礦石中常見的伴生元素

在鐵礦石中除含鐵物質和脈石之外，通常還含有許多伴生元素。

（1）硫，硫對鋼材是最為有害的成分，它使鋼材具有熱脆性。因為FeS與Fe結合成低熔點(985℃)合金，冷卻后凝固成薄膜狀，并分布于晶粒界面之間，當鋼材被加熱至1150～1200℃時，硫化物首先熔化，使鋼材沿晶粒界面形成裂紋。硫對鑄造生鐵同樣有害，它降低生鐵的流動性及阻止碳化鐵的分解，所以使鑄件容易產生氣孔，又因Fe₃C硬而脆使鑄件難以車削加工并降低鑄件的韌性。國家標準規定硫的含量，煉鋼生鐵最高不能大于0.07%，鑄造生鐵最高不能大于0.06%，因此要求礦石中含硫愈少愈好。

在高爐冶煉過程中。硫在高爐內可以除去90%以上，但脫硫要求提高爐渣堿度。需要增加石灰石的用量，同時渣量也隨之增加，這樣勢必要使高爐焦比升高，產量降低，根據鞍鋼經驗，礦石中含硫升高0.1%，焦比升高5%。一般規定礦石中S≤0.06%為一級礦；S≤0.2%為二級礦；S≤0.3%為高硫礦。

對于含硫高的礦石可以通過選礦、焙燒和燒結等方法處理，以降低礦石含硫量。

（2）磷，磷也是鋼鐵材料的有害成分，磷使鋼鐵具有冷脆的性質。磷化物聚集于晶界周圍減弱晶粒間的結合力，使鋼冷卻時發生很大的脆性，從而造成冷脆現象。但磷又可以改善鐵水的流動性，所以在澆注形狀復雜的普通鑄件時，允許生鐵中含有較高的磷。因磷的存在同樣影響鑄件的強度，所以，除少數高磷鑄造鐵允許有較高的含磷外，一般生鐵含磷愈低愈好。

由于磷在選礦和燒結過程中不易除去，而在煉鐵過程中磷又全部還原進入生鐵，所以控制生鐵含磷的惟一途徑就是控制原料的含磷量。對于高磷礦石。可以冶煉供堿性轉爐用的高磷生鐵，所得的高磷鋼渣是很好的化肥。

（3）鉛，我國一些鐵礦石中含有少量的鉛，在普通燒結過程中不能去除鉛。PbS可用浮選方法分離，含鉛礦石也可用氯化焙燒的方法使鉛鐵分離并加以回收。鉛在高爐內是易還原元素，鉛不溶于生鐵，其相對密度又大于鐵水，所以還原出來的鉛沉積于爐底鐵水層以下。

（4）鋅，我國有些礦石中含有少量的鋅，在普通燒結過程中鋅不能被去除，可以通過氯化焙燒的方法使鋅同鐵分離并加以回收，若鋅以ZnS狀態存在時可用浮選方法分離。

在高爐內鋅是易還原的，且不溶于生鐵。其所以被認為是有害雜質是由于鋅在還原后。在高溫區以鋅蒸氣大量揮發上升并在高爐上部被氧化，結果易生成爐瘤。或者由于ZnS沉積到耐火磚的孔隙中而破壞爐襯，有時使砌磚膨脹而引起爐殼破裂。因此要求礦石中鋅含量愈少愈好，國外冶煉含鋅礦的實踐表明。含鋅量小于0.1%時可順利冶煉。一般要求礦石中含鋅不應超過0.1%～0.2%，若礦石中含鋅高時則不能單獨直接冶煉。必須與含鋅少的礦石混合使用，或進行焙燒，選礦等處理，以降低礦石中的含鋅量。

（5）砷，礦石中的砷在燒結過程中只能除去一部分。也可以用氯化焙燒方法去除，砷在高爐冶煉過程中全部還原進入生鐵中，鋼中含砷大于0.1%以上時，使鋼增加脆性并使焊接性能變壞。所以應控制礦石中砷含量。要求礦石中含砷量不應超過0.07%。

