张国成等：褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 47… 等，多与磁铁矿共晶存在.由于硅酸盐加固铁酸 钙，黏结相强度较高，加之铁矿物晶粒较粗，烧结 矿强度较高，低温还原时黏结相抵抗晶型转变应 力的能力较强，低温还原粉化性能较好，达74.9%. H-6#烧结矿试样褐铁矿的质量分数相对较高 为55%，其OA、OB和OC矿的质量分数分别为 (d) 10%、35%和10%，0D矿的质量分数较低为10% OB矿粒度较粗，直径大于5mm的铁矿粉颗粒质 量占比大于36%，结晶水含量较高，分解温度较 低P62测，分解产物赤铁矿中的裂缝较易愈合，对强 50 um H-6 度影响较小；OA矿粒度介于OB和OC矿之间， 图9H-6#烧结矿试样矿相显微结构图.(a)左边缘视域：(b)右边缘 1~5mm粒级质量占比达到48%以上，使烧结矿 视域：(c)左中心视域：(d)右中心视域 中细颗粒赤铁矿含量升高、富集加重.由于褐铁 Fig.9 Mineral phase microstructures of the H-6#sinter sample:(a)left 矿配比较高且OD矿配比较低，液相生成温度低， edge view,(b)right edge view,(c)left central view;(d)right central 铁酸钙多以团块状填充于细颗粒的磁铁矿空隙之 view 间（图9(b)),孔隙率较高.在低温还原过程中，由 硅酸盐减少，液相生成早、生成量多，褐铁矿吸液 于赤铁矿含量和孔隙率较高，加之赤铁矿颗粒的 量增加24-2)，黏结相强度降低，由于铁酸钙多以团 聚集和团块状铁酸钙的存在，其低温还原粉化性 块状充填在铁矿物的间隙中，不能很好地抵抗赤 能不佳，RDL+3.15mm只有64.2%. 铁矿到磁铁矿的晶型转变应力，其RDL+3.15mm只 通过对比分析可知，不同烧结矿试样的矿相 有65.4% 结构具有显著的区别，配加质量分数为15%的磁 H-4#烧结矿试样褐铁矿的质量分数相对较 铁精矿不仅具有强化制粒和提高液相生成温度的 低，为45%，其OB矿和OC矿的质量分数分别为 作用，而且优化了铁酸钙的形貌，使其呈现针状结 30%和10%，OD矿的质量分数较高，为15%.矿相 构，并与磁铁矿熔蚀交织，从而全面改善了烧结矿 结构中铁酸钙多呈现针柱状（图7(a)),局部出现 性能.因此，将粗粒度褐铁矿与细粒度磁铁精矿合 团块状，磁铁矿多呈它形晶或半自形晶（图7(d), 理搭配使用，是提高烧结矿品位、降低烧结矿成 赤铁矿含量较低，局部有硅酸盐渣相填充在先结 本、确保烧结矿冶金性能的有效措施20 晶出的铁酸钙缝隙中，具有强化黏结相强度的作 4结论 用.H-3#和H-4#的OB矿的质量分数均为30%，但 是H-4#的OC矿的质量分数较低(10%)、OD矿的 (1)与巴西赤铁矿比较，澳大利亚褐铁矿具有 质量分数较高(15%)，其烧结矿团块状铁酸钙较 粒度粗(-0.5mm铁矿粉颗粒少)、制粒性能差、矿 少、结构较好.可见，当褐铁矿配比相对较低、而 化能力弱和同化温度低的特点，烧结过程中褐铁 赤铁矿配比较高时，铁酸钙多呈现针柱状，烧结矿 矿分解产生赤铁矿微球网状结构，容易发生吸液 硅酸盐渣相含量增加，铁酸钙、硅酸盐和磁铁矿具 现象，使得烧结体多孔而结构不均，从而导致其固 有良好的接触强度，当发生低温还原时，抵抗赤铁 结强度变差 矿到磁铁矿的晶型转变应力的能力较强，低温还 (2)烧结过程形成的液相数量和质量对烧结 原粉化性能较好， 矿性能有重要影响，混合料中单位质量黏附粉产 H-5#烧结矿试样褐铁矿的质量分数相对中 生的液相量越高，则烧结液相量越多，可促进液相 等，为50%，其OB矿和OC矿的质量分数分别为 对周围核矿物的有效黏结；液相中Fe2O3与CaO 35%和10%，OD矿的质量分数较高，为15%.矿相 的质量比越高，则越容易形成铁酸钙黏结相，有利 结构中铁酸钙多为片柱状（图8(b)),硅酸盐含量 于改善烧结矿质量.H-1#、H-2#和H-4#配矿结构， 较高（图8(d)),填充在铁酸钙的片层之间，起到加 单位质量黏附粉理论液相生成量和液相中FezO3 固黏结相的作用.部分铁酸钙呈现团块状，填充在 与CaO的质量比均较高，烧结矿试样的转鼓强度 磁铁矿的空隙之间，磁铁矿呈现半自形晶或它形 也较优，表明理论模拟结果和烧结试验结果吻合 晶（图8(a)),晶粒较粗，赤铁矿含量较高，粒度中 性良好硅酸盐减少，液相生成早、生成量多，褐铁矿吸液 量增加[24−25] ，黏结相强度降低，由于铁酸钙多以团 块状充填在铁矿物的间隙中，不能很好地抵抗赤 铁矿到磁铁矿的晶型转变应力，其 RDI+3.15 mm 只 有 65.4%. H-4#烧结矿试样褐铁矿的质量分数相对较 低 ，为 45%，其 OB 矿和 OC 矿的质量分数分别为 30% 和 10%，OD 矿的质量分数较高，为 15%. 