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降低铅鼓风炉炉渣含铅的途径

作者简介:朱吾意(1972-),男,工程师,主要从事有色金属冶炼技

术工作。

降低铅鼓风炉炉渣含铅的途径

朱吾意

(株洲冶炼集团有限责任公司,湖南株洲　412004)

摘　要:分析了熔融炉渣的物理化学性质,在认真总结鼓风炉炼铅生产实践经验的基础上,指出降低铅鼓风炉炉渣含铅的途径。关键词:熔融炉渣;铅鼓风炉;渣含铅

中图分类号:TF812 文献标识码:A 文章编号:1003-5540(2004)05-0026-03

随着市场经济的发展,要想使企业的产品打入

国际市场,提高产品市场竞争力,在依靠质量取胜的同时,降低生产成本也是重要的手段之一。株冶铅系统自1988年改造以来,基本的操作、工艺、技术日趋成熟,但是随着矿山资源的大量开采,原料成分、结构变得更为复杂,这就给降低铅鼓风炉炉渣含铅带来了被动的局面。株冶近6年铅鼓风炉渣含铅情

况列于表1。

表1　株冶近6年鼓风炉渣含铅情况

年度

1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1999年

3.92

4.23 3.34 4.16 4.04 3.16 4.60 4.50 3.96 3.97 3.63 3.672000年 2.84 2.89 2.31 2.32 3.18 2.87 2.86 3.12 3.27 3.14 2.03 1.852001年 3.54 2.98 3.88 3.33 3.87 2.59 2.03 2.15

2.15 1.90 2.43 2.892002年 2.95 2.99 2.42 2.31

3.26 2.96 3.42—

3.56 3.03 2.97 3.012003年 3.15 3.01 3.10 3.09 2.99 3.19

3.46

3.51

3.23

3.16

2.92

2.85

2004年

3.25

3.08

3.21

3.14

3.09

———————

从表1可以看出,株冶总的来说渣含铅还较高。为了更好、更快的降低渣含铅,根据熔融炉渣的物理化学性质,结合生产的实际情况,进一步寻求降低渣含铅的途径。

1　熔融炉渣的物理化学性质

炉渣的物理化学性质直接关系到冶炼过程的顺利进行、能耗和金属的回收率。1.1　炉渣的粘度在冶炼过程中要求炉渣具有小而适当的粘度。在组成炉渣的各种氧化物中,SiO 2对炉渣的影响最大。SiO 2含量愈高,硅氧络合阴离子的结构愈复杂,粘度愈大。而碱性氧化物

(CaO )的含量增加时,硅氧络合阴离子的离子半径变小,粘度将有所降低。炉渣的粘度,随着温度的升高而降低。

造渣氧化物粘度曲线见图1,从图1中可以看

出,CaO 在低于30%时,对粘度的影响不大,这时SiO 2含量在15%～30%时粘度最小,增加FeO 含量可以降低粘度。

图1　G aO -FeO -SiO 2系炉渣1300℃等粘度曲

线图(粘度单位为泊,各组分含量为质量百分比)

1.2　炉渣的密度随着温度的升高,其密度会降低。密度在4.7～5.3g/cm 3之间变动,FeO 、MnO 等能增大其密度,而SiO 2、CaO 则可使密度降低。为了降低渣含铅,提高

金属回收率,要求金属与熔渣充分分离。降低熔渣

2湖南有色金属

H UNAN NONFERROUS MET A LS

第20卷第5期2004年10月

的表面张力和密度,将使Pb 的临界半径变小,有利于沉降分离。1.3　炉渣的熔点

炉渣的溶点即熔化性温度。炉渣温度对粘度的影响曲线见图2,从图2可以看出,其粘度-温度曲线上有明显的转折点(熔化性温度),超过转折点温度后,曲线变得比较平缓,

即温度对粘度的影响已不明显。

图2　炉渣温度2粘度曲线

2　影响炉渣含铅的主要因素

2.1　还原气氛

烧结块中游离的PbO 是很容易还原的,被C O 还原实际上是不可逆反应,因为平衡气相中的C O 浓度很低。但结合形态系PbO (主要为x PbO 、y SiO 2)中的铅占烧结块铅含量的一半以上,因此还原反应很大程度上是在熔渣中进行。还原反应为:

PbO (液)+C O =Pb (液)+C O 2

(1)反应自由能温度关系:

△G o =-87320+8.75T

式中△G o 为反应自由能/Cal ?m ol -1;T 为反应的绝对温度/K 。

若熔炼温度为1473K,则反应时平衡常数为:

K =

αPb .P co 2

αpbo .P co

=P co 2r Pbo .x Pbo .P co =425

式中αPb 为铅在液相中的活度;P CO 2为气相中C O 2的

分压;αPbO 为氧化铅在液相中的活度;P CO 为气相中C O 的分压;γPbO 为氧化铅在液相中的活度系数;χPbO 为氧化铅在液相中的分子分数。

金属铅的活度为1,PbO 作为碱性较强的氧化物,在铁硅酸盐炉渣中的活度系数为0.3,则P co 2/P co 与X PbO 和W Pb (炉渣的含铅量)的关系列于表2。

