物理化学取得新成果论文
第1篇:地球物理与化学找矿取得新成果
中国科学家已发现四川、重庆有规模巨大的铂钯矿，被国土资源部列为中国近几年找矿的最重大进展之一；在覆临区出口处可能找到大矿和特大矿的新的战略靶区，其中两处经查证已见大规模有经济价值矿化体。这些靶区将为中国未来紧缺矿种提供接替基地做出重大贡献。
这是以中国科学院院士谢学锦、刘光鼎为首席科学家的攀登计划B85—34“找寻难识别及隐伏大矿、富矿的新战略新方法新技术的基础性研宄”项目5年来通过iro多位科学家的努力，所做出的成果。他们还在矿产资源勘察战略思路和勘察技术方面取得一批全新成果；为中国正在启动的国土资源大调查宏观战略部署提供了主要依据。
他们提出了寻找隐伏大矿、富矿的一些新概念和矿产勘察战略的新思路，提出了整个矿产勘察过程中要以发现成矿物质发出的直接信息为先导，结合地球物理场和成矿地质构造环境，迅速掌握全局，逐步缩小靶区的矿产勘察新战略。用大量证据证明了巨量成矿元素供应与聚集是大矿、富矿形成的先决条件的新概念和新理论，提出了地球化学块体、地球化学谱系、深穿透地球化学等新概念和新方法等。
他们还建立了全国性预测大矿富矿的数据库，开发了图形显示系统，制作了多种全国性及区域性矿产预测图。这些预测图已成为国土资源大调查的地质调查宏观战略部署的主要依据，具有全局、战略性的重大意义。他们发展了寻找隐伏大矿的新方法、新技术，如地球化学深穿透方法，开发了地球物理综合研宄方法技术，如地球物理CT、TEM、CSAMT和分布式阵列MT等方法，为深部盲矿体的预测和寻找，对于扩大已知矿的规模有重要意义。
第2篇:高碱度烧结矿物理一化学性能和组成的研究成果
介绍了对高碱度烧结矿和自熔性烧结矿的研究成果。本研究采用X射线衍射和显微分析方法对烧结矿中的各相位进行识别。试验表明碱度CaO/SiO2大于1.7的烧结矿比自熔性烧结矿强度更大，还原性更强。这一点与铁素体钙相位的形成和原硅酸钙的消失相关。
1引言
烧结车间的主要目标是生产具有作为高炉炉料使用所需特性的烧结矿：正因为这样，在研究减少废气排放的同时，烧结设备首先保证使烧结矿具有高炉工艺要求的物理一化学性能
许多工业研究中心和科学研究中心都在研究改善烧结矿的性能和在生产工艺过程中减少废气排放量的可能丨生一种可能性是生产高碱度烧结矿和自熔性烧结矿。使用高碱度烧结矿需要在炉料中加入球团，一般是酸性球团，而不是标准的酸性块矿。
2从事的研究
2.1试样准备
对高碱度合成烧结矿进行了研究，合成烧结矿由直径为0.9m的烧结圆盘（实验室装置)生产在准备烧结矿的各试验时，所选用的混合料组成示于表1，烧结矿的重量约为90kg在生产工艺中，烧结矿混合料层高度为0.3m混合料的含水量在重量的5.8%~6.%之间变化烟气的初始负压为680~720mmKO(1mmH2G=9.80665Pa)，燃烧室内烟气的最高温度为280~390°C。烧结工艺的时间在1273~16min之间变化
表1生产高碱度烧结矿混合料的组成
试验号 Fe 碱 FeO MgO 烧结矿 GOK浓 巴西矿 石灰石 白云石 焦炭 烧结粉
表2采用X射线辐射确定的烧结矿中不同相位的相对重要性
相位
烧结 碱 0.47MgSiO3ft53FeSiO3
矿号 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，+：比较多++：多+++：很多-：较少--：少 很少自由区=空白
3.1.1磁铁矿基化合物 铁矿一般以分散在硅酸盐相中（图1略），或
磁铁矿是烧结矿的主要原料，采用X光 钙磷铁矿(图2略)相联的八面晶体形状而结
辐射评估得出的磁铁矿的含量：在碱度为 晶。
1.48的烧结矿中是在45%~55%之间■在碱 米用波长分散的显微分析表明，磁铁矿
度为21的烧结矿中是30%~40%之间磁 的主要杂质有：Ca，Mn，Mg和Al(见表3)
？1994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPubhshmgHouse.Allnghtsreserved.http：//www.
