有色冶金原理第一章冶金炉渣

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/11/11,#,有色冶金原理,马良,第一,章 冶金,炉渣,1.1概述,1.2炉渣的组成,1.3炉渣系二、三元状态图,1.4熔融炉渣的结构,1.5熔融炉渣的物理化学性质,1.1概述,炉渣，熔化后称为熔渣，是火法冶金的一种产物，其,组成,主要来自矿石，熔剂和燃料灰份中的造渣成份。,不同的熔渣所起的作用是不一样的，根据熔渣在冶炼,过程中的作用，可将其分成,冶炼渣,、,精炼渣,、富集渣和,合,成渣,四类。,1、冶炼渣(熔炼渣),是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔流为冶炼产物的熔炼过程 中生成的。,主要作用,汇集炉料,(,矿石或精矿、燃料、熔剂等,),中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物,(,金属、熔锍等,),分离。,例如，高炉炼铁中，铁矿石中的大量脉石成分与燃料,(,焦炭,),中的灰份以及添加的熔剂,(,石灰石、白云石、硅石等,),反应，形成炉渣，从而与金属铁分离。,造锍熔炼中，铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一起，形成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂,SiO,2,及其他脉石成分形成熔渣。,2、精炼渣(氧化渣),是粗金属精炼过程的产物。,主要作用,捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。,例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成C,aO,和Fe,O,含量较高的炉渣 ，从而除去钢液中的硫、磷等有害杂质，同时吸收钢液中的非金属夹杂物。,3、富集渣,是某些熔炼过程的产物。,主要作用,使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。,例如，钛铁矿常先在电炉中经还原熔炼得到所谓的高钛渣，再从高钛渣进一步提取金属钛。,对于,铜、铅、砷等杂质含量很高的锡矿，一般先进行造渣熔炼,，使,绝大部分锡（,90%,）进入渣中，而只产出少量集中了大部分杂质,的金属,锡，然后再冶炼含锡渣提取金属锡。,4、合成渣,是指由为达到一定的冶炼目的、按一定成分预先配制的渣料熔合而成的炉渣。,如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣等。,这些炉渣所起的冶金作用差别很大。,例如，电渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质、吸收非金属夹杂物。,保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。,5、熔渣的其它作用,作为金属液滴或梳的,液滴汇集、长大和沉降的,介质,冶炼,中生成的金属液滴或流的液滴最初是分散在熔渣中的，,这些分散,的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。,在竖炉(如鼓风炉)冶炼过程中，炉渣的化学组成直接决定了炉缸的,最高温度,。对于,低熔点渣型，燃料消耗量的增加，只能加大炉料的熔化量,而不能,进一步提高炉子的最高温度。