表2　P co 2/P co 与X PbO 和W Pb 的关系

P co 2/P co 410.144X PbO 0.0310.00780.0011W Pb

9.7 2.40.35

从表2中可以看出,气相成分中P co 2/P co 平衡值愈低,W Pb 就愈低。即提高结合型PbO 的还原程度,必须提高C O 浓度。

渣中的金属Pb 与渣中的氧以及PbO 含量的关系如下:

反应式:

2Pb (液)+O 2=2PbO (液)(2)反应式与温度的关系为:

△G o =-94700+39.5T

式中△G o 为反应(2)的反应自由能/Cal ?m ol -1;T 为反应的绝对温度/K 。

若温度为1200℃时,△G =-36500Cal/m ol 反应常数为:

K =

αPb0

αPb .P o 2

式中αPb 为液相中Pb 的活度;αPbO 为液体渣中PbO 的

活度;P O 2为气相中氧的分压。

Lg K =

△G o

4.576T

=5.41=2Lg αpb0-Lg P o 2

图3　渣中Pb0与还原气氛的关系

渣中PbO 与还原气氛的关系见图3,从图3可以

看出,氧势愈高,还原性愈弱,即渣中PbO 也愈高,为使渣中PbO 降至最低限度,必须降低炉内氧势,即提高炉内还原能力,其限度以FeO 开始还原为金属Fe 的气氛。

株冶鼓风炉根据经验和试验结果,控制料面气体中C O 2/C O =1.2～2.6,采用的料柱为2.8～3.3m 。2.2　炉结现象

铅鼓风炉形成炉结,不但影响鼓风炉的生产能力,而且影响着炉内的还原气氛,也直接影响渣含铅的经济指标。其形成的原因主要有:(1)炉料的含硫(ZnS )高;(2)细、碎料多;(3)操作条件(料柱、焦率、风量等)的波动与变化比较大。减少、防止炉结的形成的主要措施有:(1)降低烧结块中的残硫量;(2)尽可能地稳定操作条件;(3)除炉结时,加入适量的铁

2第5期朱吾意:降低铅鼓风炉炉渣含铅的途径

屑,以降低其损失固点。2.3　化学、物理的损失

渣中的铅通常以三种形态存在,造成铅在渣中的损失:(1)以硅酸铅形态入渣的化学损失;(2)以PbS 溶解于渣中的物理损失;(3)以金属Pb 混杂于渣中的机械损失。化学损失是由于熔炼速度快,接触时间短,还原气氛的炉温低,还没有来得及还原就进入前床。物理损失是不同成分的炉渣在不同的温度下对PbS 均有一定的熔解度造成的。金属铅主要是由于渣的粘度大,时间短等分离不完全而造成的。

3　降低渣含铅采取的措施

3.1　采用高锌高钙渣型

高锌高钙渣型可以提高原料的综合利用程度。CaO (Ca 的离子半径大)降低了金属与炉渣之间的界面活力,有利于金属铅和渣的分离。适当的提高渣中CaO 的量,可获得较高的炉温,降低炉渣的比重,可置换硅酸铅中的PbO ,增大αPbO ,有利于熔渣中PbO 还原。3.2　炉渣不正常

炉渣粘度过大时。可采用加入CaF 2。CaF 2能大幅度地降低炉渣的粘度,并能洗去炉瘤,其原因为CaF 2能与CaO 造成低熔点共晶,促使CaO 溶于渣;同时CaF 2作用下可促使硅氧络合阴离子解体,分裂成较小的络合阴离子,使炉渣粘度降低,从而降低渣含铅。3.3　往前床内加入适当的焦碳

通常冶金级焦碳要求固定碳>75%,灰分<15%,其粒度分析结果列于表3。

表3　焦碳粒度分析

粒度/mm >21～20.5～1<0.5占有率/%

前床添加焦粉,一方面可对炉渣中Fe 3+含量造成影响,使Fe 3+的含量显著降低,这表明焦粉对炉渣中Fe 3O 4起到良好的还原作用,使炉渣的性质得到改善,FeO 能够形成性质良好的硅酸盐炉渣,这是降

低渣含铅的主要原因。另一方面添加焦粉对冰铜中的Pb 的含量一定的影响。试验结果显示,含铅的降幅大于在炉渣中铅的降幅。还可以提供一定的还原气氛。3.4　加入适量的铁屑往铅鼓风炉渣添加适量的铁屑,一方面减少炉结,另一方面造成FeO ,形成很好的硅酸盐炉渣,促进渣中PbO 的还原,降低渣含铅,同时,可以降低渣的熔点,增加流动性。3.5　控制好炉内的还原气氛根据入炉烧结块的实际情况,适当地调整风量(17000-2300m 3/h )、焦率(11.5%～13%)、料柱(2.8～3.3m ),可更好地掌握炉内的动态情况。还可以利用电子仪表,如增加风口区的测温点,料面上空C O 2/C O 的测量点,可移动的料柱探测仪等加强对炉内生产情况的检测。