高炉用烧结矿含有氧化铁，二价和三价钙磷铁矿及多相硅酸盐
对粗颗粒钙磁铁矿和钙维氏体的单晶体和多晶体进行了研究采用经过修改的Bridgeman方法来准备试样。试样由在氧化一还原环境下经高温中和、烧结并且与磁铁矿相位或维氏体相位平衡了的、氧化铁含量不同的磁体矿和维氏体矿的混合料构成所研究的试样为钙磁铁矿CaxF?^〇4(其中0.0<裏0.28)和钙维氏体(其中Fe/O为0.94，Q91和0.89，Ca为0.5%~12%)
2.2试验方法
为了确定物理一化学性能与矿物学成分之间的关系，采用了三种补充方法：
(1) 分析方法：传统的化学分析和电子传感器显微分析（CAMECAMS-46)
(2) 对粉矿（HZG-4B)采用X光辐射的
方法，并通过扫描显微镜观察相位
(3)研究烧结矿的物理性能如机械强度，研磨和软化范围等这些方法在ISO7215标准中作了详细论述（ISO-T+6.3mm，ISO-A<〇.5mm)其结果是粒度比(％)大于某一阈值（ISO-T)或小于某一阈值（ISO-A)
3结果与讨论
3.1试样的结构和成分
所研究的烧结矿的碱度为1.48~2.1，它的FeO含量在6.5%~9%之间变化碱度提高表现为烧结矿结构和相位性质的明显变化以及现有各相位的化学成分的变化对下面的相位进行了鉴别：磁铁矿、维氏体赤铁矿、钙磷铁矿和硅酸盐化合物(见表2)
表3采用显微分析确定钙磁铁矿区的成分
烧结矿 碱度 Fe% Ca% M% n Mg% Al% Si%
碱度的变化不影响磁铁矿中Mn，Mg和Al的含量含量可高达1.8%的钙的性能是不同的。在碱度为1.481.551.631.65和1.9的烧结矿中，钙含量在0. 0.5%之
间变化经研究，它是由钙铁素体在微观区沉淀而引起的
对钙在磁铁钙晶粒中分布的研究表明，在晶粒交接处的浓度比在晶粒内部更高(见图3)通过修改的Bridgeman合成单晶体和多晶体的研究，获得了有关烧结矿中磁铁矿的形成过程的补充资料。研究试样为合成钙磁铁矿CaxFe3-x〇4，其中0.04<0.28
图3a介绍了Ca在碱度为1.7的烧结矿的钙磁铁矿合成试样中的分布情况图3b介绍了Ca在合成化合物Ca〇.i6Fe2.84〇4中的分布，在钙磁铁矿一铁素体的接合处Ca含量的増加表现为铁素体在钙磁铁矿晶粒表面的沉淀这是因为Ca含量超过了它在磁铁矿中溶解极限通过对合成试样Caa04Fe2%〇4Ca0.16Fe284〇4Ca0.28Fe272O4中对应区进行显微探针获得的结果(实验室结果)示于表4结果也证明了这种沉淀现象
在米用Bridgeman方法准备的试样的？1994-2016CmnaAcademicJournalElecta
图3通过显微探针所获得的Fe和Ca的含量曲线示意图
a-碱度1.7的烧结矿b-合成试样C〇0.16Fe2?t〇4
中心层和外层进行了测量，发现在试样Ca0.04Fe296〇4的中心区和外层含量有显著差异.Ca浓度在该试样外层比在中心区更高表4实验室准备的钙磁铁矿的分散显微分析结果
中心 区 外 层
图5合成钙磁铁矿中Fe和Ca的含量示意图
a-Cao.04Fe2.96〇4b-Cao.04Fe2.96〇4clCao.04Fe2.96〇4
Mn
在实验室内生产的钙维氏体或烧结矿中含量为Lc%；碱度21时，钙含量为1孤
当Ca的浓度上升到它在磁铁矿中的溶解极限以上时，即在试样Ca〇.i6Fei84〇4中，结构不再平衡：钙磁铁矿处于试样的中心区，外层为钙磁铁矿和钙磷铁矿CaFe3〇5的混合物，铁素体的成分随钙磁铁矿的含量而变化(CaxFe3-x〇4中x的増加）Cao.28Fe272O4试样中心区由钙磁铁矿和铁素体Ca2Fe〇5组成钙磁铁矿CaFe2〇4和Ca2Fe2〇5构成外
层。
