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1、2.2 熔渣的相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图 一、CaO-SiO2二元系 二、Al2O3-SiO2二元系 三、CaO-Al2O3二元系 四、FeO-SiO2二元系 五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系 2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图 2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,2.2 熔渣的相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,一、CaO-SiO2 二元系,体系特点 体系中有四个化合物 硅酸三钙：3CaOSiO2（C3S） 一致熔融 正硅酸钙：2CaOSiO2（C2S） 不一致熔融 二硅酸三钙：3CaO2SiO2（C3S2）不一
2、致熔融 偏硅酸钙：CaOSiO2（CS） 一致熔融,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,返 回,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续） 一致熔融化合物C2S及CS将整个相图分为三个独立部分 CaOC2S系低共熔型 含有一个在低温及高温下均会分解的化合物C3S。 T 1900C时，C3S -C2S + CaO。 C2SCS系转熔型 含有一个不一致熔融化合物C3S2（1475 C） CSSiO2系包含一液相分层的低共熔型 液相分层区：SiO2 7499.4%，T 1700C。,图222 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,图222 ,体系特点（续） 一致熔融化合物C2S及CS的
3、稳定程度是不同的。 C2S比较稳定，熔化时只部分分解； CS在熔化时则几乎完全分解。 一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。 若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解； 若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔融时会部分分解； 化合物组成点处的液相线越平滑，该化合物熔融时的分解程度也越大。,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,库尔纳柯夫规则 (1),2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,库尔纳柯夫规则 (2),2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续） 图中水平线可分为五大类 低共熔线
4、：3条（2065C，1455C，1436C） 转熔线：1条（1475C） 偏晶线：l条（1700C） 固相分解线：2条（1250C，1900C） 晶型转变线：6条（1470C，1420C，1210C，870C，725C，575C）,图222 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续） 各种钙硅酸盐的熔化温度都很高 熔化温度不超过 1600C的体系只局限于含 3259%CaO范围内。 超过 50% CaO的体系，熔化温度急剧上升。 高炉渣中CaO含量控制在3550%之间； 有色冶金炉渣CaO含量一般在15%以下。 CaO的作用 降低炉渣密度、减少重金属硫化物在炉渣中的溶解度 降低金属
5、在炉渣中的损失。,图222 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,二、Al2O3-SiO2 二元系,历史回顾 莫来石 3Al2O32SiO2（ A3S2 ）是否一致熔融化合物? 当试样中含有少量碱金属杂质，或相平衡实验是在非密闭条件下进行时，A3S2为不一致熔融化合物； 当使用高纯试样并在密闭条件下进行实验时，A3S2为一致熔融化合物。 莫来石是否形成固溶体? 莫来石（A3S2）和刚玉（Al2O3）之间能够形成固溶体，固溶体的组成范围为 71.87 7.5%Al2O3； 常以化合物 A3S2的组成点表示固溶体的组成。,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图
6、,体系特点 体系中生成一个一致熔融化合物A3S2，具有确定的熔点（1850C）。A3S2将SiO2Al2O3二元系划分成两个子二元系SiO2A3S2和A3S2Al2O3。 SiO2A3S2子二元系：简单低共熔型，低共熔温度1595C。 A3S2Al2O3子二元系：简单低共熔型，低共熔温度1840C。 莫来石质（A3S2）及刚玉质（A12O3）耐火砖可作为性能优良的耐火材料。,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,三、CaO-Al2O3 二元系,体系特点 3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系 12CaO7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO3 Al2O3（C5A3） CaOAl2O3（
7、CA） CaO2Al2O3（CA2） 2个不一致熔融化合物 3CaOAl2O3（C3A） CaO6Al2O3（CA6） 所有化合物的熔化温度普遍较高，体系的最低熔化温度为1395 C。 在CaO含量为4552%范围内，本体系能在1450 1550C温度范围内出现液相区 配制的炉外合成渣常选择这一成分范围。,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,四、FeO-SiO2 二元系,体系特点 体系中有一个一致熔融化合物 2FeOSiO2（F2S，正硅酸铁或铁橄榄石），熔点1205C。 该化合物熔化时不稳定，分解为偏硅酸亚铁： 2
8、FeOSiO2 + SiO2 = 2(FeOSiO2) Hm0 T 1205C时，反应向左进行。 FeOSiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔度图中出现。,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,返 回,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续） F2S将FeOSiO2二元系分成SiO2F2S和F2SFeO两个分二元系。 F2SFeO分二元系：简单低共熔型，低共熔温度1180C。 SiO2F2S分二元系：靠近SiO2一侧，当温度高于1698C时，体系中出现一个很宽的液相分层区； 此分二元系包含一个低共熔点（1175C）。 体系中还存在一些高价铁的氧化物，如Fe2O3或Fe3O4。,图