矿相 结构中铁酸钙多呈现针柱状（图 7（a）），局部出现 团块状，磁铁矿多呈它形晶或半自形晶（图 7（d））， 赤铁矿含量较低，局部有硅酸盐渣相填充在先结 晶出的铁酸钙缝隙中，具有强化黏结相强度的作 用. H-3#和 H-4#的 OB 矿的质量分数均为 30%，但 是 H-4#的 OC 矿的质量分数较低（10%）、OD 矿的 质量分数较高（15%），其烧结矿团块状铁酸钙较 少、结构较好. 可见，当褐铁矿配比相对较低、而 赤铁矿配比较高时，铁酸钙多呈现针柱状，烧结矿 硅酸盐渣相含量增加，铁酸钙、硅酸盐和磁铁矿具 有良好的接触强度，当发生低温还原时，抵抗赤铁 矿到磁铁矿的晶型转变应力的能力较强，低温还 原粉化性能较好. H-5#烧结矿试样褐铁矿的质量分数相对中 等 ，为 50%，其 OB 矿和 OC 矿的质量分数分别为 35% 和 10%，OD 矿的质量分数较高，为 15%. 矿相 结构中铁酸钙多为片柱状（图 8（b）），硅酸盐含量 较高（图 8（d）），填充在铁酸钙的片层之间，起到加 固黏结相的作用，部分铁酸钙呈现团块状，填充在 磁铁矿的空隙之间，磁铁矿呈现半自形晶或它形 晶（图 8（a）），晶粒较粗，赤铁矿含量较高，粒度中 等，多与磁铁矿共晶存在. 由于硅酸盐加固铁酸 钙，黏结相强度较高，加之铁矿物晶粒较粗，烧结 矿强度较高，低温还原时黏结相抵抗晶型转变应 力的能力较强，低温还原粉化性能较好，达 74.9%. H-6#烧结矿试样褐铁矿的质量分数相对较高 为 55%，其 OA、 OB 和 OC 矿的质量分数分别为 10%、35% 和 10%，OD 矿的质量分数较低为 10%. OB 矿粒度较粗，直径大于 5 mm 的铁矿粉颗粒质 量占比大于 36%，结晶水含量较高，分解温度较 低[26−28] ，分解产物赤铁矿中的裂缝较易愈合，对强 度影响较小；OA 矿粒度介于 OB 和 OC 矿之间， 1～5 mm 粒级质量占比达到 48% 以上，使烧结矿 中细颗粒赤铁矿含量升高、富集加重. 由于褐铁 矿配比较高且 OD 矿配比较低，液相生成温度低， 铁酸钙多以团块状填充于细颗粒的磁铁矿空隙之 间（图 9（b）），孔隙率较高. 在低温还原过程中，由 于赤铁矿含量和孔隙率较高，加之赤铁矿颗粒的 聚集和团块状铁酸钙的存在，其低温还原粉化性 能不佳，RDI+3.15 mm 只有 64.2%. 通过对比分析可知，不同烧结矿试样的矿相 结构具有显著的区别，配加质量分数为 15% 的磁 铁精矿不仅具有强化制粒和提高液相生成温度的 作用，而且优化了铁酸钙的形貌，使其呈现针状结 构，并与磁铁矿熔蚀交织，从而全面改善了烧结矿 性能. 因此，将粗粒度褐铁矿与细粒度磁铁精矿合 理搭配使用，是提高烧结矿品位、降低烧结矿成 本、确保烧结矿冶金性能的有效措施[29−30] . 4    结论 （1）与巴西赤铁矿比较，澳大利亚褐铁矿具有 粒度粗（−0.5 mm 铁矿粉颗粒少）、制粒性能差、矿 化能力弱和同化温度低的特点，烧结过程中褐铁 矿分解产生赤铁矿微球网状结构，容易发生吸液 现象，使得烧结体多孔而结构不均，从而导致其固 结强度变差. （2）烧结过程形成的液相数量和质量对烧结 矿性能有重要影响，混合料中单位质量黏附粉产 生的液相量越高，则烧结液相量越多，可促进液相 对周围核矿物的有效黏结；液相中 Fe2O3 与 CaO 的质量比越高，则越容易形成铁酸钙黏结相，有利 于改善烧结矿质量. H-1#、H-2#和 H-4#配矿结构， 单位质量黏附粉理论液相生成量和液相中 Fe2O3 与 CaO 的质量比均较高，烧结矿试样的转鼓强度 也较优，表明理论模拟结果和烧结试验结果吻合 性良好. H H M P F F H S H-6 (a) (b) (c) (d) 50 μm 图 9    H-6#烧结矿试样矿相显微结构图. （a）左边缘视域；（b）右边缘 视域；（c）左中心视域；（d）右中心视域 Fig.9    Mineral phase microstructures of the H-6# sinter sample: (a) left edge  view;  (b)  right  edge  view;  (c)  left  central  view;  (d)  right  central view 张国成等： 褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 · 47 ·