（有色金属冶金专业论文）金川镍闪速熔炼炉渣合理渣型的研究.pdf

中南大学硕士学位论文 摘要 金川镍闪速熔炼炉渣合理渣型的研究 摘要 本文针对金川公司矿物含铁、镁高及硫低的特点，利用先进的r t 、0 6 型熔 体物性综合测定仪对金川镍闪速熔炼炉渣粘度和电导率进行了准确的定量测试， 就镍闪速熔炼炉渣的性质及渣型的选择进行了深入的研究。在炉渣成分为m 9 0 ： 8 1 2 ，c a o ：2 8 ，f e s i 0 2 ：1 2 1 6 的范围内，探讨了：( 1 ) 炉渣粘度随 m 9 0 含量变化的规律；( 2 ) 炉渣粘度随c a o 含量变化的规律：( 3 ) 炉渣粘度随 f e s i 0 2 比值变化的规律：( 4 ) 炉渣粘度随f e 3 0 4 含量变化的规律：( 5 ) 炉渣电导 率随m 9 0 含量变化的规律：( 6 ) 炉渣电导率随c a o 含量变化的规律；( 7 ) 炉渣电 导率随f e s i 0 2 比值变化的规律；( 8 ) 炉渣粘度与电导率的关系：( 9 ) 炉渣的组成 和结构分析：( 1 0 ) 合理渣型的选择。 对于f e o s i 0 2 m 9 0 系合成渣，在任何组成范围内，粘度随温度的升高而减 小；f e ，s i 0 2 比值定时，粘度随m g o 含量的增加而显著增大。 对于f e o s i 0 2 一m g o 系半合成渣，f e ，s i 0 2 比值一定、m g o 含量小于l o 时， 粘度随m g o 含量的增加而减小；m g o 含量大于1 0 时，粘度随m 9 0 含量的增加 而增大。 对f e o - s i 0 2 - m g o c a 0 系半合成炉渣粘度的研究表明：( 1 ) 在任何组成范围 内，炉渣粘度随温度的升高而减小；( 2 ) m g o 和c a o 含量一定时，粘度随f c s i 0 2 比值的增大而减小，但f e s i 0 2 比值大于1 5 时，它对粘度的影响变弱；( 3 ) f e ，s i 0 2 比值和m g o 含量一定时，粘度随c a o 含量的增加而减小，但c a o 含量大于6 时， 它对粘度的影响变弱；( 4 ) f c s i 0 2 比值和c a o 含量定时，粘度首先随m g o 含 量的增加而减小，当m g o 含量大于l o 时，则随m g o 含量的增加而增大：( 5 ) f e s i 0 2 比值为1 2 、c a o 和m 9 0 含量分别为6 和1 1 时，粘度和熔化性温度随 f e 3 0 4 含量的增加而明显增大。 对f e 0 s i 0 2 m g o c a o 系半合成炉渣电导率的研究表明：( 1 ) 在任何组成范 围内，炉渣电导率随温度的升高而增大；( 2 ) m g o 和c a o 含量一定时，电导率随 f e s i 0 2 比值的增大而增大：( 3 ) f e s i 0 2 比值和m g o 含量一定时，电导率随c a o 含量的增加而增大，但当c a o 含量大于6 时它对电导率的影响变弱；( 4 ) 温度 低于1 2 9 0 时，电导率随m g o 含量的增加而减小，而当温度大于1 2 9 0 时，电 导率随m g o 含量的增加而增大。 中南大学硕士学位论文摘要 对炉渣组成和结构的分析表明，金川镍闪速熔炼炉渣属于橄榄石渣型，其主 要成分为镁铁橄榄石【( f e m g ) 2 s i 0 4 】。 根据金川公司炉料特点，经过综合分析和研究，得出金川镍闪速熔炼贫化区 合理渣型的具体参数如下： 对f e o s i 0 2 m g o 三元系： f c ，s i 0 2 ：1 2 f c ：4 2 ( 其中f e ，0 4 4 ) s i 0 2 ：3 5 m g o ：1 1 对f e o s i 0 2 一m g o c a 0 四元系： f e s i 0 2 ：1 4 f e ：4 1 5 ( 其中f e 3 0 4 4 ) s i 0 2 ：2 9 6 m 9 0 ：1 2 c a o ：4 6 本研究结果可有效地解决金川公司目前有价金属回收率低和渣型不合理的问 题，提高金属镍及其它有价金属的产量，大大降低生产成本，提高经济技术指标 和企业经济效益。 关键词：镍闪速熔炼高镁炉渣电导率粘度合理渣型 n 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t t h es t u d yo f r e a s o n a b l es l a gf o r mo fj i n c h u a n s n i c k e lf l a s hs e r 玎呵gp r o c e s s a b s r r a c t b 勰e do nt h ec h a m c t c ro fj i i l c h u 柚si l i c k e ic o n c e n m 岫w h i c hi sh i g hi ni 姗a i l d m a g n 髂i i l mb u tl o wi nm l f i d c ，a d v a n dp i d l 掰t y 哪e a 响gs y s t e mi i = r 、- 0 6w 舔璐e dt 0 p r c c i s e l ym e a 叫血ev i s c o s 时姐d1 h ee l e c t r i c a ic o n d u c t i “够o f n i c k c in 舔hs m e h i i l gs l a g t h ep m p e r t y 卸dt h ef b 珊o fs l a gi nt h en i c k e l 玎鹊hs m e l t i l l gp r o c e s sw e r ca l s os t i l d i c d t h em a i nc o m e n ti n c l u d e s ：a st h es l a gc o m p o s i t i o ni s 啪0 n gm g o9 1 2 ，c a o2 一8 ， f “s i 0 21 2 1 6 ，( 1 ) 1 1 1 ec h 锄g ef e g i l l 撕t yo fs l a gv i s c o s 时w i 也m g oc o n t e n t ；( 2 ) t h e c h a i l g er e g i l l 撕t yo fs l a gv i s c o s 时w i 血c a oc o n t c n t ；( 3 ) t h ec h 蛐g er e g i l l a r i t yo fs l a g “s c o s 时研t hf “s i 0 2r a t i o ；( 4 ) t h ec h a l l g er e g u l 耐t ) ro fs l a gv i s c o s 时w i mf e 3 0 4c o n t e n t ； ( 5 ) t h ec h 柚g er c g u l 矧t yo fs l a ge l e c t r i c a lc o n d u c t i v 时w i mm g oc o n t e n t ；( 6 ) n ec h a i l g e i - e g i i l 撕t yo fs l a ge l 。c 砸c a lc 加d u c t i v 时w i mc a oc o n 班曲t ；( 7 ) t h ec h 肋g er c g i l l 捌t yo f s l a ge l e c t r i c a lc o n d u 鲥v 时w 岫f c ，s i 0 2r a t i o ；( 8 ) 1 n l er c l “o nb e t 、e e ns l a gv i s c o s 时蜘d e l e c 砸c a lc o n d u c t i v i t y ；( 9 ) n es l a gs 廿u c t 呲锄dc o m p o n e n t ：( 1 0 ) ，1 1 l es e 】e c t i o no f r e a s o na _ b l es l a gf o n n s m d yo fv i s c o s 时o fs y l l 恤e t i cf e o - s i 0 2 m g os y s t c ms h o w e dt h a t ：出ev i s c o s 时 d e c r c 船e sw i 山t h ei n c r c 勰eo ft e r 印咖他a t 锄ys l a gc o n t e n t ；也en s c o s i t yi l l r e 觞e s o 晰0 璐i y 丽t h 血e 血陀a s eo f m 9 0c o n t e n t 躯血e 刚s i 0 2 枷oi sf i 】【c d s t i l d yo fv i s c o s i 妙o fs 锄i s y n t h e t i cf e 0 - s i 0 2 m 9 0s ) r s t c ms h o w e dm a t ：赫t h e f “s i 0 2r a t i oi sf i x e d t h ev i s c o s i qd e c r e sw i 血t h ei n c r c 勰eo fm g oc o n t e n tw h e nm 9 0 c o n t e i l ti s 】e s sl o b u ti n c r e 勰e sw h e nm g oc o n t e n ti sm o r et h a nl o s t u d y o f 血ev i s c o s 时o f s e r i l i s y n 血c t i cf e o s i 0 2 - m g o - c a os y s t 啪s h o w c dt h a t ：( 1 ) a t 趾ys l a gc 锄p e n t ，t h e “s c o s i t ) rd e c r e a 鸵sw i l h 也ei n c r e 髂eo f 佃叫叩咖嘴；( 2 ) 舾t h e c a oc o n 咖ta n dt h em 9 0c o n t c n ta r ef i x e d ，t h e 、r i s c o s