1 前言
烧结矿中具有富含固溶SiO2的SFCA相、富含Fe2O3的SFCA-Ⅰ相，根据其组织结构特征区分，经历过熔融且与二次赤铁矿相邻的较大晶体被视为SFCA相，而与一次赤铁矿相邻、呈现出微细针状组织的被视为SFCA-I相。鉴于烧结矿SFCA相的化学组成和晶体结构对其还原性有显著影响，为开发低碳冶炼新工艺，对SFCA相进行结构表征是必不可少的。
2 试验过程和方法
参考实际烧结矿中化学组成用试剂制备SFCA相。烧结矿1000℃下预烧后，在空气中于1250-1350℃焙烧。本试验主要关注烧结矿中各种SFCA相的化学成分及其晶体结构，未对焙烧气氛和冷却条件做特别控制。对试样粉末进行X射线衍射（XRD）、组织观察、拉曼散射及EPMA成分分析，以分析试样的构成相。
3 试验结果
SFCA相晶体结构可用尖晶石层（S）和辉石片（P）的堆叠模式进行分类。SFCA相[2M0.5Fe1.5O3+Fe3O4]呈-SP-SP-堆叠，SFCA-Ⅰ相[MFeO3+Fe3O4]呈-SSPSSP-堆叠。此外，有研究报告报道，还有结构组成是MO·2.33Fe2O3的SFCA-Ⅱ相和结构组成是MO·1.67Fe2O3的SFCA-Ⅲ相。其各自的层堆叠可分别表示为-SPSSPSPSSP-和-SSSP-SSSP-。一般而言，SFCA相的晶体结构具有（Ca，Mg，Fe）2++Si4+/2Fe3+ 以及Al3+/Fe3+ 的元素置换，因此难以在较宽的温度范围内确定各种SFCA相的组成稳定区域。此外，S层和P层的堆叠缺陷的存在使情况更为复杂，由堆叠缺陷引起的组成波动也不可忽视。
由于尖晶石片和辉石片的阳离子/阴离子比不同，根据EPMA分析结果，能够判定SFCA相的平均晶体结构。具体而言，对应于SFCA相、SFCA-Ⅰ相、SFCA-Ⅱ相、SFCA-Ⅲ相阳离子数总和与氧原子数之比（ΣCation/O）分别是0.7、0.714、0.708和0.722。
模拟实际烧结矿（Sinter5）的组织结构可分类为与赤铁矿共存的1H-ACF、2H-CF以及与磁铁矿共存的M-FCF、M-CCF。表1展示了各区域可观察到的SFCA相的分析结果。
在1H-ACF区和M-CF区观测到的SFCA相的ΣCation/O比表明，1H-ACF区和M-CF区分别存在贫Fe2+ SFCA相、富Fe2+ SFCA相。
在2H-CF区观察到的SFCA相的阳离子/氧比值（7.05）对应于SFCA-I相的典型比值，表明SFCA-I相的存在。这一发现与以往认为与二次赤铁矿共存、尺寸较大的SFCA的晶体结构为SFCA相的表述相矛盾，表明烧结矿组织与晶体结构之间的关联性并非如此简单。另一方面，在FeO含量方面，形成针状组织的1H-ACF区域的SFCA相比2H-CF区域的更高，这与以往的分析结果一致。
关于SFCA-Ⅲ相，以往的合成试验中仅报道了其在富MgO、贫Fe2O3区域的存在，而Fe2O3含量超过84wt.%的SFCA-Ⅲ相此前从未有过报道。
在烧结矿Sniter5发现SFCA-Ⅲ的合成：参考Sniter5的2H-CF区域存在的SFCA-Ⅲ相的EPMA分析数据及以往报道的富MgO SFCA（M）-Ⅲ的化学成分，进行了SFCA-Ⅲ的单晶合成试验。
对试验得到的单晶试样粉末进行X射线衍射试验，图1展示了晶体试样的X射线衍射试验结果。SFCA-Ⅲ相存在于相当宽的组成范围内，能够含有与SFCA相及SFCA-I相相当水平的FeO。此外，还发现MgO成分的固溶存在限制，在富MgO区域中尖晶石固溶体（磁铁矿-镁铁矿）会趋于稳定。
4 总结
研究表明，用EPMA解析结果计算的ΣCation/ O比可对SFCA相的结构进行有效分类。在经历熔融过程、ΣCation/O比大于0.7且预计尖晶石层比例较高的2H-CF区域中，存在SFCA相、SFCA-I相及SFCA-Ⅲ相三种相。
构成烧结矿的主要相SFCA-Ⅲ相存在于Fe2O3含量大于84%的区域内。表明除了以往被认为是主要构成成分的SFCA相和SFCA-I相之外，SFCA-Ⅲ相有望作为能够控制烧结矿功能的连接矿物相成分发挥作用。
