摘要
我国赋含多元素复合矿，比较有代表性的是包头白云鄂博矿和攀枝花钒钛磁铁矿。由于这些复合矿的矿物组成复杂，嵌布粒度细小，属难选、难冶的矿产资源。含铁复合矿开发利用是以冶炼铁元素为主，综合回收其它有价元素。原矿中非铁金属元素绝大部分进入渣相，成为复合矿冶金炉渣。 含稀土高炉渣是包头白云鄂博含铁、稀土、铌和萤石的复合矿直接入高炉冶炼的中间产品。在冶炼过程中，铁、磷、铌等被还原进入铁基的金属相，而稀土几乎不能被还原，留在渣相。 含钛高炉渣，是冶炼钒钛磁铁矿产生的高炉渣。TiO2约占23-25％，主要分布于钙钛矿、富钛透辉石和攀钛透辉石中。已有的工作表明：对该渣进行氧化改性处理，可使TiO2富集于钙钛矿相，且钙钛矿相的晶粒度可达50微米，满足选矿分离的要求。本文基于选择性析出原理，研究了含稀土高炉渣中相的构成、铈钙硅石相析出长大和含钛高炉渣中钙钛矿相的单体解离。研究结果如下： 应用扫描电镜(SEM)观察并配合成分能谱分析(EDX)和X射线衍射(XRD)分析的方法，研究了含稀土高炉凝渣的相构成。结果表明：绝大部分的稀土在凝固过程中富集到铈钙硅石(RE2O3·CaO·2SiO2)一相中。凝渣由铈钙硅石、枪晶石(CaF2·3CaO·2SiO2)、萤石(CaF2)和硫化钙(CaS)四相构成。 应用“淬火法”并结合图像分析技术，研究了等温及非等温过程含稀土高炉渣中铈钙硅石相的结晶行为，并讨论了该相析出和长大的动力学规律。实验结果表明：铈钙硅石相的开始析出温度为1310℃；铈钙硅石相的析出、生长与冷却速度α有关，冷却速度小，粗化明显，有利于铈钙硅石相长大。当α=0.5℃/min时，体积分数可达20％，平均半径150-180μm。铈钙硅石相的等温和变温过程析出动力学分别服从JMA和JMAK经验方程。等温准平衡过程铈钙硅石相颗粒平均半径的立方与时间呈直线关系。 含钛高炉渣的氧化改性处理，改变了凝渣的相构成，凝渣由钙钛矿相、硅灰石相及尖晶石相构成。 适当氧化对高炉渣中钙钛矿相的析出、长大和单体解离有利，本文实验条件下，氧化处理4分钟、磨矿细度-38μm钙钛矿的单体解离度可达到72％左右。通过对钙钛矿相单体解离的分析，渣中钙钛矿相的解离以分散解离为主，提高钙钛矿相的粒度仍是首要任务。 CaO影响着钙钛矿相析出形貌和晶粒度。加入CaO的样品钙钛矿相为块状或支状晶，边界不圆滑，说明晶体发育不完全。当氧化钙加入达2％时，析出的钙钛矿相晶体粒度较大，界面也趋于完整光滑，平均晶粒度可达20微米。磨矿细度影响着钙钛矿相的单体解离，随着磨矿细度的增大，钙钛矿相的单体解离度也增大。在磨矿细度-38μm级段上，样品中钙钛矿相较大多数以单体形式存在，氧化钙加入2％的样品，钙钛矿相的单体解离度可达88％，钙钛矿相的解离方式仍以分散解离为主。 CaF2能明显改变钙钛矿相的结晶形貌，钙钛矿相以一次支晶状、块状或柱状分布于基体中，钙钛矿相的界面较为光滑完整，但其形状因子不大，属于难解离矿物。2％CaF2样品，钙钛矿相的晶粒度达29微米。强磨细度达-38μm，CaF2处理的样品，钙钛矿相都有较高的单体解离度，均可达到80％左右，CaF2对钙钛矿相单体解离影响较弱。MnO对钙钛矿相的析出形貌影响较大，钙钛矿相晶体呈半自形、支晶分布。粒度较小，形状因子相对更小，不利于钙钛矿相的解离。
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