MgO在人造富矿中的赋存状态及作用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.04.001 北京钢铁学院学报 1983年第4期 MgO在人造富矿中的赋存状态及作用 地质教研室任允芙蒋烈英 炼铁教研室王树同 本文采用光学显微镜，电子探针·及移斯堡尔效应·等手段对MgO在烧结旷 和球团矿中的赋存状态及其对治金性能的影响进行了微观分析研究。 显微镜下观察表明，随烧结矿中MgO含量增加，赤铁矿及缺酸钙明显减少， 当MgO约达4%以上时，烧结矿渣相中开始出现少量镁质硅酸盐矿物。 电子探针扫描分析表明，MgO主要分布于除赤铁矿之外的铁相矿物中，在烧 结矿中形成含镁磁铁矿，在球团矿中形成镁铁矿，少部分分布于渣相中。 对杭钢球团矿所做的穆斯堡尔谱学研究袁明，在培烧过程中，Mg+大量进 入磁铁矿八面体品位，揭示了MgO在人造富矿中富集于铁相及引起物相变化的 机理。 基于上述试验研究，分析了MgO对人造富矿冶金性能的形响. 一、MgO含量不同的人造富矿矿物组成及MgO的赋存状态 1.烧结矿 (1)自熔性烧结矿的矿物组成 自熔性烧结矿的配制条件：以Fe2O3、CaO及SiO,三种组分为基础（固定SiO,为 8%,Ca0/Si02=1.2),分别合成Mg0百分含量为0、2.5、3.5、4.5及6.0的烧结矿 饼，烧结温度1350°C。 ①不含MgO烧结矿，矿物组成以磁铁矿为主，并含有较多量的氧化再生赤铁矿（约 占25%)，粘结相矿物主要为钙铁橄榄石，硅酸盐玻璃相及少量铁酸钙等。 ②含Mg02.5%的烧结矿，以含镁磁铁矿为主，氧化再生赤铁矿明显降低（约占5一7%）， 含镁藏铁矿明显增加。 ③含MgO为3.5%的烧结，含镁磁铁矿继续增加，氧化耳生赤铁矿继续降低（约占 3一4%)，镁质硅酸盐矿物局部出现极少量。 ④含Mg04.5%烧结矿，含镁磁铁矿又继续增加，氧化再生赤铁矿更少（约占2-3%）， 铁酸钙也有减少，镁质硅酸盐刊矿物如钙镁榄橄石CaO·MgO·SiO2,镁黄长石2CaO,MgO, 2Si0,及镁硅钙石3CaO·MgO·2SiO2等少量出现。 ·电子探针扫描分析结界由二机部三所探针室提供。 ··穆斯堡尔谱学试验研究结果由北京钢铁学院马如璋，李正文等提供， 1

口曰， 勺 口 邵 不 一 ， ‘ 二 江 ‘ 月 曰 北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 在人造富矿中的赋存状态及作 用 地 质教研 室 任 允 笑 蒋烈 英 炼铁教研 室 王 树 同 本 文 采 用 光 学显微镜 ， 电 子探针 及 穆斯 堡 尔效 应 二 等手段村 在 烧 结 犷 和球 团矿 中的赋 存状 态及 其对 冶 金性 能 的影 响进 行 了微观 分 析研 究 。 显微镜下观 察表 明 ， 随 烧 结扩 中 含量增加 ， 赤铁犷 及铁 酸钙 明 显 减 少 当 约 达 以 上 时 ， 烧 结 矿 渣 相 中开始 出现 少童 镁质硅 酸盐犷 物 。 电子探针扫 描 分析表 明 ， 主要 分布 于除 赤铁矿之 外的铁相 矿 物 中 ， 在烧 结 矿 中形 成含 镁磁铁矿 ， 在 球 团矿 中形 成镁铁矿 ， 少部分 分布 于 渣 相 中 时 杭钢 球 团矿 所做 的穆斯 堡 尔谱 学研 究表 明 ， 在 焙 烧过 程 中 ， 干 大 全进 入 磁铁 矿八 面 体 晶位 ， 揭 示 了 在人造 富矿 中富集于铁相 及 引起物 相 变化 的 机理 。 基于 上 述 试验研 究 ， 分 析 了 时人造 富护 冶 金 性 能 的影响 一 、 含量不 同的人造 富矿矿物组成及 的赋存状态 烧结矿 自熔性烧结矿 的矿物组成 自熔性烧结矿 的配制条件 以 、 及 三种组分为 基 础 固定 为 ， 二 ， 分别合成 百 分 含量为。 、 、 、 及 的 烧 结矿 饼 ， 烧结温度 。 ①不含 烧结矿 ， 矿 物组成 以磁铁矿 为主 ， 并含有 较多量 的氧化再生赤 铁 矿 约 占 ， 粘结相矿 物主 要 为钙铁橄榄石 ， 硅酸盐玻璃相及少量铁酸钙等 。 ②含 的烧结矿 ， 以含镁磁铁矿为主 ，氧化再生赤铁矿 明显 降低 约 占 一 ， 含镁磁铁矿 明显增加 。 ③含 为 的烧结矿 ， 含镁磁铁 矿继续增加 ， 氧化 再生赤铁矿继续降低 约 占 一 ， 镁质硅酸盐矿物局部 出现极少量 。 ④含 烧结矿 ， 含镁磁铁 矿又 继 续增加 ， 氧化再生赤铁矿更少 约 占 一 ， 伙酸钙 也有减少 ，镁 质硅酸盐矿物如钙镁榄橄石 · · ，镁黄长石 ， ， 及镁硅钙 石 · · 等少量 出现 。 电子探针扫描分析结果 由二 机 部三所探针室 提供 。 ， 穆 斯堡 尔谱学试验研究结 果由北 京钢铁学 院马 如 璋 ， 李正文等 提供 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．04．001