i t yd e c r e 勰船w i t ht h ei 1 1 c r e 解eo f 吐地f 剖s i 0 2 船d o ，b u tn ”e 晚to f n ”f “s i 0 2m t i oo nt h e 、，i s c o s 时b c c o m e sf 抽t e rw h 铋 i “sm o r e 也锄1 5 ；( 3 ) 雒t h ef e ，s i 0 2r a t i o 孤dt l 圮m 9 0c o n t e n ta r cf i x e d 也e “s c o s 时 抵嬲黜w i t h 出ei t l c f e eo fc a oc o n t c n t ，b u td 地a s 嚣m o r es l o w l y 勰山eo i oc 0 删蛐t i s m o r e 山蛐6 ；( 4 ) 船t h ef e ，s i 0 2r a t i o 孙d 血e c a 0c 伽肥n ta 咒丘x e d 、i 血血e i n c 他龉e o fm 9 0c o n t c n t ，出ev i s c o s 时f i r s d yd c c r e 硒e s ，b u ti n c r e a s c sw h e nl h em g oc o n t 锄ti s m o r et h a nl o ；( 5 ) m ev i s c o s i 时卸dt b em e l t i n gt e m p e r a 眦i n c r e 鼬e so b v i o u s i y 、析t ht h e i n c “组s eo f f e 3 0 4c o n t c n l i 中南大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t l l d yo ft h ee l c c 砸c a lc o n d u c t i v 时o fs 锄i - s y l l 也e t i cf e 0 一s i 0 2 - m g o c a os y s t e m s h o w e dt h a t ( 1 ) a t 柚ys l a gc o i n p o n t t h ee l e c m c a lc o n d u c h v 时i n c r e 觞c s r i mm e i n c r e 髂eo f t 唧r a t u r e ；( 2 ) 弱t h ec a oc o n t e n t 锄dt h em 9 0c o n t e ma r ef i x e d ，t h ee l e c 伍c a l c 嘶d 出v 畸i i l c r c 拈e sw i t h 也ei i l c r e 鹊eo f 也cf c s i 0 2m t i o ；( 3 ) 嬲t h ef e s i 0 2 瑚时。姐d m em 9 0c o n t e n t 姗f i x 。d ，t l i ee l e c 硒c a lc o n d u c t i v i t yi i l c r c a 瞄w i mt l l ei l l 口嘲eo fc a o c o n 咖t ，b u t d e c r e 踮e s m o f es l o w l y 硒血e c a oc t c n t i s m 帆血a n 觎；( 4 ) 豁也e f e s i 0 2 删oa n dt h ec a 0c o n t c n ta 豫丘1 【o d ，w i t ht h ci n c r c a s eo fm g oc 讲y t e n t ，t h ee i e c 啊c a l c o n d u d i v 时d c c r e 孙e sa st e m p 谢t i l r ei sl 鼯st h 柚1 2 9 0 ，b u ti n c r c 弱e s 勰t e 唧m c l i r ci s m o r et h a n1 2 9 0 t h es l a gi nj i n c h u a i l sn i c k e lf l a s hs m e 】t i n gp r o c e s si so l i v i n es l a g ，a i l di t sm a i l l c o m p o n e n ti s ( f e m g ) 2 s i 0 4 a l l o w i n gf o rm ec t i a m c t e ro fn i c k e lc o n c e n a t ea n d l ee f f b c to fs l a gc o m p o n 锄t so n v i s c o s i 吼e l e c t r i c a lc o n d u c t i v 时a r i dm e l t i n gp o i m ，i ti sc o n c l u d e dt h a t t h es p e c 语c p 缸越m 舰弼o f t h er e 髂叽a b l es l a gf 0 皿a 陀嬲f o l l o w s ： f