烧结矿的矿物组成与结构及其对烧结矿质量的影响

1. 烧结矿碱度由1.7提高到
2.0时，铁酸钙的含量由 34.12%提高到45.54%。
2. 赤铁矿和磁铁矿明显减
少，硅酸盐的含量变化 不大。磁铁矿的含量由
26.64%下降到15.46%。
3. 烧结矿的强度和还原性 烧结矿矿物组成随碱度的变化 得到改善。
配碳量
1.配碳量决定烧结的温度、 气氛性质和烧结速度，因而 对烧结矿的矿物组成和结构 影响很大。 2.铁酸钙的含量随着配碳量 的升高呈现出先升高后降低 的趋势，在配碳量在4%~5% 范围内达到最大，超过此范 围，再提高配碳量，铁酸钙 含量下降。 3.随着配碳量的增加，硅酸 不同配碳量对烧结矿矿物组成的影响 盐粘结相明显增加。
CF
粗板片状铁酸钙
烧结矿的矿物组成
烧结矿的结构
矿物组成与结构对强度和还原性的影响 影响烧结矿矿物组成与结构的因素
提高烧结矿质量的途径
烧结矿的矿物组成与显微结构对强度的影响
烧结矿的强度是受多种因素所影响的
矿物组成 矿物的机械强度
烧结矿的显微结构
烧结矿强度
矿物的不同膨 胀系数
烧结矿组分的多少
烧结矿中主要矿物的机械强度
烧结矿中常见硅酸盐矿物的抗压强度
矿物名称 镁黄长石 煤蔷薇辉石 钙铁橄榄石 抗压强度（kg/mm2） 23.827 19.815 19.444 矿物名称 铝黄长石 钙铁辉石 硅灰石 抗压强度（kg/mm2） 12.963 11.882 11.358
钙镁橄榄石
16.204
枪晶石
6.728
铁黄长石、镁黄长石和镁蔷辉石的抗压强度较高。烧结矿中强度好的粘结相多， 烧结矿的强度就可以改善些；反之，若以强度差得组分为主要粘结相，烧结矿 的强度就降低。
烧结矿的矿物组成与结构及 其对烧结矿质量的影响
本讲的学习脉络 What How What
脉络1：什么是烧结矿的矿物组成和结构
脉络2：烧结矿的矿物组成是如何影响烧结矿的质量的
脉络3：影响烧结矿矿物组成和结构的因素又是什么
主要内容
烧结矿的矿物组成
烧结矿的结构
矿物组成与结构对强度和还原性的影响 影响烧结矿矿物组成与结构的因素
矿物的不同膨胀系数对烧结矿强度的影响
一些矿物晶体的体积膨胀系数 矿物名称 磁铁矿 透辉石 钙铁橄榄石 辉石 系数，×105 291 260 275 180 矿物名称 霞石 长石 钙长石 β-石英 系数，×105 305.5 177 147.6 141
烧结矿组成对烧结矿强度的影响，不仅表现在烧结矿中结晶个体或 玻璃质的作用上，而且还表现在不同矿物具有不同的膨胀系数上。 由于膨胀系数的不同，烧结矿在冷却或加热时，互相接触的矿物间 产生应力而导致烧结矿产生裂纹而脆裂，致使烧结矿强度降低。
形状不规整
由于烧结矿的生产工艺不同，烧结矿的形态结构 有明显的差异
1.粒状结构：它是由烧结矿中先结晶出的自形晶、半自形晶 或他形晶的磁铁矿与粘结相矿物晶粒相互结合而成的。 2.斑状结构：它是由磁铁矿斑状晶体与较细粒的粘结相矿物 相互结合而成的。
3.骸状结构：它指的是在烧结矿中早期结晶的磁铁矿晶体中， 有粘结矿物充填于其内，而仍大致保持磁铁矿原来的结 晶外形和边缘部分，形成骸晶状结构。
4.圆点状的共晶结构：它指的是烧结矿中磁铁矿呈圆点状存在于橄 榄石晶体中和赤铁矿圆点状晶体分布在硅酸盐晶体中的结构，前 者是Fe3O4 －Cax·Fe2-x·SiO4 系共晶形成的，而后者是该系统共 晶体被氧化而形成的。 5.熔蚀结构：它常在高碱度烧结矿中出现，磁铁矿被铁酸钙熔蚀， 是晶粒细小、浑圆形状的磁铁矿，他形晶或半自形晶，与铁酸钙 紧紧相连而形成熔蚀结构。两者之间有较大的接触面和摩擦力， 因此镶嵌牢固，烧结矿有较好的强度，它是高碱度烧结矿的主要
3.碱度到1.5~2.5左右时，烧结矿中磁铁矿和赤铁矿逐渐减少，粘结相中
铁酸钙明显增加，钙铁橄榄石和玻璃质明显减少，正硅酸钙亦有所发展。
冷却时会有β-2 CaO•SiO2 的晶型转变，烧结矿发生粉化。 4.碱度到3.0以上时，磁铁矿进一步减少，赤铁矿极少，铁酸钙、正硅 酸钙，硅酸三钙则明显增加，钙铁橄榄石和玻璃质极少以至消失，烧结 矿的矿物组成变得很简单。磁铁矿以熔蚀残余他形晶为主，晶粒细小， 主要与铁酸钙形成熔蚀结构。这类烧结矿中的主要粘结相矿物的机械强 度与还原性均好。铁矿物中虽有相当含量的正硅酸钙，但它分布于大量 铁酸钙基质中，阻碍了β-2 CaO•SiO2 的晶型转变，粉化现象基本消失， 所以烧结矿的强度和还原性均好。