⑤含MgO6.0%烧结矿，含镁磁铁矿又稍有增加，氧化再生赤铁矿无或很难发现，镁 质硅酸盐矿物明显增加。 以上五种MgO含量的自熔性烧结矿，显微结构均为斑状结构。 烧结矿中不同MgO含量与矿物组成变化关系如图1所示。 100 90 90 80 70 60 H 50 0 30 0 0 1.442.503.604.,75 0 2.5 35 4.5 Mg0(%) Mg0(%) 图1烧结矿中不同含MgO量与 图2包钢烧结矿(R=1.54一1.76) 矿物组成变化关系 中不同Mg0含量与矿物组成变化关系 M一磁铁矿，Mm一含镁磁铁矿， Mm含镁磁铁矿，H一赤铁矿，CF一铁酸 H一赤铁矿，CF一铁酸钙， 钙，SL一以枪晶石为主，其次为镁质硅 SL一玻璃相、钙铁耻榄石、钙镁橄樹 酸盐等矿物 石，镁黄长石、镤硅钙石、日一硅酸二钙等 图1表明： ①烧结矿中随MgO含量增加，氧化再生赤铁矿明显降低，一直到无， 所减少。而含镁磁铁矿明显增加： ②MgO含量达到3.5%，硅酸盐粘结相矿物中才开始出现极少量的镁质硅酸盐矿物， 随MgO含量进一步提高而有所增加。 (2)包钢高碱度烧结矿(Ca0/Si0:=1.54~1.76)矿物组成。 观察含MgO1.44%（未配加白云石)一4.9%的包钢高碱度烧结矿，不同MgO含量 引起的矿物组成变化规律基本与上述碱度1.2的自熔性烧结相同，见图2、3、4、5、6。 图示表明： ①烧结矿中随MgO含量的增加，含镁磁铁矿明显升高，氧化再生赤铁矿明显降低， 铁酸钙也相应降低，铁酸钙（包括CaO·2FeO3,CaO.Fe2O3及少量2CaO·Fe2O3) 与磁铁矿形成的熔5蚀结构诚少。 ②烧结矿中硅酸盐粘结相矿物总量有所增加，其中枪晶石3CaO·CaF,·2SiO,稍有 减少，而钙镁橄榄石，镁黄长石等在Mg0含量达3.6%时局部少量出现，MgO4,9%时含量 2

⑤含 烧结矿 ， 含镁磁铁矿又 稍有增加 ， 氧化再生赤铁矿无或很难发现 ， 镁 质硅酸盐矿物明显增加 。 以上五种 含量 的 自熔性烧结矿 ， 显微结构均为斑状结构 。 烧结矿 中不 同 含量与矿物组成变化关系如图 所示 。 … · ……撇 砚 王 〕 和长葬翁以份次︶ 川 川 匕宜 罗 州 日 川 一 美 的 薄刃份，如牲 · 醉勺 图 烧结矿 中不 同含 量与 矿物组成变化关系 一磁铁矿， 一含镁磁铁矿 ， 一赤铁矿， 一铁酸 钙， 一玻瑞相 、 钙铁橄榄石 、 钙镁橄榄 石 、 钱 黄长石 、 镁硅钙石 、 一硅酸二钙等 图 包钢烧结矿 。 一 。 中不 同 含量与矿物组成变化关系 含镁磁铁矿， 一赤铁矿， 一 铁酸 钙， 一以枪晶石为主 ， 其次为镁质硅 酸盐等矿 物 图 表明 ①烧结矿中随 含量增加 ， 氧化再生赤 铁 矿 明 显 降低 ， 一直到无 ， 所减少 。 而含镁磁铁矿明显增加， ② 含量达到 ，硅酸盐粘结相矿物中才开始 出现极少量 的镁质硅 酸盐矿物 ， 随 含量进 一 步 提高而有所增加 。 包钢高碱度烧结矿 矿物组成 。 观察含 未配加 白云石 一 的包钢 高碱度烧结矿 ， 不 同 含量 引起的矿物组成变化规律基本 与上述碱度 的 自熔性烧结矿相 同 ， 见 图 、 、 、 、 图示 表明 ①烧结矿 中随 含量 的增加 ， 含镁磁铁矿 明显升 高 ， 氧化 再生 赤铁矿 明显降低 ， 铁酸钙也相应降低 ，铁酸钙 包括 · ‘ ， · ‘ 及少量 · 与磁铁矿形成的熔 蚀结构减少 。 ②烧结矿中硅酸盐粘结相矿物总量有所增加 ， 其 中枪晶石 · · 稍有 减少 ， 而钙镁橄榄石 ，镁黄长石等在 含量达 坏时局部少量 出 现 ， 写时含量

