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廢雜銅精煉爐NGL爐鎂鉻質耐火材料損毀機制

添加時間:2025年4月10日  瀏覽次數:

當前關于銅冶煉耐火材料損毀機理分析,仍主要集中在銅精礦火法煉銅工藝的熔煉爐、 轉爐、陽極爐等爐型。銅精礦經熔煉爐熔煉成銅锍(冰銅),銅锍(冰銅)經轉爐/吹煉爐吹煉成粗 銅,粗銅經陽極爐精煉成陽極銅,陽極銅經電解精煉成精煉銅。銅冶煉工藝具有化學反應劇烈、速度快、熱強度高、爐內氣氛(O2SO2)復雜等特點,致使爐襯耐火材料易被侵蝕。鎂鉻質耐火材料因其優異的抗熔渣侵蝕能力,在火法冶金中通常用作銅冶煉的內襯材料。到目前為止,銅冶煉用最適宜的耐火材料仍然被認為是鎂鉻質耐火材料。

NGL 精煉爐對廢雜銅再生利用有重要意義,能緩解銅精礦資源的不足。然而 NGL 精煉爐廢雜銅所含雜質過多( Pb、Zn、As、NiFe 等金屬元素)且需反復氧化和造渣,致使爐襯耐火材料服役環境苛刻。通過分析NGL 爐用后鎂鉻磚宏觀形貌、 物相組成及顯微結構,以期揭示 NGL 廢雜銅精煉爐用鎂鉻磚的損毀機理,為銅冶煉用耐火材料的發展和應用提供更多的科學依據。

一:實驗

1.1 樣品制備試樣選取江西某銅廠NGL爐用后鎂鉻磚,對其進行侵蝕行為及機理分析,殘磚水平切面,按侵蝕程度分為不同區域,依次是掛渣反應層、滲透層、類原磚層。


1.2總結,用后鎂鉻磚原磚層的物相與顯微結構可見,骨料主要是由電熔鎂鉻熔塊和鎂砂顆粒組成,而基質主要由方鎂石和鉻鐵礦尖晶石組成;|中的孔隙明顯,但相鄰晶粒(方鎂石 方鎂石和方鎂石鉻鐵尖晶石)之間結合仍處于較高水平。殘磚冷面物相為方鎂石和鉻鐵礦尖 晶石(Mg,Fe)(Cr,AlFe)2O4,少量的CaSO4 物相。

銅冶煉中硫化物由于氧化形成氣態SO2,并遷移到耐火磚中,隨著溫度降低到1050以下,SO2 轉變為 SO3 的硫氧化物會與鎂鉻磚中氧化物反應,生成主要由MgSO4CaSO4 組成的低熔點堿土金屬硫化物,導致鎂鉻質耐火材料成分的變化。其次 SO2–O2 的氣體擴散到殘磚冷面的類原磚層,由于晶界處的鈣鎂橄欖石的離解,氣相介質中SO2/SO3 與磚中CaO 反應生成 CaSO4。分析證實,殘磚冷面反應層存在 CaSO4 物相。當氧分壓為10-9 ~10–5MPaSO2分壓為0.01~0.10 MPa熔煉溫度在1200條件下,硫酸鎂的形成溫度為 700~800 。MgO與氣體中的SO2反應生成 MgSO4,式(1)和式(2)相關反應會引起體積膨脹,當爐襯溫度下降時,耐火材料冷面形成的 MgSO4 再分解成 MgO,MgSO4 密度低,僅為 2.66 g/cm3MgO的密度為3.58 g/cm3。因此,MgSO4 分解所形 成的 MgO 結構較為疏松,最后導致該處的鎂鉻耐火材料更易受到爐渣等介質的侵蝕。


鎂鉻質耐火材料作為一種優異的抗熔渣侵蝕材料,在銅冶煉領域具有廣泛的應用前景,瑞林固體塊料精煉爐(NGL)對廢雜銅再生利用有重要意義,能緩解銅精礦資源的不足。采用掃描電子顯微鏡、能譜儀、衍射 儀探討了銅冶煉NGL爐用后鎂鉻質耐火材料侵蝕損毀機理。結果表明:鎂鉻磚受爐渣與銅熔體的雙重作用,橄欖石相的形 成與方鎂石晶粒的溶解是爐襯材料化學損毀的主要原因。隨著熔渣的滲透、方鎂石晶粒的溶解,粗銅及銅的氧化物等熔體表 現出更強的滲透能力,基質鉻鐵礦顆粒邊緣及鎂質骨料的晶界、氣孔或裂紋處被大量的粗銅、銅的氧化物熔體填充,破壞了 鎂鉻砂、鉻鐵礦尖晶石、方鎂石的直接結合,這種金屬熔體能夠深入鎂鉻磚的內部結構,可達260 mm 以上。含 SO2–O2的氣 體擴散到殘磚冷面的類原磚層,由于晶界處的鈣鎂橄欖石的離解,氣相介質中 SO2/SO3與磚中 CaO 反應生成了 CaSO4,XRD 結果證實,殘磚冷面反應層存在 CaSO4 物相。SO2–O2 的氣體擴散作用下的相關反應會引起體積膨脹,導致結構疏松,加劇了耐火材料的熔融侵蝕

關鍵詞:鎂鉻磚   鎂鉻質耐火材料   銅冶煉   
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