K2O、Na2O在烧结过程行为机理分析

杜秀丽，尤学东，杨永清，段祥光

(包钢钢联股份有限公司炼铁厂)

摘 要：本文对碱金属K2O和Na2O在各种烧结含铁物料中的赋存状态及在烧结过程行为机理进行了研究。研究对象选定包钢炼铁厂三烧车间，系统分析了三烧车间某月份物料及K2O、Na2O的平衡；通过化学分析、光学显微镜和扫描电镜对矿物组成成分进行分析，确定了碱金属K2O和Na2O在铁精矿、烧结矿及除尘灰中赋存状态。结果表明：包钢烧结矿中K2O、Na2O主要源于自产铁精矿、高炉返矿、瓦斯灰和熔剂；烧结过程的K2O、Na2O脱除较少，多数以硅酸盐形 式富集在烧结矿的玻璃质中。

关 键 词：烧结；碱金属；赋存状态；机理

1 前言

随着钢铁工业的发展和高炉冶炼技术的进步，碱金属对高炉冶炼的危害日渐受到重视。包钢白云鄂博铁矿中含有钾，钠有害元素。钾元素在板岩石高达16％，其中约有95％以上赋存于钾长石中。在各类矿石中钾主要赋存在黑云母，金云母，钠闪石及钠辉石中。钠元素在矿石中主要赋存在钠辉石，钠闪石和钠长石中[1]。

包钢炼铁厂逐渐认识到碱金属的危害，对降低它在矿石中的含量进行了不懈的努力。1990年选矿攻关取得巨大进展，矿石中钾、钠含量比过去有降低。目前包钢公司采用弱磁—强磁—浮选新工艺对白云鄂博中贫氧化矿进行处理，虽然铁精矿的品位有所提高(±65％)，氟、磷杂质含量有所降低。但铁精矿中K2O、Na2O的质量分数仍然较高(合计约0．45％)，而烧结过程中排除碱金属的作用并不明显。因此，包钢炼铁厂目前入炉烧结矿中氧化钾，氧化钠的质量分数合计一般都在0．4％—0．6％，高炉碱负荷为5．6—6．2kg/tFe，这与世界其他国家允许碱负荷2．55kg/tFe的水平有较大差距。

多年的生产实践和研究证明，矿石中的钾，钠等到高炉中，在炉内循环富集，是造成高炉结瘤并妨碍其强化的基本原因之一。钾钠的问题目前还未找到合适的处理办法。因此研究钾钠在包钢烧结过程中的行为是有必要的[2]。

2 烧结机物料平衡

本次研究体系选择了包钢炼铁厂三烧车间：其一，该车间只有一台烧结机，系统比较独立；其二：该烧结机带有复合烧结工艺。而计算体系的物料平衡主要是为了计算其元素平衡，因为只有在物料平衡的前提下，进行元素平衡才有其合理性。

包钢三烧车间体系物料平衡的收入相包括含铁料，熔剂，固体燃料及皂土，点火所需的空气量和煤气量以及烧结过程所需的空气量。

物料平衡的支出相包括成品烧结矿、灰尘、烧结过程中产生的废气量。

以下分析的是包钢三烧车间某月份全月支出和收入物料平衡。包钢三烧车间配料室配的主要含铁料包括精矿、澳矿、高炉返矿、造球含铁料。

通过对包钢烧结收入和支出量总体分析得出物料平衡分析如下表：

物料平衡误差：

物料平衡的绝对误差=1819670．3－1819669．4=0．9t

物料平衡的绝对误差很小，相对误差更小。说明选取整月为研究对象可减少误差，而且还能为元素平衡提供更准确的理论基础。

3 烧结过程K2O和Na2O的元素平衡

在物料平衡基础上，通过分析各种进出物料的K2O和Na2O含量，进行了K2O和Na2O的元素平衡分析，具体数据如下表2、表3。

由表2和表3中数据分析知：包钢生产烧结矿原料中K2O、Na2O主要存在于精矿，造球含铁料、高返和瓦斯灰中，而在澳矿，溶剂和固体燃料中含量较少。从元素的支出相可知K2O、Na2O主要存在于成品烧结矿中，只有少量的存在于烧结灰中。其中K2O在烧结灰中的含量多于Na2O的含量。说明烧结过程K2O的脱除高于Na2O。

