物理化學取得新成果論文
第1篇:地球物理與化學找礦取得新成果
中國科學家已發現四川、重慶有規模巨大的鉑鈀礦，被國土資源部列為中國近幾年找礦的最重大進展之一；在覆臨區出口處可能找到大礦和特大礦的新的戰略靶區，其中兩處經查證已見大規模有經濟價值礦化體。這些靶區將為中國未來緊缺礦種提供接替基地做出重大貢獻。
這是以中國科學院院士謝學錦、劉光鼎為首席科學家的攀登計劃B85—34“找尋難識別及隱伏大礦、富礦的新戰略新方法新技術的基礎性研宄”項目5年來通過iro多位科學家的努力，所做出的成果。他們還在礦產資源勘察戰略思路和勘察技術方面取得一批全新成果；為中國正在啟動的國土資源大調查宏觀戰略部署提供了主要依據。
他們提出了尋找隱伏大礦、富礦的一些新概念和礦產勘察戰略的新思路，提出了整個礦產勘察過程中要以發現成礦物質發出的直接信息為先導，結合地球物理場和成礦地質構造環境，迅速掌握全局，逐步縮小靶區的礦產勘察新戰略。用大量證據證明了巨量成礦元素供應與聚集是大礦、富礦形成的先決條件的新概念和新理論，提出了地球化學塊體、地球化學譜系、深穿透地球化學等新概念和新方法等。
他們還建立了全國性預測大礦富礦的數據庫，開發了圖形顯示系統，制作了多種全國性及區域性礦產預測圖。這些預測圖已成為國土資源大調查的地質調查宏觀戰略部署的主要依據，具有全局、戰略性的重大意義。他們發展了尋找隱伏大礦的新方法、新技術，如地球化學深穿透方法，開發了地球物理綜合研宄方法技術，如地球物理CT、TEM、CSAMT和分布式陣列MT等方法，為深部盲礦體的預測和尋找，對于擴大已知礦的規模有重要意義。
第2篇:高堿度燒結礦物理一化學性能和組成的研究成果
介紹了對高堿度燒結礦和自熔性燒結礦的研究成果。本研究采用X射線衍射和顯微分析方法對燒結礦中的各相位進行識別。試驗表明堿度CaO/SiO2大于1.7的燒結礦比自熔性燒結礦強度更大，還原性更強。這一點與鐵素體鈣相位的形成和原硅酸鈣的消失相關。
1引言
燒結車間的主要目標是生產具有作為高爐爐料使用所需特性的燒結礦：正因為這樣，在研究減少廢氣排放的同時，燒結設備首先保證使燒結礦具有高爐工藝要求的物理一化學性能
許多工業研究中心和科學研究中心都在研究改善燒結礦的性能和在生產工藝過程中減少廢氣排放量的可能丨生一種可能性是生產高堿度燒結礦和自熔性燒結礦。使用高堿度燒結礦需要在爐料中加入球團，一般是酸性球團，而不是標準的酸性塊礦。
2從事的研究
2.1試樣準備
對高堿度合成燒結礦進行了研究，合成燒結礦由直徑為0.9m的燒結圓盤（實驗室裝置)生產在準備燒結礦的各試驗時，所選用的混合料組成示于表1，燒結礦的重量約為90kg在生產工藝中，燒結礦混合料層高度為0.3m混合料的含水量在重量的5.8%~6.%之間變化煙氣的初始負壓為680~720mmKO(1mmH2G=9.80665Pa)，燃燒室內煙氣的最高溫度為280~390°C。燒結工藝的時間在1273~16min之間變化
表1生產高堿度燒結礦混合料的組成
試驗號 Fe 堿 FeO MgO 燒結礦 GOK濃 巴西礦 石灰石 白云石 焦炭 燒結粉
表2采用X射線輻射確定的燒結礦中不同相位的相對重要性
相位
燒結 堿 0.47MgSiO3ft53FeSiO3
礦號 度 Fe2O3 Fe3O4 Fe卜yO CF C2F CF2 CWF CW3F C3WF7 Ca2SiO4 (CaFe)SiO4
CF=CaFe2O4 C2F= OcFe2O5 CF2= CaFe4O7 CW CaFe3O5 CW3 CaFesOv C3WFv= Ca3Fe5O25
其中相位，+：比較多++：多+++：很多-：較少--：少 很少自由區=空白
3.1.1磁鐵礦基化合物 鐵礦一般以分散在硅酸鹽相中（圖1略），或
磁鐵礦是燒結礦的主要原料，采用X光 鈣磷鐵礦(圖2略)相聯的八面晶體形狀而結
輻射評估得出的磁鐵礦的含量：在堿度為 晶。
1.48的燒結礦中是在45%~55%之間■在堿 米用波長分散的顯微分析表明，磁鐵礦
度為21的燒結礦中是30%~40%之間磁 的主要雜質有：Ca，Mn，Mg和Al(見表3)
�。�1994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPubhshmgHouse.Allnghtsreserved.http：//www.
