廣西高鐵鋁土礦中間渣的性質(zhì)變化規(guī)律

劉艷琴，王杏娟，楊改彥

（1.河北理工大學 現(xiàn)代技術(shù)教育中心，河北 唐山063009；2.冶金與能源學院）

0 引 言

廣西高鐵鋁土礦分布于廣西貴港、橫縣、賓陽一帶，約有數(shù)億噸的儲量。根據(jù)工業(yè)試驗結(jié)果，中檔礦含鐵31.42%，含氧化鋁24.56%?？鄢裏龘p后，鐵氧化物和鋁氧化物之和高達84%以上。此外，該礦還含有釩（0.11%）、鎵（0.006%）、鈷（0.009%）等具有回收價值或潛在回收價值的元素。

2005年廣西投資集團有限責任公司采用先鐵后鋁方案，使用一座17 m3高爐進行了高爐冶煉半工業(yè)實驗并取得了成功。2006年至2007年投資6000萬元，新建一座50 m3高爐進一步進行高爐冶煉工業(yè)實驗，使用高鋁爐渣進行了氧化鋁浸出工業(yè)實驗，氧化鋁浸出率達到80%以上，試驗圓滿成功。

由于廣西高鐵鋁土礦的獨特性，對其的研究工作許多尚處于空白。主要是在高鋁土礦的情況下高爐爐渣的變化與普通礦石的爐渣有許多不同之處，對高爐順行亦有新的要求，普通造渣制度也不適用于冶煉這種礦石。高爐爐渣對高爐冶煉起著重要的作用，而中間渣的性質(zhì)對于高爐生產(chǎn)率和生鐵質(zhì)量是極其重要的，一是流動性好能保證爐腹煤氣順利穿過焦層。二是熔化區(qū)間窄，減小了爐子下部的壓差損失。三是熔化溫度高使熔化產(chǎn)物在進入爐鋼前能充分預熱。四是高堿度能生產(chǎn)低硅低硫生鐵，加入MgO能稀釋足以高的CaO渣。

另一方面，初渣和中間渣的形成過程本身又受操作和其它條件的影響，包括火焰溫度、爐料在爐頂?shù)陌l(fā)布、礦石還原性、渣量、燒結(jié)礦特性、礦石還原性、含鐵爐料的軟化溫度、焦炭灰分含量、爐型等等。當所有的操作條件有利于爐子穩(wěn)定和順行時，采用合適成分的爐渣可能得到最高的產(chǎn)量、最低的渣量以及最低的生鐵含硫量和燃料消耗量[1]。

由此可見，對中間渣進行研究有著很重要的意義。本文將從高爐原料生成初渣以后，當初渣流入爐腹過程中，爐渣的堿度、粘度等方面的變化來分析廣西高鐵鋁土礦的中間渣的性質(zhì)，以改善高爐操作，優(yōu)化造渣制度有重要參考。

1 中間渣的成分分析和性質(zhì)變化規(guī)律

圖1為CaO-Al2O3-SiO2三元相圖[2]。圖中三個頂點表示三種純氧化物，在三條邊上有10個二元化合物（其中6個是穩(wěn)定的），三角形內(nèi)有2個三元穩(wěn)定化合物，可將其劃分為15個分三角形，對應15個三元無變量點，對應15個初晶區(qū)。它們的對應關(guān)系和性質(zhì)引入表1。表中符號C、S和A分別代表CaO、SiO2和Al2O3，L為液相。由表可見，共有8個共晶點（三種礦物同時從液相中析出的稱三元共晶點）和7個轉(zhuǎn)熔點（又稱三元包晶點，即先析出的礦物轉(zhuǎn)熔于液相，析出兩種新的礦物）。