图3包钢烧结矿(Mg01.44%R1.76)显微结 图4包钢烧结矿(Mg02.5%,R1.76)显微结构 构（反光147x) (反光147x) 白色一赤铁矿，浅灰色一磁铁矿，浅灰色柱状 白色一赤铁矿，浅灰色一磁铁矿，灰白色条状一铁酸半 一铁酸半钙影黑灰色一枪晶石 钙，黑灰色一枪品石；黑色一孔洞 图5包钢烧结矿(Mg03.6%,R1.59) 图6包钢烧结矿(Mg04.95%R1.65) 显微结构（反光147x) 显微结构（反光147x) 白色一赤铁矿，浅灰色一磁铁矿，浅灰色、针状，柱状一铁白色一赤铁矿，浅灰色一磁铁矿，浅灰色、针状一铁酸钙 酸钙！黑灰色一枪品石修 黑灰色一枪晶石等 增加。MgO含量低于3.6%，主要以固溶状态存在。 (3)MgO在烧结矿中的分布 电子探针分析结果表明，包钢烧结矿(R=1.54一1.76)在含Mg01.44%烧结矿中， Mg2+在磁铁矿中含量微少，见图7，含MgO25%烧结，Mg2+在磁铁矿中分布密度明 显增加（电子探针分析相对强度MgO=0.63%),见图8，含MgO3.6%的烧结矿，分布 密度又明显增加（相对强度MgO=0.86%)见图9；含MgO4.95%烧结矿分布密度又显 著增加（相对强度MgO1.28%),图10。同时也明显地看出Mg2+在硅酸盐粘结相中含 量则很低（电子探针分析相对强度Mg0=0.023~0.044%),见图7-10。 以上分析结果表明，在烧结矿中MgO主要分布于铁相矿物中，与磁铁矿和富氏体固 溶，形成含镁磁铁矿和镁质富氏体。并随烧结矿中MgO含量的增加，固溶量明显增加。 在硅酸盐粘结相中分布很少，当烧结矿中MgO含量>3.6时，才局部出现少量镁质硅酸 盐矿物，见图10，随MgO含量的增加而有所增加。 心

图 包钢烧结矿 ‘ 。 显微结 构 反光 连 白色一赤铁矿， 浅灰 色一磁铁矿， 浅 灰色柱状 一铁酸半钙， 黑灰色一枪晶石 图 包钢烧结矿 ， 显微结构 反光 白色一赤铁矿， 浅灰色一磁铁矿， 灰 白色条状一铁酸 半 钙， 黑灰色一枪晶石， 黑色一孔洞 图 包钢烧结矿 ， 声的 显微结构 反光 白色一赤铁矿 ， 浅灰色一碑铁矿， 浅灰色 、 针伏 、 往状一铁 酸 钙， 黑灰色一枪品右哈 图 包钢烧结矿 。 纬 。 显微结构 反光 白色一赤铁矿 ， 浅灰色一磁铁矿， 浅灰色 、 针状一铁酸钙， 黑灰 色一枪晶石 等 增加 。 含量低于 ， 主要以 固溶状态存在 。 在烧结矿 中的分布 电子探针分析结果表 明 ， 包钢烧结矿 一 在含 烧结矿 中 ， 十 在磁铁矿 中含量微少 ， 见 图 ， 含 · 烧 结矿 ， “ ‘ 在磁铁矿 中分布密度 明 显增加 电子探针分析相对 强度 二 ， 见 图 含 的烧结矿 ， 分布 密度又明显增加 相对强度 见 图 ， 含 烧结矿分布密度又 显 著增加 相对强度 ， 图 。 同时也 明显 地 看 出 十 在硅酸盐粘结相 中 含 量则很低 电子探针分析相对强度 二 ， 见 图 一 。 以 上分析结果表明 ， 在烧结矿 中 主要分布 于铁相矿物 中 ， 与磁铁矿 和富 氏 体 固 溶 ， 形成含镁磁铁矿和镁质富 氏体 。 并 随烧结矿 中 含量 的增加 ， 固溶量 明显增 加 。 在 硅酸盐粘结相中分布很少 ， 当烧结矿 中 含量 时 ， 才局部出现少量 镁 质 硅 酸 盐 矿物 ， 见 图 ， 随 含量 的增加而有所增加

(a) (b) 图7含Mg01.44%的包钢烧结矿Mg分布 (a)背散射电子像(360x) (b)Mg的x射线像 白色一铁矿物；深灰色一渣相 (a) (b) 图8含Mg02.5%的包钢烧结矿Mg分布 (a)背散射电子像(360x) (b)Mg的x射线像 白色一铁矿物，深灰色一渣相

图 含 。 的包钢烧结矿 分布 背散射 电子 像 的 射线像 白色一铁矿 物， 深灰色一渣 相 图 含 的包钢烧结矿 分布 背散射电子像 白色一铁矿物， 深灰色一渣相 的 射线像