4　结　语

鼓风炉炼铅从化学角度而言是氧化还原的过

程,从冶金角度来讲是渣型合理选择的问题,要想将铅冶炼渣含铅降至最低的水准,必须把握好以下的技术关键。

11为了将烧结块的残硫降至工艺要求的范围,制粒是一个重要的环节,只有将待焙烧物料的粒度严格控制在3～9mm 的范围,方能保持良好的透气性,从而有效降低烧结块残硫含量。

21鼓风炉炼铅的渣型是由铁、硅、钙的氧化物组成。一般而言,铁制约渣的流动性,硅控制渣的比重,钙决定渣的熔点,作为铅冶炼工作者的首要任务之一就是选择合理的渣型。

31掌握从流动的渣液中肉眼观看铁、硅、钙含量的技能,从而在生产实践中可快捷添加CaF 2或铁屑。同时调整好风量、焦率、料柱、等工艺参数,保持良好的炉况,使渣含铅降至最低的水准。

收稿日期:2004-07-20

The W ay of Low ering Lead Containing in Lead B last Furnace Slag

ZHU Wu 2yi

(Zhuzhou Smelter Group Co.Ltd ,Zhuzhou 412004,China )

Abstract :According to physics 2chemistry character of m olten slag ,on the basis of production experience of blast furnace Smelting Lead ,the paper describe the way of lowering Lead containing in Lead blast furnace slag.K ey w ords :m olten slag ;Lead blast furnace ;Lead containing in slag

82湖南有色金属第20卷

冶金质量分析

一、反应速度理论：应用反应动力学阐明反应的机理，从而可以使人们更全面的控制要达到的冶金反应。 1、碰撞理论：1）分子与分子之间的碰撞；2）碰撞时分子处在能起反应的状态。 2、绝对反应速度理论：活化络合物理论或过渡态理论。绝对反应速度理论基本原理： 1）活化络合物可像对待任何其他化学物质那样来对待，并与各反应物处于平衡状态，它的寿命很短。 2）活化络合物分解成两种产物的反应速度为通用速度，与反应物的性质和活化络合物的形态无关。二、熔融金属与氧化物的活度例：铁水中各元素的质量分数为C 4.0%，Si 0.5%，Mn 0.6%，S 0.05%，P 0.2%，问1600o C时该铁水中C的活度是多少？解：从表中差得e C C=0.14, e C Si=0.08, e C Mn=－0.012,e C S =0.46,e C P=0.051 lgf C=(w C·e C C＋w Si·e C Si＋w Mn·e C Mn＋w S·e C S＋w P·e C P) ×100=0.6053 ∴f C=4.03所以生铁中C的活度a C= f C·w C =16.12% 三、炉渣在冶金过程中的作用 1、有利方面： ①炉渣直接参加化学反应。通过调整炉渣成分可以控制合金元素的氧化与还原，并去除合金中硫磷等有害杂质。 ②炉渣对合金熔体有保护作用。避免合金在氧化性气氛中氧化烧损，并防止炉气中的氢、氮、硫等直接进入合金。 ③电弧炉、平炉从上部加热熔池，炉渣是传热介质，同时还有保温作用，所以合金的温度与炉渣密切相关。 ④电渣重熔精炼炉渣还可作为电阻发热体并具有渣洗过滤金属的作用。 2、不利方面： ①炉渣能浸蚀炉衬，降低炉衬寿命。 ②炉渣夹有金属小珠粒及未还原的金属氧化物，并溶解有某些有色金属，导致金属回收率低。四、液态炉渣的结构理论 1、分子结构理论：分子理论以固态炉渣作为研究对象而假设液态炉渣是由某些化合物组成的，这缺乏科学依据和真实性，而且分子理论没有考虑熔渣的电导和电解现象。 1）液态炉渣由各种不带电的分子组成； 2）液态炉渣中各种简单氧化物和复杂化合物之间存在着生成和分解的动平衡反应； 3）液态炉渣中只有自由的氧化物才能参与金属液体-炉渣间的化学反应，以复合状态存在的氧化物其反应能力较低； 4）液态炉渣是一种理想溶液，金属液体-炉渣间的化学反应服从质量作用定律。 2、离子结构理论 1）液态炉渣含有正离子和负离子； 2）熔融炉渣能够导电，其电导数值与典型的离子化合物相差不多，在一个数量级内； 3）液态炉渣可以电解，并在阴极上析出金属； 4）氧化物溶于炉渣时离解为离子，而熔渣中每个离子的周围是异号离子。 3、离子理论建立的基础 1）以对液态炉渣的电导、电解及电动热的测量为依据 2）以金属液体-炉渣界面上有双电子层的存在为依据 4、离子-分子共存理论 1）炉渣由简单的正离子、负离子、未离解的氧化物和化合物分子所组成； 2）渣中离子和分子之间的反应处于动平衡状态； 3）炉渣内的化学反应符合质量作用定律。五、炉渣的表面张力和界面张力 1、所谓表面张力是指气相中液体或固体中的表面的张力 2、加和性规则：球多元系表面张力σ渣=∑σi·x i 3、多元渣系表面张力测定：常用大气泡压力法 4、例：炉渣组成质量分数为：SiO2 35.5%，Al2O3 12.5%，CaO 42%，MgO 8.4%，FeO 1.6%，求其在1400o C时的表面张力。解：各组分的摩尔分数为：x(SiO2)=0.35，x(Al2O3)=0.07，x(CaO)=0.45，x(MgO)=0.12，x(FeO)=0.01 从表中找出上述各组分在1400o C时的表面张力σi。

