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复合铁酸钙是高碱度烧结矿中主要粘结相,铝元素作为其主要成分之一,在铁矿粉烧结过程影响铁酸钙生成的同时,固溶于铁矿石还会加剧低温还原粉化现象,研究其作用机理对优化烧结生产有重要意义。本文,通过模拟不同赋存状态的含铝赤铁矿在液相出现前后的烧结过程和含铝赤铁矿固溶体还原过程,结合X射线衍射(XRD)、光学显微镜、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、差示扫描量热(DSC)及热重(TG)等分析手段表征反应过程的物相、热量及质量变化,研究了含铝铁酸钙(CFA)生成过程及其对液相形成的作用,同时尝试揭示铝元素加剧赤铁矿低温还原粉化的机理。固相烧结实验结果表明,铁矿石中以不同形态赋存的铝元素参与CFA生成的途径是不同的。Fe2O3-CaO体系添加Al2O3时,反应前期出现两种二元铁酸钙CF、CF3.9,其后分别与Al2O3反应生成CFA,但发现Al2O3颗粒表面生成铝酸钙层,阻止了Al3+向外扩散,导致CFA生成速率较小。而铝元素以含铝赤铁矿固溶体形式加入时,反应前期出现CF与赤铁矿固溶体界面上直接生成CFA,没有观察到富铁铁酸钙(CF3.9)和铝酸钙层,CFA生成速率远比直接添加Al2O3的大。特别是SEM-EDS分析表明,CF内几乎不含铝元素,因此,对于后者,可以推测烧结过程中CaO与含铝赤铁矿作用,直接生成CF和CFA,抑制了CF3.9和铝酸钙生成。TG-DSC方法研究CFA对液相形成的影响实验表明,不含铝元素赤铁矿烧结反应生成的CF3.9与CF共熔温度是1206℃。而固溶铝元素赤铁矿烧结反应生成的CFA与CF共熔温度是1201℃,由于液相内扩散系数比固相内大三个数量级,由此揭示出含铝赤铁矿烧结过程中产生液相温度降低,进而促进粘结相生成的机理。1230℃验证实验表明,液相出现后赤铁矿中铝固溶量升高显著促进了CFA生成,且当Al2O3固溶量为1.15-2.33%时,烧结产物内液相量较多,微观结构致密。因此,可以说铝少量固溶于赤铁矿中有利于铁矿粉烧结过程。低温热重实验表明,赤铁矿中固溶铝加剧了低温还原粉化,主要是由于还原速率变大,导致单位时间产生的应变量增加。实验观察到,还原前期产物中的应变量明显上升,之后试样中的应力以开裂的形式释放出来,出现粉化现象。升温过程还原实验发现,几种常见的复合铁酸钙在600℃以下不发生还原反应。铝元素在赤铁矿内固溶促进了烧结过程赤铁矿向复合铁酸钙转变,也能有效地改善烧结矿低温还原粉化性能。