9、225 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,附：Fe2O3含量的折算,FeO为非定组成化合物，而是溶解有Fe3O4的固溶体，其中一部分Fe以Fe2O3形态存在； FeO的硅酸盐熔化后易分解：3FeO = Fe2O3 + Fe， FeO容易氧化为Fe2O3 ； 在大气压力下，沿液相线温度，相应组成的熔体中含有的Fe2O3由正硅酸铁（F2S）处的2.25%增高至纯FeO处的11.56%； 在作该二元系状态图时，须将Fe2O3折算为FeO： (%FeO) = %FeO + y (%Fe2O3) %FeO 体系中FeO（Fe2+）的化学分析数据（重量百分数）； %Fe2O3 体系中Fe2O3（Fe
10、3+）的化学分析数据（重量百分数）； y 折算系数。,图225 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,全氧折合法 3FeO Fe2O3 + Fe y全氧 215.55/159.7 = 1.35 全铁折合法 2FeO (1/2) O2 Fe2O3 y全铁 143.7/159.7 = 0.9 通常采用全铁折合法 在相平衡实验中或取样分析过程中，试样（特别是表面层）中的低价铁很可能部分地被空气氧化为高价铁。,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续） 当SiO2含量为30%左右时，亚铁硅酸盐炉渣的熔化温度约为1200C。 理论上，这样的熔化温度符合有色金属矿物的造流熔炼及还原熔炼的要求。
11、 实际选用的炉渣中，FeO含量不宜过高。 这种熔渣的比重大，不利于渣锍或渣金属的分离。 随FeO含量增加，重金属硫化物在渣中的溶解度（损失）增大。 用高铁质碱性炉渣进行还原熔炼时，FeO也可能部分地被还原为金属铁，可能造成炉缸积铁。 加入CaO，改善炉渣的性能。,图225 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,五、CaO-FeO 二元系,体系特点 此体系不是一个真正的二元系，而是与金属铁平衡的CaOFeOFe2O3三元系相图在CaOFeO边的投影。 体系中有一个不一致熔融化合物2CaOFe2O3，分解温度1133C。 2CaOFe2O3与FexO形成低共熔体，低共熔温度1125C。,2.2.
12、1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,六、CaO-Fe2O3 二元系,体系特点 两性氧化物Fe2O3与CaO形成一个一致熔融化合物：2CaOFe2O3（C2F），熔点1449C。 2个不一致熔融化合物：CaOFe2O3（CF）和CaO2Fe2O3（CF2） CaOFe2O3：分解温度1218C； CaO2Fe2O3仅在11501240C范围内稳定存在。 CF和CF2的熔化温度均在1440C以下 Fe2O3是石灰（CaO）的有效助熔剂。,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,1、CaO-Al2O3-SiO2三元系的应用 冶金炉渣
13、 如高炉炼铁炉渣、铸钢保护渣、炉外精炼渣、锡电炉炉渣、氧化铝生产熟料 硅酸盐领域 如耐火材料、玻璃、水泥、陶瓷,2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,1 硅酸盐水泥 2 高炉渣 3 玻璃， 4 耐火材料 5 陶瓷 6 高铝砖、 莫来石、 刚玉,图228 CaOAl2O3SiO2体系中各种材料的组成范围,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,该体系有10个二元化合物和2个三元化合物。 共有15个组元及与之相应的15个初晶区。 可划分为15个子三角形，对应15个无变点。 其中 8个低共熔点 8个独立三角形； 7个转熔点 无对应的独立三角形。
14、23条二元低共熔线，5条二元转熔线。 8个二元低共熔点，5个二元转熔点。,2、CaO-Al2O3-SiO2三元系相图及其特点,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,返 回,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,在靠近纯 SiO2 附近有一个不大的液相分层区。 当Al2O3含量达到3时，液相分层区消失。 SiO2初晶区内，有一条1470C的方石英与鳞石英之间的晶型转变线。 组成位于以三元低共熔点1和2（1170C 和1310C ）为中心的周围区域中的炉渣体系具有较低的熔化温度。 高炉渣的组成通常位于此区域内。,体系特点（续）,图229 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,表21 CaOAl2
15、O3SiO2系中的化合物,图229 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,表22 CaOAl2O3SiO2系中的无变点,图229 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,3、CaO-Al2O3-SiO2三元系的等温截面图,图229 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,图229 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,图229 ,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,1、CaO-FeO-SiO2三元系的应用 有色冶金炉渣：炼铜炉渣、炼锡炉渣、炼铅炉渣 碱性炼钢炉渣：转炉渣、电炉渣,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,存在一系列固溶体和不一致熔融化合物，FeO易分解、氧化成Fe2O3或Fe3O4，测试较困难，测得的相图有一定差异。 体系内有 5个 二元化合物和 1个 三元化合物； 相图中共有9个初晶面； 有一个宽广的液相分层区； 有一个很大的正硅酸钙（C2S）初晶面； 体系内有某些系列的连续固溶体； 固相内发生复杂的化学变化（如化合物的分解或生成）； 有两条晶型转变线： 方石英 鳞石英 C2S C2S,2、CaO-FeO-SiO2三元系相图及其特点,2.2.3 Ca
