高氧化铝型钙铁矿：未来低碳炼铁领域的一种新型矿物相

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：High-alumina type calcium ferrite: A new mineral phase for low-carbon ironmaking in the future

针对高Al?O?铁矿石导致烧结冶金性能下降的问题，本研究通过过量Al?O?合成复合硅酸钙铁（SFCA）新粘结相。实验发现，类型A SFCA具有更高晶格密度（4.13 g/cm3）、更长Fe-O键长（2.2193 ?）及7.86%晶格氧浓度，其熔点（880℃）和粘度（0-0.35 Pa·s）显著优于类型B（1220℃、0-20 Pa·s），抗压强度达36.83-42.48 MPa，冶金还原性0.89优于类型B的0.83，为制备高性能烧结料提供新途径。

　　

摘要

随着高质量铁矿石资源的逐渐减少，全球钢铁行业面临着长期挑战。例如，铁矿石中Al₂O₃含量的持续增加导致烧结体的冶金性能下降，同时熔渣的性质也出现波动。鉴于钙铁矿（CF）和复合钙铁矿（硅钙铝铁矿，SFCA）在高碱度烧结体中作为粘结相起着关键作用，并且具有优异的物理强度和冶金性能，我们提出将过量的Al₂O₃加入SFCA中，以形成一种具有优良性能的新粘结相，用于制备高质量烧结体。在合成高Al₂O₃ SFCA的过程中，发现了两种高Al₂O₃相：A型（Al_1.2Ca_2.8Fe_8.7O₂₀Si_0.8）和B型（Ca₄Al_4.18Fe_1.82Si₆O₂₆）。实验结果表明，A型SFCA样品的晶胞密度（4.13 g/cm³）和Fe–O键长（2.2193 ?）均高于B型（分别为3.46 g/cm³和1.9415 ?），其晶格氧浓度也显著更高（7.86% vs 1.85%），这表明其在强度和还原性方面具有优势。A型SFCA样品中硅酸盐的比例较低，主要由SFCA组成，且孔隙率极小。熔点和粘度模拟测试显示，A型SFCA样品在880°C时形成液相，粘度范围为0–0.35 Pa·s，远低于B型SFCA样品（1220°C和0–20 Pa·s）。这一发现表明A型SFCA样品的初始熔点和粘度较低，有利于增加液相生成并改善流动性，从而增强其与周围矿粒的粘结效果。压缩强度测试显示，A型SFCA样品的强度（36.83–42.48 MPa）明显优于B型SFCA样品（5.98–12.79 MPa）和传统烧结体（5.02–13.68 MPa）。此外，在900°C时，A型SFCA样品的最终还原率达到0.89，超过了B型SFCA样品（0.83）。总之，A型SFCA样品在结构、热物理和冶金性能方面均表现出优越性，显示出其在工业应用中的巨大潜力。