物理化學(xué)取得新成果論文
第1篇:地球物理與化學(xué)找礦取得新成果
中國科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)四川、重慶有規(guī)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(qū)出口處可能找到大礦和特大礦的新的戰(zhàn)略靶區(qū)，其中兩處經(jīng)查證已見大規(guī)模有經(jīng)濟價值礦化體。這些靶區(qū)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(xué)院院士謝學(xué)錦、劉光鼎為首席科學(xué)家的攀登計劃B85—34“找尋難識別及隱伏大礦、富礦的新戰(zhàn)略新方法新技術(shù)的基礎(chǔ)性研宄”項目5年來通過iro多位科學(xué)家的努力，所做出的成果。他們還在礦產(chǎn)資源勘察戰(zhàn)略思路和勘察技術(shù)方面取得一批全新成果；為中國正在啟動的國土資源大調(diào)查宏觀戰(zhàn)略部署提供了主要依據(jù)。
他們提出了尋找隱伏大礦、富礦的一些新概念和礦產(chǎn)勘察戰(zhàn)略的新思路，提出了整個礦產(chǎn)勘察過程中要以發(fā)現(xiàn)成礦物質(zhì)發(fā)出的直接信息為先導(dǎo)，結(jié)合地球物理場和成礦地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，迅速掌握全局，逐步縮小靶區(qū)的礦產(chǎn)勘察新戰(zhàn)略。用大量證據(jù)證明了巨量成礦元素供應(yīng)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(xué)塊體、地球化學(xué)譜系、深穿透地球化學(xué)等新概念和新方法等。
他們還建立了全國性預(yù)測大礦富礦的數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了圖形顯示系統(tǒng)，制作了多種全國性及區(qū)域性礦產(chǎn)預(yù)測圖。這些預(yù)測圖已成為國土資源大調(diào)查的地質(zhì)調(diào)查宏觀戰(zhàn)略部署的主要依據(jù)，具有全局、戰(zhàn)略性的重大意義。他們發(fā)展了尋找隱伏大礦的新方法、新技術(shù)，如地球化學(xué)深穿透方法，開發(fā)了地球物理綜合研宄方法技術(shù)，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(yù)測和尋找，對于擴大已知礦的規(guī)模有重要意義。
第2篇:高堿度燒結(jié)礦物理一化學(xué)性能和組成的研究成果
介紹了對高堿度燒結(jié)礦和自熔性燒結(jié)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(jié)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(jié)礦比自熔性燒結(jié)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(guān)。
1引言
燒結(jié)車間的主要目標是生產(chǎn)具有作為高爐爐料使用所需特性的燒結(jié)礦：正因為這樣，在研究減少廢氣排放的同時，燒結(jié)設(shè)備首先保證使燒結(jié)礦具有高爐工藝要求的物理一化學(xué)性能
許多工業(yè)研究中心和科學(xué)研究中心都在研究改善燒結(jié)礦的性能和在生產(chǎn)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(chǎn)高堿度燒結(jié)礦和自熔性燒結(jié)礦。使用高堿度燒結(jié)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(jié)礦進行了研究，合成燒結(jié)礦由直徑為0.9m的燒結(jié)圓盤（實驗室裝置)生產(chǎn)在準備燒結(jié)礦的各試驗時，所選用的混合料組成示于表1，燒結(jié)礦的重量約為90kg在生產(chǎn)工藝中，燒結(jié)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(nèi)煙氣的最高溫度為280~390°C。燒結(jié)工藝的時間在1273~16min之間變化
表1生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦混合料的組成
試驗號 Fe 堿 FeO MgO 燒結(jié)礦 GOK濃 巴西礦 石灰石 白云石 焦炭 燒結(jié)粉
表2采用X射線輻射確定的燒結(jié)礦中不同相位的相對重要性
相位
燒結(jié) 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(qū)=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(jié)礦的主要原料，采用X光 鈣磷鐵礦(圖2略)相聯(lián)的八面晶體形狀而結(jié)
輻射評估得出的磁鐵礦的含量：在堿度為 晶。
1.48的燒結(jié)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(jié)礦中是30%~40%之間磁 的主要雜質(zhì)有：Ca，Mn，Mg和Al(見表3)
��？1994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPubhshmgHouse.Allnghtsreserved.http：//www.
