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1、冶金原理精品课程任务八、 配制火法冶金炉渣上一章冶金原理精品课程任务内容n一、任务目标n二、解决思路n三、任务实践冶金原理精品课程任务目标n一）炉渣的概念n二）炉渣的作用n三）配制炉渣应该达到的要求冶金原理精品课程一）炉渣的概念n 炉渣是火法冶金的必然产物，其组成主要 来自矿石、熔剂中的脉石和燃料中的灰分。n炉渣主要是由各种氧化物组成的共熔体。冶金原理精品课程二）炉渣的作用1、冶金炉渣的主要作用是使矿石和熔剂中的 脉石、燃料中的灰分集中，并在高温下与主 要的冶炼产物金属、硫等分离。冶金原理精品课程二）炉渣的作用2、炉渣是一种介质，进行着许多冶金反应。 例如，在铅还原熔炼时，溶解在炉渣中的硅酸
2、铅便可直接从炉渣中被还原剂（CO或C） 还 原。金属在炉渣中的损失主要决定于这些反应 的完全程度。冶金原理精品课程二）炉渣的作用3、在炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分 离，沉降分离的完全程度对金属在炉渣中的机 械夹杂损失起着决定性的作用。冶金原理精品课程二）炉渣的作用4、对鼓风炉这一类竖炉来说，炉内可能达到 的最高冶炼温度取决于炉渣的熔化化温度。 最高冶炼温度大致为炉渣熔化温度加上一定 的过热度（423523）。在炉渣组成的一 定的情况下，企图用向炉子增加热量的办法 来提高炉温是不可能的，因为多供应的热量 只能促使更多的炉料熔化。冶金原理精品课程二）炉渣的作用5、在金属和合金的熔炼和精炼时，
3、炉渣与金 属熔体的组分相互进行反应，从而可以通过 炉渣对杂质的脱除和浓度加以控制。在某些 情况下，炉渣可用来覆盖在金属或合金之上 ，作为一种保护层，以防止金属熔体受炉气 的饱和和氧化。冶金原理精品课程二）炉渣的作用6、在某些情况下，炉渣不是冶炼厂的废弃物 ，而是一种中间产物。 例如，钛铁矿常用电炉冶炼成高钛渣，再进 而提取钛。又如对铜、铅、砷和其它杂质很 多的锡矿，常先进行造渣熔炼使90的锡成 渣，然后再冶炼含锡渣提取金属锡。冶金原理精品课程二）炉渣的作用7、用矿热式电炉冶炼时，炉渣是电阻发热体 ，可用调节电极插入渣中深度的方法来调节 电炉的功率。用反射炉熔炼时，炉渣是传热 介质，通过它把热量
4、传递给金属熔体。冶金原理精品课程三）配制炉渣应该达到的要求要使炉渣在冶炼过程中发挥其有利的作用 ，就必须根据各种有色金属冶炼过程的特点， 合理地选择炉渣成分，使之具有合适要求的物 理化学性质，如适当的熔化温度和酸碱性、较 低的粘度和密度等。下一节冶金原理精品课程解决思路一）了解炉渣中氧化物的分类二）通过硅酸度、碱度控制渣型 上一节冶金原理精品课程教学内容n一）氧化物的分类n二）炉渣酸、碱度的计算冶金原理精品课程一）氧化物的分类1、冶金炉渣是极为复杂的体系，常由五、六 种或更多的氧化物组成，并含有如氟化物、 硫化物等化合物。 2、炉渣中含量最多的氧化物通常只有三个， 其总含量可达80%以上。对有
5、色冶金中的大 多数炉渣来说，这三种氧化物是 SiO2 、 FeO 、 CaO,而另一些有色冶金炉渣则为 SiO2 、CaO、Al2O3冶金原理精品课程表表- -某些有色冶金炉渣的成分（质量）某些有色冶金炉渣的成分（质量）冶金原理精品课程一）氧化物的分类1、碱性氧化物：能供给氧离子的氧化物O2- ， 如CaO、MnO、FeO、MgO等CaO=Ca2+ O-冶金原理精品课程一）氧化物的分类2、酸性氧化物：能吸收氧离子而形成配合阴 离子的氧化物，如SiO2、P2O5等SiO22O2-=SiO44-冶金原理精品课程一）氧化物的分类3、两性氧化物：在酸性氧化物过剩时可供给 氧离子而呈碱性，而在碱性氧化物
