(jié)溫度的提高由針狀變?yōu)橹鶢罴鞍鍫?，大量研究表明，燒結(jié)溫度為128時(shí)采取保溫措施，有助于針狀

31、鐵酸鈣的生成。當(dāng)溫度大于1300時(shí)，還原性變差。如北京鋼鐵研究總院，在配加澳粉堿度為1.8試驗(yàn)中，燒結(jié)溫度控制在110以上高溫保持時(shí)間為5min左右，比熔蝕型燒結(jié)礦要長(zhǎng)13min，對(duì)細(xì)針狀鐵酸鈣的形成和發(fā)育十分有利。寶鋼等廠經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展鐵酸鈣可歸結(jié)為厚料、低碳、慢轉(zhuǎn)、燒透八字方針。為延長(zhǎng)1100以上的保溫時(shí)間，促使復(fù)合鐵酸鈣(sfca)生成，在低碳情況下，要求厚料和慢轉(zhuǎn)，確保料層蓄熱和燒透。顯徽結(jié)構(gòu)及物相組成與堿度的關(guān)系燒結(jié)礦的堿度發(fā)生變化，則燒結(jié)礦的物相形成就不同。因此，堿度被認(rèn)為是形成燒結(jié)礦礦物結(jié)構(gòu)的重要因素之一，當(dāng)堿度高時(shí)，熔體中cao濃度高，cao向fe2o3滲透點(diǎn)增多，當(dāng)升溫速度與礦化

32、反應(yīng)速度一致時(shí)，則產(chǎn)生的鐵酸鈣類低熔點(diǎn)化合物增多，冷卻時(shí)鐵酸鈣迅速以針狀，板狀結(jié)晶，這種燒結(jié)礦強(qiáng)度最好。北科大對(duì)武鋼燒結(jié)礦礦物組成顯微鑒定結(jié)果，堿度為1.7時(shí)，扶酸鈣數(shù)量可達(dá)到30%35%，其晶形有細(xì)針狀，熔蝕狀，柱狀和板狀。其中細(xì)針狀約60%。鐵酸鈣與鐵的氧化物形成熔蝕交織結(jié)構(gòu)。1.3.4影響鐵酸鈣生成的因素鐵酸鈣是高堿度、高鐵低硅燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，其生成量和結(jié)構(gòu)是燒結(jié)礦質(zhì)量的重要影響因素20。（1）燃料配比對(duì)鐵酸鈣生成量的影響。隨著燃料配比的增加，鐵酸鈣的生成含量先增大后減小。見(jiàn)圖1.1。圖1.1燃料配比對(duì)鐵酸鈣生成量的影響（2）燒結(jié)時(shí)間對(duì)生成鐵酸鈣的影響鐵礦與 cao 生成鐵酸鈣的含量

33、隨燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小。見(jiàn)圖1.2圖1.2燒結(jié)時(shí)間對(duì)生成鐵酸鈣量的影響（3）焙燒溫度對(duì)鐵酸鈣含量的影響由于各種鐵礦的化學(xué)成分和粒度不同，鐵酸鈣的生成含量也不相同。鐵酸鈣生成含量隨著溫度的升高先增大后減小。見(jiàn)圖1.3說(shuō)明燒結(jié)程中鐵酸鈣生成溫度范圍為12501280。圖1.3焙燒溫度對(duì)鐵酸鈣含量的影響焙燒溫度對(duì)礦相結(jié)構(gòu)也有一定的影響：當(dāng)焙燒溫度為11001200時(shí)，生成10%30%的鐵酸鈣，晶粒間未連接，強(qiáng)度低；當(dāng)燒結(jié)溫度升高為12001250時(shí)，生成30%40%的鐵酸鈣，生成晶橋開(kāi)始連接，有針狀交織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，強(qiáng)度較高；當(dāng)燒結(jié)溫度升高12501280時(shí)生成40%60%的鐵酸鈣，形成針狀交織結(jié)