炉渣的主要成分

矿中的脉石、炉料中的熔剂和其他造渣组分在火法冶金过程中形成的金属硅酸盐、亚铁酸盐和铝酸盐等混合物。此外，炉渣还含有少量的金属硫化物、金属和气体。从广义说，有色金属的吹炼渣、黄渣、蒸馏罐渣、精炼渣等都属有色金属冶金炉渣。炉渣富集了炉料中的脉石成分和不希望进入主金属的杂质，是一个成分复杂的多元体系。炉渣的主要成分为氧化物。可将构成炉渣的氧化物分为酸性氧化物(如SiO2、Fe2O。等)、碱性氧化物(如FeO、CaO、MgO等)和两性氧化物(如Al2O3、ZnO等)。它们之间的区别在于各氧化物对氧离子的亲疏关系，容易放出氧离子的为碱性氧化物，反之为酸性氧化物。这些氧化物相互结合成各种化合物、固溶体及共晶混合物。炉渣组成的来源有色金属冶金炉渣中的组分主要来源于五个方面：(1)矿石或精矿中的脉石，如SiO2、CaO、Al2O3、MgO等；(2)炉料在熔炼过程中生成的氧化物，如FeO、Fe3O4等；(3)为满足熔炼需要而加入的熔剂，如SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等；(4)熔蚀或冲刷下来的炉衬材料，如MgO、SiO2、Al2O3等；(5)燃料燃烧的灰分，如Al2O3、SiO2等。有色金属冶金炉渣属FeO–CaO–SiO2系，主要是由FeO、CaO、SiO2组成的硅酸盐，三者之和约占渣量75％～85％，有时甚至达90％。因此，渣的性质在很大程度上由这三个组分所决定。

在冶炼过程中的作用炉渣是火法冶金的必然产物，其量又相当大。例如反射炉炼铜产出的炉渣约为熔锍质量的200％～500％。炉渣在冶炼过程中主要起八方面的作用。 (1)熔融炉渣富集了炉料中几乎全部的脉石和大部分的杂质，并在造渣过程中完成了金属的某些熔炼和精炼过程。例如铜、镍硫化矿造锍熔炼时，铜、镍等硫化物与硫化亚铁富集为熔锍，而铁的氧化物与脉石、熔剂和燃料灰分等形成熔渣。(2)熔炼生成的金属或锍熔体液滴分散在熔渣中，它们的汇合长大和澄清分离都是在熔渣介质中进行的。因此，熔渣对熔炼生成的金属或熔锍与造渣成分分离的程度起着重要的作用。(3)覆盖在金属或熔锍表面的熔渣层起保护金属和熔锍的作用。(4)熔渣在冶炼过程中除富集炉料中的脉石等成分外，有时还起富集有价组分的作用，如钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，以及吹炼含钒和含铌的生铁所得的钒渣和铌渣等都是提取钛、钒和铌等的原料。(5)熔渣在一些冶炼过程中还起着特殊作用，在烧结焙烧过程中造渣成分起到粘合结块的作用；在鼓风炉熔炼过程中，炉渣的组成基本上决定了炉内的温度，低熔点渣型的强化熔炼只能提高炉子生产能力而不能提高炉内温度，要提高炉内温度必须选择熔点高的渣型；在电炉熔炼时，炉渣起电阻发热体作用。(6)炉渣的性质决定着熔炼过程的燃料消耗量，热焓量大的和熔点高的炉渣，熔炼的燃料消耗量也增加。(7)炉渣的性质和熔炼产出的渣量是影响金属回收率的一个重要因素，因为渣含金属的损失是冶金过程中金属损失

