盛力等：含固相铜冶炼渣的黏度计算及其应用 51· 20 1.5 20 1.0 尖品石 尖晶石 1.2 -0-黏度 0.8 15 -9-黏度 15 0.9 0.6 10 10 0.6 0.4 0.3 5 0.2 9 30 35 4045505560 10 15 20 25 30 FeO的质量分数/% Fe0的质量分数% 图3F0含量对铜治炼渣固相体积分数和黏度的彩响 图5Fε，O,含量对铜治炼渣固相体积分数和黏度的影响 Fig.3 Effect of Fe0 content on the volume fraction of solids and the Fig.5 Effect of Fe:O content on the volume fraction of solids and viscosity the viscosity 30 5 上的认识有所出入.一般认为CaO的加入会促进聚合 的硅酸盐结构逐渐解聚，因而会使黏度降低.造成本 25 铁氧化物 尖晶石 4 研究中Ca0影响较小的原因可能是本渣系本身的碱 ■Si0, 一-黏度 3 度就较高，而硅的聚合程度并不高，因而C0作为碱 15 性氧化物可发挥作用的空间就较小.相反，当继续增 加Ca0的含量，体系中出现铁氧化物固体，黏度逐渐 升高. 20 0.5 ☐铁氧化物 1015 20 25303540455055 尖晶石 0.4 S0,的质量分数/% 15 -0一黏度 图4S02含量对铜冶炼渣固相体积分数和黏度的影响 Fig.4 Effect of Si0,content on the volume fraction of solids and the 10 viscosity 黏度的变化可以看到，当Fe,0,质量分数在10%以下 0.1 时，熔渣的黏度随Fe,O,含量的升高略有降低，这与 1a2 4 Sumita等的研究结果是一致的[2s】,该研究考察Fe,O, 10 CO的质量分数/% 对铁橄榄石渣系黏度的影响，发现F,O,熔于液相中 图6C:0含量对铜冶炼渣固相体积分数和黏度的影响 生成的Fe,O,可在一定程度上破坏硅酸盐的三维网状 Fig.6 Effect of Ca0 content on the volume fraction of solids and the 结构，使体系的黏度下降.但根据图5，当Fe,0,质量 viscosity 分数高于10%时，体系中会析出Fe,0,尖晶石固体，渣 A山，O3和Mg0含量对固相体积分数和黏度的影响 的黏度也会急剧上升.在生产实践中，一般认为Fe,O, 分别如图7和图8所示.当山，0，的质量分数在0%~ 含量的提高会使炉渣黏度升高，因此必须严格控制. 4%的范围内增长时，体系的黏度略有升高.但当 但通过本研究发现，Fe,O,本身并不会使炉渣黏度升 L,0,含量继续增加时，渣中开始生成尖晶石固相 高，相反适量的Fe,O,反而会降低渣的黏度，但Fe3O4 (Fe,O,和少量的FeAL,O,),体系黏度升高的趋势也更 在铜冶炼渣中的溶解度较低，因而极易以固体形式析 加显著。因此，为得到黏度较低、固体量较少的熔渣体 出，从而使黏度大幅升高.根据图5所示的计算结果， 系，应控制A山，03的质量分数在8%以内.当Mg0质量 在铜冶炼过程中为得到固体量较少、流动性较好的熔 分数在0%~4%内变化时，熔渣中固体量极低，其黏 渣，Fe0,的质量分数应控制在15%以下. 度随MgO含量的变化也很小.但当Mg0含量继续增 图6为Ca0含量对铜治炼渣固相体积分数和黏 加，体系中开始出现大量的橄榄石固相以及少量的尖 度的影响.可以看到当Ca0质量分数低于9%时，熔 晶石固相，导致熔渣的黏度激增.可以看到当炉渣中 渣体系几乎为纯液相，此时渣的黏度均低于0.15Pa· Mg0质量分数为8%时，其黏度就高达3.5Pa·s.