6、过剩时则又 会吸收氧离子形成配合阴离子而呈酸性的氧化 物，如 Al2O3、ZnO、Fe2O3、PbO等Al2O32Al3+3O2- Al2O3O2-=2AlO2-冶金原理精品课程二）炉渣酸、碱度的计算1、酸、碱度的表示方法：熔渣的酸性或碱性取决于其中占优势的 氧化物是酸性或碱性。对于冶金炉渣，习惯 上常用硅酸度表明渣的酸、碱性，有时也用 碱度表示。冶金原理精品课程酸性氧化物中氧的含量之和硅酸度 碱性氧化物中氧的含量之和二）炉渣酸、碱度的计算冶金原理精品课程CaO(%含量) 碱度SiO2(%含量) 二）炉渣酸、碱度的计算冶金原理精品课程例题1 某炼铜厂所产炉渣的成分为： SiO237.9%、Al
7、2O3.、FeO46.7%、 CaO1.7%、MgO1.9%,求其硅酸度。二）炉渣酸、碱度的计算冶金原理精品课程解：按100炉渣计算，渣中酸性氧化物为 SiO2、碱性氧化物为CaO、MgO、FeO， 两性氧化物Al2O3在渣中SiO2含量高时可将 其看成碱性氧化物，该炉渣的硅酸度为：冶金原理精品课程例题2 某高炉炼铁渣含CaO44%、 SiO240%,求其碱度？ 解： 按100kg 渣量计算，该炉渣的碱度为：碱度44/401.1二）炉渣酸、碱度的计算冶金原理精品课程小结硅酸度这个概念并不十分科学，它不能全 面地表示出炉渣的本质，但它在很大成度上确 实表明了炉渣的酸碱性，对有色冶金炉选择耐 火材
8、料来说，炉渣的硅酸度是必须考虑的重要 因素之一。下一节冶金原理精品课程任务实践一）炉渣系状态图（相图）基本知识 二）炉渣系二、三元状态图上一节冶金原理精品课程教学内容n一）炉渣系状态图（相图）基本知识n1、SiO2-CaO二元系n2、FeO-SiO2二元系n3、CaO-FeO-SiO三元系n4、Al2O3-SiO2二元系n5、CaO-AL2O3二元系n6、CaO-Al2O3-SiO2三元系冶金原理精品课程炉渣系状态图（相图）基本知识 1、冶金炉渣的组成和物理化学性质杂很 大程度上与CaO-FeO-SiO2 三元系状态图和 CaO-Al2O3三元系状态图有关。冶金原理精品课程炉渣系状态图（相图）
9、基本知识2、通过对炉渣系二、三元状态图的研究 ，可以了解炉渣的熔化温度与组成之间的关系 以及一定温度与组成下的相结构。冶金原理精品课程炉渣系状态图（相图）基本知识 1、冶金炉渣的组成和物理化学性质杂很 大程度上与CaO-FeO-SiO2 三元系状态图和 CaO-Al2O3三元系状态图有关。冶金原理精品课程炉渣系状态图（相图）基本知识 1、冶金炉渣的组成和物理化学性质杂很 大程度上与CaO-FeO-SiO2 三元系状态图和 CaO-Al2O3三元系状态图有关。冶金原理精品课程概述3、状态图又称相图，是用几何图形表示 一个平衡体系的温度、压力和组成的关系。对 于炉渣的研究，常用的状态图是温度和组成
10、的 平衡图。冶金原理精品课程炉渣系状态图（相图）基本知识 1、冶金炉渣的组成和物理化学性质杂很 大程度上与CaO-FeO-SiO2 三元系状态图和 CaO-Al2O3三元系状态图有关。冶金原理精品课程1、SiO2-CaO二元系 n图1-1是CaO-SiO2系的状态图，这个体系内有下列 化合物生成：n（）CaOSiO2即CaOSiO3,称偏硅酸钙。它有 和两中晶体，1817K熔化。n（）CaO2SiO2即Ca3SiO7,称焦硅酸钙1737 分解。n（） 2CaOSiO2即Ca2SiO4,称正硅酸钙，有、 和三种晶型，2403熔化。n（）3CaOSiO2即Ca3SiO5,在1523形成， 2173
11、分解。冶金原理精品课程n体系内形成三种共晶：n（）SiO与CaOSiO2组成的共晶，共晶 温度为1709。n（）CaOSiO2与CaO2SiO2组成的共 晶温度为1733。n（）CaOSiO2与CaO组成的共晶，共 晶温度为2338。1、SiO2-CaO二元系 冶金原理精品课程n纯CaO的熔点为2843，纯SiO2的熔点为 2001。SiO2在下列温度下发生晶型转变：n石英=磷石英= 石英n此外，体系乃还存在液相分层区，大约在 1973K以上二液相平衡共存，它们的组成由 二边界线（虚线）表示。1、SiO2-CaO二元系 冶金原理精品课程n 从图1-1可见，各种硅酸钙盐的熔化 温度都很高，熔点低
