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赤铁矿配比与氧化球团制备的内在关联及影响机制研究

一、引言

1.1研究背景

氧化球团作为钢铁工业的重要原料，在炼铁过程中发挥着关键作用。其具有粒度均匀、含铁品位高、机械强度好、化学组成稳定以及良好的还原性等优点，是现代高炉炼铁不可或缺的优质炉料。随着钢铁行业的持续发展，对氧化球团的需求日益增长，其质量和性能直接影响着钢铁生产的效率、成本和质量。

在氧化球团的生产中，磁铁矿曾是主要原料。然而，近年来，随着钢铁工业的迅猛发展，磁铁矿资源逐渐短缺，难以满足球团生产的需求。相关数据显示，全球磁铁矿储量虽丰富，但优质、易选的磁铁矿资源日益减少，开采和选矿成本不断攀升。中国作为钢铁生产大国，磁铁矿资源对外依存度较高，这不仅增加了钢铁企业的生产成本，也对钢铁工业的稳定发展构成潜在威胁。

与此同时，赤铁矿资源的开发利用逐渐受到关注。随着选矿技术的进步，赤铁矿的选矿回收率和精矿品位不断提高，为其在球团生产中的应用提供了可能。赤铁矿具有储量丰富、价格相对低廉等优势，许多厂家开始尝试提高赤铁矿在球团生产中的配入比例，甚至考虑采用100%的赤铁矿生产氧化球团。但赤铁矿与磁铁矿在物理化学性质上存在显著差异，这使得赤铁矿配比的变化对氧化球团的制备过程和性能产生复杂影响。在造球过程中，赤铁矿的颗粒形状、粒度分布和表面性质等因素会影响生球的成型和强度；在预热和焙烧过程中，赤铁矿的氧化固结机理与磁铁矿不同，会导致预热球和焙烧球的质量和性能发生变化。因此，深入研究赤铁矿配比对氧化球团制备的影响规律具有重要的现实意义。

1.2研究目的与意义

本研究旨在系统地探究赤铁矿配比对氧化球团制备过程中生球、预热球和焙烧球性能的影响规律，明确不同赤铁矿配比下氧化球团的最佳制备工艺参数，为钢铁企业在氧化球团生产中合理利用赤铁矿资源提供科学依据和技术支持。

从理论层面看，赤铁矿和磁铁矿在晶体结构、化学活性、比表面积等物理化学性质上的差异，决定了它们在氧化球团制备过程中的行为和作用机制各不相同。目前，虽然对单一磁铁矿或赤铁矿制备氧化球团的研究已有一定成果，但对于不同赤铁矿配比下氧化球团的形成机理和性能变化规律的研究仍不够深入和系统。本研究通过全面分析赤铁矿配比对氧化球团制备各环节的影响，有助于完善氧化球团制备的理论体系，揭示不同铁矿原料在球团化过程中的内在联系和本质规律。

在实际应用方面，合理调整赤铁矿配比，能够有效降低氧化球团的生产成本，提高钢铁企业的经济效益。通过优化制备工艺，还能提升氧化球团的质量和性能，为高炉炼铁提供更优质的炉料，从而提高高炉的利用系数，降低焦比，减少炼铁过程中的能源消耗和污染物排放，促进钢铁工业的绿色、可持续发展。在当前钢铁行业面临资源短缺和环保压力的双重挑战下，研究赤铁矿配比对氧化球团制备的影响规律，对于钢铁企业优化原料结构、提高资源利用率、实现节能减排目标具有重要的现实指导意义。

1.3国内外研究现状

国内外学者对赤铁矿配比对氧化球团的影响进行了大量研究。在生球性能方面，研究发现随着赤铁矿配比的增加，生球的落下强度和抗压强度通常呈降低趋势。当赤铁矿配比从0%提高到100%，在相同膨润土配比条件下，生球的落下强度从4.3次/0.5m降低到2.6次/0.5m，抗压强度从13.8N/个降低到11.1N/个。这主要是因为随着赤铁矿配比提高，混合料微细颗粒含量降低、表面光滑颗粒增多、颗粒平均粒径增大，使得球团孔隙率增加，而球团孔隙率增加、颗粒平均粒径增大使得球团中颗粒间的粘结力减小，因而生球的质量变差。但通过采用适宜的复合膨润土，可减小赤铁矿配比提高对生球质量的影响。

对于预热球和焙烧球质量，在相同的预热、焙烧制度下，赤铁矿配比从0%升高到100%，预热球抗压强度不断降低，焙烧球抗压强度也呈下降的趋势，特别是当赤铁矿配比高于50%时，焙烧球抗压强度显著降低。要达到生产对预热球、焙烧球质量的要求，需提高预热温度和焙烧温度、并延长预热时间和焙烧时间。在微观结构方面，以磁铁矿为主的球团在预热过程发生氧化反应，生成的Fe?O?具有较高的活性，形成微晶连接使得其具有较好的预热球强度；而赤铁矿为主的球团在预热过程中，各颗粒之间虽彼此靠近，但不会形成连接，导致其预热球强度较低。在焙烧过程中，原生Fe?O?相比磁铁矿氧化得到的Fe?O?，由于其活性低，质点扩散速度慢，导致Fe?O?结晶能力差，特别是高配比赤铁矿球团，即使在1250℃的温度下，其颗粒间的固结也不明显。

尽管已有研究取得了一定成果，但仍存在不足。现有研究多集中在特定原料和工艺条件下，对于不同产地、不同性质的赤铁矿和磁铁矿混合后的综合影响研究较少，缺乏系统性和普适性。而且对于赤铁矿配比变化导致球团性能变化的深层次机理，如微观结构演变与宏观性