冶金炉渣性能研究

实验一冶金炉渣性能研究保护渣的作用在浇注过程中，要向结晶器钢水面上不断添加粉末状或颗粒状的渣料，称为保护渣。保护渣的作用有以下几方面： (1)绝热保温防止散热； (2)隔开空气，防止空气中的氧进入钢水发生二次氧化，影响钢的质量； (3)吸收溶解从钢水中上浮到钢渣界面的夹杂物，净化钢液； (4)在结晶器壁与凝固壳之间有一层渣膜起润滑作用，减少拉坯阻力，防止凝壳与铜板的粘结； (5)充填坯壳与结晶器之间的气隙，改善结晶器传热。一种好的保护渣，应能全面发挥上述五个方面作用，以达到提高铸坯表面质量，保证连铸顺行的目的。保护渣的种类根据设计的保护渣组成，再选用合适的原料经过破碎、球磨、混合等制作工序就制成了保护渣。有四种类型。 (1)粉状保护渣：是多种粉状物料的机械混合物。在长途动输过程中，由于受到长时间的震动，使不同比重的物料偏析，渣料均匀状态受到破坏，影响使用效果的稳定性。同时，向结晶器添加渣粉时，粉尘飞扬，污染了环境。 (2)颗粒保护渣：为了克服污染环境的缺点，在粉状渣中配加适量的粘结剂，做成似小米粒的颗粒保护渣。制作工艺复杂，成本有所增加。 (3)预熔型保护渣：将各造渣料混匀后放入预熔炉熔化成一体，冷却后破碎磨细，并添加适当熔速调节剂，就得到预熔性粉状保护渣。预熔保护渣还可进一步加工成颗粒保护渣。预熔保护渣制作工艺复杂，成本较高。但优点是提高保护渣成渣的均匀性。 (4)发热型保护渣：在渣粉中加入发热剂(如铝粉)，使其氧化放出热量，很快形成液渣层。但这种渣成渣速度不易控制，成本较高，故应用较少。连铸结晶器保护渣的原来按构成材料的功能可分为，基料（包括天然的和人工合成的——烧结型、预熔型，其中有水泥熟料、硅灰石、石英、玻璃粉等）、溶剂（主要有纯碱、冰晶石、莹石及含氟化合物等），溶速控制剂——碳质材料（炭黑、石墨和焦炭等）。连铸结晶器保护渣的品种繁多：（1）、按基料的化学成分可分为：Sio2——CaO——AL2O3、sio2——AL2O3——caF2、SIO2——AL2O3——na2o，其中sio2——cao——al2o3最为普遍。在此基础上加入少量添加剂（碱金属或碱土金属氟化物、氟化物、硼化物等）和控制溶速的炭质材料（炭黑、石墨和焦炭等）。（2）、按形状可分为：粉状连铸结晶器保护渣（机械混合成形）、颗粒连铸结晶器保护渣实心颗粒渣，圆盘造粒法成型的是球型实心颗粒连铸结晶器保护渣）、中空球形颗粒连铸结晶器保护渣（采用喷雾造粒法成型）。（3）、按使用的原材料可分为原始材料混合型、半预溶型和预溶型。预溶连铸结晶器保护渣还可进一步制造成预溶颗粒保护渣。（4）、按铸坯断面分：方坯（细分成：小方坯、大方坯、不锈钢方坯连铸结晶器保护渣）；矩形坯；板坯（细分成：低碳钢板坯、中碳钢板坯、高碳钢板坯、超低碳钢板坯、09cu钢板坯、大板坯高拉速、宽版坯连铸结晶器保护渣）；薄板坯；圆坯；异形（H形）坯连铸结晶器保护渣、发热型开浇渣等；（5）、按拉坯速度分：中低拉速、高拉速连铸结晶器保护渣；（6）、按钢种分：低碳钢、中碳钢、高碳钢、低合金钢、合金钢连铸结晶器保护渣。钢种与保护渣的关系