图4(略)示出了碱度1.9的烧结矿的结构，铁素体相位的钙含量与碱度1.7的试样的钙含量相彳似图4a示出了在晶粒侧面和钙磁铁矿晶粒表面的铁素体CaFe3〇5的沉淀物。图4b示出了钙磁铁矿晶粒周围的铁素体Ca2Fe2〇5和CaFe3〇5
图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中的分布情况图5与表3所示的钙磁铁矿的化学成分的研究结果是一致的
从试样和高碱度试验烧结所得到的结果表明，钙磷铁矿的沉淀首先与钙在磁铁矿中的溶解性相关如果Ca的浓度超过溶解极限便开始形成钙磷铁矿的结晶现象，磁铁矿的杂质如MgMn和Al对相位改变影响甚微3.1.2維氏体基化合物
在所有烧结矿中都存在维氏体Fe1-yO，并且和磁铁矿一样，也含有杂质CaMg和
的沉淀物以薄片或周围不规则的晶粒形式结晶，晶体形状取决于钙含量。
在所有被研究的烧结矿中，只发现了数量有限的、以单个晶粒形式存在的钙维氏体其化学成分随碱度而变化：碱度1.56时，钙通过使用X射线晶体照相技术和显微的关系。表明当钙的浓度超过其溶解极限时，分析技术，确定钙在维氏体中的溶解极限研 钙磷铁矿开始结晶表5示出了成分不同的
究了散发射线La.2和趴的能量差与成分 试样中出现的相位和X射线的能量分析结果
表5相位种类和发射的X射线1^12和的能量参数
Fe/O Ca 相 位 能 量差
~L6之间，结构中出现的主要是二价铁素（Ca關7Ca3Fe15O25)的数量増加，而二价铁
发现钙在Fei-yO中的`溶解能力和FeO化学计算成分偏差之间存在某种关系：当这一偏差増加时，钙在Fe-yO中的溶解能力下降，超过钙在维氏体中的溶解极限时，在钙维氏体的侧面出现二价和三价钙磷铁矿。
钙磷铁矿在烧结矿中的形成过程非常复杂，铁素体的形成可以有下面的三种方式：按照还原过程中钙维氏体和钙磁铁矿的饱和结果；或者氧化过程中；或者以构成烧结矿混合料一部分的氧化物为基础3.1.3烧结矿碱度的影响
烧结矿的碱度对形成相位数量和性质以及这些相位晶粒的粗细有关键性影响。通过各种研究，得出以下结论：如果碱度在1.48
体CaFe2〇4和CaFe4〇7，超过1.6时，开始形成三价铁素体晶体：CaFesOsCaF(5〇7和Cai5Fei5〇25(见图6)
当碱度在1.5~1.6之间时，烧结矿由CaF?O7构成在它的旁边出现有害影响的铁素体CmFeOs，因为它导致烧结矿的还原能力明显下降
表6中示出的结果表明烧结矿中的钙磷铁矿含有MnMgAl和Si硅的出现与铁素体晶粒内部存在硅酸盐微晶相有关
在图7和图8中可以清楚地看到CaFfstt的铁素体针，在各针之间形成了原硅酸钙Ca2SiO4微晶粒
当碱度増加到21时，三价铁素体相
表6采用分散方法对烧结矿中钙磷铁矿进行显微分析的结果
烧结矿碱度
图6扫描显微镜(X4400)观察到的碱度为1.9的烧结矿情况
矿的结构：铁素体针尖状CaFe3〇5和原硅酸钙的微晶粒
素体相的数量减少。
当碱度増加时，硅酸盐的矿物学成分和化学成分也发生了变化(见表7)如果碱度在1.48~1.6之间，结构由原硅酸钙、橄榄石(CaFe)2[Si〇2和只含Mg和Fe的硅酸盐化合物组成碱度的増加导致原硅酸钙数量减少和钙磷铁矿橄榄石的消失，而在它的位置上出现硅酸盐（0.47MgSi〇3Q53FeSi〇3)
烧结矿碱度的増加导致由硅酸钙生成的铁素体相数量的迅速増加从图7上可以看到钙磷铁矿橄榄石（O)和原硅酸钙（K)，从图8上可以看到形成总体共生性能的钙磷铁矿CaFeOs和硅酸盐3.1.4烧结矿的机械质量
这项研究只不涉及烧结矿的结构，同时对物理性能如机械强度、磨蚀和软化区也进行了研究表8介绍了对烧结矿机械强度的