‘a)背散射电子像(360x) (b,Mg的x射线像： 白色一铁甜矿物：深灰色一渣相 图9含MgO3.6%的包钢烧结矿Mg分布 (a) (b) 图10含MgO4.8%的包钢烧结矿Mg分布 ()背散射电子像(360x) (b)Mg的x射线像 白色一铁矿物：深灰色一渣相 2。杭铜竖炉高Mg0酸性球团矿矿物组成及MgO在球团矿中的赋存状态 杭懈球团所用铁精矿粉的矿物组成中铁矿物以磁铁矿为主，仅含少量赤铁矿，脉石主 要为镁质硅酸盐矿物。 (1)球团矿的化学成份，矿物组成及显微结构。 表1 化学成分% TFe FeO SiOa CaO MgO A1,0 s Ca0/SiO, 55.14 1.05 9.33 2.74 5.87 3.19 0.016 0.294 5

产 背散射 电子像 白色一铁矿 物 深 灰色一渣 相 的 射线像， 图 含 的包钢烧结矿 分布 图 含 。 的包钢烧 结 矿 分布 背 散射 电子 像 的 射线像 白色一铁矿 物， 深 灰色一渣 相 扭 。 杭铆经炉 离 酸性球团矿矿物组成及 在 球 团犷中的斌存状态 杭俐球团所用铁精矿粉的矿物组成 中铁矿物 以磁 铁 矿为主 ， 仅含少 量赤铁矿 ， 脉石 主 耍为镁质硅故盐矿物 。 球团矿的化学成份 ， 矿物组成及显 微结构 。 化 学 成 分 纬 。 。 。 。 。 。 。 。

球团矿中以赤铁矿为主，并含有较多的镁铁矿MgO.Fe:03,含量10一20%不等，随 焙烧温度的升高而增加。硅酸盐渣相主要为普通辉石，破璃质及半熔状态的残留脉石，含 量约17-20%。 球团矿中赤铁矿再结晶充分，多呈粒状，格状，并与镁铁矿形成熔蚀结构。铁矿物间 形成固相连接，渣相较均匀地充填于铁矿物之间，具有一定粘结作用。孔隙率约25一30%， 分布比较均匀，见图11。 图11杭钢酸性球团矿显微结构（反光320x) 白色一赤铁矿，浅灰色一镁铁矿，深灰色一我余脉石与渣相，品色一孔洞 (2)MgO在球团矿中的分布 电子探针扫描分析表明，Mg2+主要分布于镁铁矿和残留联石中，赤铁矿中不含Mg2·, 硅酸盐液相中含少部分，见图12。 (a) (6) 图12杭钢酸性球团矿Mg的分布 (a)背散射电子像(600x) (b)Mg的x射线像 白色一赤铁矿，深灰色一镁铁矿，深灰色一脉石与渣相：黑色一孔洞 6

球团矿 中以赤铁矿为主 ， 并含有较多的镁铁矿 · ， 含 量 邢 。 不 等 ， 随 焙烧 温度的升高而 增加 。 硅 酸盐渣 相主 要 为普通辉石 ， 玻璃质及半熔状态 的残 留脉石 ， 含 量 约 一 。 球 团矿 中赤铁矿再结晶充分 ， 多呈 粒状 ， 格状 ， 并 与镁铁矿形成熔蚀结 构 。 铁矿物间 形成 固相 连接 ， 渣 相较均 匀地 充填于铁矿物之 间 ， 具有 一 定粘结作用 。 孔隙率约 一 ， 分 布 比较均 匀 ， 见 图 。 图 杭钢酸性球团矿显微结构 反光 白色一赤铁矿， 浅灰色一镁铁矿， 深灰色一残余脉 石与渣相， 黑 色一孔洞 在球团矿 中的分布 电子探针扫描分析表明 ， ‘ 主 要分布于镁铁矿 和残 留脉石 中 ， 赤铁 矿 中不含 “ ‘ ， 硅 酸盐液相 中含少 部分 ，见 图 。 图 杭钢 酸性球团矿 的分布 恤 背散射电子 像 。 二 的 射线像 白 色一赤铁矿 ， 深灰色一镁铁矿， 深 灰色一脉石与渣 相 ， 黑 色一 孔 洞