34、構(gòu)，強(qiáng)度最高；當(dāng)燒結(jié)溫度升高到12801300時(shí)，鐵酸鈣含量下降到20%40%，鐵酸鈣的形貌也隨著燒結(jié)溫度的升高由針狀變成柱狀和板狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度降低。（4）鐵礦性能對(duì)鐵酸鈣含量的影響化學(xué)成分對(duì)鐵酸鈣生成含量的影響對(duì)同一礦種，在粒度相同、al2o3 和tfe 含量相近的條件下，sio2含量對(duì)鐵酸鈣生成量的影響比較大；在礦種粒度為13mm時(shí)，sio2含量越高，鐵酸鈣的含量就越多；當(dāng)?shù)V種粒度低于 0.5 mm時(shí)，sio2 含量越高，鐵酸鈣的含量就越少。在粒度相近、al2o3 含量相同的條件下，sio2含量越高，鐵酸鈣的生成量越多。在鐵礦粒度相近、al2o3 含量相同的條件下，sio2含量越高，鐵酸鈣的

35、生成量略少。粒度對(duì)鐵酸鈣生成量的影響圖1.4粒度對(duì)生成鐵酸鈣量的影響在化學(xué)成分一定的條件下，鐵礦與 cao 生成鐵酸鈣的含量隨鐵礦粒度的增大而增大；粒度范圍越寬，與 cao 反應(yīng)生成鐵酸鈣的含量越大。見(jiàn)圖1.4。平均粒度大于1 mm的鐵礦，總體比平均粒度小于0.5 mm的鐵礦與 cao 反應(yīng)生成酸鈣的含量要大，并且平均粒度大于 1 mm的鐵礦，與平均粒度小于 0.5 mm 的鐵礦相比，其最大鐵酸鈣生成含量的溫度略低。（5）結(jié)論a實(shí)驗(yàn)所用各鐵礦與氧化鈣生成鐵酸鈣的含量隨著燃料、焙燒溫度、燒結(jié)時(shí)間的改變先增大后減少。適宜的燒結(jié)時(shí)間為13min，焙燒溫度為12501280，在燃料配比為0.5%時(shí)鐵酸

36、鈣的含量最大，說(shuō)明鐵酸鈣易于在整體氧化局部弱還原氣氛中形成。 b.在其他條件相同的情況下，鐵礦的 sio2 含量對(duì)鐵酸鈣生成量的影響較大；鐵礦粒度較粗時(shí)，若鐵礦sio2含量越高，則鐵酸鈣的含量就越多；鐵礦粒度較細(xì)時(shí)，sio2含量越高，則鐵酸鈣的含量就越少。 c.在化學(xué)成分相同的條件下，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(guān)于鐵酸鈣的成分與結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外己有許多研究。最早認(rèn)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(jié)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

37、的sio2及a12o3中溶入鐵酸鈣。因此，人們稱其為復(fù)合鐵酸鈣或硅鋁鐵酸鈣，簡(jiǎn)稱sfca19。（1）sfca的形成過(guò)程sfca的形成是以下個(gè)反應(yīng)的結(jié)果: caofe2o形成(10501150)a12o3 與cao反應(yīng)生成鋁酸鈣(11001150)鋁酸鈣熔于caofe2o中(11001150)形成鐵鋁酸一鈣;鐵鋁酸一鈣熔化并與fe2o3反應(yīng)生成鐵鋁酸半鈣(12001250)隨后與sio2反應(yīng)形成sfca(12001250) 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(gè)方面：(1)燒結(jié)工藝參數(shù)的影響，包括燒結(jié)溫度、燒結(jié)氣氛和配碳量等。較低的燒結(jié)溫度、較強(qiáng)的氧化性氣氛，能夠促進(jìn)鐵酸鈣

38、的生成。(2)鐵礦的性質(zhì)，即自身特性，是決定燒結(jié)礦中不同礦物組成的內(nèi)在因素。鐵礦粉的種類、粒度組成、致密性、堿度、化學(xué)成分(包括cao,mgo, sio2,a12o3)等又直接影響到燒結(jié)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(jié)果礦石的鐵酸鈣生成特性是多種因素共同作用的結(jié)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(zhì)，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