o rf e o s i 0 2 一m g os y s t e m ： f “s j 0 2 ：1 2 f e ：4 2 ( f e 3 0 4 4 ) s i 0 2 ：3 5 m g o ：1 1 f o rf e o s i 0 2 一m 9 0 一c a 0s y s t e m ： f e s i 0 2 ：1 4 f e ：4 1 5 ( f e 3 0 4 4 ) s i 0 2 ：2 9 6 m g o ：1 2 c a o ：4 6 b yl l s i i l g 也o s c 锕os l a gf o 眦s ，t b o s ep m b i e m st h a tt h er e c o v e r ym t eo f 血伽e v a i u a b i em e t a i si si o w 锄d 也es l a gf b 硼i sn o ti d e a lc 姐b ee 丘酏t i v e l yr c s o l v e d ，t h eo u t p u t o fn i c k c l 姐dc 叩p e rc 觚b em i s e d ，t h ep 刚u c l i o nc o s t sc a nb er e d u c c dg r e a n y ，粕d c o r d i n g l y f h ee c o n o m i cp e r f b 衄a n c ec 姐b ei i l l p m v e dg r c a t l y k e yw o r d s ：n i c k e ln 雏hs m e m n & h i g h - i e v dm a g n 吲u ms l a g ，e l e c m lc o n d 眦t i v i 哆， s c o s i 吼r e 髂o n a b l es l a gf 0 n 中南大学硕士学位论文i 文献综述 1 文献综述 1 1 引言 就炼铁炉渣来说，a 1 2 0 3 s i 0 2 一c a 0 三元系物理化学性质的研究，对确定高炉 的工作制度，有效地提取金属，降低能耗和生产成本，提高企业经济效益有着重要 的指导意义。与此类似，f e o s i 0 2 一m g o ( c a o ) 系物理化学性质的研究对于有色冶 金炉渣( 如金川镍闪速熔炼炉渣) 来说也具有同样重要的意义。而且它对确定由类 似的炉渣制造矿物纤维、铸品以及制造玻璃状结晶材料的物理化学条件方面，还有 着重要的理论意义和实际价值。就有色冶金炉渣来讲，其粘度、电导、表面张力 和密度是极其重要的物理化学性质，与生产实践中的很多热力学和动力学现象发生 联系。例如，泡沫渣的形成、炉渣与金属的乳化、炉渣对耐火材料的侵蚀、夹杂物 的形成和聚集、金属与炉渣能否有效地分离以及金属回收率等问题，都与熔渣的粘 度、电导、表面张力和密度有关。另外，研究炉渣粘度、电导等物理化学性质也是 认识熔渣结构的重要途径【2 ”。但是，对于这一类渣型的物理化学性质的研究，较 之于黑色冶金炉渣来说要少得多。一个重要的原因是高温熔体性质的测定很困难， 而且对f e o - s i 0 2 一m 9 0 一( c a o ) 系的研究还有其特殊的困难：第一，渣的熔化温度高， 对实验设备提出了较高的要求；第二，f e o 强烈的化学侵蚀性，使坩埚、毛细管材 质以及测试手段的选择受很大限制；第三，制备渣的工作量大且条件难以控制。因 此对f e o s i 0 2 一m 9 0 一( c a o ) 系粘度、电导、表面张力和密度等性质的综合研究只见 到前苏联t o m p o v 【”，英国b o d r i 一3 1 远忠森卅以及王智嘲等人的工作。研究工作进 行得比较少，不能满足工业生产的需要。由于高温熔体性质测定的困难，测量结果 往往误差很大，妨碍了人们对高温熔体结构与物性、行为与机理的认识。因而不但 研究人们尚未研究的炉渣体系有意义，就是结合生产和理论研究的需要，重复验证 和补充前人研究过的体系，也是很有价值的工作。 1 2 有色冶金炉渣性质及其研究现状 有色冶金中的大多数炉渣主要由f c o 、s i 0 2 和c a o 等氧化物组成，并由这些 氧化物构成基本渣系。由于工业生产的需要，国内外许多学者对f c 0 s i 0 2 c a o 系 炉渣性质作了较深入系统的研究和探讨，并取得了较为满意的研究成果。 1 2 1f e 0 s i 0 2 c a o 系炉渣性质研究现状 m k u c h a r s k i 等人6 1 测定了f e o s i 0 2 系和f e o s i 0 2 一c a o 系的粘度。对f e o s i 0 2 中南大学硕士学位论文l 文献综述 系的研究结果表明：温度为1 4 7 3 k ，f e ，s i 值对应于2 f e o - s i 0 2 组成时，粘度达到最 大值，皿c d a 等人i ”认为这是由于熔体中出现了凝块，但随着温度的升高粘度迅速变 小；f e s i 比值增加( 即f e o 含量增加) ，粘度减小。