因 s,但黏度随Ca0含量的变化并不大，这一结论与传统 此，炉渣中Mg0对铜治炼过程极为不利，也曾有报道盛 力等: 含固相铜冶炼渣的黏度计算及其应用 图 3 FeO 含量对铜冶炼渣固相体积分数和黏度的影响 Fig. 3 Effect of FeO content on the volume fraction of solids and the viscosity 图 4 SiO2含量对铜冶炼渣固相体积分数和黏度的影响 Fig. 4 Effect of SiO2 content on the volume fraction of solids and the viscosity 黏度的变化可以看到,当 Fe3O4质量分数在 10% 以下 时,熔渣的黏度随 Fe3 O4 含量的升高略有降低,这与 Sumita 等的研究结果是一致的[23] ,该研究考察 Fe3 O4 对铁橄榄石渣系黏度的影响,发现 Fe3 O4 熔于液相中 生成的 Fe2O3可在一定程度上破坏硅酸盐的三维网状 结构,使体系的黏度下降. 但根据图 5,当 Fe3 O4 质量 分数高于 10% 时,体系中会析出 Fe3O4尖晶石固体,渣 的黏度也会急剧上升. 在生产实践中,一般认为 Fe3O4 含量的提高会使炉渣黏度升高,因此必须严格控制. 但通过本研究发现,Fe3 O4 本身并不会使炉渣黏度升 高,相反适量的 Fe3 O4 反而会降低渣的黏度,但 Fe3 O4 在铜冶炼渣中的溶解度较低,因而极易以固体形式析 出,从而使黏度大幅升高. 根据图 5 所示的计算结果, 在铜冶炼过程中为得到固体量较少、流动性较好的熔 渣,Fe3O4的质量分数应控制在 15% 以下. 图 6 为 CaO 含量对铜冶炼渣固相体积分数和黏 度的影响. 可以看到当 CaO 质量分数低于 9% 时,熔 渣体系几乎为纯液相,此时渣的黏度均低于 0郾 15 Pa· s,但黏度随 CaO 含量的变化并不大,这一结论与传统 图 5 Fe3O4含量对铜冶炼渣固相体积分数和黏度的影响 Fig. 5 Effect of Fe3 O4 content on the volume fraction of solids and the viscosity 上的认识有所出入. 一般认为 CaO 的加入会促进聚合 的硅酸盐结构逐渐解聚,因而会使黏度降低. 造成本 研究中 CaO 影响较小的原因可能是本渣系本身的碱 度就较高,而硅的聚合程度并不高,因而 CaO 作为碱 性氧化物可发挥作用的空间就较小. 相反,当继续增 加 CaO 的含量,体系中出现铁氧化物固体,黏度逐渐 升高. 图 6 CaO 含量对铜冶炼渣固相体积分数和黏度的影响 Fig. 6 Effect of CaO content on the volume fraction of solids and the viscosity Al 2O3和 MgO 含量对固相体积分数和黏度的影响 分别如图 7 和图 8 所示. 当 Al 2O3的质量分数在 0% ~ 4% 的范围内增长时,体 系 的 黏 度 略 有 升 高. 但 当 Al 2O3含量继续增加时,渣中开始生 成 尖 晶 石 固 相 (Fe3O4和少量的 FeAl 2O4 ),体系黏度升高的趋势也更 加显著. 因此,为得到黏度较低、固体量较少的熔渣体 系,应控制 Al 2O3的质量分数在 8% 以内. 当 MgO 质量 分数在 0% ~ 4% 内变化时,熔渣中固体量极低,其黏 度随 MgO 含量的变化也很小. 但当 MgO 含量继续增 加,体系中开始出现大量的橄榄石固相以及少量的尖 晶石固相,导致熔渣的黏度激增. 可以看到当炉渣中 MgO 质量分数为 8% 时,其黏度就高达 3郾 5 Pa·s. 因 此,炉渣中 MgO 对铜冶炼过程极为不利,也曾有报道 ·51·