郭占成等：超重力治金：科学原理、实验方法、技术基础、应用设计 1599· 大，在熔渣中不易聚集长大，特别是铝液滴由于表 果会更好7-4图11(b)为转炉钢渣在微波加热角 面氧化膜的存在几乎不能聚集；二是由于粒径小浮 转子离心机重力系数62、温度1550℃、离心时间 力小，与熔渣基体的重力差难克服上浮或沉降过程 1min的实验结果，结果也说明超重力分离渣中 中熔渣的黏滞力.如前所述，超重力不仅可以克服 金属液滴效果很好.铝渣中的金属铝液滴表面有 金属液滴聚集的界面张力，而且显著增大了金属液 一层氧化铝膜，致使铝液滴的表面张力很大，常规 滴与熔渣的重力差，因此，热态熔渣在超重力条件 的高温分离效率很低，但在超重力作用下分离效 下可以快速实现金属液滴的分离 果很好，图11(c)是铝质量分数约12%~20%的二 图11(a)是金属铜质量分数为3.35%的闪速 次铝灰（炒灰分离后的铝灰）在重力系数1000和温 炉铜渣在1350℃重熔后导入立式离心分离机，在 度720℃的分离效果，分离时间5min时，金属 重力系数仅为80、分离时间仅1min条件下的试 A1的回收率达90%以上，残渣中已无明显的细小 验结果，试样横截面最外层是钼坩埚壁，在超重力 铝颗粒.此外，铁合金冶金渣也可以借助超重力分 的作用下金属Cu快速分离于坩埚壁，分离率达到 离其中的金属液滴，特别是硅冶炼渣中的金属硅， 了85%以上.实际上，由于熔渣导入过程降温及离 由于硅液滴的密度与熔渣的密度十分接近，熔融 心筒降温，熔渣在液态下的分离时间不足1min, 沉降分离很难，而在超重力条件下可实现很好的 这说明超重力显著增大了铜渣的分离速度.如果 分离，金属硅液滴沿重力反方向上浮聚集成硅液 在铜渣中加入少量碳粉或提高重力系数，分离效 连续相，熔渣在硅液下层 (a) 10 Ke 100m 100μm (b) Interface 100m 3 min 5 min (c) Before 100m After 100m 图11超重力分离治炼渣中金属液滴.(a)铜渣：(b)钢渣：(c)二次铝灰 Fig.11 Separation of various metal droplets from smelting slags by supergravity:(a)copper slag,(b)steel-making slag.(c)secondary aluminum ash 3.4危固冶炼渣超重力处理及循环利用 铝镁合金精炼渣中弥散细小的高熔点MgO 铝镁合金精炼渣主要由可溶性氯盐、氟盐和 等颗粒物，质量分数占30%~40%，如图12(a)所 不溶性氧化物组成，属危固冶金渣：不锈钢冶炼渣 示，若将高熔点颗粒物分离，则低熔点的氯盐和氟 及铬铁合金冶炼渣，由于Cr含量高，也是一种危 盐液相可作为精炼剂原料循环利用，而仅含少量 固治金渣 氯盐和氟盐的固相可作为陶瓷原料利用.图12(b)大，在熔渣中不易聚集长大，特别是铝液滴由于表 面氧化膜的存在几乎不能聚集；二是由于粒径小浮 力小，与熔渣基体的重力差难克服上浮或沉降过程 中熔渣的黏滞力. 如前所述，超重力不仅可以克服 金属液滴聚集的界面张力，而且显著增大了金属液 滴与熔渣的重力差，因此，热态熔渣在超重力条件 下可以快速实现金属液滴的分离. 图 11（ a）是金属铜质量分数为 3.35% 的闪速 炉铜渣在 1350 ℃ 重熔后导入立式离心分离机，在 重力系数仅为 80、分离时间仅 1 min 条件下的试 验结果，试样横截面最外层是钼坩埚壁，在超重力 的作用下金属 Cu 快速分离于坩埚壁，分离率达到 了 85% 以上. 实际上，由于熔渣导入过程降温及离 心筒降温，熔渣在液态下的分离时间不足 1 min， 这说明超重力显著增大了铜渣的分离速度. 如果 在铜渣中加入少量碳粉或提高重力系数，分离效 果会更好[47−48] . 图 11（b）为转炉钢渣在微波加热角 转子离心机重力系数 62、温度 1550 ℃、离心时间 1 min 的实验结果[49] ，结果也说明超重力分离渣中 金属液滴效果很好. 铝渣中的金属铝液滴表面有 一层氧化铝膜，致使铝液滴的表面张力很大，常规 的高温分离效率很低，但在超重力作用下分离效 果很好，图 11（c）是铝质量分数约 12%～20% 的二 次铝灰（炒灰分离后的铝灰）在重力系数 1000 和温 度 720 ℃ 的分离效果 ，分离时间 5 min 时 ，金属 Al 的回收率达 90% 以上，残渣中已无明显的细小 铝颗粒. 此外，铁合金冶金渣也可以借助超重力分 离其中的金属液滴，特别是硅冶炼渣中的金属硅， 由于硅液滴的密度与熔渣的密度十分接近，熔融 沉降分离很难，而在超重力条件下可实现很好的 分离，金属硅液滴沿重力反方向上浮聚集成硅液 连续相，熔渣在硅液下层. (a) 10 kg Cu Slag Slag Steel 3 min 5 min Before After Before After Interface 100 μm 100 μm 100 μm 100 μm 100 μm (b) (c) Supergravity 图 11    超重力分离冶炼渣中金属液滴. （a）铜渣；（b）钢渣；（c）二次铝灰 Fig.11    Separation of various metal droplets from smelting slags by supergravity: (a) copper slag; (b) steel-making slag; (c) secondary aluminum ash 3.4    危固冶炼渣超重力处理及循环利用 铝镁合金精炼渣主要由可溶性氯盐、氟盐和 不溶性氧化物组成，属危固冶金渣；不锈钢冶炼渣 及铬铁合金冶炼渣，由于 Cr 含量高，也是一种危 固冶金渣. 铝镁合金精炼渣中弥散细小的高熔点 MgO 等颗粒物，质量分数占 30%～40%，如图 12（a）所 示，若将高熔点颗粒物分离，则低熔点的氯盐和氟 盐液相可作为精炼剂原料循环利用，而仅含少量 氯盐和氟盐的固相可作为陶瓷原料利用. 图 12（b） 郭占成等： 超重力冶金：科学原理、实验方法、技术基础、应用设计 · 1599 ·