39、成特性不同。在堿度為2.0及其它條件相同的情況下，結(jié)構(gòu)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(jié)配礦必須考慮的因素，對(duì)優(yōu)化配礦具有重要的指導(dǎo)作用。提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度是日前低sio2燒結(jié)生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題之一。作為低硅、高堿度燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相鐵酸鈣，其數(shù)量與結(jié)合形態(tài)在很大程度上決定著燒結(jié)礦的強(qiáng)度19。1.4燒結(jié)固相反應(yīng)燒結(jié)固相反應(yīng)是指燒結(jié)料在它們的接觸界面上，在液相生成之前以固體狀態(tài)進(jìn)行的反應(yīng),產(chǎn)物也是固態(tài)。固相反應(yīng)形成低熔點(diǎn)化合物是燒結(jié)液相產(chǎn)生的基礎(chǔ)，而液相是燒結(jié)過(guò)程中使礦粉成塊和使燒結(jié)礦具有一定強(qiáng)度的主要條件，因此固相反應(yīng)進(jìn)行的情

40、況直接影響著燒結(jié)礦的質(zhì)量24。由于燒結(jié)過(guò)程中物料升溫很快，從500升溫到1500僅需要不到3min的時(shí)間，因此對(duì)燒結(jié)礦固結(jié)具有實(shí)際意義的是固相反應(yīng)的開(kāi)始溫度與最初形成的產(chǎn)物。1.4.1有關(guān)固相反應(yīng)的研究?jī)?nèi)容及研究方法王藝慈，羅果萍等人主要研究了世界獨(dú)有的同時(shí)含f、k、na的白云鄂博鐵礦高堿度燒結(jié)礦中f、k、na對(duì)燒結(jié)固相反應(yīng)開(kāi)始溫度與最初形成產(chǎn)物的影響規(guī)律，以探明f、k、na在燒結(jié)固相反應(yīng)過(guò)程中的行為規(guī)律，為提高含f、k、na白云鄂博燒結(jié)礦的質(zhì)量，更有效地綜合利用白云鄂博鐵礦資源提供理論指導(dǎo)13。（1）研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容為5個(gè)反應(yīng)體系的固相反應(yīng)開(kāi)始溫度及最初形成的產(chǎn)物，這5個(gè)固相反應(yīng)體系分別為；

41、sio2-(k2o+na2o)系；fe2o3-(k2o+na2o)系；cao-sio2-caf2-（k2o+na2o）；fe2o3-cao-caf2-(k2o+na2o)系；fe2o3-cao-sio2-caf2-（k2o+na2o）系。根據(jù)固相反應(yīng)的特點(diǎn)，固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物并不決定于反應(yīng)物質(zhì)的比例數(shù)，只能形成同一種晶體構(gòu)造最簡(jiǎn)單的化合物?？芍髟铣煞值呐浔葘?duì)最初形成的固相反應(yīng)產(chǎn)物沒(méi)有影響，但是為了便于檢測(cè)出最初形成的固相反應(yīng)產(chǎn)物，各試樣成分配比見(jiàn)表1.1。表1.1固相反應(yīng)體系試樣組成成分分配比（分子數(shù)比例）試樣編號(hào)fe2o3caosio2caf2k2ona2o121122113531411

42、試樣總量的10%51421注：試樣3、4、5中k2o和na2o占試樣總量的10%。（2）研究方法試樣采用化學(xué)純?cè)噭┡渲贫?其中k2o、na2o分別用k2co3、na2co3代替。分別將各種化學(xué)純?cè)噭┭心ブ?.149 mm，便于充分混勻,使固相反應(yīng)順利進(jìn)行。采用差熱分析(dta)與x射線衍射(xrd)相結(jié)合的方法確定燒結(jié)固相反應(yīng)的開(kāi)始溫度及固相反應(yīng)的產(chǎn)物。本實(shí)驗(yàn)采用sta449綜合熱分析儀確定燒結(jié)固相反應(yīng)的開(kāi)始溫度，將燒結(jié)原料充分混勻,裝入剛玉坩堝,再壓緊搗實(shí)，然后以10/min的升溫速率，升溫至1050，升溫過(guò)程為空氣氣氛。在燒結(jié)升溫過(guò)程中，當(dāng)有固相反應(yīng)發(fā)生或晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，必然伴隨著能量的變化

43、，dta曲線上將會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)峰值，由此可以確定固相反應(yīng)的開(kāi)始溫度。為了確定dta曲線上峰值溫度下相應(yīng)的固相反應(yīng)產(chǎn)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(nèi)燒結(jié)，具體燒結(jié)條件見(jiàn)表1.2。為了便于檢測(cè)燒結(jié)過(guò)程中固相反應(yīng)產(chǎn)物，分別將2號(hào)和3號(hào)試樣升溫到550(高于dta曲線峰形結(jié)束溫度50100)進(jìn)行燒制，然后將燒好的試樣在philps-pw1700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(yīng)的最初產(chǎn)物。表1.2試樣燒制溫度、升溫速率及燒結(jié)氣氛試樣編號(hào)12、325燒制溫度/升溫速率/（min-1）8001055010105010流