对f e o s i 0 2 c a o 系( c a o s i 0 2 ( m 0 1 ) ： 0 2 ，o 4 ，o 6 ；f 以i ( 州) ：2 9 4 - 3 ；t 哐) ：1 4 7 3 1 6 2 3 ；p 0 2 ( p a ) ：6 0 8 x1 0 。6 ) 的研究结果表 明：熔体粘度随着c a 0 ，s i 0 2 值的增加而减小，当f c s i 值较小时减小的速度更快： 当f e s i 值较大时，c a 0 的加入对粘度的影响不大。粘度随着温度升高而减小，随 s i 0 2 含量的增加而增大。k o z a l ( e v i t c h 【s 卵研究发现f e o s i 0 2 c a o 系中s i 0 2 含量超 过3 5 时，由于s i x o y z 。型硅氧配合阴离子占主要地位而使粘度主要依赖于s i 0 2 含 量，与c a o 和f e 0 含量基本无关。s h a h b a z i 孤f 1 0 】，d u s i c h e n 和s e k i 等也对 f e o s i 0 2 一c a o 系的粘度进行了研究与测定，得到的结论与上述基本一致。 国内外冶金学者经过长时间的努力，分别对碱性炉渣和的粘度与温度的关系 得出了如下经验公式2 13 】： 对于碱性渣： 式中： 对于酸性渣： 式中： n = a e 陆” t l 一粘度，p a s ； e 1 一粘滞活化能，j m o l r 一摩尔气体常数： t 一温度，k ； i o g l o g t l = a + b t t 1 一粘度，p a s ； a b 一常数； t 一温度，k 。 2 0 世纪5 0 年代以前，w 百n a n h 【“】测定了f e o s i 0 2 系和f e 0 一s i 0 2 一c a 0 一m n 0 系电导率，m a n i n 和d e r g e 测定了f e o s i 0 2 c a o 三元系的电导率。这些早期研 究者认为熔融渣主要通过金属阳离子迁移而导电，电导率主要由硅氧配合阴离子的 尺寸大小决定。因此熔渣电导率随c a o 、m g o 、f e 0 和m n 0 2 等碱性氧化物含量的 增加而增大，随s i 0 2 含量的增加而减小。h o s l e l l l 6 1 和z i o l e k 【”1 等人也作了相应的 研究，得出的结论与上述基本一致 关于熔渣温度对电导率的影响， h 蛳a 【1 毫l ，c t 0 、r i c “1 9 1 和f o n 恤a 1 2 0 1 等人实 验测定了各种工业渣的电导率，n j t h c m e l i s 和o j i a o 【孙】经过实验数据处理得出了 以下电导率与温度的关系式，即a i t h e n i u s 定律： 式中： k = a e 5 邝7 k 一电导率。o 一1 c m 一；a 一常数 2 中南大学硕士学位论文l 文献综述 e k 一电导活化能，j m o l ；t 一温度，k 。 由此可看出熔渣电导率是温度的函数，随着温度的升高而增大。 m a r t i n m l 和h 刨a 【1 8 1 等人还发现电导和粘度的一些联系：低电导总伴随着高粘 度；大多数情况下，s i 0 2 和a 1 2 0 3 的加入总是增大粘度而降低电导。虽然粘度和电 导都依赖于离子的数量和类型，但粘度只与液层的流动有关，而电导由阳离子的迁 移决定1 2 1 1 ，这是两个不同的方面。他们试图把上述两种现象联系起来，但都没有 成功。 b e h e n 等人【1 3 】研究发现：在同一个碱性渣中e i l 总比e k 大得多。这一现象说 明粘度是由尺寸很大的硅氧配合阴离子的移动决定的，而电导与阳离子的迁移有 关。这与文献【2 l 】的说法相似。 另外，v a d a s z 【2 2 】，s k u p i e n 【2 3 1 和k a w a i 【2 4 】等许多冶金学者用气泡最大压力法对 f e o s i 0 2 一c a 0 系有色冶金炉渣进行了表面张力的深入研究，结果表明：表面张力 随熔渣碱度增加和温度升高而增大。v a d a s z 【2 2 1 ，h a r a 【2 5 1 和h e n d e r s o n 【2 q 等人对 f e 0 s i 0 2 c a 0 系冶金炉渣的密度进行了系统研究与测定，结果表明熔渣密度随 c a 0 和s i 0 2 含量增加和温度的升高而减小，随f e o 含量的增加而增大。该系的密 度大约在2 7 4 阶m 3 的范围之内。 综上所述，到目前为止，人们已经对f e o s i 0 2 一c a 0 系以及以其为基本渣系的 冶金炉渣物理性质进行了全面而系统的研究，在实际生产应用的组成范围内测定了 炉渣的粘度、电导、表面张力和密度，而且了解并掌握了粘度、电导、表面张力和 密度随炉渣温度与组成变化的规律。这些成果对有色冶金工业生产和今后的科学研 究具有重要的指导意义。 i 2 2 高镁炉渣性质研究进展与现状 f e o s i 0 2 一m 9 0 系是硫化铜镍矿熔炼( 如金川公司、卡尔古利冶炼厂) 的基本 渣系之一，但由于高镁炉渣熔化温度太高而造成的实验困难，对该系合成渣较全面 系统的研究还不多。 