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文献综述
在烧结升温过程中,白云鄂博铁矿中的复合硅酸盐和硅铝酸盐脉石的物理化学性质会随之变化,对复合铁酸钙生成的固相反应机理很大。现在我们要研究的为硅酸盐脉石:钠辉石岩(主要成分为钠辉石NaFeSi2O6)和硅铝酸盐;钾板岩(主要成分为钾长石KAlSi3O8)。
1.1钠辉石岩以及钾板岩成分
1.1.1钠辉石岩成分
根据包钢科技1989年第二期的资料关于白云鄂博矿区几种有用的石头,钠辉石岩广泛分布于白云鄂博矿区,本区产出的钠辉石又叫锥辉石,呈粒状或束状或叶片状集合体,大都呈深浅不同的绿色或带黄绿色,玻璃光泽,钠辉石的成分如下表,与理论值相比, CaO和MgO以及Al2O3偏高,而Na2O和Fe2O3偏低。
表1-1钠辉石岩成分
各种钠辉石岩中钠辉石矿物的化学分析结果,分析结果显示与理论值相近。如下表:
表1-2钠辉石的矿物化学组分分析结果
1.1.2钾板岩成分
白云鄂博的富钾板岩钾元素含较高, 适时进行综合开发利用, 不仅有利于白云鄂博铁矿和包钢的发展, 而且对包头市的经济建设和我国农业的可持续发展具有比较重要的意义。
白云鄂博矿石是铁、、铌、稀土共生的大型露天矿床。而且除了可利用的铁、铌和稀土等矿物外,还有岩石中的富钾板岩,其储量设计开采范围为3亿t。它是一种非水溶性的钾、铝和硅的资源。白云鄂博铁矿富钾板岩按颜色分为黑、绿、灰、白四种,其中白色含氧化钾较高,也比较好处理。黑色含云母和石墨较高,绿色含黄铁矿较多,灰色含云母较多,而且白绿两种含二氧化硅也较高,这四种富钾板岩在白云鄂博铁矿矿物中较多的是绿色、黑色和灰色。
白云鄂博矿区富钾板岩主要氧化物含量见下表
表1-3几种颜色富钾板岩主要氧化物含量(%)
富钾板岩的化学组成见下表
表1-4矿石的化学成分(%)
富钾板岩的其他金属元素见下表
表1-5富钾板岩矿石中的其他金属元素(ppm)
目前富钾板岩综合利用的途径包括石灰石烧结法和碳酸钠烧结法以及酸分解和碱分解方法。
1.2 烧结矿的成矿机理
1.2.1烧结矿的成矿机理
烧结过程是将混合料温度加热到部分物料熔化并生成一些熔融物质,冷却后,熔融物质结晶或固化成不同的矿物将物料粘结在一起。烧结热是由混合料中的焦粉燃烧提供的。
烧结矿是由不同化学成分和形态的矿物,如赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙(SFCA)和硅酸钙的集合体组成。它是从最初的小球或颗粒通过部分熔化形成。根据烧结条件,尤其烧结温度,可以生成两种显微结构的烧结矿。匀质结构是指烧结矿是均匀的,它是在高温下烧结而成,即超过1300℃。在低温烧结条件下,形成非匀质结构,成品烧结矿中残留大量的部分未反应的大铁矿粉颗粒。不同矿物结构的形成过程示于下图1-1
图1-1 烧结矿的形成过程
由针状铁酸钙粘结残余多孔赤铁矿组成的非匀质结构具有:
(1)极好的还原性,将减少高炉焦炭消耗;
(2)好的低温强度;
(3)满意的还原粉化(RDI)性能;
(4)良好的高温还原和熔化性能。
因此,对烧结矿来说,非匀质结构是最佳的。
1.2.2 烧结矿的形成过程
烧结矿形成经历了固相反应,液相生成和冷凝固结(结晶过程)三个过程。
1.2..2.1 固相反应
混合料在烧结过程中被加热到熔融之前,相互接触的某些组分之间,在固体状态下发生反应,生成新的化合物或共熔体,此过程称为固相反应。固相反应是由离子的扩散作用引起的,而在烧结过程中由于固体燃料的燃烧产生的废气加热了烧结料,为固相反应创造了有利条件。
图1-2 烧结过程中矿物形成过程
在烧结料部分或全部熔化以前,料层中每一颗粒相互位置是不变动的,每个颗粒仅与它直接接触的颗粒发生反应。而且两种物质间反应的最初产物只能形成同一化合物。接触处产生的带状结构需经长期的保温后才能发生。而与反应物成分相符合的最后产物在大多数情况下需要很长时间才能完成。图2示出这个反应过程。
固相反应可以形成在原始料中所没有的易熔化的新物质。这些新物质在烧结过程中产生许多特性,最后获得强度高的烧结矿。在目前研究和发展的低温烧结中,固相反应将起着更重要的作用
1.2.2.2 液相生成
烧结过程一些低熔点物质在高温作用下,熔化成液态物质,在冷却过程中,液体物质凝固而成为那些尚未熔化和溶入液相的颗粒的坚固连接桥。在烧结物料中,主要矿物都是高熔点的,在烧结温度下大多不能熔化。但物料加热到一定温度时,各组分之间以及新生化合物与原组分之间存在低共熔点,使得它们在较低的温度下生成液相,开始熔融
烧结过程形成液相是烧结矿固结成型的基础,液相的性质和数量在很大程度上决定了烧结矿的还原性和强度。因此,研究液相生成的条件及其
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