,在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中，熔渣是一种,粘合剂,。,烧结时，熔化温度较低的炉渣将细粒炉料粘结起来，冷却后形成,了具有一定强度的烧结块或烧结球团。,在金属和合金的精炼时，熔渣覆盖在金属熔体表面，可以防止金属熔体被氧化性气体,氧化,，减小有害气体(如H,2,、N,2,)在金属熔体中的,溶解,。,6、熔渣的副作用,熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷,大大缩短了炉子的使用寿命,炉渣带走了大量热量,大大地增加了燃料消耗,渣中含有各种有价金属,降低了金属的直收率,1.2 炉渣的组成,熔渣,主要由冶金原料中的氧化物或冶金过程中生成的氧化物组成的熔体。,如CaO、FeO、MnO、,MgO,、Al,2,O,3,、SiO,2,、P,2,O,5,、Fe,2,O,3,除氧化物外，炉渣还可能含有少量其它类型的化合物甚至金属,如氟化物、氯化物、硫化物、硫酸盐等,1.结,论,论,冶金炉,渣,渣通常,由,由五、,六,六种或,更,更多的,氧,氧化物,组,组成。,炉渣常,含,含有其,他,他化合,物,物，如,氟,氟化物,、,、硫化,物,物等。,炉渣中,含,含量最,多,多的氧,化,化物通,常,常只有,三,三种，,其,其总含,量,量可达80%,以,以上。,大多数,有,有色冶,金,金炉渣,和,和钢渣,的,的主要,氧,氧化物,是,是:,FeO,、,、CaO、SiO,2,高炉渣,和,和某些,有,有色冶,金,金炉渣,的,的主要,氧,氧化物,为,为:,CaO,、,、Al,2,O,3,、SiO,2,2、常,见,见冶金,炉,炉渣的,组,组成,3、熔渣组,分,分的来,源,源,矿石或,精,精矿中,的,的脉石,如高炉,冶,冶炼：Al,2,O,3,、CaO、SiO,2,等,为满足,冶,冶炼过,程,程需要,而,而加入,的,的熔剂,如CaO、,SiO,2,、,CaF,2,等,改,改善熔,渣,渣的物,理,理化学,性,性能,冶炼过,程,程中金,属,属或化,合,合物(,如,如硫化,物,物)的,氧,氧化产,物,物,如炼钢,：,：FeO、Fe,2,O,3,、MnO、TiO,2,、P,2,O,5,等,造锍熔,炼,炼：FeO、Fe,3,O,4,等。,被熔融,金,金属或,熔,熔渣侵,蚀,蚀和冲,刷,刷下来,的,的炉衬,材,材料,如碱性,炉,炉渣炼,钢,钢时，MgO,主,主要来,自,自镁砂,炉,炉衬,4、炉,渣,渣氧化,物,物,组成炉,渣,渣的氧,化,化物可,分,分为三,类,类:,碱性氧,化,化物：,能,能提供,氧,氧离子O,2-,，如CaO、MnO,、,、FeO、,MgO,等,等。,酸性氧,化,化物：,能,能吸收,氧,氧离子,而,而形成,络,络合阴,离,离子，,如SiO,2,、P,2,O,5,两性氧,化,化物：,酸,酸性氧,化,化物过,剩,剩时可,供,供给氧,离,离子而,呈,呈碱,性，而,在,在碱性,氧,氧化物,过,过剩时,，,，则又,会,会吸收,氧,氧离子,形,形成,络合阴,离,离子而,呈,呈酸性,。,。如Al,2,O,3,、ZnO等。,5、硅,酸,酸度的,概,概念和,计,计算,在有色,冶,冶金中,，,，习惯,上,上用酸,度,度（或,硅,硅酸度,）,）表示,炉渣的,酸,酸碱性,。,。它指,炉,炉渣中,所,所有酸,性,性氧化,物,物中氧,的,的质,量之和,与,与碱性,氧,氧化物,中,中氧的,质,质量之,和,和之比,。,。用r,表,表示。