» » Химическая характеристика металлургических шлаков
15.05.2015

Шлаки считаются сплавами окислов. Содержание окислов редко бывает меньше 90%, а для подавляющего большинства шлаков содержание окислов превышает 95%. Кроме окислов, в состав шлака могут входить сульфиды: CaS (до 5% в шлаках доменной плавки), ZnS (до 10% в шлаке свинцовой плавки), небольшие количества сульфидов других тяжелых металлов (FeS, MnS, Ni3S2, Cu2S), сульфат бария BaSО4 и некоторые галоидные соединения (CaF2, NaCl). Как механические примеси шлак может содержать корольки металлов и штейна.
Окислы, присутствующие в шлаках, классифицируются нa кислотные, основные и амфотерные. Кислотные окислы в шлаковой системе всегда играют только роль кислот, образуя с основаниями солеобразные соединения. Кислотными окислами являются: SiO2, TiО2, Р2О5, В2О3, As2Os, SnО2. В шлаках встречаются следующие основные окислы; СаО, MgO, ВаО, FeO, MnO, Na2O, К2О, PbO, NiO, Cu2O, SnO; амфотерные окислы (Al2O3, Сr2О3, Fe2O3, ZnO) в шлаках с большим количеством оснований и малым количеством кислот играют роль кислот, образуя алюминаты, хромиты, ферриты, цинкаты с сильными основаниями (СаО*Fe2O3, СаО*Аl2О3, Na2O*ZnO). В очень кислых шлаках амфотерные окислы пополняют недостаток оснований, образуя соединения, где они играют роль оснований например ZnO*SiО2, силикат окиси цинка. В затвердевшем шлаке окислы, в большей или меньшей степени, связаны ,между собой в солеобразные соединения: силикаты CaO*SiO2, (CaO)2*SiО2, FeO*SiO2, (FeО)2*SiО2, титанаты CaO*TiO2, FeО*TiО2, фосфаты CaО*P2О5, алюминаты СаО*Аl2О3. Все эти соединения легко различимы в затвердевшем шлаке под микроскопом.
В расплавленном шлаке эти соединения в значительной степени диссоциированы на свои компоненты. Об этом свидетельствуют диаграммы плавкостей шлаковых систем, имеющие сглаженные максимумы у точек состава химических соединений. Диссоциация химических соединений возможна по схемам термической диссоциации (СаО*SiO2 = CaO+SiO2) и электролитической диссоциации (CaSiO3 = Ca2+ + SiO3в2-). О наличии в шлаке ионов свидетельствует факт электролигической проводимости шлаков.
Наиболее полной химической характеристикой шлака является его химический состав весовых или молярных процентах для всех содержащихся в нем компонентов. Обычно указывают содержание в шлаках окислов (SiO2, Al2O3, СаО, FeO) в процентах. Содержание металла, извлечение которого является целью процесса, указывают не для его окисла, а для чистого металла. Содержание серы и галоидов также дают непосредственно для этих компонентов, а не для их соединений. Характеристика шлака полным химическим составом не наглядна и мало удобна при сравнении различных шлаков. Во многих случаях для сравнения разных шлаков пользуются их условной характеристикой, выраженной одной величиной — степенью кислотности.
Степень кислотности — это отношение массы кислорода кислотных окислов к массе кислорода основных окислов.
Степень кислотности заводских шлаков меняется в пределах от 0,5 до 3. Шлаки со степенью кислотности, равной 1,0, называют моносиликатами, со степенью кислотности равной 2,0 — бисиликатами. Шлаки со степенью кислотности равной 1,0 и менее считают основными шлаками, а при степени кислотности 2 и более — кислыми шлаками. На званная упрощенная характеристика не может заменить полного химического состава шлака и ею следует пользоваться только при сравнении шлаков одного типа, получающихся при обработке сходных видов сырья.