高爐用燒結礦含有氧化鐵，二價和三價鈣磷鐵礦及多相硅酸鹽
對粗顆粒鈣磁鐵礦和鈣維氏體的單晶體和多晶體進行了研究采用經過修改的Bridgeman方法來準備試樣。試樣由在氧化一還原環境下經高溫中和、燒結并且與磁鐵礦相位或維氏體相位平衡了的、氧化鐵含量不同的磁體礦和維氏體礦的混合料構成所研究的試樣為鈣磁鐵礦CaxF?^〇4(其中0.0<裏0.28)和鈣維氏體(其中Fe/O為0.94，Q91和0.89，Ca為0.5%~12%)
2.2試驗方法
為了確定物理一化學性能與礦物學成分之間的關系，采用了三種補充方法：
(1) 分析方法：傳統的化學分析和電子傳感器顯微分析（CAMECAMS-46)
(2) 對粉礦（HZG-4B)采用X光輻射的
方法，并通過掃描顯微鏡觀察相位
(3)研究燒結礦的物理性能如機械強度，研磨和軟化范圍等這些方法在ISO7215標準中作了詳細論述（ISO-T+6.3mm，ISO-A<〇.5mm)其結果是粒度比(％)大于某一閾值（ISO-T)或小于某一閾值（ISO-A)
3結果與討論
3.1試樣的結構和成分
所研究的燒結礦的堿度為1.48~2.1，它的FeO含量在6.5%~9%之間變化堿度提高表現為燒結礦結構和相位性質的明顯變化以及現有各相位的化學成分的變化對下面的相位進行了鑒別：磁鐵礦、維氏體赤鐵礦、鈣磷鐵礦和硅酸鹽化合物(見表2)
表3采用顯微分析確定鈣磁鐵礦區的成分
燒結礦 堿度 Fe% Ca% M% n Mg% Al% Si%
堿度的變化不影響磁鐵礦中Mn，Mg和Al的含量含量可高達1.8%的鈣的性能是不同的。在堿度為1.481.551.631.65和1.9的燒結礦中，鈣含量在0. 0.5%之
間變化經研究，它是由鈣鐵素體在微觀區沉淀而引起的
對鈣在磁鐵鈣晶粒中分布的研究表明，在晶粒交接處的濃度比在晶粒內部更高(見圖3)通過修改的Bridgeman合成單晶體和多晶體的研究，獲得了有關燒結礦中磁鐵礦的形成過程的補充資料。研究試樣為合成鈣磁鐵礦CaxFe3-x〇4，其中0.04<0.28
圖3a介紹了Ca在堿度為1.7的燒結礦的鈣磁鐵礦合成試樣中的分布情況圖3b介紹了Ca在合成化合物Ca〇.i6Fe2.84〇4中的分布，在鈣磁鐵礦一鐵素體的接合處Ca含量的増加表現為鐵素體在鈣磁鐵礦晶粒表面的沉淀這是因為Ca含量超過了它在磁鐵礦中溶解極限通過對合成試樣Caa04Fe2%〇4Ca0.16Fe284〇4Ca0.28Fe272O4中對應區進行顯微探針獲得的結果(實驗室結果)示于表4結果也證明了這種沉淀現象
在米用Bridgeman方法準備的試樣的？1994-2016CmnaAcademicJournalElecta
圖3通過顯微探針所獲得的Fe和Ca的含量曲線示意圖
a-堿度1.7的燒結礦b-合成試樣C〇0.16Fe2?t〇4
中心層和外層進行了測量，發現在試樣Ca0.04Fe296〇4的中心區和外層含量有顯著差異.Ca濃度在該試樣外層比在中心區更高表4實驗室準備的鈣磁鐵礦的分散顯微分析結果
中心 區 外 層
圖5合成鈣磁鐵礦中Fe和Ca的含量示意圖
a-Cao.04Fe2.96〇4b-Cao.04Fe2.96〇4clCao.04Fe2.96〇4
Mn
在實驗室內生產的鈣維氏體或燒結礦中含量為Lc%；堿度21時，鈣含量為1孤
當Ca的濃度上升到它在磁鐵礦中的溶解極限以上時，即在試樣Ca〇.i6Fei84〇4中，結構不再平衡：鈣磁鐵礦處于試樣的中心區，外層為鈣磁鐵礦和鈣磷鐵礦CaFe3〇5的混合物，鐵素體的成分隨鈣磁鐵礦的含量而變化(CaxFe3-x〇4中x的増加）Cao.28Fe272O4試樣中心區由鈣磁鐵礦和鐵素體Ca2Fe〇5組成鈣磁鐵礦CaFe2〇4和Ca2Fe2〇5構成外
層。
