张国成等：炉渣成分对治炼白云鄂博矿高炉渣脱硫和排碱能力的影响 9 的二元碱度及渣中(K2O+Na2O)的活度27，使碱金 3.3.3A12O3含量对高炉渣脱硫和排碱能力的影响 属在炉内的挥发数量减少，增加炉渣的排碱数量 根据表2所示的实验方案和炉渣成分，通过 因此，适宜的w(MgO)不仅可以提高炉渣的脱硫能 Factsage热力学软件计算出不同w(Al2O)条件下 力，同时也能提升炉渣的排碱能力，白云鄂博矿炉 的CaO-SiO2-Mg0-Al2O3-CaF2伪五元相图，w(CaF2) 渣的w(Mg0)为14%~16%时，可有效解决炉渣脱 设为1%，如图7所示（红圈区域为研究渣系成分 硫和排碱之间的矛盾 范围) (a) 9 09 T/K (b) T/K 0.8 12000 2000 1900 1900 0.102030.4050.60.10.8 0.7 1800 1800 w(CaO3) w(SiO 1700 1700 1600 w(CaO3) 1600 1500 0.1020.30.4050.60.70.8 1500 1400 1400 1300 1300 0.90.8 0.70.60.50.40.3020.1 0.90.80.70.60.50.40.30.20.1 w(MgO) w(MgO) (c) (d) 809 T/K ,2000 9 T/K 12000 7 1900 1800 60.70.8 1900 1800 0102030.40.506 w(CaO,) 1700 w(CaO3) 1700 1600 1600 1500 1500 1400 1400 1300 0.102030.40.5 1300 0.90.80.70.60.50.40.3020.1 0.90.80.70.60.50.40.30.20.1 w(MgO) w(MgO) 图7不N同Al203含量的Ca0-SiO2-Mg0-Al203-CaF2五元渣伪三元相图(a)w(Al203=11%;(b)w(Al203=13%;(c)w(Al203=159%,(d)w(Al203=17% Fig.7 Pseudotemary phase diagram of Cao-SiOz-MgO-AlO-CaF2 five-component slag with different AlO3 contents:(a)w(AlO3)11%;(b)(Al2O3)= 13%,(C)mtAl20=15%;(d)wA2O3=17% 当渣中w(A120)从11%升高到17%时，渣中 A12O3呈弱酸性，因此随着高炉渣中的酸性物质的 (S)有所下降.Al2O3是一种弱酸性氧化物，能与 增多，K,0和Na,0在渣中的活度将下降B2-刘，稳 炉渣中的氧离子发生反应，形成复合阴离子 定性提升.增加w(Al2O3)有益于排碱，但高w(Al2O3) AlO,2和硅铝氧复合阴离子，再与Mg0和SiO2等 不利于炉渣脱硫，反而会导致炉渣黏度上升.结合 物质结合形成一系列的硅铝酸钛复合盐，从而降 生产实际情况来看，w(A1203)应控制在11%~13% 低了自由氧离子的浓度-别随着w(AlO)的增 4结论 加，渣中越容易出现镁铝尖晶石(MgA12O4)、铝酸 一钙(CaAl2O4)等高熔点矿物.由图7可知， (1)热力学模拟计算表明：R,增加，渣中O2浓 w(Al2O3)增加，易生成镁铝尖晶石(MgAl2O4)等高 度升高，有助于改善脱硫反应的热力学和动力学 熔点物质，使炉渣中的自由氧离子消耗量增多，不 条件，从而提高炉渣脱硫能力；w(MgO)增加，能提 利于脱硫反应动力学条件的改善，从而降低炉渣 高炉渣的流动性和稳定性，有利于改善炉渣脱硫 的脱硫能力 的动力学条件，还可降低炉渣的二元碱度及渣中 KzO和Na2O在渣中都是强碱性氧化物，而 (KzO+Na2O)的活度，使碱金属在炉内的挥发数量的二元碱度及渣中 (K2O+Na2O) 的活度[27] ，使碱金 属在炉内的挥发数量减少，增加炉渣的排碱数量. 