Vol.29 Suppl 2 张延玲等：熔渣中Zn,Pb挥发行为的对比分析 75。 比随FeO含量升高而升高，但相比之下渣中Fe0对 是在较高氧势的情况下P%进入渣相形成Pb2SiO4、 Ph在气相中总的分配比的影响并不明显.这是因 PbAO4等复杂化合物的可能性也很低，因此热力学 为Zn0与熔渣成分如S02、Al203等之间有较强的 上气相中的氧势对于P弘在气相中总的分配比影响 相互吸引力，而Fε0在渣相中能够起到碱性氧化物 甚微. 的作用，降低SiO2、Ab03等酸性氧化物的活度，减 1.0@ 小Zm0与Si02Al03等形成Zn2Si04ZnAl04复杂 Total Zn 0.8 化合物而滞留在渣相中的可能性，从而促进金属Z Metallic Zn 0.6 蒸气与ZnCl2气体的形成和挥发.与之不同的是 0.4 Pb0与Si02、A103等之间的相互吸引力较弱，图4 0.2 所示的各种复杂化合物生成的标准吉布斯自由能可 8 说明这一问题.因此F0对Pb在渣相中的活度影 -6 4 1g Po2 响并不明显，即便是在较低的F0含量条件下，在 0.8Metallic Pb Total Pb 不考虑动力学条件的情况下依然有高比例的P%挥 发到气相中. 0.6 ● 50r 0.4 0.2 2PbO+SiO,=Pb,SiO △ 是 PbO+ALO,=PbAl,O, 10 -2 10 的 lg Po2 ZnO+Fe,O3=ZnFe2O, -10 2ZnO+SiO=Zn,SiO 图5氧势对Z.b挥发气体种类及生成比例的影响 -30 鉴 ZnO+Al,O,=ZnAl,O, -586080010012001400160018002000 2实验研究 温度K 2.1实验样品 图4各种化合物形成的标准吉布斯自由能 本研究首先利用纯化学试剂，纯Fe粉、Fe2O3、 1.3氧势的影响 Si02、CaC03、以及Ab03在纯Ar气氛下造模拟渣， 气相中的氧势对Z、Pb挥发气体种类及生成 最终获得的渣成分如下表1所示. 比例的影响如图5所示.计算过程中，输入气氛为 表1实验用渣的化学成分 50%Ar+50%C0/C02,氧势由C0/C02值确定.由 质量分数/% 渣名称 图5可以看出，氧势较低的情况下，主要的挥发气体 Cao Feo Si02 Fe203 Al203 Fe2+/Fe 碱度 种类为金属类单质气体金属Z、金属Pb:随氧势增 Pshg69654.4124.3597458 620 029 加，金属Z、金属Pb气体生成比例下降，原因是高 Cshg212713.9631.91282 466 0.55 067 氧势会抑制反应(1)、(5)向右进行.随氧势增加， S-slg17.8717.8044.191519495 1.30040 ZnCb、PhC2气体比例显著增加，PbCl气体先增加， 而当氧势高于某一值（本实验条件下为lgPo2= 将渣样破碎并研磨成粉末，然后与化学试剂 一6)时，PbCI气体随之而下降.从总体来看，Pb在 CaCh及ZnO/PbO混合.ZnO/Pb0与渣的质量配 气相中的总分配比基本不受氧势的影响，若不考虑 比分别为10%，90%（与热力学计算条件相同， 动力学方面的因素，几乎100%的P%可以进入气相 CaCh按照固定的物质的量比ZnO/Pb0℃aCl2=1: (图5(b)).不同的是，氧势对Zn的总挥发率却有重 1添加 要影响（图5(a)),随气相中氧势的提高，更多的Zn 2.2实验装置与步骤 趋于滞留在渣相中.这同样是因为Z0与熔渣成 本实验所用装置简图如图6所示.取约3g样 分Si02、Ab03等之间有较强的相互吸引力，较高的 品放入坩埚内，将坩埚置于电阻炉内的反应管中. 氧势能促进复杂化合物如Zn2SiO4、ZnAlO4的生成， 加热前1h,开始从反应管底部以的流量通入纯Ar 进而抑制Z如的挥发.而对Pb而言，由于Pb0与熔 气，以保证实验过程所需要的惰性气氛.之后在30 渣成分之间的相互吸引力较弱（如图4所示），即便 min内将样品温度加热至实验温度亿n挥发实验为比随 FeO 含量升高而升高,但相比之下渣中 FeO 对 Pb 在气相中总的分配比的影响并不明显.