14 工程科学学报，第37卷，第1期 脱除结晶水 1 褐铁矿成分分析 采用STA综合热分析仪对原矿进行热重一差示扫 实验用褐铁矿产自印尼，呈黄褐色，X射线衍射分 描量热分析实验，升温区间20~1000℃，升温速度 析发现大部分为针铁矿，铁含量偏低.实验采用粒度 10℃·minl,Ar氛围保护.表3为纯氩化学成分. 8~12mm的褐铁矿，主要基于两点：印尼褐铁矿本身是 表3纯氢化学成分（体积分数） 块矿无需进行造球即可进行实验：实验用还原管中通 Table 3 Chemical constituents of pure Ar 常采用粒度(10±2)mm球团为宜.将其用振动棒磨 5 N2 02 H2 H20总碳氢化合物 样机破碎后取样，105℃下在抽风式干燥箱中烘干至 ≤50X≤10×≤5×≤15× ≤10X 恒重，采用X射线荧光光谱仪XRF-18O0进行定性定 ≥99.99% 10-6 10-6 10-6 10-6 10-6 量分析.表1和表2为实验用褐铁矿元素及化合物组 成，图1为其原矿X射线衍射谱 在褐铁矿热重分析实验过程中，主要存在以下 反应： 表1褐铁矿元素组成（质量分数） Table 1 Elemental composition of limonite Fe0,-H,0加热Fe,0,+H, (1) Fe 0 Al Cr Si T Ni Fe:0,H,0(斜方)400℃生成，800℃稳定 48.0439.586.982.711.470.500.24 Fe,03H,0(正方). (2) Mg P Ca I 大部分针铁矿(Fe,0,·H,0)经过反应式(1)生成 0.210.08 0.070.04 0.030.030.02 Fe,0,·少部分针铁矿发生晶体结构改变，但其化学成 Sn Mn Co K Zn In 分不变，经反应式(2)最终转化为，0， 0.02 热重法是在程序温控下测定物质的质量随温度或 时间的变化关系.当被测物质在加热过程中有升华、 表2褐铁矿化合物组成（质量分数） 汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测物质质量会发 Table 2 Compound composition of limonite % 生变化.这时热重曲线就不是直线而是有所下降. Fe2O:Al2O:Cr20:SiO, T02S01 NiO 通过分析热重曲线可知被测物质产生变化的温 75.9114.114.303.38 0.900.560.34 度，且根据失重量可计算失去多少物质。热重法的重 P205 Mgo Cao ZrO, Sn02 ZnO MnO 要特点是定量性强，实验过程中同时测量试样的质量 0.17 0.14 0.04 0.04 0.02 0.02 损失和差示扫描量热数据. Co203V205 K20m203 Cu0 通过对曲线分析能准确测定物质质量变化及变化 速率，只要物质受热时发生质量变化，就可用热重法研 究其过程.图2为褐铁矿失重曲线，图3为褐铁矿结 4Fe,0-H,0 800 晶水差热分析曲线，图4为热重一差示扫描量热分析 ◆0 曲线. 25 20 4 375℃ 15 10 259℃ 115℃ 80 (00 20/ 图1褐铁矿原矿X射线衍射谱 200 400600 8001000 Fig.1 X-tay diffraction pattem of limonite 温度/℃ 图2褐铁矿失重曲线 2褐铁矿热重-差示扫描量热分析 Fig.2 Mass loss curve of limonite 褐铁矿结晶水对于火法治炼是有害的，尤其是电 对图4褐铁矿热重一差示扫描量热分析结果可以 炉熔炼阶段，结晶水与碳发生反应生成大量氢气，不仅 看出：(1)在褐铁矿的升温过程中出现三个比较明显 影响产品质量，更是一种安全隐患，所以在熔炼前需要 的吸热峰，分别为101.7、298.1和349.7℃.共脱除水工程科学学报，第 37 卷，第 1 期 1 褐铁矿成分分析 实验用褐铁矿产自印尼，呈黄褐色，X 射线衍射分 析发现大部分为针铁矿，铁含量偏低． 