因此，适宜的 w(MgO) 不仅可以提高炉渣的脱硫能 力，同时也能提升炉渣的排碱能力，白云鄂博矿炉 渣的 w(MgO) 为 14%～16% 时，可有效解决炉渣脱 硫和排碱之间的矛盾. 3.3.3    Al2O3 含量对高炉渣脱硫和排碱能力的影响 根据表 2 所示的实验方案和炉渣成分，通过 Factsage 热力学软件计算出不同 w(Al2O3 ) 条件下 的CaO−SiO2−MgO−Al2O3−CaF2 伪五元相图，w(CaF2 ) 设为 1%，如图 7 所示 (红圈区域为研究渣系成分 范围). w(MgO) w(CaO3 ) T/K 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 w(SiO2 ) w(CaO3 ) w(SiO2 ) w(CaO3 ) w(SiO2 ) w(CaO3 ) w(SiO2 ) 0.1 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 w(MgO) T/K 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 w(MgO) T/K 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 w(MgO) T/K 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 (a) (b) (c) (d) 图 7    不同 Al2O3 含量的 CaO−SiO2−MgO−Al2O3−CaF2 五元渣伪三元相图. (a) w(Al2O3 )=11%; (b) w(Al2O3 )=13%; (c) w(Al2O3 )=15%; (d) w(Al2O3 )=17% Fig.7     Pseudoternary phase diagram of CaO−SiO2−MgO−Al2O3−CaF2 five-component slag with different Al2O3 contents: (a) w(Al2O3 )=11%; (b) w(Al2O3 )= 13%; (c) w(Al2O3 )=15%; (d) w(Al2O3 )=17% 当渣中 w(Al2O3 ) 从 11% 升高到 17% 时，渣中 w(S) 有所下降. Al2O3 是一种弱酸性氧化物，能与 炉 渣 中 的 氧 离 子 发 生 反 应 ， 形 成 复 合 阴 离 子 AlxOy 2−和硅铝氧复合阴离子，再与 MgO 和 SiO2 等 物质结合形成一系列的硅铝酸钛复合盐，从而降 低了自由氧离子的浓度[28−31] . 随着 w(Al2O3 ) 的增 加，渣中越容易出现镁铝尖晶石 (MgA12O4 )、铝酸 一 钙 (CaA12O4 ) 等 高 熔 点 矿 物 . 由 图 7 可 知 ， w(Al2O3 ) 增加，易生成镁铝尖晶石 (MgAl2O4 ) 等高 熔点物质，使炉渣中的自由氧离子消耗量增多，不 利于脱硫反应动力学条件的改善，从而降低炉渣 的脱硫能力. K2O 和 Na2O 在渣中都是强碱性氧化物 ， 而 Al2O3 呈弱酸性，因此随着高炉渣中的酸性物质的 增多，K2O 和 Na2O 在渣中的活度将下降[32−35] ，稳 定性提升. 增加 w(Al2O3 ) 有益于排碱，但高 w(Al2O3 ) 不利于炉渣脱硫，反而会导致炉渣黏度上升. 结合 生产实际情况来看，w(Al2O3 ) 应控制在 11%～13%. 4    结论 （1）热力学模拟计算表明：Ro 增加，渣中 O 2−浓 度升高，有助于改善脱硫反应的热力学和动力学 条件，从而提高炉渣脱硫能力；w(MgO) 增加，能提 高炉渣的流动性和稳定性，有利于改善炉渣脱硫 的动力学条件，还可降低炉渣的二元碱度及渣中 (K2O+Na2O) 的活度，使碱金属在炉内的挥发数量 张国成等： 炉渣成分对冶炼白云鄂博矿高炉渣脱硫和排碱能力的影响 · 9 ·