冶金炉渣的研究及综合利用思路

第33卷第1期 2011-1(下) 【111】收稿日期：2010-11-13 作者简介：姚艳玲（1971－），山西阳高人，硕士研究生，研究方向为冶金技术。 0 引言随着我国冶金行业的迅猛发展，累积堆存和新增的冶金产生的固体废弃物也日益增加，不仅占地多、严重污染周边环境，而且浪费了大量资源。其中各种冶炼渣是主要的废弃物，主要包括高炉渣、转炉渣、电炉渣和炉外精炼渣等。对环境的治理是实现社会持续发展的重要手段。固体废弃物的处理是环境治理的重要方面，冶金工业作为一个固体废弃物排出量较大的工业部门，其治理程度直接影响到环境治理水平，进行这方面的研究符合国家的产业政策，有广阔的发展前景。近几年冶金技术发展迅速，工艺过程中产生了越来越多的冶炼渣，这部分废弃物的有效利用值得我们去进一步研究。 1 冶金炉渣利用的必要性随着冶金行业的快速发展，各国的矿产资源也在日益减少。同样，中国矿产资源也面临着严重的危机。如何能更好的利用有限的资源创造更多的财富是我们时刻要重视的。钢铁工业是原材料工业，也是基础工业。它的发展是和整体经济发展规模和速度相适应的。钢铁产品又是用途广、用量大的材料，钢铁工业和各经济部门的发展密切相关，各经济部门使用钢材的和品种质量是不尽相同的，因此产业结构的变化和发展将直接影响到钢铁工业的发展速度和产品结构。在快速发展中的中国，基础设施、工业、建筑业发展较快，钢材消费量增长较快。所以冶金行业产生的炉渣也就相应的较多。如何更好的利用这些弃渣是值得我们研究的。企业的原料条件不同，冶炼工艺不同，炉渣的产出量和炉渣成分也不同，不同的企业可能采用不同的炉外精炼设备，其精炼渣会有所不同，特钢企业还可能在连铸之后，设有电渣炉等进一步的精炼设备，产出的还有电渣冶炼废渣，因而有必要从系统利用的角度出发，进行炼钢炉渣的综合利用研究。 2 冶金渣的综合利用状况钢铁冶金工业遍及全国各主要城市，所产生的固体废物占固体废物总量的18％，渣中含有各种有用元素如Fe、Mn、Cr、Mo、Ni、AI 等金属元素和Ca、Mg、Si 等非金属元素，是一项可再利用的大宗二次资源。钢铁冶金工业所产生的固体废物主要有高炉渣、钢渣、铁台金渣等，中国钢铁渣堆弃量约3亿，占地3万亩。2002年全国钢产量总计约为8389万吨，但缺乏全量和高附加值的利用技术，特别是对共生复合矿渣中共生的金属元素的分离和利用以及通过共生元素的分离全面经济地对炉渣进行综合利用缺乏系统研究，平均利用率约为60％。下面我们就冶金炉渣目前的综合利用情况作一下总结和分析。 3 高炉渣的综合利用高炉渣是钢铁冶金工业中数量最多的一种渣。目前， 80％以上的高炉渣得到了利用，但利用的主要途径是生产水泥和筑路材料。高炉渣是冶炼生冶金炉渣的研究及综合利用思路 Smelting slag, research and comprehensive utilization of ideas 姚艳玲1，周俊2 YAO Y an-ling 1, ZHOU Jun 2 （1. 包头职业技术学院，包头 014030；2. 西北工业大学航空学院，西安 710072）摘要：随着冶金行业的快速发展，冶金业对资源的利用也越来越多，产生的炉渣也就相对增加。本文针对冶金炉渣利用的必要性进行了分析，并对钢铁冶金中产生的高炉渣，钢渣的利用现状及不足进行了研究，最后对冶金炉渣的综合利用进行了设计构思，从而达到冶金炉渣的高效利用。关键词：冶金；炉渣；综合利用中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2011)1(下)-0111-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.1(下).37

炉渣的主要成分

炉渣的主要成分 Prepared on 22 November 2020

有色金属冶金炉渣属FeO–CaO–SiO2系，主要是由FeO、CaO、SiO2组成的硅酸盐，三者之和约占渣量75％～85％，有时甚至达90％。因此，渣的性质在很大程度上由这三个组分所决定。在冶炼过程中的作用炉渣是火法冶金的必然产物，其量又相当大。例如反射炉炼铜产出的炉渣约为熔锍质量的200％～500％。炉渣在冶炼过程中主要起八方面的作用。(1)熔融炉渣富集了炉料中几乎全部的脉石和大部分的杂质，并在造渣过程中完成了金属的某些熔炼和精炼过程。例如铜、镍硫化矿造锍熔炼时，铜、镍等硫化物与硫化亚铁富集为熔锍，而铁的氧化物与脉石、熔剂和燃料灰分等形成熔渣。(2)熔炼生成的金属或锍熔体液滴分散在熔渣中，它们的汇合长大和澄清分离都是在熔渣介质中进行的。因此，熔渣对熔炼生成的金属或熔锍与造渣成分分离的程度起着重要的作用。(3)覆盖在金属或熔锍表面的熔渣层起保护金属和熔锍的作用。(4)熔渣在冶炼过程中除富集炉料中的脉石等成分外，有时还起富集有价组分的作用，如钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，以及吹炼含钒和含铌的生铁所得的钒渣和铌渣等都是提取钛、钒和铌等的原料。(5)熔渣在一些冶炼过程中还起着特殊作用，在烧结焙烧过程中造渣成分起到粘合结块的作用；在鼓风炉熔炼过程中，炉渣的组成基本上决定了炉内的温度，低熔点渣型的强化熔炼只能提高炉子生产能力而不能提高炉内温度，要提高炉内温度必须选择熔点高的渣型；在电炉熔炼时，炉渣起电阻发热体作用。(6)炉渣的性质决定着熔炼过程的燃料消耗量，热焓量大的和熔点高的炉渣，熔炼的燃料消耗量也增加。(7)炉渣的性质和熔炼产