,一般来,说,说，酸,度,度小于,或,或等于1的渣,属,属于碱,性,性渣；,反之，,属,属于酸,性,性渣。,例：计,算,算成分,为,为：CaO10%,、,、FeO 40%、SiO,2,36%,、,、ZnO 8% 的,炉,炉渣的,硅,硅酸度,。,注意：,此,此渣的SiO,2,含量较,高,高，故,其,其中的,两,两性氧,化,化物可,视,视为碱,性,性氧化,物,物。,1.3,炉,炉渣系,二,二、三,元,元状态,图,图,1.3.1,重,重要的,二,二元熔,渣,渣系相,平,平衡图,一、AI,2,O,3,S i,O,2,二元系,二、Ca,O,Si,O,2,二元系,三、Ca,O,AI,2,O,3,二元系,四、Fe,O,Si,O,2,二元系,五、Ca,O,Fe,O,与 Ca,O,-Fe,2,O,3,二元系,1.3.2,Ca,O,A,l,2,O,3,S,i,O,3,三元系,相,相平衡,图,图,1.,3.3Ca,O,Fe,O,Si,O,2,三元系,相,相平衡,图,图,1.3.1重要,的,的二元,熔,熔渣系,相,相平衡,图,图一,、,、Al,2,O,3,-SiO,2,二元系,莫来石3A,l,2,O,3,2SiO,2,（A,3,S,2,）是否,一,一致熔,融,融化合,物,物?,当试,样,样中含,有,有少量,碱,碱金属,杂,杂质，,或,或相平,衡,衡实验,是,是在,非密闭,条,条件下,进,进行时,，,，A,3,S,2,为不一,致,致熔融,化,化合物,；,；,当使,用,用高纯,试,试样并,在,在密闭,条,条件下,进,进行实,验,验时，A,3,S,2,为一致,熔,熔融化,合,合物。,莫来石,是,是否形,成,成固溶,体,体?,莫来,石,石(A,3,S,2,)和刚,玉,玉(Al,2,O,3,)之间,能,能够形,成,成固溶,体,体，固,溶体的,组,组成范,围,围为71.8,77.5% Al,2,O,3,；,常以,化,化合物A2S3的组,成,成点表,示,示固溶,体,体的组,成,成。,Al,2,O,3,SiO,2,系状态,图,图,体系特,点,点,体系中,生,生成一,个,个一致,熔,熔融化,合,合物A,3,S,2,，具有确,定,定的熔点(1850)。A,3,S,2,将,SiO,2,A,l,2,O,3,二元系,划,划分成两个,子,子二元,系,系,Si,O,2,A,3,S,2,和A,3,S,2,A,l,2,O,3,。,SiO,2,A,3,S,2,子二元,系,系：简,单,单低共,熔,熔型，,低,低共熔,温,温度,1,5,95,。,A,3,S,2,Al,2,O,3,子二元,系,系：简,单,单低共,熔,熔型，,低,低共熔,温,温度,1,840,。,莫来,石,石质(A,3,S,3,)及刚,玉,玉质(Al,2,O,3,)耐火,砖,砖可作,为,为性,能优良,的,的耐火,材,材料。,二、,CaO,Al,2,O,3,二元系,体系特,点,点,3个一,致,致熔融,化,化合物,将,将体系,分,分解为4个独,立,立的二,元,元系,12CaO7Al,2,O,3,(C,12,A,7,),或,5CaO3Al,2,O,3,(C,5,A,3,),CaO,Al,2,O,3,(CA),CaO,2Al,2,O,3,(CA,2,),2个不,一,一致熔,融,融化合,物,物,3CaOAl,2,O,3,(C,3,A),CaO,6Al,2,O,3,(CA,6,),所有化,合,合物的,熔,熔化温,度,度普遍,较,较高，,体,体系的,最,最低熔,化,化温度,为,为1395,。,在,CaO,含,含量为4552%范围,内,内，本,体,体系能,在,在 1450,1550,温度,范,范围,内出现,液,液相区,。