圖1 CaO-Al2O3-SiO2三元相圖

表1 硅酸鹽系的無變量點、分散進行及相平衡關(guān)系

無變量點 對應三角形 相互平衡關(guān)系 性 質(zhì) 溫度℃9 10 11 12 13 14 15 C2AS—CA2–CA6 C2AS—CA—CA2 α′C2S—C2AS—CA α′C2S–C3A–C12A7 α′C2S—CA—C12A7 C3S—αC2S—C3A C—C2S—C3A L+CA2=C2AS+CA6 L=CAS+CA+CA2 L+C2AS=CA+α′C2S L=C3A+C12A7+α′C2S L=CA+C12A7+α′C2S L+C3S=C3A+α′C2S L+C=C2A+C3S轉(zhuǎn)熔點共晶點轉(zhuǎn)熔點共晶點共晶點轉(zhuǎn)熔點轉(zhuǎn)熔點1475 1505 1380 1335 1335 1455 1470

2 中間渣的性質(zhì)及對高爐影響

2.1 堿度

廣西高鐵鋁土礦含鐵量低，渣量高。礦石越富（即渣量越低）、焦比越高、硫負荷越高、生鐵含硅量越高、焦炭灰分越高則中間渣堿度越高。另一方面，礦石越貧（即渣量越高）中間渣與終渣的差別越小。可明顯看到，礦石中越富或焦炭含灰分越高，中間渣堿度越高。表2為終渣的成分，根據(jù)終渣的成分導出中間渣成分。

分析終渣性質(zhì)發(fā)現(xiàn)渣量和焦比隨渣堿度的提高近似呈直線上升，爐渣氧化鋁含量則隨渣堿度的提高近似呈直線下降。因此過高的爐渣堿度會給生產(chǎn)帶來明顯的不利影響。進一步，本次工業(yè)試驗已經(jīng)證明了高爐冶煉對爐渣堿度的廣泛適應性。因此，在滿足氧化鋁工業(yè)要求的前提下盡量降低高爐渣的堿度是可行的。兼顧高爐冶煉和氧化鋁浸出雙方面的要求，高爐渣堿度的控制應當使鈣鋁比落在1.65至1.75之間。

盡管堿度高有利于脫硫，但這種渣的液相線溫度高，一般更粘，從而使爐料下降不正常，使生產(chǎn)率下降。通常在中間渣堿度不太高時，加MgO或CaO能使爐子順行。爐腹爐渣堿度也與生鐵含硅量有關(guān)，因為大部分硅是從風口平面以上的SiO2中還原的。因此，在終渣堿度一定時，風口上部還原的硅越多，爐腹中二氧化硅越少，中間渣的堿度越高。低和中等含量的氧化鋁對中間渣液相線溫度的有害作用，因而對初渣也如此，高氧化鋁渣情況相同，但其液相溫度與終渣的沒有太大區(qū)別。高氧化鋁渣的缺點是熔點高。MgO對高氧化鋁渣熔點的作用不大，在這種情況下，可加入CaO也能起作用。在貧礦冶煉時，間接還原度高、渣量大、氧化鋁高是不利的。

表2 高鋁渣成分

CaO的主要作用是與Al2O3結(jié)合，生成利于氧化鋁浸出并適于高爐冶煉的 12CaO.7Al2O3。由于SiO2的酸性較A l2O3強得多，因此CaO會優(yōu)先與SiO2結(jié)合，生成正硅酸鈣2CaO.SiO2。正硅酸鈣的形成雖然造成熔劑的大量消耗，但它是爐渣實現(xiàn)自粉的基礎。剩余的CaO才會有效地支持12CaO.7Al2O3的形成。這就造成熔劑需要量的進一步提高。石灰石直接入爐會吸收大量的熱量。要降低這一部分熱消耗，達到降低焦比的目的，應當在高爐冶煉和燒結(jié)工藝能夠接受的范圍內(nèi)盡量提高燒結(jié)礦堿度，以減少直接入爐的石灰石量[2]。