（6）銅，銅在鐵礦石中主要以黃銅礦和孔雀石狀態存在。其中以硫化物形態存在的黃銅礦，可以通過浮選而回收，做到銅鐵分離，但以氧化物狀態存在的銅將進入鐵精礦，銅在燒結過程中不能去除。

在高爐冶煉時銅全部還原到生鐵中，在煉鋼時又進入鋼中，銅在鋼中含量不超過0.3%時，能改善鋼的性質特別是能提高鋼的耐腐蝕性能。但當含銅量超過0.3%時，則金屬的焊接性能降低并產生熱脆現象。一般礦石允許含銅不超過0.2%，對于一些難選的高銅氧化礦，除可用氯化焙燒回收銅外，還可以冶煉高銅鑄造生鐵，這種合金鑄鐵具有很好的機械強度和耐腐蝕性。

（7）氟和稀土元素，氟以CaF₂形式進入渣中，它能增加爐渣的流動性及降低爐渣的熔點。礦石中氟含量過多時會使爐渣在高爐內形成過早，不利于礦石的還原，氟的揮發對耐火材料及金屬結構有一定的腐蝕作用。礦石含氟達1%時對冶煉無影響，含量達4%～5%時，需增加爐渣堿度來控制爐渣的流動性。含氟和稀土元素的鐵礦石，可以通過磁選一浮選的選礦流程而獲得鐵精礦、稀土精礦和螢石。

（8）錳，幾乎一切鐵礦石均含有或多或少的錳元素，但一般含量不高。錳在鋼中可改善鋼的機械性能，尤其是增加鋼的硬度。在冶煉制鋼生鐵時錳的還原率為40%～60%，錳與氧的親和力比較大，在鋼水中和FeO作用生成MnO，從而減少了鋼水中FeO的含量，在鋼材加工時大大地減少由于FeO而產生的裂紋。同時MnO不溶于鋼水中可以浮到液面而除去。這樣錳就成為煉鋼時的脫氧劑。

含錳的粉礦在燒結時錳還可以改善礦石的燒結作用。

（9）鉻，鉻在礦石中常以FeO.Cr₂O₃)狀態存在，在高爐內鉻的還原率可達80%～95%。鉻是鋼中有益元素，可以使鋼的耐腐蝕能力增加。鋼中加入鉻與鎳可制成鎳鉻不銹鋼，此外鉻還能增加金屬的強度。

礦石中的鉻對高爐冶煉的影響不大，但對煉鋼操作卻有影響，由于生鐵中的鉻在煉鋼過程中又被氧化而進入渣中，使爐渣變得很粘稠不好操作。所以希望生鐵中含Cr≤0.4%～0.6%，這就要求鐵礦石中含鉻量不高于0.25%。

（10）鈦，鈦常存在于磁鐵礦中，成鈦鐵礦(FeO.TiO₂)。鈦是近代高溫合金需用的元素之一，鈦在鋼中是一種有益元素。

在高爐冶煉時礦石中的TiO₂除極少部分被還原進入生鐵，其余部分都進入爐渣。鈦渣性質不穩定，在爐缸還原性氣氛下渣中TiO₂將有一部分被還原成Ti₂O₃和金屬鈦。金屬鈦一部分進入生鐵，一部分生成高熔點的TiC和TiN留在渣中。隨著渣中鈦的低價氧化物和鈦的碳氮化物數量的增加，爐渣將出現變稠帶鐵現象。必須采取適當措施減少TiO₂的還原，防止和消除爐渣的稠化，才能保證高爐的正常生產。

(11)釩，釩是非常寶貴的合金元素，通常鈦磁鐵礦中都含有少量的釩，有的褐鐵礦及含磷高的礦石中也含少量的釩。在高爐冶煉中釩可以還原70%～80%。