石灰微观结构对矿化过程的影响

聂丽霞，蒋武锋，郝素菊，张玉柱

(河北联合大学冶金与能源学院，河北唐山 063009)

许多的冶金工作者对铁矿粉的矿化性进行了细致的研究工作。铁矿粉的矿化性的研究对合理利用铁矿石资源及优化配矿提供技术基础。为此，吴胜利等对铁矿粉的矿化性进行了较多研究，并给出了对矿化性差异进行评价指标的定量研究，且相应提出了基于矿化性互补配矿原理。上述研究主要集中在铁矿粉的矿化性能差异研究，较少涉及石灰的微观结构对矿化性能的影响规律研究。该研究在总结前人研究的基础上，将对石灰的微观结构对铁矿物矿化过程的影响进行实验考察。

根据铁矿粉烧结的基础理论可知:在烧结过程中，高碱度烧结矿的粘结相的形成，始于CaO和Fe2O3的固相反应，而最终得到以铁酸钙为主的矿物组成。因此，铁矿粉的矿化性［1-4］，即铁矿粉中铁氧化物与石灰中CaO的反应能力成为考察铁矿粉的烧结基础特性［5］的一个重要指标。

铁矿粉的矿化是指在烧结过程中铁矿粉与石灰发生反应而生成低熔点液相的现象［6］。一般而言，铁矿粉与石灰中CaO矿化的温度，可以反映铁矿粉在烧结过程中产生液相的能力。铁矿粉的矿化温度越低，则其在烧结时越容易生成液相，矿化性能越好。因此，通过测定铁矿粉与石灰接触面发生反应(产生熔化特征)的温度来确定各种铁矿粉矿化能力的强弱。

1 试验方法

试验所用的原料为在不同条件下煅烧的石灰(以下称为石灰-1、石灰-2、石灰-3)、精粉。试验设备为微型烧结设备。

具体试验方法为:1)煅烧不同温度的石灰石。2)采取“四分选取法”对精粉取样，以保证试样的代表性。3)将精粉在110℃烘箱内干燥3小时，冷却后放入干燥皿中保存。4)将干燥后的精粉磨制成小于100目(﹤0.15 mm)的粉末，并放入干燥皿中保存。5)将石灰磨制成小于100目(﹤0.15 mm)的粉末，并放入干燥皿中保存。6)分别压制成直径8 mm的精粉小饼试样和直径20～22 mm的石灰小饼试样。7)实验用的试样以质量为基准，每个精粉试样高度为5±0.1 mm，重量为0.8 g，石灰试样为2.0 g。8)小饼试样的称重采用精确到万分之一的电子天平。9)试样的压制过程不加水，采取干粉压制法。10)试样的压力为15 MPa，并在此压力下保持两分钟。11)小饼试样应现作现用，不宜久存。12)在一定的压力下，将精粉小饼试样置于石灰小饼试样之上按一定的烧结制度进行焙烧。

2 试验结果及分析

2.1 石灰活性度

表1 三种石灰活性

表1是用酸碱滴定法测得的石灰活性，可以看出石灰-3的活性最好，其次是石灰-2，石灰-1活性最差。

2.2 石灰的微观结构

为更直观的对不同煅烧条件下所得石灰的微观结构进行分析研究，借助扫描电子显微镜(SEM)进行了观察，煅烧的石灰样品的SEM照片如图1～3:

图1～3是石灰石的三种不同烧制方法的石灰在放大相同倍数时的微观情况。通过图可以发现石灰-1粒度约为10 um～20 um，粒度较粗大且不均匀;石灰-2粒度约为5 um～10 um，粒度细小、均匀，排列较整齐，气孔较短小;石灰-3没有形成晶粒，其结构疏松，气孔较大、较长，且互相连通，表面比较光滑。

2.3 矿化温度

将三种石灰与精粉分别制作成小饼试样，在微型烧结中进行反应，反应后的试样如图:

图4 不同石灰与精粉的矿化温度

试验得出石灰-1与精粉的矿化温度为1274℃，石灰-2与精粉的矿化温度为1260，石灰-3与精粉的矿化温度为1220，可以看出石灰-2与精粉的矿化温度低于石灰-1，而石灰-3与精粉的矿化温度低于前两者，因此得出没有形成晶粒、结构疏松、气孔较大较长互相连通，且表面比较光滑的石灰活性度高，与精粉的矿化性能最好。而粒度细小均匀、排列较整齐且气孔较短小的石灰活性度次之，与精粉的矿化性能较好。

由试验可见，石灰活性对铁矿物的矿化性能有很大影响。提高石灰活性，由石灰带入的CaO量增加，经消化的生石灰中高含量、高活性的Ca2+，使液相的氧位得到提高，有利于Fe2+氧化成Fe3+，促使高强度铁酸钙组分增多，而石灰活性度越高，CaO晶粒越细小，分散性越好，弥散作用越强，可以与铁矿粉充分反映。

3 结论

1)石灰的微观结构对铁矿物的矿化过程影响很大，石灰内部如果没有形成晶粒，结构疏松，气孔较大较长且互相连通，表面比较光滑，则其活性度就高，与铁矿物的矿化温度低，矿化性能较好。

2)石灰内部如果形成颗粒，则粒度细小均匀，排列整齐，且气孔短小的石灰活性度较高，与铁矿物的矿化温度低，矿化性能较好。

［1］Wu Shengli，Eiki Kasai，Yasuo Omod.Effect of The Constitution of Granules oa Coalescing Phenomenon and sucngm a Sinl～ ring［C］.［in:］Pmceedings ofthe 6th Interaational Iron and Steel Congress Nagoya:［S］J，1990.15.

［2］Yukihiro Hida，Jun Okazaki，Kaorll Ito.Shtmichi Hirakawa.Effect of Mineralogical Properties ofIron 0re on Its Assimilation with lime［J］.Tetsu-to-Hagane，1992，78(7):1013.

［3］Wu Shengli.Study on Ore-proportioning Design and Reduction of Nitrogen Oxides in Iron Ore Sintering Process［D］:(Doctor Degree Paper)SENDAJ:Japan Tohoku University，1991.

［4］Caporali L，Oliveira D，Ottoni R.铁矿石烧结反应性的概念［J］.钢铁，1999，34(增刊):111.

［5］米坤烧结用铁矿石微观特性及粉，棱高温结合性的研究［D］.北京:北京科技大学，2001.

［6］王筱留.钢铁冶金学(炼铁部分)(第2版)［M］.北京:冶金工业出版社，2000.