高爐用燒結(jié)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(jīng)過修改的Bridgeman方法來準備試樣。試樣由在氧化一還原環(huán)境下經(jīng)高溫中和、燒結(jié)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(gòu)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(xué)性能與礦物學(xué)成分之間的關(guān)系，采用了三種補充方法：
(1) 分析方法：傳統(tǒng)的化學(xué)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(jié)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(jié)果是粒度比(％)大于某一閾值（ISO-T)或小于某一閾值（ISO-A)
3結(jié)果與討論
3.1試樣的結(jié)構(gòu)和成分
所研究的燒結(jié)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(xiàn)為燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)和相位性質(zhì)的明顯變化以及現(xiàn)有各相位的化學(xué)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(qū)的成分
燒結(jié)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(jié)礦中，鈣含量在0. 0.5%之
間變化經(jīng)研究，它是由鈣鐵素體在微觀區(qū)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(nèi)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(guān)燒結(jié)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(jié)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(xiàn)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(yīng)區(qū)進行顯微探針獲得的結(jié)果(實驗室結(jié)果)示于表4結(jié)果也證明了這種沉淀現(xiàn)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(jié)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(fā)現(xiàn)在試樣Ca0.04Fe296〇4的中心區(qū)和外層含量有顯著差異.Ca濃度在該試樣外層比在中心區(qū)更高表4實驗室準備的鈣磁鐵礦的分散顯微分析結(jié)果
中心 區(qū) 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(nèi)生產(chǎn)的鈣維氏體或燒結(jié)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(jié)構(gòu)不再平衡：鈣磁鐵礦處于試樣的中心區(qū)，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(qū)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(gòu)成外
層。
圖4(略)示出了堿度1.9的燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)，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(cè)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(xué)成分的研究結(jié)果是一致的
從試樣和高堿度試驗燒結(jié)所得到的結(jié)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(guān)如果Ca的濃度超過溶解極限便開始形成鈣磷鐵礦的結(jié)晶現(xiàn)象，磁鐵礦的雜質(zhì)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(jié)礦中都存在維氏體Fe1-yO，并且和磁鐵礦一樣，也含有雜質(zhì)CaMg和
的沉淀物以薄片或周圍不規(guī)則的晶粒形式結(jié)晶，晶體形狀取決于鈣含量。
在所有被研究的燒結(jié)礦中，只發(fā)現(xiàn)了數(shù)量有限的、以單個晶粒形式存在的鈣維氏體其化學(xué)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(shù)和顯微的關(guān)系。表明當鈣的濃度超過其溶解極限時，分析技術(shù)，確定鈣在維氏體中的溶解極限研 鈣磷鐵礦開始結(jié)晶表5示出了成分不同的
究了散發(fā)射線La.2和趴的能量差與成分 試樣中出現(xiàn)的相位和X射線的能量分析結(jié)果
表5相位種類和發(fā)射的X射線1^12和的能量參數(shù)
Fe/O Ca 相 位 能 量差
~L6之間，結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的主要是二價鐵素（Ca關(guān)7Ca3Fe15O25)的數(shù)量増加，而二價鐵
發(fā)現(xiàn)鈣在Fei-yO中的`溶解能力和FeO化學(xué)計算成分偏差之間存在某種關(guān)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(cè)面出現(xiàn)二價和三價鈣磷鐵礦。
鈣磷鐵礦在燒結(jié)礦中的形成過程非常復(fù)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(jié)果；或者氧化過程中；或者以構(gòu)成燒結(jié)礦混合料一部分的氧化物為基礎(chǔ)3.1.3燒結(jié)礦堿度的影響
