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1、第一篇 冶金熔体,第一篇 冶金熔体,冶金原理,第一章 冶金熔体概述,第一章 冶金熔体概述,许多高温冶金过程，都是在熔融介质中进行的； 很多冶炼过程，产物或中间产品为熔融状态物质。 冶金熔体在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物 冶金熔体的分类根据组成熔体的主要成分的不同 金属熔体 熔渣 熔盐 非金属熔体 熔锍,1.0 概 念,1.0 概 念,1.1 金属熔体,金属熔体 液态的金属和合金 如铁水、钢水、粗铜、铝液等 金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品， 而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加者。,1.1 金属熔体,1.2 熔 渣,熔渣主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成的氧化物组成
2、的熔体。 如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3 除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化合物甚至金属 如氟化物、氯化物、硫化物、硫酸盐等,1.2 熔 渣,二、常见冶金炉渣的组成,1.2 熔 渣,结 论： 冶金炉渣通常由五、六种或更多的氧化物组成。 炉渣常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。 炉渣中含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量可达80%以上。 大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是： FeO、CaO、SiO2 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、Al2O3、SiO2,1.2 熔 渣,三、熔渣组分的来源,矿石或精矿中的脉石 如高炉冶
3、炼：Al2O3、CaO、SiO2等 为满足冶炼过程需要而加入的熔剂 如CaO、SiO2、CaF2等改善熔渣的物理化学性能 冶炼过程中金属或化合物（如硫化物）的氧化产物 如炼钢：FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等 造锍熔炼：FeO、Fe3O4等。 被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时，MgO主要来自镁砂炉衬,1.2 熔 渣,四、熔渣的主要作用与分类, 不同的熔渣所起的作用是不一样的 根据熔渣在冶炼过程中的作用，可将其分成四类： 1、冶炼渣（熔炼渣） 是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中生成的 主要作用汇集炉料（矿石或精矿、燃料、熔剂等）
4、中的全部脉石成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物（金属、熔锍等）分离。 例如，高炉炼铁中，铁矿石中的大量脉石成分与燃料（焦炭）中的灰份以及添加的熔剂（石灰石、白云石、硅石等）反应，形成炉渣，从而与金属铁分离。 造锍熔炼中，铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一起，形成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉石成分形成熔渣。,1.2 熔 渣,2、精炼渣（氧化渣） 是粗金属精炼过程的产物。 主要作用捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。 例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成CaO和FeO含量较高的炉渣，从而除去钢液中的硫、磷
5、等有害杂质，同时吸收钢液中的非金属夹杂物。,1.2 熔 渣,3、富集渣 是某些熔炼过程的产物。 作用使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。 例如，钛铁矿常先在电炉中经还原熔炼得到所谓的高钛渣，再从高钛渣进一步提取金属钛。 对于铜、铅、砷等杂质含量很高的锡矿，一般先进行造渣熔炼，使绝大部分锡（90%）进入渣中，而只产出少量集中了大部分杂质的金属锡，然后再冶炼含锡渣提取金属锡。,1.2 熔 渣,4、合成渣 是指由为达到一定的冶炼目的、按一定成分预先配制的渣料熔合而成的炉渣。 如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣等。 这些炉渣所起的冶金作用差别很大。 例如，电
6、渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质、吸收非金属夹杂物。 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。,1.2 熔 渣,五、熔渣的其它作用,作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质 冶炼中生成的金属液滴或锍的液滴最初是分散在熔渣中的，这些分散的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。 在竖炉（如鼓风炉）冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸的最高温度。 对于低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加大炉料的熔化量而不能进一步提高炉子的最高温度。 在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种粘合剂。 烧
7、结时，熔化温度较低的炉渣将细粒炉料粘结起来，冷却后形成了具有一定强度的烧结块或烧结球团。 在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属熔体被氧化性气体氧化，减小有害气体（如H2、N2）在金属熔体中的溶解。,1.2 熔 渣,六、熔渣的副作用,熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷 大大缩短了炉子的使用寿命 炉渣带走了大量热量 大大地增加了燃料消耗 渣中含有各种有价金属 降低了金属的直收率,1.2 熔 渣,1.3 熔 盐,熔盐盐的熔融态液体 通常指无机盐的熔融体 常见的熔盐由碱金属或碱土金属的卤化物、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐等组成。 熔盐一般不含水，具有许多不同于水溶液的性质。 例如，熔盐的
8、高温稳定性好，蒸气压低，粘度低，导电性能良好，离子迁移和扩散速度较高，热容量高，具有溶解各种不同物质的能力等。 广泛应用于诸多工业部门 冶金、材料、化工、核工业、能源技术、环境保护等。,1.3 熔 盐,在冶金领域，熔盐主要用于金属及其合金的电解生产与精炼 熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼 这些金属都属于负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来 例如，铝的熔盐电解是工业铝生产的唯一方法 其它的碱金属、碱土金属，钛、铌、钽等高熔点金属以及某些重金属（如铅）的熔盐电解法生产 利用熔盐电解法制取合金或化合物 如铝锂合金、铅钙合金、稀土铝合金、WC、TiB2等,熔盐的冶
9、金应用（一）,1.3 熔 盐,某些氧化物料（如TiO2、MgO）的熔盐氯化 适合处理CaO、MgO含量高的高钛渣或金红石 流程短、原料适应性强、设备生产率高、产物杂质含量低。 用作某些金属的熔剂精炼法提纯过程中的熔剂 例如，为了降低粗镁中的非金属杂质和某些金属杂质，采用由碱金属和碱土金属的氯化物、氟化物的混合熔剂进行精炼。 熔剂在精炼中的作用： 除去镁中的某些杂质 在熔融的镁表面形成一层保护膜，将镁与空气隔绝防止其燃烧。,熔盐的冶金应用（二）,1.3 熔 盐,1.3 熔 盐,1.4 熔 锍,熔锍多种金属硫化物（如FeS、Cu2S、Ni3S2、CoS等）的共熔体 其中往往溶有少量金属氧化物及金属 工业上常称作冰铜 熔锍是铜、镍、钴等重金属硫化矿火法冶金过程的重要中间产物 如硫化铜精矿的火法处理造锍熔炼 金属硫化物熔合 锍相 脉石成分 + 造渣熔剂熔合 渣相 贵金属 锍相 熔锍一般经过下一步的吹炼过程产出粗金属 熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影响。,1.4 熔 锍,1.4 熔 锍,