,配制,的,的炉外,合,合成酒,常,常选择,这,这一成,分,分范围,。,。,CaO,Al,2,O,3,系状态,图,图,CaO,Al,2,O,3,系状态,图,图,三、,CaO,SiO,2,二元系,体系特,点,点,体系中,有,有四个,化,化合物, 硅,酸,酸三钙,：,：,3CaOSiO,2,(C,3,S),不一致,熔,熔融, 正,硅,硅酸钙,：,：,2CaOSiO,2,(C,3,S),一致熔,融,融, 二,硅,硅酸三,钙,钙：,3CaOSiO,2,(C,3,S,2,),不一致,熔,熔融, 偏,硅,硅酸钙,：,：,CaO,SiO,2,(CS),一致熔,融,融,CaO,SiO,2,系状态,图,图,体系特,点,点(续),一致熔,融,融化合,物,物,C,2,S,及,CS,将整个,相,相图分,为,为三个,独,独立部,分,分,CaO,C,2,S,系,低共熔,型,型,含有一,个,个在低,温,温及高,温,温下均,会,会分解,的,的化合,物,物C,3,S,。,T 1900,时，,C,3,S ,- C,2,S +CaO,。,CaO,CS,系,转熔型,含有一,个,个不一,致,致熔融,化,化合物,C,3,S,2,(1475),CSSiO,2,系,一,包,包含一,液,液相分,层,层的低,共,共熔型,液相分,层,层区,：,SiO,2,7499.4 %,，,T 1700,。,体系特,点,点(续),一致熔,融,融化合,物,物C,2,S及CS的稳,定,定程度,是,是不同,的,的。,C,2,S比较,稳,稳定，,熔,熔化时,只,只部分,分,分解;,CS在,熔,熔化时,则,则几乎,完,完全分,解,解。,一般而,言,言，可,根,根据化,合,合物组,成,成点处,液,液相线,的,的形状(平滑,程,程度),，,，近似,推,推断熔,融,融态内,化,化合物,的,的分解,程,程度。,若,若化合,物,物组成,点,点处的,液,液相线,出,出现尖,峭,峭高峰,形,形，则,该,该化,合物非,常,常稳定,，,，甚至,在,在熔融,时,时也不,分,分解；,若,若化合,物,物组成,点,点处的,液,液相线,比,比较平,滑,滑，则,该,该化合,物,物熔,融时会,部,部分分,解,解;,化,化合物,组,组成点,处,处的液,相,相线越,平,平滑，,该,该化合,物,物熔融,时,时的,分解程,度,度也越,大,大。,库尔纳,柯,柯夫规,则,则,体系特,点,点(续),图中水,平,平线可,分,分为五,大,大类, 低,共,共熔线,：,：3条,（,（,2070,，1455,，,，1436,）,）, 转,熔,熔线：1条（,1475,）, 偏,晶,晶线：,一,一条（,1700,）, 固,相,相分解,线,线：,2,条（,1250,，,1900,）, 晶,型,型转变,线,线：,6,条（,1470,，,1420,，,1210,，,870,，,725,，,575,）,体系特,点,点(续),各种钙,硅,硅酸盐,的,的熔化,温,温度都,很,很高,熔化,温,温度不,超,超过,1600,的体系,只,只局限,于,于含,3259,CaO,范围内,。,。,超过5,0,CaO,的体系,，,，熔化,温,温度急,剧,剧上升,。,。,高炉,渣,渣中Ca,O,含量控,制,制在355,0,%之间,；,；,有色,冶,冶金炉,渣,渣Ca,O,含量一,般,般在15%以,下,下。,CaO,的作用,降低,炉,炉渣密,度,度、减,少,少重金,属,属硫化,物,物在炉,渣,渣中的,溶,溶解,度降,低,低金属,在,在炉渣,中,中的损,失,失。