44、量氣氛/（lmin-1）3（空氣氣氛）3（空氣氣氛）3（空氣氣氛）（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析sio2-(k2o+na2o)系固相反應(yīng)開(kāi)始溫度與初形成產(chǎn)物分析sio2-(k2o+na2o)固相反應(yīng)體系的dta曲線見(jiàn)圖1-5，從室溫升至1050過(guò)程中，共出現(xiàn)了123、174和745三個(gè)吸熱峰，并且同時(shí)均伴有失重現(xiàn)象，說(shuō)明在這三個(gè)溫度下發(fā)生了吸熱反應(yīng)，同時(shí)有揮發(fā)物逸出。123吸熱峰為燒結(jié)粉料中游離水的蒸發(fā),174吸熱峰與燒結(jié)料中na2co3相變有關(guān)，而745吸熱峰面積最大，表明702-758溫度范圍內(nèi)有強(qiáng)吸熱反應(yīng)發(fā)生。用“干壓法”將燒結(jié)粉壓制成小餅，并在p160型紅外線加熱爐內(nèi)將試樣加熱到800，將燒成的

45、試樣作xrd分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一種新物質(zhì)na2sio3形成(沒(méi)有發(fā)現(xiàn)k2sio3)，na2sio3是玻璃相的組成成分之一，熔點(diǎn)為1088,可以推斷，702-758溫度范圍內(nèi)發(fā)生的強(qiáng)吸熱反應(yīng)為:sio2+na2co3=na2sio3+co2(在實(shí)驗(yàn)中用na2co3代替了na2o)。因此，sio2-(k2o+na2o)體系在燒結(jié)固相反應(yīng)過(guò)程中形成了低熔點(diǎn)化合物na2sio3，反應(yīng)開(kāi)始溫度為702，由于燒結(jié)原料中k、na的存在，促使低熔點(diǎn)化合物na2sio3的形成為燒結(jié)液相的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。圖1-5 sio2-(k2o+na2o)體系固相反應(yīng)的dta曲線（4）結(jié)論王藝慈，羅果萍等人研究結(jié)論在以k2co

46、3、na2co3替代k2o、na2o的原料條件下，sio2-(k2o+na2o)體系在燒結(jié)固相反應(yīng)過(guò)程中形成了低熔點(diǎn)化合物na2sio3(熔點(diǎn)為1088)，固相反應(yīng)開(kāi)始溫度為702;fe2o3-(k2o+na2o)體系在燒結(jié)固相反應(yīng)過(guò)程中形成了低熔點(diǎn)化合物na2ofe2o3(熔點(diǎn)為1050)，固相反應(yīng)開(kāi)始溫度為780;cao-sio2-caf2-(k2o+na2o)系自900就開(kāi)始了合成槍晶石(熔點(diǎn)140左右)的固相反應(yīng)。燒結(jié)原料中f、k、na的存在,促進(jìn)了燒結(jié)固相反應(yīng)過(guò)程中低熔點(diǎn)化合物硅酸鈉(na2sio3)、鐵酸鈉(na2ofe2o3)、槍晶石(3cao2sio2caf2)的形成，進(jìn)一步促

47、進(jìn)了燒結(jié)液相的產(chǎn)生22。fe2o3-cao-caf2-(k2o+na2o)系固相反應(yīng)產(chǎn)物為2caofe2o3和na2ofe2o3，并以2caofe2o3為主23，反應(yīng)發(fā)生在700850溫度范圍內(nèi)。該體系雖含有caf2，但不含sio2，不具備形成槍晶石的條件，f的存在對(duì)該體系的固相反應(yīng)沒(méi)有影響，但k、na的存在，使固相反應(yīng)的產(chǎn)物除2caofe2o3以外，還生成na2ofe2o3。fe2o3-cao-sio2-caf2-(k2o+na2o)系固相反應(yīng)的產(chǎn)物是槍晶石(3cao2sio2caf2)和3cao2sio2，而未檢測(cè)到2caofe2o3和na2ofe2o3，體系中sio2的存在為槍晶石和硅酸