二、MgO在人造富矿铁可矿物中赋存状态分析 本文第一部对MgO在人造富矿中的分布状态已基本交代清楚。这一部分主要探讨 Mg2+在铁矿物中的赋存机理，Mg2+为什么在人造富矿中大部分分布于磁铁矿中（在球团 矿中形成镁铁矿)，并引起赤铁矿含量降低，磁铁矿含量增加。 1。晶体结构分析 Mg2+和Fe2+离子半径机近，Mg2+0.78A,Fe2+0.83A,Mg2+稍小于Fe2+,二者等 电价，化学键均为离子键，二者的晶格能量系数（不同元素在晶体结构中对晶格能贡款大 小的相对值)也相近，Mg2+为2.10，Fe2+为2.12。因此，Mg2+和Fe2+可以相互取代， 能够形成连续的类质同象。即在一定温度下，Mg2+可以很容易地由脉石或外配白云石中 进入磁铁矿晶格中，取代Fe2+占据磁铁矿晶格中Fe2+空位，一直可以大部分甚至全部取 代，变为镁铁矿，而基本不改变磁铁矿的晶体结构。其类质同象变化可写为： FeO.Fe203-(Fe,Mg)O.Fe2O3-(Mg.Fe)O.Fe2O3-MgO.Fe2O3 比较一下类质同象两端的磁铁矿和镁铁矿的晶体结构，可知它们是很相近的。 表2 磁铁矿，镁铁矿晶体结构比较 品格常数 单位品胞中相 结 构 式 矿物名称 晶 票 晶体结构型 A 当的分子数Z AB,04 磁铁矿 等轴 8.374 8 反尖晶石 (Fe+)(Fet+Fe)O 供铁矿 等轴 8.366 反尖品石型占90% MB..)0. 二者都是尖晶石型的晶体结构。尖晶石结构是由2+和3+的阳离子与氧离子构成的四面 体（A)和八面体(B)连接成的。当四面体全部被2+阳离子占据时为正尖晶石型，全部 被3+阳离子占据时则为反尖晶石型。磁铁矿为反尖晶石型，其四面体晶位的全部阳离子为 Fe3+,八面体为Fe2+和Fe3+两种占据，镁铁矿四面体中Fe3+占90%，Mg2+占10%，其 余的Fe3+和Mg2+在八面体中。 表2说明磁铁矿和镁铁矿品体结构很相近，仅在晶格常数和反尖晶石程度上稍有差 异，比较它们的X光结构分析，二者的晶面指数，面间距基本上是重叠的，很难区别。显 微镜下观察，二者都是均质不透明矿物，反射率相近，镁铁矿稍低一些，主要区别仅在于 镁铁矿有红色内反射，磁铁矿无。这都进一步说明Mg2+和F©2+之间为完全类质同象。 2。穆斯堡尔学试验研究 通过我院金物教研室马如璋、李正文等对杭钢球团矿所做的穆斯堡尔谱学研究〔3〕， 对在人造富矿中Mg2+进入磁铁矿晶格占据Fe2+空位的状况得到很好的证实。 s7Co为放射源，利用能量为14.4kv的Y射线，球团矿为吸收体，得到球团矿中铁的穆 斯堡尔谱，见图13，其部分参数见表3。 由图13及表3可说明以下三点 (1)对照纯磁铁矿的穆斯堡尔谱和相应参数，未焙烧的生球谱与之相应一致，说明 生球为磁铁矿。磁铁矿为六线谱，磁铁矿有四面体和八面体A、B两种晶位，故每一谱线 背

二 、 在人造富矿铁矿物中赋存状态分析 本文第一 部对 在人 造富矿 中的分布状态 已基本交代清楚 。 这 一 部 分 主 ‘ 要 探 讨 “ 十 在铁矿物 中的赋 存机理 ， “ 十 为什么在人造富矿 中大部分分布于磁铁矿中 在球团 矿 中形成镁铁矿 ， 并引起赤铁矿含量降低 ， 磁铁矿含量 增加 。 晶体结构 分析 “ 十 和 十 离子半径 相近 ， 人 ， ，十 人 ， 十 稍小于 ， 二者等 电价 ， 化学键均为离子键 ， 二者的晶格能量 系数 不 同元素在 晶体结构中对晶格能 贡献大 小的相对值 也相近 ， 为 ， 十 为 。 因此 ， 十 和 可 以相互 取 代 ， 能够形成连续 的类质 同象 。 即在一 定温度下 ， 可 以很容易地 由脉石或外配 白云 石 中 进入磁铁矿 晶格中 ， 取代 十 占据磁铁矿晶格 中 丰 空位 ， 一直 可 以大部分甚至 全 部取 代 ， 变为镁铁矿 ， 而 基本不改变磁 铁矿的晶体结构 。 其类质 同象变化可写为 · 一 · 一 · · 一 · 比较一下类质 同象两 端的磁铁矿 和镁铁矿的晶体结构 ， 可知它们是很相近 的 。 衰 磁铁矿 ， 镁铁矿晶体结构 比较 矿物名称 晶 系 晶格常数 单位晶胞 中相 当的分 子数 晶 体 结 构 型 结 构 式 ‘ 一一 一 一 磁 铁 矿 等轴 等轴 。 兰 反 尖 “ 互 一 介兰竺巴里二竺一一 徽 铁 矿 。 反尖晶石型 占。 。 · 厂 ，，‘ · 从 。 ，。 · 二 者都是尖晶石 型 的晶体结构 。 尖晶石 结构是 由 和 “ 十 的 阳离子 与氧离子 构成的四面 体 和八面体 连接成的 。 当四面体全部被 阳离子 占据时为正 尖晶石 型 ， 全 部 被 ， 阳离子 占据时则为反尖晶石型 。 磁铁矿为反尖晶石 型 ， 其四面体晶位 的全 部阳离子为 ， 八面体为 和 两 种 占据， 镁铁矿 四面体 中 占 ， 占 一 ， 其 余的 十 和 十 在八面体中 。 · 表 说 明磁铁矿 和镁铁矿 晶体结构很相近 ， 仅在晶格常数和反尖晶石 程 度 上 稍 有差 异 ， 比较它们的 光 结构分析 ， 二 者的晶面指数 ， 面 间距基本上是重叠 的 ， 很难区 别 。 显 微镜下观察 ， 二者都是均质 不透 明矿 物 ， 反射率相近 ， 镁铁 矿 稍低一 些 ， 主 要 区别仅在于 镁铁矿有红色内反射 ， 磁铁矿无 。 这都进一步说 明 和 十 之 间为完全类 质 同象 。 稼斯皿尔举试验研究 通过我院金物教研室马如璋 、 李正 文 等对杭钢球 团矿所做的穆斯堡尔谱学研究 〔 〕 ， 对在人造富矿 中 十 进 入磁 铁矿 晶格 占据 空位 的状 况 得到很好的证实 。 “ ， 。 为放射源 ， 利用能量 为 的丫射线 ， 球 团矿为 吸收体 ， 得到球 团矿 中铁的穆 斯怪尔谱 ， 见 图 ， 其部 分参 数见 表 。 由图 及表 可说 明以下 三 点 对照纯磁 铁 矿 的穆斯堡尔谱和相应参数 ， 未焙烧的生球谱与之 相应 一 致 ， 说明 生球为磁铁矿 。 磁 铁矿为六线谱 ， 磁铁矿有 四面体和八面体 、 两种 晶位 ， 故 每 一 谱线

