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冶金原理

冶金原理. 第一章冶金炉渣 第四节 熔融炉渣的结构. 上一节. 教学内容. 概述 一、分子理论 二、离子理论. 概述. 冶炼过程要求炉渣具有良好的物理化学性质 炉渣的性质与炉渣的结构有着内在的联系。 目前有关炉渣的结构理论是通过固态渣的结构和熔渣的某些间接推测得出的，因而尚不够成熟。 关于炉渣的结构目前有两种理论，最先提出的是分子理论，比较新的是离子理论。. 一、分子理论.

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Presentation Transcript

  1. 冶金原理 第一章冶金炉渣 第四节熔融炉渣的结构 上一节

  2. 教学内容 • 概述 • 一、分子理论 • 二、离子理论

  3. 概述 • 冶炼过程要求炉渣具有良好的物理化学性质 • 炉渣的性质与炉渣的结构有着内在的联系。 • 目前有关炉渣的结构理论是通过固态渣的结构和熔渣的某些间接推测得出的，因而尚不够成熟。 • 关于炉渣的结构目前有两种理论，最先提出的是分子理论，比较新的是离子理论。

  4. 一、分子理论 1、熔渣中存在有各种简单化合物（如CaO、SiO2、FeO……）和复杂化合物（如2CaO·SiO2、2FeO·SiO2……） 的分子。这些简单化合物和复杂化合物存在离解——生成的平衡： ２MeO·SiO=2MeO+SiO2

  5. 一、分子理论 其平衡常数为： 平衡常数Kc随温度升高而增大。温度升高、复杂化合物离解程度增加，游离的简单化合物浓度加大。

  6. 一、分子理论 2、熔渣中只有简单化合物才能参与反应，而复杂氧化物只有离解或被置换成简单氧化物后，才能参与反应。 如炼铅炉渣中的PbO： (PbO·SiO）+2CaO=(2CaO·SiO)+(PbO) (PbO)+CO=Pb+CO2

  7. 一、分子理论 各种氧化物互相置换的可能性可由复杂化合物的吉布斯自由能∆G0进行判断，图1-9中绘出了各种硅酸盐的∆G0－T曲线。由图可知,氧化物碱性强弱的顺序是Na2O、CaO、MgO、FeO、MnO。

  8. 一、分子理论 • （3）认为熔渣是理想熔液，因而渣中简单氧化物的活度可用摩尔分数表示。

  9. 一、分子理论 4、分子理论的不足之处 1）就确定熔渣简单氧化物的浓度来说，渣中某氧化物的含量可由化学分析得出，然而在熔渣中该化合物既有简单的、也有结合成各种非简单化合物的，往往只能根据经验确定生成化合物的种类进行计算，而复杂化合物的离解度也缺乏准确数据。

  10. 一、分子理论 4、分子理论的不足之处 2）实际上只有在稀溶液的情况下，熔渣才符合理想溶液，而一般情况下必须用活度来代替浓度进行热力学计算。 3）分子理论与熔渣性能间缺乏有机的联系，分子理论不能说明熔渣的电导、粘度等性质。

  11. 二、离子理论 熔渣能够导电并且能被电解，这充分地证明了它由带电的离子组成。熔渣结构的离子理论认为： 1、熔渣含有正（阳）离子如：Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+等，和（负）离子如 SiO44-、PO43-、O2-、S2-等。正负离子的总电荷相等，所以熔渣就整体来讲是不带电的。

  12. 二、离子理论 熔渣中碱性氧化物离解，形成金属阳离子和阴离子，如： CaO=Ca2++O2- FeO=Fe2++O2- MgO=Mg2++O2- 酸性氧化物在熔渣中吸收氧阴离子而形成复合阴离子，如： SiO2+2O2-=SiO4-4 P2O5+3O2-=2PO3-4 Al2O3+O2-=2AlO2-

  13. 二、离子理论 2、复合阴离子的结构是比较复杂的，因为它随熔渣组成及温度而改变。 熔渣中硅氧离子可因SiO2的含量不同而表现出各种存在形态。 在碱性渣中硅氧离子以氧离子以SiO44-形态存在，但在酸性渣中硅氧离子以较复杂的形态存在，如有Si2O6-、Si3O6-9、Si4O8-12、Si6O12-18、(SiO2-3)、(Si4O6-11)n等。这些离子的结构如图1-10所示。它们都能在天然的硅酸盐中发现

  14. 二、离子理论 • 表1-2列举了硅氧离子的结构特点和其相当化学式以及矿物名称。由图1-10及表1-2可见，SiO44-是硅氧离子的群内最小的结构单位，一般称之为正硅酸离子。它是正四面体结构，四个O2-位于四面体的四角，而Si4+位于共用O2-而成的。共用O2-愈多，则符合硅氧离子的结构复杂，其半径就愈大。

  15. 二、离子理论 表１－２硅氧离子的结构特点和相当化学式

  16. 二、离子理论 • 又由表1-2可见，硅氧离子的结构是和熔渣中O/Si比的降低，硅氧离子的结构变复杂。相反，当加入碱性氧化物供给O2-，而O\Si比值加大后，促使结构复杂的硅氧离子分离为叫简单的硅氧离子。此外，升高温度亦会促使这种分离作用的进行。

  17. 二、离子理论 • 熔渣中复合阴离子结构的改变，是熔渣物理化学性质改变的主要原因。熔渣离子理论的上述观点，可用于解释熔渣的导电率和粘度大小的问题。熔渣的导电主要取决于半径小而活动性大的正离子，而粘度主要取决于半径大、活动性小的复合阴离子，各种离子的半径如表1-3。

  18. 二、离子理论 表1-3 各种离子的离子半径

  19. 二、离子理论 因此，当升高温度和加入碱性氧化物均能使复杂的硅氧离子解体，粘度随之减小。反之渣中SiO2含量增高，粘度增大。在熔渣成分中增加碱性氧化物能使熔渣导电率升高，而SiO2则是降低电导的主要成分。 综上所述，用熔渣的离子理论来解释熔渣的某些性质较为确切，因为它更正确地反映了熔渣的内部结构。 下一节

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