研究结果（ISO-T试验后，颗粒大于6.3mm)，可以说机械强度随碱度増加而増加，但硬度在1.51~1.58的烧结矿除外，它的机械强度比低硬度烧结矿（CaO/S〇2=1.1)的小。相反，当碱度高于1.7时，烧结矿的耐磨蚀性轻微减小（ISO-A试验后，颗粒小于
至于软化范围，所研究的试样在软化开始和结束时的温度比低碱度烧结矿要高没有发现碱度对软化范围的极限有任何明显的影响
研究结果表明碱度对烧结矿结构有很大影响因此，当碱度为1.48时，钙磁铁矿含量
Q5mm).2016ChinaAcademieJournalElectroni(等于45%~55%；烧结矿碱度为2.1时，钙
图7碱度为1.7的烧结矿在原硅酸钙(<4500)旁 图8碱度为2.1的烧结矿.钙磷铁矿底部的硅酸盐
边的钙磷铁矿橄榄石 菱美矿（CWBK2000)
表7采用分散方法对烧结矿中的硅酸盐相进行显微分析的结果
烧结矿 碱度 FeO% TFe% Ca% M% n Mg% Al% Si%
磁铁矿含量下降到30%~4(%。 的主要杂质是Mn，Mg和Al碱度直到1.5，
钙磁铁矿含量下降伴随产生钙磷铁矿数 钙磁铁矿的含量都増力卩。在1.5-1.7范围内
量増加和硅酸盐相数量下降。碱度増加对形 开始下降，它与大量铁素体Ca2Fe2〇5结晶的
成的相位的化学成分有显著的影响磁铁矿 形成有关
71994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http：//www.(表8烧结矿机械强度.研磨性能和软化性能的研究结果
烧结矿 碱度CaO/Si〇2 强度ISO-T+6.3mm 研磨ISO-A<0.5mm 软化开始时的温度，°C 软化结束时的温度 软化范围。。
低碱度烧结矿 1.10 701 4.9 1090 1280 190
在研究的钙磁铁矿晶粒中，都发现在晶粒结合区周围的钙含量増力卩。在合成钙磁铁矿中也发现了同样的现象由于Ca的溶解能力低，在钙磁铁矿晶粒的内部产生Ca的偏析，结果Ca+2离子和Fe+2Fe+3离子半径之间的差异很大（1〇+2=0.99A、if(+2=0.76?、戊+3=0.64)这种现象基本上是从烧结矿的还原性来考虑的。钙是一种促进烧结矿还原的元素，尽管它在磁铁矿结构中的作用仍不十分确定
通过各种研究发现，烧结矿中的钙磁铁的X值小于0.12(Ca〇.i2Fe2.88〇t)，它所对应的钙磁铁矿中的钙含量为209%因此，我们可以认为2.09%的钙含量正好是钙在磁铁矿中的溶解极限。
烧结矿中钙磷铁矿数量的増加使烧结矿的机械强度増加，而硅酸盐相位数量的提高使它的机械强度减小
4结论
从高炉工艺中使用高碱度烧结矿的立场来看，可以得出以下结论：
变化很大
(2) 钙磁铁矿和钙磷矿确定烧结矿的物理化学性會能
(3) 磁铁矿的特性取决于其结构中的钙含量，而MgMn和Al的影响可忽略不计。
(4) 通过各种研究表明，在研究的碱度范围内，钙磁铁矿中的含量小于209%，它与相位Fe-Ca〇2(其中x<Q12湘对应
(5) 在晶粒结合区周围，钙磁铁矿中钙浓度的提高与开始形成钙磷铁矿有关系。
(6) 碱度的提高可以得到结构致密的烧
结矿
(7) 高碱度烧结矿（1.48~21)开始软化的温度比自熔烧结矿（Ca〇/S〇2约1.1)的温度高，这样可以减少气体流动阻力和高炉内部热损失
(8) 碱度大于1.7的烧结矿的强度比自熔烧结矿的高，其差额约为5%，它与CaFeOt和CaFe3〇5类型的铁素体的形成和原硅酸盐钙的消失有关。
他们还发现了一批寻找大矿富矿的战略靶区，取得了一些靶区的找矿突破，并对一批已知矿的深部和外围找矿发挥了重大作用。
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