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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( PbZnAsNiFe 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。基質中的孔隙明顯,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(MgFe)(CrAlFe)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 MgOMgSO4 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 CaSO4XRD 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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