燒結(jié)礦的堿度對形成相位數(shù)量和性質(zhì)以及這些相位晶粒的粗細有關(guān)鍵性影響。通過各種研究，得出以下結(jié)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(jié)礦由CaF?O7構(gòu)成在它的旁邊出現(xiàn)有害影響的鐵素體CmFeOs，因為它導(dǎo)致燒結(jié)礦的還原能力明顯下降
表6中示出的結(jié)果表明燒結(jié)礦中的鈣磷鐵礦含有MnMgAl和Si硅的出現(xiàn)與鐵素體晶粒內(nèi)部存在硅酸鹽微晶相有關(guān)
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(jié)礦中鈣磷鐵礦進行顯微分析的結(jié)果
燒結(jié)礦堿度
圖6掃描顯微鏡(X4400)觀察到的堿度為1.9的燒結(jié)礦情況
礦的結(jié)構(gòu)：鐵素體針尖狀CaFe3〇5和原硅酸鈣的微晶粒
素體相的數(shù)量減少。
當堿度増加時，硅酸鹽的礦物學(xué)成分和化學(xué)成分也發(fā)生了變化(見表7)如果堿度在1.48~1.6之間，結(jié)構(gòu)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(dǎo)致原硅酸鈣數(shù)量減少和鈣磷鐵礦橄欖石的消失，而在它的位置上出現(xiàn)硅酸鹽（0.47MgSi〇3Q53FeSi〇3)
燒結(jié)礦堿度的増加導(dǎo)致由硅酸鈣生成的鐵素體相數(shù)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(jié)礦的機械質(zhì)量
這項研究只不涉及燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)，同時對物理性能如機械強度、磨蝕和軟化區(qū)也進行了研究表8介紹了對燒結(jié)礦機械強度的
研究結(jié)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(jié)礦除外，它的機械強度比低硬度燒結(jié)礦（CaO/S〇2=1.1)的小。相反，當堿度高于1.7時，燒結(jié)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(jié)束時的溫度比低堿度燒結(jié)礦要高沒有發(fā)現(xiàn)堿度對軟化范圍的極限有任何明顯的影響
研究結(jié)果表明堿度對燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)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(jié)礦堿度為2.1時，鈣
圖7堿度為1.7的燒結(jié)礦在原硅酸鈣(<4500)旁 圖8堿度為2.1的燒結(jié)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(jié)礦中的硅酸鹽相進行顯微分析的結(jié)果
燒結(jié)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(zhì)是Mn，Mg和Al堿度直到1.5，
鈣磁鐵礦含量下降伴隨產(chǎn)生鈣磷鐵礦數(shù) 鈣磁鐵礦的含量都増力卩。在1.5-1.7范圍內(nèi)
量増加和硅酸鹽相數(shù)量下降。堿度増加對形 開始下降，它與大量鐵素體Ca2Fe2〇5結(jié)晶的
成的相位的化學(xué)成分有顯著的影響磁鐵礦 形成有關(guān)
71994-2016ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http：//www.(表8燒結(jié)礦機械強度.研磨性能和軟化性能的研究結(jié)果
燒結(jié)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(jié)束時的溫度 軟化范圍。。
低堿度燒結(jié)礦 1.10 701 4.9 1090 1280 190
在研究的鈣磁鐵礦晶粒中，都發(fā)現(xiàn)在晶粒結(jié)合區(qū)周圍的鈣含量増力卩。在合成鈣磁鐵礦中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象由于Ca的溶解能力低，在鈣磁鐵礦晶粒的內(nèi)部產(chǎn)生Ca的偏析，結(jié)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(xiàn)象基本上是從燒結(jié)礦的還原性來考慮的。鈣是一種促進燒結(jié)礦還原的元素，盡管它在磁鐵礦結(jié)構(gòu)中的作用仍不十分確定
通過各種研究發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)礦中的鈣磁鐵的X值小于0.12(Ca〇.i2Fe2.88〇t)，它所對應(yīng)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(jié)礦中鈣磷鐵礦數(shù)量的増加使燒結(jié)礦的機械強度増加，而硅酸鹽相位數(shù)量的提高使它的機械強度減小
4結(jié)論
從高爐工藝中使用高堿度燒結(jié)礦的立場來看，可以得出以下結(jié)論：
變化很大
(2) 鈣磁鐵礦和鈣磷礦確定燒結(jié)礦的物理化學(xué)性會能
(3) 磁鐵礦的特性取決于其結(jié)構(gòu)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(nèi)，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(yīng)
(5) 在晶粒結(jié)合區(qū)周圍，鈣磁鐵礦中鈣濃度的提高與開始形成鈣磷鐵礦有關(guān)系。
(6) 堿度的提高可以得到結(jié)構(gòu)致密的燒
結(jié)礦
(7) 高堿度燒結(jié)礦（1.48~21)開始軟化的溫度比自熔燒結(jié)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(nèi)部熱損失
(8) 堿度大于1.7的燒結(jié)礦的強度比自熔燒結(jié)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(guān)。
他們還發(fā)現(xiàn)了一批尋找大礦富礦的戰(zhàn)略靶區(qū)，取得了一些靶區(qū)的找礦突破，并對一批已知礦的深部和外圍找礦發(fā)揮了重大作用。
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