,四、,FeO,SiO,2,二元系,体系特,点,点,体系中,有,有一个,一,一致熔,融,融化合,物,物2Fe,O,Si,O,2,（F,2,S，正,硅,硅酸铁,或,或铁橄,榄,榄石),，,，熔点1250。,该化合,物,物熔化,时,时不稳,定,定，分,解,解为偏,硅,硅酸亚,铁,铁：,2FeOCC +,SiO,2,= 2(FeOSiO,2,),H,m, 0,T 0,反应的平衡,常,常数及金属,液,液中FeS,的,的活度为,在一定温,度,度下，,K,为常数，当,x,CaO,增大或,x,Fe,O,减小时，,均可使,a,FeS,下降，即有,利,利于硫的脱,除,除。,脱硫反应,为,为吸热反应,升高温度,有,有利于脱硫,反,反应。,分子理论的,应,应用（续）,生产实践中,发,发现，下列,措,措施有利于,硫,硫的脱除：,增加渣中,C,a,O,含量（即增,x,Ca,O,、增加炉渣,的,的,碱度）；,降低渣中Fe,O,含量（即减,小,小,x,FeO,、降低渣的,氧,氧,化性）,提高过程温,度,度,由分子结,构,构理论所得,结,结论与生产,实,实践是一,致的。,分子理论的,缺,缺陷,不能运用分,子,子理论进行,定,定量计算。,分子理论不,能,能解释Fe,O,在脱硫中的,作,作用。,对于脱硫反,应,应，将一定,温,温度下平衡,时,时各组元的,活,活度值代,入上面的平,衡,衡常数K表,达,达式中，结,果,果发现K不,为,为常数。,进一步假定,熔,熔渣中存在2Ca,O,A,l,2,O,3,、Ca,O,Fe,2,O,3,、,(,2Ca,O,Si,O,2,),2,等复杂分子,，,，对K的计,算,算加以修正,，,，但修,正后计算的,K,值仍然在,0.0,84,0.,184的范,围,围内变化，,而,而不,是常数。,根据分子理,论,论，降低渣,的,的Fe,O,含量有利于,脱,脱硫。,实验发现，,无,无论是纯Fe,O,渣还是含Fe,O,的渣,(17%,F,eO,42%Ca,O,， 41%Si,O,2,)均具有一,定,定的脱硫作,用,用。,实验结果,与,与分子结构,理,理论的结论(只有Ca,O,才有脱硫作,用)不一致,。,。,分子理论的,缺,缺陷（续）,分子理论与,熔,熔渣性能间,缺,缺乏有机的,联,联系，无法,解释熔渣的,导,导电性。,熔渣既可以,导,导电又可以,电,电解，说明,熔,熔渣中的结,构单元应是,带,带电的离子,，,，而非中性,分,分子。,只有在稀溶,液,液的情况下,，,，熔渣才能,被,被视为理想,溶液。,一般情况下,必,必须用活度,来,来代替浓度,进,进行热力学,计算。,1.4.,2,离子结构理,论,论,离子理论提,出,出的基础,熔渣具有电,导,导值，其电,导,导随着温度,升,升高而增大,；,；,熔渣可以电,解,解；,例如：以铁,作,作电极，用(Fe,O,-,S,i,O,2,-Ca,O,-Mg,O,和,(F,e,2,O,3,),渣电解，阴,极,极上析出铁,。,。,在熔渣-熔,锍,锍体系中存,在,在电毛细现,象,象，说明熔,渣,渣具有电解,质,质溶液的特,性,性;,可以测出硅,酸,酸盐熔渣中K、N、Li、Ca、Fe等阳离,子,子的迁移数,，,，说明熔渣,中,中的最小扩,散,散单元为离,子,子；,X,射线结构分,析,析表明，组,成,成炉渣的简,单,单氧化物和,复,复杂化合物,的,的基本单元,均,均为离子；,统计热力学,为,为离子理论,的,的建立提供,了,了理论基础,。,。,离子理论要,点,点,熔渣完全由,阳,阳离子和阴,离,离子组成，,阳,阳离子所带,电,电荷和阴离,子,子所带电荷,的,的总量相等,，,，故熔渣本,身,身不带电；,与晶体相同,，,，熔渣中每,个,个离子的周,围,围都是异号,离,离子；,电荷相同的,离,离子和邻近,离,离子的作用,力,力完全相等,，,，与离子种,类,类无关。