多元铁酸钙热力学性质及晶体结构的研究

炼铁原料研究表明，高碱度烧结矿的粘结相主要是多元铁酸钙，它的数量和形态直接影响烧结矿的产量和质量，以及高炉炼铁技术指标和能耗。但是，到目前为止，多元铁酸钙相关的热力学数据明显不足，严重地制约了探讨其生成机理研究和烧结过程的优化控制等。本项目，拟采用高温固相法合成含Al2O3、SiO2系列多元铁酸钙，利用X射线衍射法和Rietvld结构精修，结合透射电镜，获得多元铁酸钙晶体结构；同时，利用扩展X射线吸收精细谱线法（EXAFS），研究晶体内原子配位、键长等，解析出固溶元素在铁酸钙内空间分布；在此基础上，利用电化学方法，测定出多元铁酸钙的生成自由能，填补铁酸钙生成热力学数据上的不足。最后，根据键焓法，建立固溶量、晶体结构与热力学性质关系模型，进一步探讨烧结矿内多元铁酸钙生成机理，为定量优化烧结过程、控制铁酸钙晶形奠定热力学基础，发展铁矿石烧结理论。

铁酸钙是高碱度烧结矿的主要粘结相，它的数量和形态直接影响着烧结矿的产量、质量，乃至高炉炼铁指标和能耗。但是，铁酸钙相关的热力学数据和晶体结构信息严重不足，制约了烧结机理的研究和过程控制，本项目完成了部分基础工作。主要包括四方面内容：从取样现场调查了14种烧结矿的铁酸钙生成形态和组成，实验室合成12种单体矿物和(Fe1-x,Alx)2O3、Ca5(Fe18,Six)O32+2x、（Fe1-x,Cax）2SiO4、（Fe1-x,Mgx）2SiO4以及Al2O3、SiO2含量变化的四元铁酸钙等多种固溶体，提出了一种烧结矿矿物定量方法；其次，利用Rietveld晶体结构方法，解析了单体矿物和固溶体的晶体结构，深化了空间点阵上原子变化的认识，揭示了从二元到多元铁酸钙生成机理；第三、利用电化学方法，测定了铁酸一钙、铁酸二钙和铁酸半钙的标准生成自由能，特别是后者填补了热力学数据的空白，同时拓展了CaZrO3、NASICON等固体电解质性能和相关电极反应的研究；最后，通过相图提取过剩焓，以正规溶液模型为纽带，建立了热力学性质与晶体结构的关系，发现了相互作用系数a_ij大小与析出晶体有关，并提出铁矿石烧结模型，促进了烧结理论发展。