1 9 5 6 年，前苏联t o r o p o v 院士对f e 0 s i 0 2 m g o 三元系低f e o 含量区 ( f e o ( w t ) ：2 0 4 0 ：s i 0 2 ( 、v c ) ：5 5 3 5 ；m g o ( 叭) ：2 5 5 ) 的1 5 个渣样的粘度、表 面张力、密度和矿物组成进行了研耕”。测量的相对误差较大，p 值为5 2 ：o 为 4 8 。造成误差较大的原因至少有两方面【| 】：第一，吹泡速度太快，导致熔体搅动 严重，压力的测定值达不到晟大压力值：第二，其熔体在1 4 0 0 多数进入非均相 区，这不但没有多少理论意义，而且结晶物质在毛细管口的结晶，轻者造成压力测 量值的较大误差，重者使实验无法进行( 压力值不断上升) 。因此，实验数据的可 靠性值得怀疑。 1 9 7 7 年，b o 血盯等人对f e o s i 0 2 m g o c a 0 系铜熔炼渣的粘度、表面张力和 中南大学硕士学位论文l 文献综述 密度的进行了综合测定与研究1 3 j ，提出了铜精矿熔炼的最优渣型( w t ) ：s i 0 2 ：2 2 2 5 ； c a o ：8 l o ；m g o 6 ；f e x o y ：5 0 6 0 ( 其中f e 2 0 3 2 0 ) 。结果表明：在其研究范围内， m g o 和c a o 含量的增加会使熔渣表面张力增加，使密度减小：c a 0 含量增加使粘 度减小，而m g o 含量在低含量时可略微降低粘度，大于6 时使粘度显著升高： f e 2 0 3 含量的增加将使粘度增大而表面张力减小，这是因为f e 2 0 3 会吸收0 2 。形成复 杂f 气0 v z 阴离子。 1 9 8 3 年，w i l l i 锄s 等人【2 7 】测定了f e o s i 0 2 m 9 0 一( c a o ) 系7 个渣样的粘度， 结果( 见表l 1 ) 表明：m g o 含量较低时，渣粘度随m g o 含量增加无明显变化， 但达到3 以上时，粘度骤然增加，熔化温度也明显增大。这与文献 3 】的研究结果 是基本一致的。1 3 0 0 时增加m 9 0 含量至约8 将使粘度增加o 2 5 p a 但温度升 至1 3 5 0 或更高温度时，m g o 含量的影响减小。不过，他们的研究存在两点不足 之处：第一，实验中使用的z 而2 坩埚对试样的污染。分析结果表明试样中溶有 1 1 1 3 z 由2 ，但他们却认为z r 0 2 的溶解对实验结果没有影响，这一点让人难以 接受，因为z 帕2 的溶解，一方面使渣的组成发生了显著变化，另一方面外柱体( 坩 埚) 的内径发生了变化：第二用金属铁作为测头测定含铁渣粘度，会导致测头尺 寸的改变。由此可见，其实验中所使用的材料不够合理，测量手段也不够先进，容 易引起较大误差。但w i l l i a m s 等人的工作，作为原始数据供后人参考，也是很有 价值的。 t a b l e 卜lt h es l a gv i s c o s i t yo ff c 0 一s i 0 2 一m g o c a 0s y s t c m 表l lf e o s i 0 2 m 9 0 c a o 系粘度与组成的关系2 7 】 一表示使用z 1 0 2 坩埚 1 9 8 4 年，远忠森等【4 1 分别采用气泡最大压力法和旋转柱体法对 f e o s i 0 2 一m g o c a o 系的2 1 个合成渣的表面张力、密度和粘度等物理性质进行了深 入研究，所研究的组成范围为( 们) ：c a o5 ；f e 02 8 5 5 2 5 2 ：m g o4 7 5 1 9 ；s i 0 2 4 中南大学硕士学位论文l 文献综述 3 3 2 5 4 7 5 。由于实验设备的问题，得到的粘度数据很少。但通过对大量表面张力 和密度的实验数据的分析，得出了如下重要结论：( 1 ) 用等摩尔量或等重量的m g o 替代f e o 会引起表面张力的增加：( 2 ) 用等重量的s i 0 2 替代m 9 0 或f e o 都 会使表面张力降低，并且替代m 9 0 比替代f e o 使其降低更多；( 3 ) 由结论( 1 ) 和( 2 ) 可推出，在一定的o s i 比和一定的离子势( z ，r ) 范围内，z ，r 较小的阳离子被 刀r 较大的替代时会使表面张力增加；( 4 ) 用等重量的m 9 0 或s i 0 2 替代f c o 都 会引起密度的降低：( 5 ) 温度对表面张力和密度的影响存在两种相反的效应：其一 随着温度的升高，质点问的联系被削弱，表面张力和密度降低，z r 越大，这一效 果越低；其二，随着温度的升高，s i 一0 键同样被削弱，导致部分较大的硅氧配合 阴离子基团分解为较小的基团，引起表面张力和密度的增加，这一效应的效果与硅 氧配合阴离子的尺寸和含量有关，正是这两方面的效应导致do d t 可能为负值。 王智”，曾德文和谭鹏夫采用德国生产的h a k k e 型粘度计( 旋转柱体法) ， 研究和测定了以纯化学试剂配制的f e o s i 0 2 m g o c a o 系合成渣以及以金川闪速炉 炉渣为基础配入部分化学试剂合成的f e o s i 0 2 m 9 0 三元系半合成渣的粘度。