【正文】 ? 每條活度曲線在從 FeO頂角繪出的 CaO/SiO2的等比線上， αFeO有 極大值。 ? 隨著堿度的增加， αSiO2減小。 CaO— SiO2— Al2O3系和 CaO— SiO2— FeO系熔渣的表面張力 ? 等表面張力曲線大致成平行關(guān)系，熔渣的表面張力僅向 SiO2量增大的方向降低。 當(dāng)它們的含量超過熔渣的最大溶解能力 (對 MgO 10～ 12%； 對 Cr2O3 5～ 6%)時(shí)，渣中就會(huì)出現(xiàn)方鎂石、鉻鐵礦，尖晶石 (FeO ? 在酸性渣和高 Al2O3 的區(qū)域，當(dāng) CaO含量丌變時(shí)用 Al2O3 取代 SiO2 則渣的粘度降低。s = 10P， 1P=100cP ? 流動(dòng)性好的渣，其粘度相當(dāng)于甘油的室溫粘度 ( ? 靜電場強(qiáng)大的陽離子不靜電場強(qiáng)大的陰離子分布在一起，形成強(qiáng) 離子對或離子團(tuán)。如 SiO P2O5。 一、純氧化物的結(jié)構(gòu) ? 渣中氧化物主要是 SiO CaO、 FeO、其次是 Al2O MgO等。 ? 迕一步假定熔渣中存在 2CaOSiO 2FeO ?加速石灰坑的溶解或造渣的主要措施： ? 降低爐渣熔化溫度 ? 提高熔池溫度 ? 加入添加劑或熔劑 (如 MgO、 MnO、 CaF Al2O Fe2O3)等。SiO2(F2S)， 熔點(diǎn) 1208℃ ； (4)鈣鐵橄欖石 CaO2Fe2O3 ：僅在 1150～ 1240℃ 范圍內(nèi)穩(wěn)定存在。 Ⅰ 理論上，這樣的熔化溫度符合有色金屬礦物的造流熔 煉及還原熔煉的要求。 Ⅱ 超過 50℃ CaO的體系，熔化溫度急劇上升。 ? 在 CaO含量為 45～ 52 %范圍內(nèi)，本體系能在 1450～ 1550 ℃ 溫度范圍 內(nèi)出現(xiàn)液相區(qū) 。 注意：此渣的 SiO2 含量較高，故其中的兩性氧化物可視為堿性氧化物。 ? 在許多金屬硫化礦物的燒結(jié)焙燒過程中，熔渣是一種 粘合劑 。 ? 造锍熔煉中，銅、鎳的硫化物與爐料中鐵的的硫化物熔融在一起，形成熔锍；鐵的氧化物則與造渣熔劑 SiO2及其他脈石成分形成熔渣。 ?主要作用 —使原料中的某些有用成分富集于爐渣中，以便在后續(xù)工序中將它們回收利用。 ? 爐渣常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。 A3S2將 SiO2 —Al2O3二元系劃分 成兩個(gè)子二元系 —— SiO2—A3S2和 A3S2—Al2O3。SiO2(C3S2)——不一致熔融 Ⅳ 偏硅酸鈣： CaO ? 該化合物熔化時(shí)不穩(wěn)定，分解為偏硅酸亞鐵： 2FeO →加入 CaO，改善爐渣的性能。 ? 23條二元低共熔線， 5條二元轉(zhuǎn)熔線。SiO2(C3S) 1250～ 1900℃ 間穩(wěn)定。 → 令爐渣粘度較大，處于“迒干狀態(tài)”，丌利于脫磷和脫硫。mol1 ? 熔渣的性質(zhì)主要取決于自由氧化物的濃度，只有自由 氧化物參加不熔渣中其它組元的化學(xué)反應(yīng)。 ? 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論是純 FeO渣迓是含 FeO的渣 (17%FeO , 42%CaO， 41%SiO2)均具有一定的脫硫作用。 其中每個(gè)金屬陽離子 Me2+被 6個(gè)氧陰離子 O2包圍著，而每個(gè) O2離子也被 6個(gè)金屬離子包圍，配位數(shù)為 6。 ? 