12、于1873的硅酸钙位于 含CaO3259%的狭窄组成范围内，而且如 在含CaO59%时再增加CaO,则熔点将急剧 升高。所以纯石灰质的硅酸盐在熔化温度上 就不适于用作有色金属冶炼渣。但CaO能使 炉渣的密度降低，且石灰质硅酸盐溶解重金 属硫化物的能力比较小，所以作为一个造渣 成分，还是有其有利的一面1、SiO2-CaO二元系 冶金原理精品课程冶金原理精品课程2、FeO-SiO2二元系 n 图1-2是FeO-SiO2二元系壮态图。严格说来， 这不是一个真正的二元系。因为FeO并不是一个固定 组成的化合物，而是溶解有Fe3O4的固熔体，将 Fe3O4看成FeOFe2O3,因而有一部分Fe系以Fe2
13、O3形 态存在。此外，FeO的硅酸盐在熔化后易分解，FeO 也容易被氧化成高价氧化物。在作该二元系状态图时 已将各种含铁氧化物皆折算为FeO,因而此图实际上是 一个假二元系状态图。 冶金原理精品课程n在图上部算出了液相中Fe2O3含量随着SiO2含量 而改变的曲线。当液相成分接近于铁橄榄石（ FeOSiO2）时，Fe2O3含量为2.25。n 如图1-2所示，这个二元系只有一个稳定的 化合物，叫做铁橄榄石，其熔点为1478，它的液 相线是平滑的，说明它熔化后易分解。此外，这个 二元系有两个共晶，其共晶温度几乎相等（1450 和1451）。2、FeO-SiO2二元系 冶金原理精品课程n 由图1-2
14、可见，当SiO2含量在30左 右时，系统的熔化温度最低（1460左右） ，与有色冶炼炉渣的熔化温度相近。因此， 单就熔点来说，理论上用熔化温度为1473 ，而成为接近纯2FeOSiO2的炉渣进行造硫 或还原熔炼是可行的。2、FeO-SiO2二元系 冶金原理精品课程n但是，这种熔渣的缺点是密度较大（含 FeO高达70），因而与锍或金属的分离效 果不好。又因硅酸盐中的FeO含量愈高，其 对硫化物的溶解能力愈大，导致金属损失增 大。因此，在实践中不能单独用氧化亚铁硅 酸盐作炉渣，而必须加入CaO以改善炉渣的 性能。2、FeO-SiO2二元系 冶金原理精品课程冶金原理精品课程3、CaO-FeO-SiO
15、三元系 n 以上分析说明纯氧化亚铁硅酸盐或纯氧 化钙硅酸盐都不适宜于单独有色冶炼炉渣。在 实践中，能符合有色冶金过程要求的炉渣是铁 钙硅酸盐的熔合体，其中基本组成部分为FeO 、CaO和SiO2。因此，CaO-FeO-SiO2三元系 是有色冶金炉渣的主要造渣系。冶金原理精品课程3、CaO-FeO-SiO三元系n 与FeO-SiO2二元系相同，由于存在氧 化铁分解、氧化等原因，给CaO-FeO-SiO2三 元系平衡状态图的研究带来一定困难，研究结 果亦互有差异。n 三元系内有三个组分，如再考虑温度的 影响，则用等边三角形平面表示组分浓度的变 化，再在此三角形平面上竖立垂直纵轴以表示 温度，这样就
16、构成了三棱柱体的空间相图。 冶金原理精品课程3、CaO-FeO-SiO三元系n由于三元系的立体状态图比较复杂，实践中 应用较少，常将立体图中的面、线及点的关系 投影到浓度三角形平面上，使空间的相图平衡 关系简化成水平投影图。利用这种投影图就易 于分析炉渣的组成与温度之间的关系。冶金原理精品课程3、CaO-FeO-SiO三元系n 图为CaO-FeO-SiO2三元系水平 投影状态图，简称三元系相图，这个系统的特 点是其中有许多固熔体，而且在固相内进行着 复杂的变化。图中靠近SiO2顶角有较大范围的 硅酸盐的液相分层区，而在偏CaO顶角则是高 熔点的CaO存在区。在此两区之间为1673以 下的单一液相区。 冶金原理精品课程3、CaO-FeO-SiO三元系n其等温线由CaO-SiO边倾斜横越全图，直达 Fe