为了 与其实验结果进行比较，将其粘度数据列于表l 一2 。其结果表明：在1 4 0 0 以下， 炉渣粘度随f e ，s i 0 2 比值和m g o 含量的增加而增大，而且m g o 含量的影响较 f e s i 0 2 比值更显著，随c a o 含量的增加而减小；但在1 4 0 0 以上高温下，由于复 杂硅氧配合阴离子离解比较完全，f e ，s i 0 2 比值、m g o 和c a 0 含量对粘度的影响不 太明显。另外，炉渣粘度随着熔体温度的降低而增大，增大的速度随不同的炉渣组 成有所差异。接近炉渣熔化温度区域时，增加速度明显加快，在粘度与温度的关系 曲线上存在明显的转折，表明在熔化温度附近开始有结晶析出，熔体已经发生相变： 炉渣中f e 3 0 4 含量随f e s i 0 2 比值的增大呈线性增大。王智还测定了部分炉渣的密 度，经过数据处理得出了密度( y ) 与温度( x o ) 、m g o ( x 1 ) 、s i 0 2 ( 。2 ) 、f e 0 ( x 3 ) 、f e 3 0 4 ( 】【4 ) 等变量之间的关系的线性回归模型为：y = 一9 3 5 l o 4 x o 一3 0 5 l o x l 一6 2 x l o 。x 2 + o 2 4 0 3 x 3 + o 1 4 8 3 x 4 7 7 3 。最后王智提出了金川镍闪速熔炼炉渣的最优渣型 ( w t ) ：f “s i 0 2 ：l _ 2 ：f e ：3 8 4 2 ( 其中f e 3 0 4 ：3 ) ：s i 0 2 ：3 0 3 3 ；m g o ：7 9 ：c a o ：3 5 。 1 9 8 9 年，m k u c h 躺i ( i 等人【删测定了f e 0 s i 0 2 m g o 系的粘度，结果见表l 一3 。 由于m g o 的加入使熔化温度明显上升，所以该实验只在1 5 2 3 1 6 2 3 k 温度范围内测 定了m g o ，s i 0 2 ( m 0 1 ) 比为o 2 的渣样粘度，意义有限。 h i 昭i n s 和j 咖e s l 3 l j 研究了r h o d c s i 瓶铜熔炼渣的粘度性质。他们主要考察了 s i 0 2 、f e o 、c a 0 、a 1 2 0 3 、m g o 和f e 2 0 3 的加入对标准渣( s i 0 2 ：4 1 8 、t ，f c o ：2 5 3 叭， c a o ：2 5 3 训，a 1 2 0 ，：7 6 叭) 的粘度的影响，结果表明：( 1 ) a 1 2 0 3 和s i 0 2 含量的 增加使粘度显著增大：( 2 ) 适量c a o 或m g o ( 6 ) 的加入可降低粘度，但随着含量 增加特别是达到饱和以后粘度将显著增大；( 3 ) f e o 和f e 2 0 3 的加入使粘度降低， 中南大学硕士学位论文1 文献综述 f e 2 0 3 含量对粘度的影响与文献 3 】的结果正好相反。 t a b l ei 一2t h ev i s c o s i t yo f t h ef c 0 s i 0 2 一m 9 0 一c a os y s t e m l 5 】 表1 2 f c o s i 0 2 一m g o c a o 系炉渣粘度 注：“一”表示出现固相，粘度值超过3p a - s 以上：“”表示以金川闪速炉渣为基础配成的半合成渣 6 中南大学硕士学位论文l 文献综述 m g o ，s | 0 2 ( m 0 1 ) = 町2 ；p 0 2 = 6 0 8 1 0 4p a j k o w a l c z y k 等人研究了辉铜矿熔炼渣( s i 0 2 ：4 5 ，c a 0 ：1 6 ，a 1 2 0 3 ：1 1 ， m g o ：8 ，f e o ：5 7 ) 的粘度随温度及其组成的变化规律。从其粘度随c a o 含 量的变化曲线可看出，c a o 对粘度的影响比较复杂：当c a 0 含量从1 6 6 升至 2 5 5 时，粘度在所有温度范围内都降低：当c a o 含量达到3 2 5 以上，温度降至 1 5 2 0 k 以下时粘度显著增大。h i g g i n s 【3 1 1 和m c c a u l e y 【3 3 1 等人也观察到了类似的现 象。对这些现象j k o w a l c z y k 等人作了如下解释：当熔渣温度降低到熔化温度或以 下时，c a o 和c a 2 s i 0 4 等固体颗粒将会形成并析出。m g o 含量对粘度的影响与c a 0 类似，粘度在急剧增大之前随m g o 含量的增加而减小。熔渣温度降低到熔点温度 或以下时，将有m g o ，m g s i 0 3 或m g s i 0 4 等固体颗粒析出。另外，f e 2 0 3 和c u 2 0 的加入可使粘度降低，而少量c r 2 0 3 可使粘度大幅度提高。这些结论与文献 2 9 】一 致。 1 9 8 0 年，莫鼎成等人 3 4 】测定了金川电炉渣( f e o s i 0 2 m g o 系) 粘度、电导、 表面张力、熔化温度和密度等性质，其结果表明：c a o 含量( 6 ) 时对粘度影响变弱；f e 3 0 4 中南大学硕士学位论文 3 炉渣粘度的研究 含量升高会使炉渣熔化性温度升高，从而导致炉渣粘度也随f e 3 0 4 含量的增加而增 大。