1.00 0.99 0.9 生球 1.00 0.99 0.98 0.97 成品球 山Fe,O, Ja-Fc:0; -i080-120立才古80 速度(m/s) 图13杭钢生球及成品球团的穆斯堡尔谱 表3 杭钢球团矿穆斯堡尔效应部分参数 样品 谱 线 半高线宽mm/S 面积比 Fe,O,四面体品位（以A表） 0.326 0,449 生球 FesO4八面体品位（以B表） 0.326 0.551 FeO3 0.302 0.615 成品球 Fe,O:四面体品位(A) 0.458 0.248 Fe,O,八面体品位(B) 0.458 0.137 分为A、B两个峰，后面二谱线A、B重合。 成品球由Fe2O3和Fe3O4A、B晶位三套谱叠合成，其中Fe2O3面积比占0.615，占多 数。图13及表3表明成品球中有残余磁铁矿存在，但对比生球与成品球的穆斯堡尔谱，成 品球中磁铁矿的A、B晶位发生明显变化。 (2)表3表明，生球中磁铁矿由Fc3+构成的A晶位（四面体）和由Fes+、Fe2+构成 的B晶位（八面体）两个谱峰面积比为 5n=0.551=1.23 SA 0.449 说明生球酸铁矿中八而体存在空位（理论上无空位， SB=2)。 成品球中磁铁矿的 Sn=0.137=0.552 SA-0.248 SB与S.两个谱峰面积比仅0.552，较之生球缩小很多，说明八面体发生严重空位，即有大 量其他非铁离子进入和铁离子离开。对氧化焙烧的球团矿来说，铁离子的离开只能理解为 Fe2t被氧化为Fes+所引起。 8

加蛇蛤明 研郎侈知邵 玄 一 一 一 一 月 ， ， ， 一 」一一一一一 上一 一习 一 。 ， 一 二一 一一上一一一‘ 一一目一一一一 一一 一通 一 一 一 一 一 么 生 行 谷 速度 ，、 图 杭钢生球及成 品球团的穆斯堡尔谱 衰 杭钢 球团矿穆斯堡尔效应部分参数 蔺面 谱 线 … 半 高 ” 宽 面 福 一 民 蕊二亚巫…呸三圣兰二二…一一军哩 一一 止二二二洁 一 一竺全竺竺塑燮里 一 …－ 一兰竺 －一一 兰翌一 、 卜一二丝址一一一一一 一一一 些竺一 一二 卜一一二竺兰一－一 一 “ ” ， 一竺望竺竺竺竺一一 一一二翌生一一一 一 ， ‘ ， 一一一生竺一一一 、 面 休品 位 ‘ ， ” · “ · ， 了 分为 、 两个峰 ， 后面二 谱线 、 重 合 。 成 品球 由 和 ‘ 、 晶位三套谱叠 合成 ， 其中 面积 比 占 ， 占多 数 。 图 及表 表明成 品球中有残余磁铁矿存在 ， 但对 比生 球与成品球的穆斯堡尔谱 ， 成 品球中磁铁矿的 、 晶位发生 明显变化 。 表 表明 ， 生球 中磁铁矿 由 构成的 晶位 四 面体 和 由 、 十 构成 的 晶位 八 面 体 两个 谱 峰面 积 比 为 说明生球磁铁矿 中八 面 体存在空 位 理论 上无 空位 ， 。 。 一万 二 二 若 ， 。 轧 一 成品球中磁铁矿 的 。 与 两个谱峰面积 比仅 ， 较之生球缩小很多 ， 说 明八面体发 生严重 空位 ， 即有大 量其他非铁离 子进入 和铁离子离开 。 对氧化焙烧的球团矿来说 ， 铁离子的离开只能理解为 士被氧化为 十 所 引起