圖4(略)示出了堿度1.9的燒結礦的結構，鐵素體相位的鈣含量與堿度1.7的試樣的鈣含量相彳似圖4a示出了在晶粒側面和鈣磁鐵礦晶粒表面的鐵素體CaFe3〇5的沉淀物。圖4b示出了鈣磁鐵礦晶粒周圍的鐵素體Ca2Fe2〇5和CaFe3〇5
圖5示出了Fe和Ca在Cai〇4Fe.96〇4Ca〇.16Fe284〇4和Ca〇28Fe2.72〇4中的分布情況圖5與表3所示的鈣磁鐵礦的化學成分的研究結果是一致的
從試樣和高堿度試驗燒結所得到的結果表明，鈣磷鐵礦的沉淀首先與鈣在磁鐵礦中的溶解性相關如果Ca的濃度超過溶解極限便開始形成鈣磷鐵礦的結晶現象，磁鐵礦的雜質如MgMn和Al對相位改變影響甚微3.1.2維氏體基化合物
在所有燒結礦中都存在維氏體Fe1-yO，并且和磁鐵礦一樣，也含有雜質CaMg和
的沉淀物以薄片或周圍不規則的晶粒形式結晶，晶體形狀取決于鈣含量。
在所有被研究的燒結礦中，只發現了數量有限的、以單個晶粒形式存在的鈣維氏體其化學成分隨堿度而變化：堿度1.56時，鈣通過使用X射線晶體照相技術和顯微的關系。表明當鈣的濃度超過其溶解極限時，分析技術，確定鈣在維氏體中的溶解極限研 鈣磷鐵礦開始結晶表5示出了成分不同的
究了散發射線La.2和趴的能量差與成分 試樣中出現的相位和X射線的能量分析結果
表5相位種類和發射的X射線1^12和的能量參數
Fe/O Ca 相 位 能 量差
~L6之間，結構中出現的主要是二價鐵素（Ca關7Ca3Fe15O25)的數量増加，而二價鐵
發現鈣在Fei-yO中的`溶解能力和FeO化學計算成分偏差之間存在某種關系：當這一偏差増加時，鈣在Fe-yO中的溶解能力下降，超過鈣在維氏體中的溶解極限時，在鈣維氏體的側面出現二價和三價鈣磷鐵礦。
鈣磷鐵礦在燒結礦中的形成過程非常復雜，鐵素體的形成可以有下面的三種方式：按照還原過程中鈣維氏體和鈣磁鐵礦的飽和結果；或者氧化過程中；或者以構成燒結礦混合料一部分的氧化物為基礎3.1.3燒結礦堿度的影響
燒結礦的堿度對形成相位數量和性質以及這些相位晶粒的粗細有關鍵性影響。通過各種研究，得出以下結論：如果堿度在1.48
體CaFe2〇4和CaFe4〇7，超過1.6時，開始形成三價鐵素體晶體：CaFesOsCaF(5〇7和Cai5Fei5〇25(見圖6)
當堿度在1.5~1.6之間時，燒結礦由CaF?O7構成在它的旁邊出現有害影響的鐵素體CmFeOs，因為它導致燒結礦的還原能力明顯下降
表6中示出的結果表明燒結礦中的鈣磷鐵礦含有MnMgAl和Si硅的出現與鐵素體晶粒內部存在硅酸鹽微晶相有關
在圖7和圖8中可以清楚地看到CaFfstt的鐵素體針，在各針之間形成了原硅酸鈣Ca2SiO4微晶粒
當堿度増加到21時，三價鐵素體相
表6采用分散方法對燒結礦中鈣磷鐵礦進行顯微分析的結果
燒結礦堿度
圖6掃描顯微鏡(X4400)觀察到的堿度為1.9的燒結礦情況
礦的結構：鐵素體針尖狀CaFe3〇5和原硅酸鈣的微晶粒
素體相的數量減少。
當堿度増加時，硅酸鹽的礦物學成分和化學成分也發生了變化(見表7)如果堿度在1.48~1.6之間，結構由原硅酸鈣、橄欖石(CaFe)2[Si〇2和只含Mg和Fe的硅酸鹽化合物組成堿度的増加導致原硅酸鈣數量減少和鈣磷鐵礦橄欖石的消失，而在它的位置上出現硅酸鹽（0.47MgSi〇3Q53FeSi〇3)
燒結礦堿度的増加導致由硅酸鈣生成的鐵素體相數量的迅速増加從圖7上可以看到鈣磷鐵礦橄欖石（O)和原硅酸鈣（K)，從圖8上可以看到形成總體共生性能的鈣磷鐵礦CaFeOs和硅酸鹽3.1.4燒結礦的機械質量
這項研究只不涉及燒結礦的結構，同時對物理性能如機械強度、磨蝕和軟化區也進行了研究表8介紹了對燒結礦機械強度的