冶金质量分析

1.反应速度通常可用下式表示：，n 、c 、K 分别为反应级数、反应物浓度及速率常数，其K 与温度有关. 2. ，A 、E 分别代表常数及活化能，它有决定反应机理和预测反应速度的功能。 3.反应速度理论：碰撞理论和绝对反应速度理论 ①碰撞理论根据气体动力学理论，对均相来说，任何反应的产生，必须满足以下的两个条件：1）分子与分子之间的碰撞2）碰撞时分子处在能起反应的状态。碰撞频率Z 随温度增加的关系式为Z 正比T1/2。而真正对速度贡献大的是那些具有高于平均能量的分子，即活化分子。并不是所有碰撞的分子都能发生反应，所以起反应的分子必须要获得额外的、高出平均水平的能量E ，对此发生反应的最小平均动能称为活化能，当活化能越低，活化分子越多，反应速度就越快。这个因素是实际导致反应发生的碰撞分额，称为“有效”碰撞。 ②绝对反应速度理论绝对反应速度理论又称活化络合物理论或过渡态理论，仍设分子发生碰撞，但排斥速度是碰撞的函数。反应速度是由活化络合物过渡态的分解速度给定的。更适合于处理钢铁冶金中的反应。基本原理 1）活化络合物可像对待任何其他化学物质那样来对待，并与各反应物处于平衡状态，它的寿命很短。2）活化络合物分解成两种产物的反应速度为通用速度，与反应物的性质和活化络合物的形态无关。 4. 炉渣在冶金过程中的作用 ①炉渣的有利方面（对熔炼过程的正常进行，提高合金质量，改进技术经济指标等都有很大的影响。）1）炉渣直接参加化学反应，控制合金元素的氧化与还原，并去除合金中硫磷等有害杂质。2）炉渣对合金熔体有保护作用。3）电弧炉、平炉从上部加热熔池，在此过程中，炉渣是传热介质，同时还有保温作用。4）电渣重熔精炼炉渣还可作为电阻发热体并具有渣洗过滤金属的作用。 ②炉渣的不利方面 1）炉渣能浸蚀炉衬，降低炉衬寿命。2）炉渣夹有金属小珠粒及未还原的金属氧化物，降低金属的回收率。 5.分解压力在炼钢中的应用：①判断熔池中物质的反应方向。②判断熔池中不同元素的氧化趋势。 6.脱硫的热力学条件：高温（平衡常数KS 与温度成正比），高碱度（提高渣中氧离子的摩尔分数），炉渣低（FeO ），增大金属液体中和降低渣中的。 7.脱氧方法： ①沉淀脱氧（化学脱氧）是将脱氧剂直接加入钢液内部，使脱氧元素与溶解在钢液中的氧在钢液内部发生脱氧反应，所形成的脱氧产物以液态或固态的形式从钢液中排出，也称为直接脱氧。主要用于氧气转炉炼钢，电弧炉氧化末、还原前，一开始采用沉淀脱氧，临出钢以前，再一次进行沉淀脱氧。优点：脱氧反应在钢液内部进行，氧不需要太长的扩散时间，脱氧反应速度快，脱氧所需时间短。缺点：沉淀脱氧反应产物不可能全部从钢液内部排除，残留的脱氧产物以非金属夹杂物形式存在，对钢液造成污染。 ②扩散脱氧：根据分配定律，让钢液中的氧向炉渣中扩散，与加入炉渣中的脱氧元素进行脱氧反应，使钢液中的氧含量降低。这种方法也称为间接脱氧，主要用于电弧炉冶炼还原期脱氧。优点：脱氧反应是在炉渣的下层或钢渣界面上进行的，反应产物进入炉渣，不会成为非金属夹杂物污染钢液。缺点：反应速度慢，脱氧时间长。 ③综合脱氧在实际生产中，经常把沉淀脱氧法和扩散脱氧法在整个炼钢过程中交替使用，这种方法称为复合脱氧法 n dc K c dt -=/E RT K Ae -=[]S f ()2S γ-

炉渣的主要成分定稿版

炉渣的主要成分精编 W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】

炉渣(s l a g)矿中的脉石、炉料中的熔剂和其他造渣组分在火法冶金过程中形成的金属硅酸盐、亚铁酸盐和铝酸盐等混合物。此外，炉渣还含有少量的金属硫化物、金属和气体。从广义说，有色金属的吹炼渣、黄渣、蒸馏罐渣、精炼渣等都属有色金属冶金炉渣。炉渣富集了炉料中的脉石成分和不希望进入主金属的杂质，是一个成分复杂的多元体系。炉渣的主要成分为氧化物。可将构成炉渣的氧化物分为酸性氧化物(如SiO2、Fe2O。等)、碱性氧化物(如FeO、CaO、MgO等)和两性氧化物(如Al2O3、ZnO等)。它们之间的区别在于各氧化物对氧离子的亲疏关系，容易放出氧离子的为碱性氧化物，反之为酸性氧化物。这些氧化物相互结合成各种化合物、固溶体及共晶混合物。炉渣组成的来源有色金属冶金炉渣中的组分主要来源于五个方面：(1)矿石或精矿中的脉石，如SiO2、CaO、Al2O3、MgO等；(2)炉料在熔炼过程中生成的氧化物，如FeO、Fe3O4等；(3)为满足熔炼需要而加入的熔剂，如SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等；(4)熔蚀或冲刷下来的炉衬材料，如MgO、SiO2、Al2O3等；(5)燃料燃烧的灰分，如Al2O3、SiO2等。有色金属冶金炉渣属FeO–CaO–SiO2系，主要是由FeO、CaO、SiO2组成的硅酸盐，三者之和约占渣量75％～85％，有时甚至达90％。因此，渣的性质在很大程度上由这三个组分所决定。在冶炼过程中的作用?炉渣是火法冶金的必然产物，其量又相当大。例如反射炉炼铜产出的炉渣约为熔锍质量的200％～500％。炉渣在冶炼过程中主要起八方面的作用。(1)熔融炉渣富集了炉料中几乎全部的脉石和大部分的杂质，并在造渣过程中完成了金属的某些熔炼和精炼过程。例如铜、镍硫化矿造锍熔炼时，铜、镍等硫化物与硫化亚铁富集为熔锍，而铁的氧化物与脉石、熔剂和燃料灰分等形成熔渣。(2)熔炼生成的金属或锍熔体液滴分