(3)表3还表明，成品球A、B二晶位的半高线宽都较生球变宽，由0.326变为0.458， 也说明有其他金属离子进入晶位，使F离子峰位发生偏移而使谱线变宽，具体是什么金属 离子进入晶位，借助电镜扫描分析得知有相当多的Mg2+和较少量的A13+分布于磁铁矿中 (参见图12) 8.Mg2+在人造富矿中赋存特点的分析 通过上述的穆斯堡尔效应检验与理论分析对MgO在人造富矿中的行为认识深入了一 步。 (1)Mg2+在烧结矿和球团铁矿物中的赋存机理是一致的，都基于Mg2+和Fe2+在磁 铁矿与镁铁矿之间可以相互取代，形成一系列类质同象产物。Mg2+进入磁铁矿属于晶格 取代。 球团⑩~为氧化焙烧过程，Mg2+大多形成镁铁矿，其形成可有两种情况，一是Mg+进 入磁铁矿晶格中去，一是MgO与Fe.O3化合。对烧结矿来说，Mg2+将大多进入磁铁矿 Fe2+的空位中，形成含镁磁铁矿，其含镁量随烧结矿含MgO量的增加而提高。 (2)由于Mg2+,Fe2+可形成完全类质同象，由对生球所做的穆斯堡尔效应表明天然 磁铁矿存在八面体空位，氧化焙烧更使F2+空位，所以在烧结或焙烧过程中，Mg2+很易 进入磁铁矿或形成镁铁矿，形成在人造富矿中镁总是富集于铁相，而少部分存在于渣相的 普遍现象。 (3)含镁磁铁矿形成后，使磁铁矿晶格中空位减少，F©2+减少，使电价的不平衡降 低，晶格缺陷诚少，氧化度提高，故磁铁矿变得较原来稳定，在烧结、焙烧的冷却阶段不 易再氰化为赤铁矿，从而使烧结矿中赤铁矿含量明显减少，而磁快矿相应增加，含镁球团 矿中总是不同程度地存在一定量磁铁矿（镁铁矿）。 (4)机理分析和镜下观察说明原生矿中的MgO和外加熔剂带入的MgO,它们对铁 矿物的影响是一致的。 三、MgO对人造富矿冶金性能的影响 查清了MgO在烧结矿、球团矿中的赋存状态，就较容易说清它对人造富矿治金性能 的影响。 1。Mg0对烧结矿自然粉化的影响 当烧结矿中MgO含量达到大约4%以上时， 转技指数 80 可较明显减轻由于硅酸二钙相变引起的粉化。如 。8 前所述，MgO仅少部分分布于渣相中，当MgO 含量约达4%左右时，硅酸盐粘结相物相才开始 90 据 发生变化，出现镁质硅酸盐矿物，部分硅酸二钙 自然粉化率 被镁硅钙石，钙镁澉榄石等取代，使相变体膨引 9 起的烧结矿粉化减轻，因而有利于提高烧结矿的 古一名 10 100 冷强度(4)，如图14所示。 h00 2。对低温还原的影响 图14烧结矿Mg0含量与粉化率 (1)明显降低低温还原粉化率 及转鼓指数的关系 9

表 还 表明 ， 成品球 、 二 晶位的半高线宽都较生球变宽 ， 由 变为 ， 也说 明有其他金 属离子进 入 晶位 ， 使 离子峰位发生偏移而使谱线变宽 ， 具体是什么 金属 离子进入 晶位 ， 借助 电镜 扫描分析得知有相 当多的 十 和较少 量的 十 分布于磁铁矿 一 中 参见 图 “ 在人造，矿中赋存特点的分析 通 过 上述 的穆斯堡尔效应检验与理论 分析对 在人 造富矿 中的行为认识 深 入 了一 步 。 “ 在烧结矿 和球团矿铁矿物 中的赋存机理是一致的 ， 都基 于 和 ，十 在磁 铁 矿 与镁铁矿之 间可 以相 互取代 ， 形成一 系 列类 质 同象产物 。 十 进 入磁 铁矿属 于 晶格 取代 。 球 团矿为氧化焙烧过程 ， 十 大多形成镁铁矿 ， 其形成可有两 种情况 ， 一 是 “ 十 进 入磁铁矿 晶格中去 ， 一 是 与 ‘ 化合 。 对烧结矿来说 ， 将大多进 入 磁 铁 矿 十 的空 位 中 ， 形成含镁磁 铁矿 ， 其含镁量 随烧结矿含 量的增加而 提高 。 由于 “ 十 ， 十 可形成完全类质 同象 ， 由对生球所做的穆斯堡尔效应 表明天 然 磁 铁矿存在八 面 体空位 ， 氧化焙烧更 使 “ 空位 ， 所 以在烧结或焙烧过程 中 ， 很易 进入 磁铁矿或形成镁铁矿 ， 形成在人造富矿 中镁总是富集于铁相 ， 而 少部分存在于 涟相的 普遍现 象 。 含镁磁铁矿 形成后 ， 使磁铁矿 晶格中空位减少 ， “ 减少 ， 使 电价的不平衡降 低 ， 晶格缺 陷减少 ， 氧化度提高 ， 故磁铁矿变得较 原来稳定 ， 在烧结 、 焙 烧的冷却阶段不 易再餐化为赤铁矿 ， 从而使烧结矿 中赤铁矿含量 明显减少 ， 而磁铁矿相应 增加 ， 含镁球团 矿 中总是不 同程度地 存在一定量磁铁矿 镁铁矿 。 机 理 分析和镜 下观察说 明原生矿 中的 和外加熔剂带入 的 卜坛 ， 它们对铁 矿 物的影响是一致 的 。 三 、 对人造 富矿 冶金性能的影响 查清 了 在烧结矿 、 球团矿 中的赋存状态 ， 就较 容易说清它对 人 造富矿 冶 金 性能 的影 响 。 次解血赞习窦 对烧结矿 自然粉化 的影响 当烧结矿 中 含量 达 到大约 以上时 ， 可较 明显 减轻由于硅酸二钙 相变引起 的粉化 。 如 前所述 ， 仅少部分分布于渣 相 中 ， 当 含量约达 左右时 ， 硅 酸盐粘结相物相才开始 发生变化 ， 出现镁质硅酸盐矿物 ， 部分硅酸二钙 被镁硅钙石 ， 钙镁做榄石 等取代 ， 使相变体膨 引 起的烧结矿粉化减轻 ， 因而 有利 于提高烧结矿 的 冷 强度 ， ， 如 图 所示 。 对 低通还原 的影响 明显降低低温还原粉化率 欲 叔卑握水 甘 粼 ‘ ， 只 ‘ 图 烧结矿中 含量 与粉化率 及转鼓指数的关系