这是因 为, ZnO 与熔渣成分如 SiO2 、Al2O3 等之间有较强的 相互吸引力,而 FeO 在渣相中能够起到碱性氧化物 的作用 ,降低 SiO2 、Al2O3 等酸性氧化物的活度 , 减 小ZnO 与 SiO2 、Al2O3 等形成Zn2SiO4 、ZnAlO4 复杂 化合物而滞留在渣相中的可能性 ,从而促进金属 Zn 蒸气与 ZnCl2 气体的形成和挥发.与之不同的是 PbO 与 SiO2 、Al2O3 等之间的相互吸引力较弱 ,图 4 所示的各种复杂化合物生成的标准吉布斯自由能可 说明这一问题 .因此 FeO 对 Pb 在渣相中的活度影 响并不明显 , 即便是在较低的 FeO 含量条件下 , 在 不考虑动力学条件的情况下依然有高比例的 Pb 挥 发到气相中. 图 4 各种化合物形成的标准吉布斯自由能 1.3 氧势的影响 气相中的氧势对 Zn 、Pb 挥发气体种类及生成 比例的影响如图 5 所示.计算过程中, 输入气氛为 50 %Ar +50 %CO/CO2 ,氧势由 CO/CO2 值确定 .由 图 5 可以看出, 氧势较低的情况下 ,主要的挥发气体 种类为金属类单质气体金属 Zn 、金属 Pb ;随氧势增 加,金属Zn 、金属 Pb 气体生成比例下降 , 原因是高 氧势会抑制反应(1)、(5)向右进行.随氧势增加 , ZnCl2 、PbCl2 气体比例显著增加 , PbCl 气体先增加 , 而当氧势高于某一值(本实验条件下为 lgPO2 = -6)时 , PbCl 气体随之而下降.从总体来看, Pb 在 气相中的总分配比基本不受氧势的影响, 若不考虑 动力学方面的因素,几乎 100 %的 Pb 可以进入气相 (图5(b)).不同的是 ,氧势对Zn 的总挥发率却有重 要影响(图 5(a)),随气相中氧势的提高 ,更多的 Zn 趋于滞留在渣相中.这同样是因为 ZnO 与熔渣成 分SiO2 、Al2O3 等之间有较强的相互吸引力 ,较高的 氧势能促进复杂化合物如 Zn2SiO4 、ZnAlO4 的生成 , 进而抑制 Zn 的挥发.而对 Pb 而言 ,由于 PbO 与熔 渣成分之间的相互吸引力较弱(如图 4 所示), 即便 是在较高氧势的情况下 Pb 进入渣相形成 Pb2SiO4 、 PbAlO4 等复杂化合物的可能性也很低,因此热力学 上气相中的氧势对于 Pb 在气相中总的分配比影响 甚微. 图 5 氧势对 Zn、Pb 挥发气体种类及生成比例的影响 2 实验研究 2.1 实验样品 本研究首先利用纯化学试剂 , 纯 Fe 粉 、Fe2O3 、 SiO2 、CaCO3 、以及 Al2O3 在纯 Ar 气氛下造模拟渣, 最终获得的渣成分如下表 1 所示 . 表1 实验用渣的化学成分 渣名称 质量分数/ % CaO FeO SiO2 Fe2O3 Al 2O3 Fe 2+/ Fe 3+ 碱度 F-slag 6.96 54.41 24.35 9.7 4.58 6.20 0.29 C-slag 21.27 13.96 31.91 28.2 4.66 0.55 0.67 S-slag 17.87 17.80 44.19 15.19 4.95 1.30 0.40 将渣样破碎并研磨成粉末, 然后与化学试剂 CaCl2 及 ZnO/PbO 混合.ZnO/PbO 与渣的质量配 比分别为 10 %, 90 %(与热力学计算条件相同), CaCl2 按照固定的物质的量比 ZnO/PbO∶CaCl2 =1∶ 1 添加 . 2.2 实验装置与步骤 本实验所用装置简图如图 6 所示.取约 3 g 样 品放入坩埚内 , 将坩埚置于电阻炉内的反应管中. 加热前 1 h , 开始从反应管底部以的流量通入纯 Ar 气 ,以保证实验过程所需要的惰性气氛 .之后在 30 min 内将样品温度加热至实验温度(Zn 挥发实验为 Vol.29 Suppl.2 张延玲等:熔渣中 Zn、Pb挥发行为的对比分析 · 75 ·