4 碱金属K2O、Na2O赋存状态及行为机理的分析

4．1 烧结、造球用铁料中碱金属的赋存状态

4．1．1 烧结用铁料中碱金属的赋存状态

由于精矿中脉石含量很少，在电镜下很难寻找到，所作能谱分析均为铁矿，无法确定K、Na的赋存状态。随后进行了光学显微镜矿物组成分析，以确定K、Na的赋存状态，具体数据见表3。

通过光学显微分析：包钢自产混合精矿中的K主要以碱性长石、云母类矿物及钠闪石形式赋存。包钢自产混合精矿中的Na主要以钠辉石、钠闪石及钠长石形式赋存。

4．2 烧结矿中碱金属的赋存状态

三烧复合烧结矿碱度较低，只有1．51左右，烧结矿的主要矿物组成为：铁酸钙、磁铁矿和玻璃质。

为细致准确分析碱金属的赋存状态，通过扫描电镜对各烧结矿矿相进行了分析。

4．2．1 铁酸钙中碱金属的赋存状态

从能谱分析：铁酸钙中主要为Fe、O、Ca和Si，可以确定其为铁酸钙和二氧化硅。其中不含K、Na。

4．2．2 磁铁矿中碱金属的赋存状态

经能谱分析：磁铁矿种主要为Fe和O，其中同样不含K、Na。

4．2．3 玻璃质中碱金属的赋存状态

从玻璃质能谱分析：主要为O、Ca、Fe、Si，另外K、Na含量为1．08％、1．6％。可以认定烧结矿中K、Na绝大多数富集于玻璃质中。

4．3 除尘灰中碱金属的赋存状态

4．3．1 烧结除尘灰中碱金属的赋存状态

4．3．2 灰尘颗粒不同位置能谱分析

通过对灰尘颗粒不同位置能谱分析：其O、F、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca含量有差异，但K、Na含量与Cl和S同时增减，说明在除尘灰中K、Na以硫酸盐或氯化物的形态存在。

4．3．3 二次水冲洗后除尘灰能谱分析

二次水冲洗后除尘灰中的K、Na、S、Cl同时消失，再次验证除尘灰中K、Na以硫酸盐或氯化物的形态存在。

4．4 小结

包钢自产混合精矿中的K主要以碱性长石、云母类矿物及钠闪石形式赋存。包钢自产混合精矿中的Na主要以钠辉石、钠闪石及钠长石形式赋存。三烧复合烧结矿碱度较低，只有1．51左右，其主要矿物组成为：铁酸钙、磁铁矿和玻璃质，K、Na绝大多数富集于玻璃质中。烧结除尘灰中K、Na以硫酸盐或氯化物的形态存在。

5 结论

(1)通过各种原燃料化学分析及烧结物料平衡分析可知包钢三烧烧结矿的碱金属主要源于白云鄂博铁矿；

(2)燃料及熔剂的配加不会降低烧结矿中的碱金属含量，只有通过配加外购或进口低碱金属的铁矿才能降低包钢烧结矿的碱金属含量；

(3)含铁尘泥一瓦斯灰用于烧结，既减少了污染物的排放，又利用了其中的有益元素铁和碳，但却加重了碱金属的富集循环。应在今后探讨更为合理的利用途径；

(4)烧结矿中碱金属主要赋存于玻璃质中，以硅酸盐形态存在；

(5)烧结过程能够少量脱除碱金属，其中以钾居多，且均以简单氯化物或硫酸盐形态赋存；

(6)降低包钢烧结矿中碱金属含量的主要途径：①进一步加强白云鄂博选矿攻关，降低其精矿中的碱金属含量；②适当增加外购及进口铁矿的配比，降低烧结矿中的碱金属含量。

6 参考文献

[1]   林东鲁等．白云鄂博特殊矿采选冶工艺攻关与技术进步[M]．冶金工业出版社，2007．1．

[2]   杨永宜．碱金属及氟引起高炉结瘤的机理及防治结瘤的措施[J]．钢铁，1983．