研究結果（ISO-T試驗后，顆粒大于6.3mm)，可以說機械強度隨堿度増加而増加，但硬度在1.51~1.58的燒結礦除外，它的機械強度比低硬度燒結礦（CaO/S〇2=1.1)的小。相反，當堿度高于1.7時，燒結礦的耐磨蝕性輕微減�。↖SO-A試驗后，顆粒小于
至于軟化范圍，所研究的試樣在軟化開始和結束時的溫度比低堿度燒結礦要高沒有發現堿度對軟化范圍的極限有任何明顯的影響
研究結果表明堿度對燒結礦結構有很大影響因此，當堿度為1.48時，鈣磁鐵礦含量
Q5mm).2016ChinaAcademieJournalElectroni(等于45%~55%；燒結礦堿度為2.1時，鈣
圖7堿度為1.7的燒結礦在原硅酸鈣(<4500)旁 圖8堿度為2.1的燒結礦.鈣磷鐵礦底部的硅酸鹽
邊的鈣磷鐵礦橄欖石 菱美礦（CWBK2000)
表7采用分散方法對燒結礦中的硅酸鹽相進行顯微分析的結果
燒結礦 堿度 FeO% TFe% Ca% M% n Mg% Al% Si%
磁鐵礦含量下降到30%~4(%。 的主要雜質是Mn，Mg和Al堿度直到1.5，
鈣磁鐵礦含量下降伴隨產生鈣磷鐵礦數 鈣磁鐵礦的含量都増力卩。在1.5-1.7范圍內
量増加和硅酸鹽相數量下降。堿度増加對形 開始下降，它與大量鐵素體Ca2Fe2〇5結晶的
成的相位的化學成分有顯著的影響磁鐵礦 形成有關
71994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http：//www.(表8燒結礦機械強度.研磨性能和軟化性能的研究結果
燒結礦 堿度CaO/Si〇2 強度ISO-T+6.3mm 研磨ISO-A<0.5mm 軟化開始時的溫度，°C 軟化結束時的溫度 軟化范圍。。
低堿度燒結礦 1.10 701 4.9 1090 1280 190
在研究的鈣磁鐵礦晶粒中，都發現在晶粒結合區周圍的鈣含量増力卩。在合成鈣磁鐵礦中也發現了同樣的現象由于Ca的溶解能力低，在鈣磁鐵礦晶粒的內部產生Ca的偏析，結果Ca+2離子和Fe+2Fe+3離子半徑之間的差異很大（1〇+2=0.99A、if(+2=0.76?、戊+3=0.64)這種現象基本上是從燒結礦的還原性來考慮的。鈣是一種促進燒結礦還原的元素，盡管它在磁鐵礦結構中的作用仍不十分確定
通過各種研究發現，燒結礦中的鈣磁鐵的X值小于0.12(Ca〇.i2Fe2.88〇t)，它所對應的鈣磁鐵礦中的鈣含量為209%因此，我們可以認為2.09%的鈣含量正好是鈣在磁鐵礦中的溶解極限。
燒結礦中鈣磷鐵礦數量的増加使燒結礦的機械強度増加，而硅酸鹽相位數量的提高使它的機械強度減小
4結論
從高爐工藝中使用高堿度燒結礦的立場來看，可以得出以下結論：
變化很大
(2) 鈣磁鐵礦和鈣磷礦確定燒結礦的物理化學性會能
(3) 磁鐵礦的特性取決于其結構中的鈣含量，而MgMn和Al的影響可忽略不計。
(4) 通過各種研究表明，在研究的堿度范圍內，鈣磁鐵礦中的含量小于209%，它與相位Fe-Ca〇2(其中x<Q12湘對應
(5) 在晶粒結合區周圍，鈣磁鐵礦中鈣濃度的提高與開始形成鈣磷鐵礦有關系。
(6) 堿度的提高可以得到結構致密的燒
結礦
(7) 高堿度燒結礦（1.48~21)開始軟化的溫度比自熔燒結礦（Ca〇/S〇2約1.1)的溫度高，這樣可以減少氣體流動阻力和高爐內部熱損失
(8) 堿度大于1.7的燒結礦的強度比自熔燒結礦的高，其差額約為5%，它與CaFeOt和CaFe3〇5類型的鐵素體的形成和原硅酸鹽鈣的消失有關。
他們還發現了一批尋找大礦富礦的戰略靶區，取得了一些靶區的找礦突破，并對一批已知礦的深部和外圍找礦發揮了重大作用。
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