,碱性氧化物,在,在炉渣中离,解,解，形成金,属,属阳离子和,氧,氧阴离子；,酸性氧化物,在,在熔渣中吸,收,收氧阴离子,而,而形成络合,阴,阴离子。,一、纯氧化,物,物的结构,渣中氧化物,主,主要是Si,O,2,、 Ca,O,、Fe,O,、其次是,Al,2,O,3,、Mg,O,等。,纯氧化物在,固,固态时的结,构,构主要取决,于,于离子半径,。,。,Si,O,2,的单位晶胞,A,：在硅离子,S,i,4+,的周围有4,个,个氧离子,O,2-,的正四,面体结构，,配,配位数为4,。,。,这些四面体,在,在共用顶角,的,的氧离子下,形,形成有序排,列,列的三度空,间,间网,状结构。,Ca,O,、Fe,O,、Mn,O,、Mg,O,等碱性氧化,物,物属于NaCI型晶格,八,面体结构。,其中每个金,属,属阳离子Me,2,+,被,6,个氧阴离子,O,2-,包围着，而,每,每个,O,2-,离子也被6,个,个金属离子,包,包围，配位,数,数为6。,复杂化合物,：,：如2Ca,O,Si,O,2,由Ca,2,+,与硅氧离子Si,O,4,4-,组成，,2,Ca,O,P,2,O,5,，由Ca,2+,与磷氧离子P,O,4,3-,组成，Fe,O,由Fe,2,+,与铝氧,离子Al,O,2,-,组成。,鲍林第二定,律,律:,在一配位结,构,构中，,公用的边，,特,特别是,公用的面的,存,存在，,会降低这一,结,结构的,稳定性。,(a)(b)(c),(a),CaO,的结构；,(b),Si,O,4,4-,四面体的结,构,构；,(c),Si,O,2,的二维网状,结,结构,二、氧化物,熔,熔化后的离,解,解,氧离子引力I：氧化物,加,加热熔化后,氧,氧离子对阳,离,离子的吸引,力,力。,离子键分数:氧化物键,型,型中离子键,与,与离子键加,共,共价键的比,值,值。,金属(或,准,准金属)原,子,子与氧原子,的,的电负性相,差,差越大，离,子,子键分数,越大，氧化,物,物离解为简,单,单离子的趋,势,势也越大。,根据氧离子,引,引力和离子,键,键分数，把,氧,氧化物划分,为,为三类：,碱性氧化物,：,：氧离子引,力,力小而离子,键,键分数大，,熔,熔化后很容,易,易离解为,金属阳离子,和,和氧阴离子,。,。如Na,2,O,、 Ca,O,、Mn,O,、Fe,O,、Mg,O,。,酸性氧化物,：,：氧离子引,力,力大，离子,键,键分数小，,在,在熔化后且,温,温度不,断增加的情,况,况下，逐渐,离,离解为阳离,子,子和络合阴,离,离子。如Si,O,2,、 P,2,O,5,。,两性氧化物,：,：介于酸性,和,和碱性氧化,物,物之间。在,不,不同条件下,熔,熔化可以,离解为金属,阳,阳离子和氧,阴,阴离子，也,可,可以形成络,合,合阴离子。,如,如Fe,2,O,3,、,Al,2,O,3,、Ti,O,2,等。,三、碱性氧,化,化物对硅酸,盐,盐结构的影,响,响,炉渣的主要,成,成分是Si,O,2,和碱性氧化,物,物，碱性氧,化,化物熔化后,离解为Me,2+,和,O,2,-,离子，而,Si,O,2,熔化后则形,成,成,Si,x,O,y,z-,子。,由于Si-,O,间的氧离子,引,引力很大，,因,因而炉渣中,的,的,Si,x,O,y,z-,会吸,收碱性氧化,物,物离解出的,O,2,-,，转变成结,构,构更简单，,离,离子半径,变小的硅氧,络,络合阴离子,。,。