只有温度小于1 3 5 0 时，以上结论才是正确的；在1 3 5 0 以上高温下，由于 硅氧配合阴离子离解比较完全，f e ，s i 0 2 比值、c a o 和m g o 含量对粘度的影响比 较复杂，且由于粘度绝对值较小导致粘度测量时相对误差较大，效果不太明显。 从以上的研究中，可以得出一个结论，即适当地增加f e ，s i 0 2 比值、m 叩l 或 c a o 含量，可以有效地降低炉渣的粘度，改善炉渣的性质。 中南大学硕士学位论文4 炉渣电导率的研究 4 炉渣电导率的研究 4 1 引言 冶金熔体电导率是其重要的物理化学性质之一。测定熔体导电性质对研究分 析导电机理具有重要意义，是研究熔体结构的一个重要手段，对冶金工业生产更 具有实际应用价值。在镍冶金的炉渣贫化过程中。有相当可观的能量是消耗在炉 渣本身的电阻损耗上，因此若能减小电阻损耗，则可以提高电功效率、节省电能、 降低成本，而寻求使用一种电导率大的炉渣渣型就可以减小电阻损耗。 4 2 电导率测定方法及原理 本研究采用交流四探针法测定高温熔体的电导率，测试原理如图4 一l 所示。 1 交流电源2 标准电阻3 限流电阻4 5 电压传感器 6 四探针7 熔体8 坩埚 f i g 4 11 h cs c b 鲫嘶cd i a 鲫no f a c 锄d 砷b cm 甜1 0 df b rm 例沁协ge l 仃i c0 0 n 如嘶v 时 图4 一l 交流四探针法测定电导率原理简图 图4 一l 中a 、b 、c 、d 为四探针( 纯钼制成) ，插入熔体7 中。电流由交流电 源l 供给，经标准电阻r s 、限流电阻r f 和探针a 、d 构成闭合回路。当电流i s 通 过标准电阻r s 时，电压降e s 为： e s ；i s r s ( 4 一1 ) 设b 、c 探针之间熔体电阻为r x ，则b 、c 之间的电压降e x 为： e x = i s r x ( 4 2 ) 由于r s 和风在熔体中是串接的，电流相等，故可由以上两式消去i s ，得： p ， r x = 竺j b ( 4 3 ) 4 1 中南人学硕士学位论文4 炉渣电导率的研究 可见，若能准确测得e x 和e s ，由于r s 已知，便可知b 、c 之侧的电阻r x 。 电导率定义为单位截面积单位长度导体具有的电导( 电阻的倒数) ，即： r = 丢丢 ( 4 4 ) s 只 、7 式中，、s 、r 分别是截取的那段导体的长度、截面积和电阻。由式( 4 4 ) 可知熔 体电导率的测量不仅包括对电阻的测量，而且还要测定熔体中导电通路的长度1 和截 面积s 。这是很困难的。 令电导池常数c = ，s ，则： k ：旦 ( 4 5 ) r 。 用标准电导溶液测出电导池常数c ，将c 和r x 代入公式( 4 5 ) 中即可求出熔体 的电导率。因此，通常采用的办法是固定电导池和电极( 探针) 结构及电极在熔体l 卜l 的插入深度，然后用准确己知电导值的标准液体来标定电导池常数。 4 3 实验装置简介 测试系统主要由音频信号发生器、电压传感器、标准电阻和钼探针等组成。e s 、 e x 电压信号通过电压传感器和1 6 位的4 0 1 7 模块事先与计算机c o m l 通讯，计算机 随时采集电压信号，并在屏幕中连续显示。测定电导率的电脑操作界面如图4 2 所示。测试时启动升降系统，使熔渣表面上升，当探针与渣面接触时，炉子自动停 止，位移显示表清零后，点动熄激黪按钮，使探针进入熔渣的指定位置。电极探针 为钼丝，直径为1 m m ，下端伸出4 0 m m ，应校直使四探针互相平行，f 端在同一水 平面上。为了防止钼探针及钼坩埚被氧化，实验过程中应在通气口通入氩气。 f 培4 2t h e0 p e r “n gi n t e r f a c ef o rm 船s u r i n ge l e c t r i cc o n d u c t “i t y 图4 2 电导率测定操作界面 中南大学硕士学位论文4 炉渣电导率的研究 4 4 电导池常数标定 电导池常数标定，一般采用已知电导率的k c l 水溶液作标准溶液，标准溶液 的选用原则是它的电导率值尽量接近待测熔体电导率值。k c l 水溶液的电导率x ( 盯耐) 与温度t ( ) 的经验式如下： k = a + b t + c t 2 ( 4 5 ) 式中a 、b 、c 均为常数，其值与浓度有关。 首先配制o 1 m 0 1 l 的k c l 标准溶液，摇匀后倒入与实验用坩埚同样直径的烧 杯中测定其温度及电导池常数。电导池常数与探针插入深度有关，应测量一系列 不同插入深度下电导池常数，从中选取电导池常数变化最小的插入深度作为整个 实验固定不变的插入深度( 经过测量最后选用2 0 m m ) 。当实验用探针结构、电导 池材料、尺寸有改变时，应随即标定其电导池常数。电导池常数测定步骤为：接 通信号发生器电源使电导测量系统处于工作状态，打开计算机电源开关，进入 w i n d o w s 9 8 环境，启动实验程序后点动测定电导率程序菜单，显示电导率测定操作 界面。点动黪滋褰按钮，坩埚自动升起，当液面与探针接近