» » Оптимальный состав шлаков
03.06.2015

Химический состав шлака, по мнению многих металлургов, оказывает основное влияние на потери металлов. Это влияние объясняется рядом причин. Состав шлаков, как указывалось, влияет на растворимость сульфидов и на скорость и равновесное состояние процессов сульфидирования и восстановления. Кроме того, состав шлаков определяет температуру, с которой шлак вытекает из плавильной печи, вязкость, удельный вес и поверхностное натяжение.
Следовательно, изменение состава шлаков должно оказывать влияние на все три вида потерь металлов.
Давно известно благоприятное влияние увеличения содержания кремнезема и вредное влияние повышенного содержания закиси железа па содержание меди в шлаках. Многочисленные лабораторные исследования и наблюдения практических процессов подтверждают это положение.
Статистической обработкой данных практической работы плавильных печей для шлаков различных типов плавки руд меди и никеля установлены зависимости, приведенные на рис. 5—12.
Оптимальный состав шлаков

Как видно из диаграмм, характер влияния каждого компонента шлака на содержание в нем меди и никеля одинаков для различных типов плавки в разные периоды. Во всех случаях увеличение содержания кремнезема в шлаках снижает содержание в них меди и никеля, а увеличение содержания закиси железа повышает (рис. 5—8). Поэтому при плавке медных и никелевых руд или концентратов выгоднее работать на более кислых шлаках с минимально возможным содержанием железа. Однако не всегда это может оказаться рациональным и экономически выгодным, если такая работа требует добавки флюсов.
Следует учитывать, что добавка флюсов, помимо удорожания плавки, вызывает снижение производительности печи и увеличение выхода шлака, что, несмотря на снижение содержания металлов в нем, может повысить абсолютную величину потерь. Иногда может оказаться экономически более выгодной плавка бесфлюсовая или с добавкой минимального количества флюсов, несмотря на некоторое повышение содержания металлов в шлаках.
Увеличение содержания окиси кальция (рис. 9, 10) обычно сначала снижает содержание меди и никеля, затем снова повышает, давая минимум на кривой зависимости, соответствующий для различных условий плавки разным содержаниям окиси кальция.
Оптимальный состав шлаков

Возможно, что положительное влияние окиси кальция обусловлено образованием большего количества сульфида кальция в шлаках (точнее концентрации ионов Са2+ и S2-), что сдвигает равновесие реакции СаS+МеО*SiO2. При малом количестве растворенных металлов такое влияние ограничено небольшим содержанием окиси кальция и серы в шлаке. Кроме того, окись кальция увеличивает поверхностное натяжение, снижает вязкость и удельный вес вытекающего из печи шлака.
Положение минимума определяется главным образом содержанием закиси железа и окиси магния в шлаках. Чем меньше закиси железа и больше окиси магния, тем выше оптимальное с точки зрения потерь металлов содержание окиси кальция.
Обычно, влияние окиси кальция на содержание меди и никеля в шлаках невелико, поэтому, учитывая выход шлака, стремятся давать в шихту минимальное количество известняка, необходимое для более устойчивой работы печи или переднего горна.
Влияние содержания окиси магния и глинозема в шлаках (рис. 11, 12) показывает, что увеличение их содержания в пределах до 10—12% снижает содержание меди и никеля в шлаках. Практически работа на шлаках с содержанием окиси магния до 20% и выше не вызывала затруднений даже при шахтной плавке и сопровождалась снижением содержания меди и никеля в шлаке. Это подтверждает возможность работы с малыми потерями металлов на высокомагнезиальных и глиноземных шлаках без снижения производительности печи, но с некоторым повышением расхода топлива или электроэнергии.
Оптимальный состав шлаков

Немногочисленные исследования влияния состава шлака на содержание в нем свинца при свинцовой плавке методом статистической обработки практических данных показали, что изменение содержания кремнезема практически не оказывает влияния; увеличение содержания закиси железа приводит к некоторому снижению содержания свинца, а повышение содержания окиси кальция до 15% дает резкое снижение, при дальнейшем увеличении его содержание свинца сохраняется постоянным.
Кроме SiО2, FeO, CaO, MgO и Al2O3, в шлаках могут содержаться другие окислы, например Fе3О4, окислы щелочных металлов, ZnO, ВаО, TiO2, МnО и др.
Многочисленные данные указывают, что на потери металлов оказывает значительное влияние присутствие магнетита, увеличивая их вследствие реакции
3Fe3O4 + MeS ⇔ 9FeO + МеО + SO2,

а также вследствие повышения удельного веса шлака и снижения поверхностного натяжения. Имеются разноречивые указания о влиянии окислов щелочных металлов и окиси бария. Значительно увеличиваются потери меди и свинца при высоких содержаниях в шлаках цинка. Присутствие закиси марганца и двуокиси титана иногда снижает потери металлов. Однако содержание этих компонентов редко бывает значительным и их влияние несущественно.
Влияние состава шлаков может быть различным для разных видов потерь металлов и может вызываться различными причинами, поскольку состав шлака определяет многие факторы, как например температуру вытекающего из печи шлака, его вязкость, удельный вес, растворяющую способность, скорость процессов укрупнения механически взвешенных частиц и их отстаивания и т. д.
Содержание окисленных металлов в шлаках связано с количеством растворимых в них сульфидов (железа, кальция, цинка) и скоростью процессов сульфидирования в силикатных расплавах. Увеличение содержания кремнезема и особенно, магнетита должно способствовать повышению содержания окисленных форм металлов вследствие сдвигания равновесия в сторону перехода сульфидов цветных металлов в силикаты, т. е. снижения степени их сульфидирования. Наконец, на величину потерь в виде механически взвешенных мелких частиц металла или штейна большое влияние должны оказывать вязкость и удельный вес вытекающего из печи шлака и его способность ускорять процесс коалесценции частиц, о чем будет сказано далее.