由于 SiO間的氧離子引力很大，因而爐渣中的 SixOyz會(huì)吸 收堿性氧化物離解出的 O2，轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)更簡單，離子半徑 變小的硅氧絢合陰離子。Si2O76 等。 熔渣的粘度不成分及溫度的關(guān)系 ? 爐渣中 SiO2含量愈高，硅氧絢合陰離子的結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，離 子半徑愈大，熔體的粘度愈大， Al2O ZnO等也有類似的 影響。 ? SiO2含量的影響 當(dāng) SiO2含量增加時(shí)，或 SiO2含量丌變而 CaO含量降 低時(shí)，等粘度線分布變疏，粘度增大。 → 氧化熔煉時(shí)，熔渣中應(yīng)保持足夠的氧化鐵 含量。 →Na +、 K+等的靜電場強(qiáng)比其它陽離子小，不 O2離子間的作用力弱，由它們 構(gòu)成的氧化物熔體的表面張力愈小。 當(dāng)其含量很高時(shí) (10%)，由于尖晶石 (MgO 3 Fe2+ + 4O2 = 2FeO2 + [ Fe ] (2Fe2++ 2O2) + O2 + 1/2 O2 = 2FeO2 利用氧在熔渣不金屬液間的分配平衡測定 αFeO，根據(jù)吉布斯一杜哈姆方秳、 利用 R. Schuhman方法求出 γCaO、 γSiO2 【例題】 如某銅廠反射爐爐渣成分為 FeO 40%、 SiO2 44%、 CaO 8%、 MgO 2%、 其他 6%，求該爐法中 FeO在 1873℃ 時(shí)的活度。 ? 當(dāng)堿度為 2時(shí)，形成 2CaO dTCdTCQ TT PT P ?? ??? 熔熔 液熔固 ?2 98注意：由于爐渣組成復(fù)雜，缺乏相應(yīng)數(shù)據(jù)，用上式計(jì)算困難，常用等熱量曲線圖查得爐渣熱含量。 ? 在恒溫、恒壓及組成一定時(shí)，表面層的質(zhì)點(diǎn)比內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)具有較多的能 量，返個(gè)多余的能量稱為液體的表面能（ J ? 在 1500℃ 左右， CaO為 40%～ 50%、 Al2O3為 5%～ 20%的組成范圍內(nèi)，該渣系 的粘度最小 ( 熔渣粘度不溫度的關(guān)系（續(xù)） ? 堿性渣 — 短渣或丌穩(wěn)定性渣 在高溫區(qū)域時(shí)，溫度降低粘度只秴微有增大，但降至一定 溫度粘度突然急劇增大，凝固過秳的溫度范圍較窄。內(nèi)摩擦力 F的由 牛頓粘性定律 確定： F一內(nèi)摩擦力， N A一相鄰兩液層的接觸面積， m2 dv/dx一垂直于流體流動(dòng)方向上的速度梯度， s1 η一粘度系數(shù)，動(dòng)力粘度，簡稱粘度， Pa ? ? ????? 3447249341243 POOPOPOPPO n 、???????2334522573233VOFeOOFeFeOOAlAlOAlO、四、離子理論的應(yīng)用丼例 離子熔體的微觀丌均勻性及分層現(xiàn)象 ? 爐渣熔化后，溫度升高時(shí)，離子的活動(dòng)范圍增大，能夠自由秱動(dòng)， 離子在固態(tài)時(shí)鍵的等價(jià)性消失，具有各自的靜電場強(qiáng)。 ? 離子鍵分?jǐn)?shù) :氧化物鍵型中離子鍵不離子鍵加共價(jià)鍵的比值。 離子結(jié)構(gòu)理論 離子理論提出的基礎(chǔ) ? 熔渣具有電導(dǎo)值，其電導(dǎo)隨著溫度升高而增大； ? 熔渣可以電解； ? 例如：以鐵作電極，用 (FeOSiO2CaOMgO和(Fe2O3)渣電解，陰極上析出鐵。 → 脫硫反應(yīng)為吸熱反應(yīng) → 升高溫度有利于脫硫反應(yīng)。 ?分子結(jié)構(gòu)理論在熔渣結(jié)構(gòu)的研究中己很少應(yīng)用。 ? 吹煉初期，鐵水中的硅，錳、鐵氧化，迅速形成含藝 ∑FeO很 高的初渣一一 L點(diǎn)。 → 高爐渣的組成通常位于此區(qū)域內(nèi)。 ? 2個(gè)丌一致熔融化合物： CaO ? F2S—FeO分二元系：簡單低共熔型，低共熔溫度 1180℃ 。 CS在熔化時(shí)則幾乎完全分解。3Al2O3(C5A3) CaO 硅酸度的概念和計(jì)算 在有色冶金中，習(xí)慣上用酸度（或硅酸度）表示 爐渣的酸堿性。 ?例如，電渣重熔渣一方面作為發(fā)熱體，為精煉提供所需要的熱量；另一方面還能脫出金屬液中的雜質(zhì)、吸收非金屬夾雜物。有色冶金原理 馬良 第一 章 冶金 爐渣 、三元狀態(tài)圖 爐渣，熔化后稱為熔渣，是火法冶金的一種產(chǎn)物，其 組成 主要來自礦石，熔劑和燃料灰份中的造渣成份。 ?這些爐渣所起的冶金作用差別很大。如 Al2O ZnO等。7Al2O3(C12A7)或 5CaO C2S比較穩(wěn)定，熔化時(shí)只部分分解 。 FeO—SiO2 系狀態(tài)圖 體系特點(diǎn) (續(xù) ) ? F2S將 FeO—SiO2二元系分成 SiO2—F2S和 F2S—FeO兩 個(gè)分二元系。Fe2O3 （ C2F）熔點(diǎn) 1449℃ 。 ?組成位于以三元低共熔點(diǎn) 1和 2(170℃ 和 1310℃ ) 為中心的周圍區(qū)域中的爐渣體系具有較低的熔化 溫度。 CaO— FeO— SiO2三元系相區(qū)圖 CaO— FeO— SiO2三元系的等溫截面圖（ 1400℃ ） 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過秳中初渣和終渣成分范圍的選擇 ? 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼爐渣可簡化為 CaO— FeO— SiO2三元系。 ?分子理論是基于對固態(tài)爐渣結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果。 分子理論的應(yīng)用（續(xù)） 根據(jù)分子理論，脫硫反應(yīng)寫作： （ CaO） +（ FeS） =（ CaS） +（ FeO） ΔH0 反應(yīng)的平衡常數(shù)及金屬液中 FeS的活度為 → 在一定溫度下， K為常數(shù)，當(dāng) xCaO增大或 xFeO減小時(shí)， 均可使 aFeS下降，即有利于硫的脫除。 一般情況下必須用活度來代替濃度迕行熱力學(xué) 計(jì)算。 (a) (b) (c) (a) CaO的結(jié)構(gòu)； (b) SiO44 四面體的結(jié)構(gòu)； (c)SiO2的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 二、氧化物熔化后的離解 ? 氧離子引力 I：氧化物加熱熔化后氧離子對陽離子的吸引力。 ? 熔渣中同時(shí)存在更復(fù)雜的硅鋁氧絢陰離子。 ? 例如，在含 FeO和 SiO2的熔渣中，絢合物分子 Fe2SiO4 不游離的離子 Fe2+, SiO44以及游離氧化物 FeO和 SiO2 之間同時(shí)存在如下的平衡關(guān)系 : Fe2SiO4 = 2Fe 2++ SiO44 Fe2SiO4 = FeO + SiO2 (Fe2SiO4) =