48、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。1.5本實(shí)驗(yàn)采用的方案通過(guò)改變鉀長(zhǎng)石和純化學(xué)試劑cao、fe2o3、caf2的配比，采用差熱分析和xrd相結(jié)合的方法進(jìn)行kalsi3o8-cao體系；kalsi3o8-cao-caf2體kalsi3o8-cao-fe2o3體系；kalsi3o8-cao-fe2o3-caf2體系的固相反應(yīng)特性研究。分析固相反應(yīng)特性對(duì)鐵酸鈣生成的影響及對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響規(guī)律。第二章 實(shí)驗(yàn)方案2.1研究?jī)?nèi)容研究4個(gè)反應(yīng)體系的固相反應(yīng)開(kāi)始溫度及最初形成的產(chǎn)物，這4個(gè)固相反應(yīng)體系分別為kalsi3o8

49、-cao體系；kalsi3o8-cao-caf2體kalsi3o8-cao-fe2o3體系；kalsi3o8-cao-fe2o3-caf2體系，通過(guò)改變鉀長(zhǎng)石和純化學(xué)試劑cao、fe2o、caf2的配比，采用差熱分析和xrd相結(jié)合的方法進(jìn)行固相反應(yīng)特性研究。分析固相反應(yīng)特性對(duì)鐵酸鈣生成的影響及對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響規(guī)律。2.2研究方法將市場(chǎng)購(gòu)買的純化學(xué)試劑用200網(wǎng)目篩篩選，根據(jù)表（2-2）配料單配料。再將配好的料研磨至0.149mm，便于充分混合，使固相反應(yīng)順利進(jìn)行。采用差熱分析(dsc)與x射線衍射(xrd)相結(jié)合的方法確定燒結(jié)固相反應(yīng)的開(kāi)始溫度及固相反應(yīng)的產(chǎn)物。本實(shí)驗(yàn)采用sta 449 f3

50、綜合熱分析儀確定燒結(jié)固相反應(yīng)可能的開(kāi)始溫度，將燒結(jié)原料充分混勻，裝入剛玉坩堝，再壓緊搗實(shí)，然后以10/min的升溫速率進(jìn)行加熱升溫,升溫至1350，此過(guò)程在常壓氬氣氣氛下進(jìn)行。在燒結(jié)升溫過(guò)程中，當(dāng)有固相反應(yīng)發(fā)生或晶型轉(zhuǎn)變時(shí)，必然伴隨著能量的變化，dsc曲線上將會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)峰值，由此可以確定固相反應(yīng)的開(kāi)始溫度。2.2.1 四個(gè)體系中各化學(xué)試劑配比的確定與配料計(jì)算各原料成分的配比對(duì)最初形成的固相反應(yīng)產(chǎn)物沒(méi)有影響，但是為了便于檢測(cè)出最初形成的固相反應(yīng)產(chǎn)物。體系最可能發(fā)生的反應(yīng)2cao+sio2=2caosio2，1mol kalsi3o8里面有3mol的sio2，故體系的摩爾比為16。體系中有caf2

51、，很可能和cao以及kalsi3o8中的sio2反應(yīng)，生成槍晶石（3cao2sio2caf2）。 mol kalsi3o8中有2mol的sio2，故體系的摩爾比為3 1。體系可能發(fā)生的反應(yīng)2cao+sio2=2caosio2和cao+ fe2o3=caofe2o3，由體系的比例以及cao和fe2o3的比例是11，得到體系的摩爾比為171。體系中也有caf2，因此也可能生成槍晶石，由體系的摩爾比和cao+ fe2o3=caofe2o3的比例可得到體系的摩爾比為411。因此各試樣成分配比見(jiàn)表2.1。表2.1 固相反應(yīng)體系試樣組成成分配比（摩爾數(shù)比例）體系編號(hào)kalsi3o8caofe2o3caf2