,硅氧复合离,子,子的聚合与,解,解体,硅氧复合离,子,子的聚合,随着渣中,O/S,i原子比的,降,降低，即加,入,入的酸性氧,化,化物(,S,i,O,2,)使,S,i,O,2,/RO,比(R,O,代表碱性氧,化,化物)增加,，,，需消耗,O,2-,转变成复合,离子，因而,许,许多个离子,S,i,O,4,4-,广聚合,起,起来共,用,用,O,2-,，形成,复,复杂的,复合离,子,子，以,满,满足,O,2-,的这种,关,关系。,硅氧复,合,合离子,的,的解体,随着渣,中,中的,O/S,i,原子比,增,增加，,即,即加入,的,的碱性,氧,氧化物(R,O,)降低,了渣,中,中,O/S,i,比，,供,供给,的,的,O,2-,则可,使,使熔,渣,渣中,由,由聚,合,合而,形,形成,的,的结,构,构,复杂,的,的硅,氧,氧复,合,合离,子,子分,裂,裂成,结,结构,比,比较,简,简单,的,的硅,氧,氧复,合,合离,子,子。,熔渣,中,中可,能,能有,许,许多,种,种硅,氧,氧复,合,合离,子,子平,衡,衡共,存,存。,熔渣,中,中的,其,其它,复,复合,离,离子,酸性,氧,氧化,物,物P,2,O,5,形成,复,复合,阴,阴离,子,子：,两性,氧,氧化,物,物Al,2,O,3,、Fe,2,O,3,、V,2,O,5,等在,碱,碱性,渣,渣中,也,也将,形,形成,复合,阴,阴离,子,子：,Al,2,O,3,、Fe,2,O,3,、V,2,O,5,等,在酸,性,性渣,中,中将,形,形成,简,简单,离,离子,。,。,熔渣,中,中同,时,时存,在,在更,复,复杂,的,的硅,铝,铝氧,络,络阴,离,离子,。,。,四、,离,离子,理,理论,的,的应,用,用举,例,例,1,、离,子,子熔,体,体的,微,微观,不,不均,匀,匀性,及,及分,层,层现,象,象,炉渣,熔,熔化,后,后，,温,温度,升,升高,时,时，,离,离子,的,的活,动,动范,围,围增,大,大，,能,能够,自,自由,移,移动,，,，,离子,在,在固,态,态时,键,键的,等,等价,性,性消,失,失，,具,具有,各,各自,的,的静,电,电场,强,强。,渣,中,中阳,离,离子,及,及阴,离,离子,的,的分,布,布显,示,示微,观,观不,均,均匀,性,性，,出,出现,了,了有,序,序态,的,的,离子,团,团。,例如,，,，由,于,于,F,e,2,+,比Ca,2+,的静,电,电场,强,强大,，,，而,O,2,-,离子,对,对阳,离,离子,的,的作,用,用,力大,于,于复,合,合离,子,子，,因,因此,在,在Ca,O,-Fe,O-,Si,O,2,系熔,渣,渣中,，,，Fe,2+,离子,的,的,周围,大,大半,是,是,O,2-,，而Ca,2,+,离子,位,位于Si,O,4,4-,的周,围,围，,分,分别,形,形成,了,了离,子团,F,e,2,+,O,2-,及,Ca,2,+,Si,O,4,4-,。,静电,场,场强,大,大的,阳,阳离,子,子与,静,静电,场,场强,大,大的,阴,阴离,子,子分,布,布在,一,一起,，,，形,成,成强,离子,对,对或,离,离子,团,团。,静电,场,场强,小,小的,阳,阳离,子,子与,静,静电,场,场强,小,小的,阴,阴离,子,子分,布,布在,一,一起,，,，形,成,成弱,离子,对,对或,离,离子,团,团。,在,O,2-,离子,数,数目,很,很少,的,的渣,中,中，,静,静电,场,场强,大,大的Fe,2+,离子,能,能使,复,复合,离,离,子发,生,生极,化,化，,使,使离,子,子变,形,形，,从,从中,可,可分,裂,裂出,O,2-,来，,因,因而,Fe,2+,离子,的邻,近,近是,O,2-,离子,。