—
76.4 20.6 —
—
96.4 83.7 —
—
100.0 95.8 —
58.4
49.2 25.5 23.4
赤铁矿、二铁酸钙、铁酸一钙及磁铁矿容易还原；铁酸二钙、铁铝酸四钙还原 性稍差；而玻璃质、钙铁橄榄石、钙铁辉石，特别是铁橄榄石还原性很差。
从结晶化学的观点，单体矿物的还原性与晶格能的大小有关。凡晶格能较低 的矿物易还原，而晶格能较高的矿物不易还原。 烧结矿的显微结构对还原性也有很大影响。当磁铁矿晶粒细小密集，晶粒间 粘结相少时，易还原；而磁铁矿晶粒粗大或被硅酸盐包裹时，则难于还原。 此外，气孔率大，晶粒嵌布松弛的烧结矿易于还原。
硅灰石（CaO•SiO2）、硅钙石（3 CaO•2SiO2 ）、正硅酸钙（γ-2CaO•SiO2
β-2 CaO•SiO2 ）、硅酸三钙（3 CaO•2SiO2）、铁酸钙（CaO•Fe2O3）、 铁 酸二钙（ 2CaO•Fe2O3 ）、二铁酸钙（ CaO•2Fe2O3 ）、钙铁辉石
（CaO•FeO•2SiO2 ）以及硅酸盐玻璃质等；
在荷重条件下未裂前 的印痕数，％
20g 50g
还原度，％ 49.9 26.7 13.2
37.3
35.0
14.2
40.1
28.5
可见，烧结矿中的磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石均
有较高的抗压强度，其次为钙铁橄榄石和铁酸二钙。在钙铁 橄榄石中，当x≤1.0时，其抗压性、耐磨性均超过前一类，当
x=1.5时，强度很低易产生裂纹。
烧结矿的矿物组成
烧结矿的结构
矿物组成与结构对强度和还原性的影响 影响烧结矿矿物组成与结构的因素
提高烧结矿质量的途径
影响烧结矿矿物组成和结构的因素
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3
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烧结矿碱度
烧结矿碱度对其矿物组成与结构的影响很大，虽然烧结原料不同，在不同碱度范围 内烧结矿的矿物组成和结构会有所差异，但却有明显的规律性。 综合分析如下： 1.当烧结矿碱度≤1时，铁矿物主要为磁铁矿，有少量的浮士体和赤铁矿，粘结相 主要为铁橄榄石、玻璃质和少量钙铁辉石，磁铁矿多为自形晶或半自形晶极少量 他形晶，与粘结相矿物形成均匀的粒状结构，局部有斑状结构。这类烧结矿由于 主要粘结相矿物是铁橄榄石系，故强度较高，又因正硅酸钙很少出现，所以冷却 几乎无分化现象。 2.碱度升高到1.0到1.5左右的自熔性烧结矿：含铁矿物与上述基本相同，主要矿 物被硅酸盐玻璃质和钙铁橄榄石所胶结，还有少量的硅灰石和正硅酸钙，强度较 差。
3.高碱度烧结矿，其矿物组分也较少，显微结构为熔蚀或共晶
结构，其中的磁铁矿与粘结相矿物铁酸钙形成溶融交织结构一 起固结，强度较好。
烧结矿的矿物组成和显微结构对其还原性的影响
还原度，％ 矿物名称 粒度0.5~1mm，在氢气中还原20min 700℃ 800℃ 900℃ 在CO中还原40min 850℃
主要内容
烧结矿的矿物组成
烧结矿的结构
矿物组成与结构对强度和还原性的影响 影响烧结矿矿物组成与结构的因素
提高烧结矿质量的途径
烧结矿的结构
烧结矿的结构主要包括宏观结构和微观结构两个方面
宏观结构
烧结矿的外观特征
微观结构
显微镜下所观察到的烧结 矿结晶颗粒形状、相对大 小以及相互排列集合的方 式
微孔海绵 状结构
提高烧结矿的途径
烧结矿的矿物组成
烧结矿是由多种矿物按一定结构方式组成的多孔块状集合体。因此它 的矿物组成及其结构特征与烧结矿的冶金性能有重要的关系，通过研 究，弄清内在联系，并了解影响因素，便能有效地采取相应的措施加
以控制，以达到提高烧结矿质量的目的。
烧结矿碱度
矿物组成的主要影响因素 燃料用量