众所周知，Fe2O3还原为Fe3O4过程中的相变体膨是造成还原粉化的根本原因，再 生Fe.O引起的粉化严重。MgO的加入明显减少再生Fe,O3的生成，因此随烧结可矿中 Mg0含量的增加，低温还原粉化率显著降低。如包钢烧结矿(R1.54一1.76)随Mg0含 量增加，>6.3mm的粒级增加，见图15。(1) (2)对还原性的影响 含MgO的烧结矿和球团矿中易还原的赤铁矿及铁酸钙含量降低，低温还原膨胀开裂明 显减轻，这给间接还原度带来不利影响，如图16所示。由图16可看到其高温还原性得到改善。 ×一-Mg01.44 0一 40 Mg03.72 100 35 80 70 30 60 A 25L 23-4 900950100010501100 MgO% 湿度(C) 图15烧结矿中Mg0含量与低温还原 图16包钢不同Mg0含量的烧结矿还原性比较 粉化率的关系 (3)对高温性能的影响 MgO的突出作用是改善人造富矿的高温性能。国内外研究表明，高温还原度◆熔化 及软化温度都随MgO含量的增加而提高。鞍钢钢研所对含镁酸性球团做了比较系统的研 究。不同MgO含量的球团在1250°C高温还原度变化如图17(5)，当Mg0超过4%，高温还 原速度显著变快。MgO对软熔温度的影响见图18(5)，软化开始、终了温度及熔化温度 均随MgO含量增加而提高。 1500 s了格化温度 80 (-100%) C0/1=30/70,2.6升/分 96 1400F 180分 60 1300F (-40%) 1200 20 4。 开始软化 (-10%) 1100F 2 1000 Mg0,% 5 Mg0,% 图17不同Mg0含量的酸性球团在1250C下的 图18不同Mg0含量的酸性球团软熔 还原度变化 温度比较 MgO使人造富矿高温性能得到改善，其本质在于MgO使铁相和渣相两方面的软熔温 度都得到提高。含镁烧结矿、球团矿还原到FezO阶段，含镁铁相变为FeO-MgO固溶体， 10

众所周知 ， 还原为 过程 中的相变体膨是造成还 原粉化的根 本 原 因 ， 再 必 玛 起的粉化严重 。 的加入 明显 减少再生 的生肉 ， 因 此 随 烧 结 矿 中 口含量的增加 ， 低温还 原粉化率显著降低 。 如包钢烧结矿 一 随 含 量 增加 ， 的粒级增加 ， 见 图 。 ’ 对还原性的影 响 含 的烧结矿 和球团矿 中易还 原 的赤铁矿及铁酸钙含量 降低 ， 低温还原膨胀开 裂 明 显减轻 ，这给间接还 原度带来不 利影 响 ， 如 图 所 示 。 由图 可 看到其高温还 原性得到改善 。 一 一 一 “ 次 产民一 － 二卜‘︸ 胡 次妞医旧 妇 ﹃ ﹄﹃︸ 月丹廿‘ 二︸成人仍、 匀 己曰 图 烧结矿中 含量与低温还原 粉化率的关系 对高温性能的影响 温 度 。 图 包钢不同 含量的烧结矿还原性比较 的突出作用是改善人造富矿 的高温性能 。 国内外研究表明 ， 高温还 原 度价 熔化 及软化温度都随 含量的增加而提高 。 鞍钢钢研所对含镁酸性球团做了 比较系统的 研 究 ， 不同 含量 的球团在 “ 高温还原度变化如 图 ， 当 超过 ， 高温还 原速度显著变快 。 对软熔温 度 的影 响见 图 ， 软化开始 、 终了温度 及 熔 化 温 度 均随 含量增加而提高 。 卫 温度 一 二 。户 升 分 分 乡石 始软化 ︸侣， ︸八目 哥医目﹃次 ， ， 图 不 同 含量 的酸性球团在 下的 还原度变化 ， 图 不 同 含量的酸性球 团软熔 温度比较 使人造 富矿 高温性能 得到改善 ， 其本质在 于 使铁相 和渣相两方面 的软熔 温 度都得到提高 。 含镁烧结矿 、 球 团矿还 原到 阶段 ， 含镁铁相变为 一 固溶体