2.2 粘度

鋁氧土對爐渣粘度影響：當Al2O3濃度不大時，它可使堿性渣的粘度降低。但是，Al2O3高于一定程度后，對于不同堿度的爐渣，其粘度開始緩慢增長。特別是在CaO含量不變的酸性渣中加入Al2O3時，在相當寬大的一段濃度（Al2O3）區(qū)間，爐渣的一些等粘度曲線有很長一段是相互平行的（CaO相同的情況下）。因此，CaO＜45%時，通常爐渣有固定的粘度而與SiO2／Al2O3之比無關(guān)。

當CaO／SiO2=1時，若MgO含量不變，則隨著渣中Al2O3含量的增加粘度增加。因此，在廣西高鐵鋁土礦的渣中的Al2O3含量多，爐渣堿度或總堿度應稍高。渣中Al2O3削弱了堿度對爐渣性能的影響，提高了爐渣的穩(wěn)定性。

當加入Ca0，能降低粘度。隨著CaO的增加，粘度下降，在CaO?SiO=0.8～1.2之間渣的粘度最低，之后繼續(xù)增加CaO，粘度又急劇上升。

廣西燒結(jié)礦含A l2O3高，生成的爐渣穩(wěn)定性好，其等溫線之間與等粘度線之間的距離很大。可以確信，這種穩(wěn)定性良好的爐渣即或在爐料成分有較大的波動時，也能保證爐子有穩(wěn)定的熱制度及穩(wěn)定的粘度。

2.3 脫硫能力

Al2O3不利于脫硫，因為它與氧負離子結(jié)合，形成鋁氧復合負離子（A lO2—），聰而使渣中氧負離子的濃度降低。因此，當堿度不變而增加A l2O3含量時，硫的分配系數(shù)Ls變小。但是，用Al2O3代替SiO2時，分配系數(shù)有所提高，這是因為A l2O3結(jié)合氧負離子的能力比SiO2的小。

3 結(jié) 論

廣西高鐵鋁土礦中含鐵量并不高，其屬于貧礦，但從獲取鐵金屬，成本高，經(jīng)濟效益低，但其礦石中含有較高的氧化鋁，進行一并開發(fā)會取得很好經(jīng)濟效益。本文是基于先鐵后鋁的方案來進行中間渣的研究。通過分析與研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）廣西高鐵鋁土礦產(chǎn)生的高鋁爐渣，較普通渣難熔易凝，熔化溫度比普通渣高。

（2）含鐵的硅鋁酸渣是很粘的，爐渣溶解氧化鈣和吸收熱量都很慢，它的液相線溫度很低。用生礦冶煉時，由于爐料是非勻質(zhì)的，溫度分布也是不均勻的，以致渣的成分和成渣區(qū)間可能在很大范圍內(nèi)變化。廣西高鐵鋁土礦的SiO2／Al2O3比高，導致爐渣非常難熔及爐況不順，這取決于FeO含量，因為FeO含量過高或過低都使熔點升高。

（3）廣西高鐵鋁土礦冶煉要用大量CaO來作溶劑。

（4）使用自熔性燒結(jié)礦或酸性和高堿度燒結(jié)礦混合的燒結(jié)礦是有利于中間渣的流動性的，良好的流動性能保持高爐操作穩(wěn)定。

（5）廣西高鐵鋁土礦的爐渣堿度應稍高些。渣中Al2O3削弱了堿度對爐渣性能的影響，提高了爐渣的穩(wěn)定性。廣西高鐵鋁土礦中A l2O3含量很高，爐渣熔化溫度和粘度隨堿度的變化較慢，相當于擴大了低熔化溫度和低粘度區(qū)，增加了爐渣的穩(wěn)定性。

（6）高鋁爐渣不利于脫硫。

本文從理論上對廣西高鐵鋁土礦的中間渣性質(zhì)作了一些分析與研究，這些內(nèi)容對從事相關(guān)領域研究的科研工作者具有參考價值。

[1] 邵劍華，方覺，常久柱，等.燒結(jié)礦高溫抗壓強度研究[J].鋼鐵，2008，43(9)：12-15.

[2] 陳國發(fā)，李運剛.相圖原理與冶金相圖[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002，84?-85.