,。,一部,分,分,C,a,2+,离子,与,与,Si,O,4,4-,相邻,，,，另,一,一部,分,分,C,a,2+,离子,与,与渣,中,中的,Si,2,O,7,6-,、Si,3,O,9,6-,等复,合,合离,子,子接,触,触，,组,组成,离,离子,团,团，,如,如,C,a,2+,Si,O,4,4-,C,a,2+,Si,2,O,7,6-,等。,当阳,离,离子,的,的静,电,电场,强,强比,较,较大,时,时，,这,这种,离,离子,分,分布,的,的微,观,观不,均,均匀,性,性,就会,导,导致,熔,熔渣,出,出现,液,液相,分,分层,现,现象,。,。,在由7,0%,CaS和,30%,Fe,O(,mo,l,)构,成,成的,熔,熔渣,中,中，CaS和Fe,O,离解,成相,应,应的,简,简单,离,离子,：,：,CaS=Ca,2-,+S,2-,FeO=Fe,2+,+O,2-,假定,Ca,2-,对,S,2-,和,O,2-,的作,用,用力,相,相同,，,，,Fe,2+,对,S,2-,和,O,2-,的作,用,用力,亦,亦,相同,，,，则,在,在,Ca,2-,周围,出,出现,S,2-,和,O,2-,的概,率,率分,别,别应,为,为0.7,和,和0.3，,即,即,构成,该,该熔,体,体的,微,微观,成,成分,分,分布,是,是均,匀,匀的,。,。,2,、应,用,用离,子,子理,论,论说,明,明熔,渣,渣,金属,间,间的,反,反应,熔渣,的,的脱,硫,硫作,用,用：,阴极,反,反应,：,：,S+2e=(S,2-,),阳极,反,反应,：,：,(O,2-,)=O+2e,总反,应,应：,S+(O,2-,)=(S,2-,)+O,金属,中,中Mn被,渣,渣中FeO氧,化,化的,反,反应,阴极,反,反应,：,：,(Fe,2+,)+2e=Fe,阳极,反,反应,：,：,Mn=(Mn,2+,)+2e,总反,应,应：,Mn+(Fe,2+,)=Mn,2+,)+Fe,五、,离,离子,理,理论,存,存在,的,的问,题,题,不少,复,复合,离,离子,的,的结,构,构是,人,人为,的,的揣,测,测和,假,假定,。,。,如铝,氧,氧离,子,子：,铁氧,离,离子,：,：,熔渣,中,中同,时,时存,在,在游,离,离的,离,离子,、,、游,离,离氧,化,化物,和,和类,似,似于,化,化,合物,分,分子,的,的络,合,合物,，,，它,们,们之,间,间同,时,时存,在,在着,热,热离,解,解平,衡,衡,和电,离,离平,衡,衡。,例如,，,，在,含,含Fe,O,和Si,O,2,的熔,渣,渣中,，,，络,合,合物,分,分子Fe,2,Si,O,4,与游,离,离的,离,离子Fe,2,+,Si,O,4,4-,以及,游,游离,氧,氧化,物,物Fe,O,和,Si,O,2,之间,同,同时,存,存在,如,如下,的,的平,衡,衡关,系,系:,Fe,2,Si,O,4,=,2Fe,2+,+,Si,O,4,4-,Fe,2,Si,O,4,=Fe,O,+,Si,O,2,(,Fe,2,Si,O,4,)=,K,C,(Fe,2,+,),2,(,Si,O,4,4-,)=K,(FeO,),2,(,Si,O,2,),1.5,熔,融,融,炉,炉,渣,渣,的,的,物,物,理,理,化,化,学,学,性,性,质,质,一,、,、,熔,熔,渣,渣,的,的,粘,粘,度,度,1,、,粘,粘,度,度,的,的,定,定,义,义,在,层,层,流,流,流,流,体,体,中,中,，,，,流,流,体,体,是,是,由,由,无,无,数,数,互,互,相,相,平,平,行,行,的,的,流,流,体,体,层,层,组,组,成,