球團(tuán)礦礦相結(jié)構(gòu)三維表征及顯微力學(xué)性能分析.pdf

1、我國(guó)鐵礦資源以貧礦為主，富礦極少，在打響資源攻堅(jiān)戰(zhàn)的今天，依靠進(jìn)口鐵礦石實(shí)非長(zhǎng)久之計(jì)。低品位鐵礦石開(kāi)采多進(jìn)行磨粉處理，鐵精粉一般經(jīng)燒結(jié)制成燒結(jié)礦或制球后氧化焙燒成球團(tuán)礦。由于用鐵精粉制備的燒結(jié)礦常具有強(qiáng)度差，F(xiàn)eO含量高，含粉率高，還原粉化嚴(yán)重，產(chǎn)量低等問(wèn)題，故而鐵礦粉不適合進(jìn)行燒結(jié)生產(chǎn);但球團(tuán)礦具有固相固結(jié)，能耗小，粒度小而均勻，強(qiáng)度高，F(xiàn)eO含量低，適于長(zhǎng)途運(yùn)輸，生產(chǎn)污染小等優(yōu)勢(shì)，因而鐵礦粉更適于造球。在當(dāng)代高爐生產(chǎn)中，球團(tuán)因其諸多

2、優(yōu)勢(shì)在高爐內(nèi)用量逐漸加大。隨著球團(tuán)入爐比增加，高爐生產(chǎn)順行面臨新的挑戰(zhàn)，也對(duì)提高球團(tuán)礦的質(zhì)量提出了更高的要求。至此，關(guān)于球團(tuán)礦各項(xiàng)性能和品質(zhì)的研究層出不窮，多的是從配礦和二維顯微礦相角度對(duì)球團(tuán)礦的性能和質(zhì)量進(jìn)行分析和研究，至于球團(tuán)礦內(nèi)部各種顯微礦相的三維形貌和空間分布情況則無(wú)法得知。因此，本文就球團(tuán)礦內(nèi)部不同礦相組織的三維形貌、空間分布、各礦相組織的統(tǒng)計(jì)分析和顯微力學(xué)性能及其對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響開(kāi)展了深入的研究，首次探明了球團(tuán)內(nèi)主要礦物的三

3、維形貌和空間分布情況，從而為更好的研究球團(tuán)礦的成礦機(jī)理和提高球團(tuán)內(nèi)部質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　首先，基于序列切片法和現(xiàn)代三維重建軟件，本文分別對(duì)具有較大強(qiáng)度差異的兩種普通球團(tuán)礦內(nèi)主要礦相的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維重構(gòu)。每種球團(tuán)各選取樣品的外部帶、中間帶和中心帶三個(gè)區(qū)域進(jìn)行三維重建，結(jié)果表明:氧化球團(tuán)礦從外部帶→中間帶→中心帶，赤鐵礦的形態(tài)按照互連良好的塊狀赤鐵礦→互連疏松的塊狀赤鐵礦→互連較差的小顆粒赤鐵礦順序變化;磁鐵礦形態(tài)按照小顆粒

4、交織→網(wǎng)格狀交織→層片狀交織變化;硅酸鹽則是外部帶和中心帶呈小顆粒狀，中間帶多呈大顆粒狀。礦物的空間分布則規(guī)律為:從外部帶到中心帶赤鐵礦由多變少，由致密到疏松;磁鐵礦則由外部帶到內(nèi)部帶逐漸增多，由小顆粒殘存到塊狀互相連接;硅酸鹽則是中間帶分布較集中，外部帶和中心帶分布較少。同時(shí)，對(duì)比兩種球團(tuán)礦發(fā)現(xiàn):1＃球團(tuán)三個(gè)環(huán)帶區(qū)域內(nèi)殘存的磁鐵礦明顯比2＃球團(tuán)多，1＃球團(tuán)三個(gè)環(huán)帶區(qū)域內(nèi)赤鐵礦互連較2＃球團(tuán)差;2＃球團(tuán)內(nèi)赤鐵礦顆粒尺寸較1＃球團(tuán)大，硅酸

5、鹽尺寸較1＃球團(tuán)小，磁鐵礦尺寸比1＃球團(tuán)小;綜合對(duì)比，2＃球團(tuán)的顯微礦相可能具有比1＃球團(tuán)更好的顯微力學(xué)結(jié)構(gòu)。
　　接著，基于面積法基本原理，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)兩種球團(tuán)礦內(nèi)各顯微礦相的百分含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析。通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn):2＃球團(tuán)內(nèi)赤鐵礦含量比1＃球團(tuán)更多，孔隙則比1＃球團(tuán)少，磁鐵礦和硅酸鹽含量也比1＃球團(tuán)少。通過(guò)電鏡打點(diǎn)和面掃，得到了兩種球團(tuán)主要礦相的元素組成和分布，發(fā)現(xiàn)赤鐵礦、磁鐵礦交織結(jié)構(gòu)中的磁鐵礦內(nèi)富集了少量

6、的鎂元素;正是這些Mg2+填補(bǔ)了氧化轉(zhuǎn)變過(guò)程中Fe2+的空位，阻止了磁鐵礦的氧化，最終形成少量殘存磁鐵礦與赤鐵礦的交織結(jié)構(gòu);面掃發(fā)現(xiàn)，1＃球團(tuán)內(nèi)鎂元素含量高于2＃球團(tuán)，這是1＃球團(tuán)內(nèi)赤、磁鐵礦交織結(jié)構(gòu)較多的一個(gè)重要原因。綜合對(duì)比分析得出，2＃球團(tuán)具有比1＃球團(tuán)更好的顯微礦相組成。
　　最后，通過(guò)對(duì)兩種球團(tuán)礦內(nèi)三種不同形態(tài)的赤鐵礦組織進(jìn)行顯微硬度測(cè)試和斷裂韌性計(jì)算，來(lái)研究球團(tuán)內(nèi)不同赤鐵礦組織形態(tài)的顯微力學(xué)性能差異及對(duì)球團(tuán)礦宏觀強(qiáng)度的

7、影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大顆粒赤鐵礦的顯微硬度最高，赤、磁鐵礦交織結(jié)構(gòu)次之，小顆?；ミB狀赤鐵礦顯微硬度最低;球團(tuán)礦中赤、磁鐵礦交織結(jié)構(gòu)斷裂韌性最好，互連狀小顆粒赤鐵礦次之，大顆粒赤鐵礦稍差。2＃球團(tuán)礦中三種形態(tài)的赤鐵礦顯微力學(xué)性能均比1＃球團(tuán)礦好，這是由于2＃球團(tuán)中赤鐵礦互連程度更好，大顆粒赤鐵礦較多，赤鐵礦晶間結(jié)合方式多為赤鐵礦和少量磁鐵礦，1＃球團(tuán)由于赤鐵礦互連較差，赤鐵礦晶間連接多為硅酸鐵等液相粘結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致2＃球團(tuán)礦整體宏觀抗壓強(qiáng)度較1