当碱度在0.5~4变化时，主要的矿物组成为： 磁铁矿 含铁矿物 粘结相矿物： 铁橄榄石（2FeO•SiO2 ）、钙铁橄榄石[(CaO) •(FeO)2-x•SiO2，x=0.25~1.25]、 赤铁矿 浮士体
矿物名称 赤铁矿 磁铁矿 铁橄榄石 (CaO)•(FeO)2-x•SiO2 x=0 x =0.25 x =0.5 x =1.0 x =1.5 铁酸一钙 铁酸二钙 20.26 26.5 56.6 23.3 10.2 68 — 77 55 — 81.0 45.0 10.0 — 4.0 14.0 — 4.0 22.0 13 — 50 18 8 41 18 0 — 0 0 0 23 8 1.0 2.1 2.7 6.6 4.2 瞬时抗压强度 kg/mm 26.7 36.9 球磨机试验后的筛级，％ >5mm — — <1mm — —
5
当脉石中含有较高的Al2O3时： 烧结矿中则出现铝黄长石（2CaO•Al2O3•SiO2 ）、铁铝酸四钙
（4CaO•Al2O3•Fe2O3 ）
当MgO含量较多时，则可能出现钙镁橄榄石（CaO• MgO •SiO2）、镁黄 长石（2 CaO• MgO •2SiO2 ）及镁蔷薇石（3 CaO• MgO •2SiO2 ）等； 当脉石中含有少量的磷酸盐时，可能出现磷酸钙（ 3 CaO• P2O5）。 此外，还有少量反应不完全的游离石英（SiO2）和游离石灰（ CaO）
单矿物晶体的晶格能
矿物名称 赤铁矿 磁铁矿 铁酸钙 钙铁橄榄石
晶格能，kJ 9567 13516 10891 18766
铁橄榄石
19110
综上分析能够看出，烧结矿的强度和还原性是有矛盾的，如铁橄榄石和x≤1的钙 铁橄榄石，虽然机械强度好，但还原性很差，只有铁酸钙，强度和还原性都很好。 在烧结生产中，创造条件促进铁酸钙液相体系的生成，对改善烧结矿的强度与还 原性有双重意义。
另外的研究还表明，配碳量对烧结矿的结晶程度也有很大的影响：
当配碳量低时，磁铁矿结晶能力差，主要粘结相是玻璃质，多孔洞， 还原性虽好，但强度差；随着配碳量的升高，生成粗大晶粒，粘结相
中玻璃质大为减少，孔洞亦减少，烧结矿的强度改善；当燃料过多时，
烧结矿熔化过度，形成薄壁大孔结构，强度很差；在提高燃料配比， 形成石头状结构，还原性差，生产率也下降。
赤铁矿
磁铁矿 铁橄榄石 (CaO)•(FeO)2-x•SiO2
91.5
95.5 2.7
—
— 3.7
—
— 14.0
49.4
25.5 5.0
x=0.3
x=0.6 x=0.8 x=1.2
—
— — —
—
— — —
—
— — —
11.2
11.4 12.3 12.1
CaO•2Fe2O3
CaO•Fe2O3 2CaO•Fe2O3 4CaO•Al2O3•Fe2O3
烧结矿中组分多少对其强度的影响
烧结矿中组分多少对其强度也有影响：
1.对于酸性性烧结矿，矿物组分比较少，其显微结构是斑状或
共晶结构，其中磁铁矿斑晶被铁橄榄石和少量玻璃质所固结， 因而强度较好；
2.对于熔剂性烧结矿，矿物组分较多，其显微结构为斑晶或斑
晶玻璃状结构，其中的磁铁矿斑晶或晶粒被钙铁橄榄石、玻璃 质以及少量的铁酸钙和硅酸钙固结，强度较差；
烧结矿的显微结构是指在显微镜下所观察到的烧结矿矿物
结晶颗粒的形状、相对大小及他们相互结合排列的关系
熔化温度高，比周围其它矿物结晶
自形晶
结晶时 间和完 善程度
进行得早或结晶生长能力强，具有 完境，只有部
分结晶面完好 结晶进行得较晚，结晶环境更差，
他形晶
或填充于结晶完好的矿物空隙中，
燃料用量和烧结温度适宜，液 相生成适度，烧结矿的还原性 好、强度高
宏观结构
燃料配比多，烧结温度 高，液相生成多，粘度 小；烧结矿的孔壁和表 面显得光滑；强度和还 原性均较差
粗孔蜂窝 状结构
石头状结 构
燃料配比更多，烧结温度 过高时，产生过熔现象； 孔隙度很低，强度尚好， 还原性较差
烧结矿的显微结构
矿物结构。
6.交织结构：含铁的矿物与粘结相矿物彼此发展或相互交织形成， 烧结矿具有很好的强度。
烧结矿的显微结构
H
H
细粒状赤铁矿
烧结矿的显微结构
H P H
骸晶状赤铁矿
烧结矿的显微结构
M CF M CF
磁铁矿与铁酸钙交织溶蚀结构
烧结矿的显微结构
CF
H H
纤维状铁酸钙被赤铁矿包围
烧结矿的显微结构