实验采用粒度 8 ～ 12 mm的褐铁矿，主要基于两点: 印尼褐铁矿本身是 块矿无需进行造球即可进行实验; 实验用还原管中通 常采用粒度( 10 ± 2) mm 球团为宜． 将其用振动棒磨 样机破碎后取样，105 ℃ 下在抽风式干燥箱中烘干至 恒重，采用 X 射线荧光光谱仪 XＲF--1800 进行定性定 量分析． 表 1 和表 2 为实验用褐铁矿元素及化合物组 成，图 1 为其原矿 X 射线衍射谱． 表 1 褐铁矿元素组成( 质量分数) Table 1 Elemental composition of limonite % Fe O Al Cr Si Ti Ni 48. 04 39. 58 6. 98 2. 71 1. 47 0. 50 0. 24 S Mg P Cl Ca Zr I 0. 21 0. 08 0. 07 0. 04 0. 03 0. 03 0. 02 Sn Mn Co K Zn V In 0. 02 — — — — — — 表 2 褐铁矿化合物组成( 质量分数) Table 2 Compound composition of limonite % Fe2O3 Al2O3 Cr2O3 SiO2 TiO2 SO3 NiO 75. 91 14. 11 4. 30 3. 38 0. 90 0. 56 0. 34 P2O5 MgO CaO ZrO2 SnO2 ZnO MnO 0. 17 0. 14 0. 04 0. 04 0. 02 0. 02 — Co2O3 V2O5 K2O In2O3 CuO — — — — — 图 1 褐铁矿原矿 X 射线衍射谱 Fig． 1 X-ray diffraction pattern of limonite 2 褐铁矿热重--差示扫描量热分析 褐铁矿结晶水对于火法冶炼是有害的，尤其是电 炉熔炼阶段，结晶水与碳发生反应生成大量氢气，不仅 影响产品质量，更是一种安全隐患，所以在熔炼前需要 脱除结晶水． 采用 STA 综合热分析仪对原矿进行热重--差示扫 描量热 分 析 实 验，升 温 区 间 20 ～ 1000 ℃，升 温 速 度 10 ℃·min － 1，Ar 氛围保护． 表 3 为纯氩化学成分． 表 3 纯氩化学成分( 体积分数) Table 3 Chemical constituents of pure Ar Ar N2 O2 H2 H2O 总碳氢化合物 ≥99. 99% ≤50 × 10 － 6 ≤10 × 10 － 6 ≤5 × 10 － 6 ≤15 × 10 － 6 ≤10 × 10 － 6 在褐铁矿热重分析实验过程中，主要存在以下 反应: Fe2O3 ·H2O →加热Fe2O3 + H2， ( 1) Fe2O3 ·H2O( 斜方) 400 ℃生成，800 ℃ → 稳定 Fe2O3 ·H2O( 正方) ． ( 2) 大部分针铁矿( Fe2O3 ·H2O) 经过反应式( 1) 生成 Fe2O3 ． 少部分针铁矿发生晶体结构改变，但其化学成 分不变，经反应式( 2) 最终转化为 Fe2O3 ． 热重法是在程序温控下测定物质的质量随温度或 时间的变化关系． 当被测物质在加热过程中有升华、 汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测物质质量会发 生变化． 这时热重曲线就不是直线而是有所下降． 通过分析热重曲线可知被测物质产生变化的温 度，且根据失重量可计算失去多少物质． 热重法的重 要特点是定量性强，实验过程中同时测量试样的质量 损失和差示扫描量热数据． 通过对曲线分析能准确测定物质质量变化及变化 速率，只要物质受热时发生质量变化，就可用热重法研 究其过程． 图 2 为褐铁矿失重曲线，图 3 为褐铁矿结 晶水差热分析曲线，图 4 为热重--差示扫描量热分析 曲线． 图 2 褐铁矿失重曲线 Fig． 2 Mass loss curve of limonite 对图 4 褐铁矿热重--差示扫描量热分析结果可以 看出: ( 1) 在褐铁矿的升温过程中出现三个比较明显 的吸热峰，分别为 101. 7、298. 1 和 349. 7 ℃ ． 共脱除水 · 41 ·