52、1631171411配料計(jì)算：按總質(zhì)量20g。體系配2份試樣，試樣編號(hào)和。體系配2份試樣，試樣編號(hào)和。體系配2份試樣，試樣編號(hào)和。體系配4份試樣，試樣編號(hào)分別為、和。稱量天平用jy10001型電子天平，烘烤試樣用型號(hào)sf-6-02b電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。計(jì)算得配料單如下：表2.2 配料單（g）體系kalsi3o8caofe2o3caf29.05510.9458.5947.7903.6166.6999.4463.8555.7266.9214.9432.4102.2.2 制樣過(guò)程由sta 449 f3綜合熱分析儀所得四個(gè)體系的dsc曲線結(jié)果。體系 dsc曲線的吸熱峰值為443，放熱峰值為1230；體

53、系 dsc曲線的吸熱峰值分別為444和1309，放熱峰值為1080；體系 dsc曲線的吸熱峰值分別為445和1260，放熱峰值為1180；體系 dsc曲線的吸熱峰值分別為440、1122、1207、1244，放熱峰值為1140。以上4個(gè)體系均有443左右的吸熱峰，考慮其他試樣在此溫度下可能發(fā)生同一固相反應(yīng)，故實(shí)驗(yàn)的最低溫度只選做體系443，其他溫度均按tg-dsc曲線的對(duì)應(yīng)溫度進(jìn)行，綜合整理并對(duì)應(yīng)加以試樣編號(hào)可得如下表2.3所示的燒結(jié)溫度表：表2.3 試樣編號(hào)對(duì)應(yīng)燒結(jié)溫度（）及燒制時(shí)間（h）試樣編號(hào)燒結(jié)溫度443123010801309118012601122114012071244燒制時(shí)間1

54、.54.03.54.54.04.04.04.04.04.0為了判斷dsc曲線上峰值溫度下相應(yīng)的固相反應(yīng)產(chǎn)物，首先用型號(hào)dy-20 臺(tái)式電動(dòng)壓片機(jī)將研磨好的各種粉料壓制成小餅, 然后將試樣放置在型號(hào)sx2-8-12 箱式電阻爐中燒結(jié)，設(shè)置溫度上限為450、下限為440，升溫速率10/min，空氣氣氛。將試樣號(hào)放置在型號(hào)cqkj-3 高溫氣氛爐內(nèi)燒結(jié),燒結(jié)條件、燒結(jié)溫度見(jiàn)表2-3，升溫速率10/min，空氣氣氛。2.2.3 試樣燒結(jié)試樣、和全部融化并且坩堝也融化，導(dǎo)致這4個(gè)試樣不能作xrd檢測(cè)。將剩下的6個(gè)樣取下充分反應(yīng)的部分，用研缽研細(xì)裝入相應(yīng)的試樣袋。在philps-pw1700型x射線衍射儀

55、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(yīng)的最初產(chǎn)物。2.3實(shí)驗(yàn)用儀器及其參數(shù)（1）電子天平型號(hào)：jy10001型參數(shù)：e=10d 最大稱量：1kg 最小讀數(shù)：0.1（2）電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 型號(hào)：sf-6-02b參數(shù)：電壓：220v 功率：1650w 電流：705a內(nèi)室規(guī)格：500500mm 溫度范圍：50-250（3）箱式電阻爐型號(hào)：sx2-8-12參數(shù)：額定功率:8kw 額定溫度：1200 電壓：380v 相數(shù)：3工作尺寸：400250160mm3 外形尺寸：960580640mm3（4）臺(tái)式電動(dòng)壓片機(jī)型號(hào)：dy-20參數(shù)：電機(jī)型號(hào)yy6322型 單相異步電動(dòng)機(jī)（必須接地）額定功率：180w 額定電壓：220v 轉(zhuǎn)速：28r/min 頻率：50hz操作注意事項(xiàng)：a 設(shè)備啟用前請(qǐng)擰松注油螺釘b 每次工作后要求關(guān)緊放油旋鈕c 移動(dòng)過(guò)程中應(yīng) 注油螺釘（5）高溫?zé)嶂貧夥諣t型號(hào)：cqkj-3技術(shù)指標(biāo)：a 電源：380v 36a 13kwb 最高使用溫度：1500c 溫度控制精度：2d 發(fā)熱體：硅鉬棒e 溫度控制方式：自動(dòng)控溫f 升溫速率：020/ming 試樣重量：1公斤（6）同步熱分析儀（dsc/dta-tg）型號(hào)：sta 449 f3儀器簡(jiǎn)介：是耐馳公司全新推出的一臺(tái)同步 tg-dsc 熱分析儀