炉渣的主要成分

炉渣(s l a g)矿中的脉石、炉料中的熔剂和其他造渣组分在火法冶金过程中形成的金属硅酸盐、亚铁酸盐和铝酸盐等混合物。此外，炉渣还含有少量的金属硫化物、金属和气体。从广义说，有色金属的吹炼渣、黄渣、蒸馏罐渣、精炼渣等都属有色金属冶金炉渣。炉渣富集了炉料中的脉石成分和不希望进入主金属的杂质，是一个成分复杂的多元体系。炉渣的主要成分为氧化物。可将构成炉渣的氧化物分为酸性氧化物(如SiO2、Fe2O。等)、碱性氧化物(如FeO、CaO、MgO等)和两性氧化物(如Al2O3、ZnO等)。它们之间的区别在于各氧化物对氧离子的亲疏关系，容易放出氧离子的为碱性氧化物，反之为酸性氧化物。这些氧化物相互结合成各种化合物、固溶体及共晶混合物。炉渣组成的来源?????????? 有色金属冶金炉渣中的组分主要来源于五个方面：(1)矿石或精矿中的脉石，如SiO2、CaO、Al2O3、MgO 等；(2)炉料在熔炼过程中生成的氧化物，如FeO、Fe3O4等；(3)为满足熔炼需要而加入的熔剂，如SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等；(4)熔蚀或冲刷下来的炉衬材料，如MgO、SiO2、Al2O3等；(5)燃料燃烧的灰分，如Al2O3、SiO2等。有色金属冶金炉渣属FeO–CaO–SiO2系，主要是由FeO、CaO、SiO2组成的硅酸盐，三者之和约占渣量75％～85％，有时甚至达90％。因此，渣的性质在很大程度上由这三个组分所决定。在冶炼过程中的作用??????? 炉渣是火法冶金的必然产物，其量

又相当大。例如反射炉炼铜产出的炉渣约为熔锍质量的200％～500％。炉渣在冶炼过程中主要起八方面的作用。(1)熔融炉渣富集了炉料中几乎全部的脉石和大部分的杂质，并在造渣过程中完成了金属的某些熔炼和精炼过程。例如铜、镍硫化矿造锍熔炼时，铜、镍等硫化物与硫化亚铁富集为熔锍，而铁的氧化物与脉石、熔剂和燃料灰分等形成熔渣。(2)熔炼生成的金属或锍熔体液滴分散在熔渣中，它们的汇合长大和澄清分离都是在熔渣介质中进行的。因此，熔渣对熔炼生成的金属或熔锍与造渣成分分离的程度起着重要的作用。(3)覆盖在金属或熔锍表面的熔渣层起保护金属和熔锍的作用。(4)熔渣在冶炼过程中除富集炉料中的脉石等成分外，有时还起富集有价组分的作用，如钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，以及吹炼含钒和含铌的生铁所得的钒渣和铌渣等都是提取钛、钒和铌等的原料。(5)熔渣在一些冶炼过程中还起着特殊作用，在烧结焙烧过程中造渣成分起到粘合结块的作用；在鼓风炉熔炼过程中，炉渣的组成基本上决定了炉内的温度，低熔点渣型的强化熔炼只能提高炉子生产能力而不能提高炉内温度，要提高炉内温度必须选择熔点高的渣型；在电炉熔炼时，炉渣起电阻发热体作用。(6)炉渣的性质决定着熔炼过程的燃料消耗量，热焓量大的和熔点高的炉渣，熔炼的燃料消耗量也增加。(7)炉渣的性质和熔炼产出的渣量是影响金属回收率的一个重要因素，因为渣含金属的损失是冶金过程中金属损失的主要途径。(8)炉渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷，会影响炉子的使用寿命。由此可见，炉渣是直接影响冶炼产品质量、生产率、金属回收率、冶炼过程能否顺行等的重要因素。