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也谈炉渣碱度

已有 6068 次阅读 2020-9-1 16:13 |系统分类:科研笔记

       炉渣,在高温(火法)冶金中占据了至关重要的地位,俗话讲“渣炼不好,钢就炼不好”,就是这么个意思。碱度(the basicity of slag),就是表征炉渣性能的重要标志之一。

       一般定义炉渣碱度是,炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的比值,常用m(CaO)/(SiO2)表示。什么是碱性氧化物呢,一般认为是渣中能够提供自由氧离子的氧化物,如CaO,MgO,FeO等;而不能提供自由氧离子,反而与氧离子结合生成络合离子的氧化物,被认为是酸性氧化物,如SiO2,P2O5,Fe2O3等;还有一些氧化物,在不同环境中表现出两性,如Al2O3

      那么,氧化物的酸碱性是如何判断的呢?我想,这里可以参考水溶液的酸碱性来帮助认识。碱性氧化物与水反应生成氢氧化物,能提供氢氧根离子,故呈碱性;酸性氧化物与水反应生成酸,提供氢离子,故呈酸性。如下式所示:

CaO+H2O=Ca(OH)2=Ca2++2OH2-;SiO2+H2O=H2SiO3=2H++SiO32-                       

     Al2O3+3H2O=2Al(OH)3=2Al3++3OH2-;Al2O3+H2O=2HAlO2=2H++2AlO2-                 

       但,炉渣氧化物酸碱性并不按上述理解来判断,且研究方法有多种。不同方法研究出的氧化物酸碱性略有差别,如下表所示。比如,按生成自由能法,FeO碱性弱于MgO;而按阴阳离子静电引力法,FeO碱性强于MgO。

表 1  不同研究方法得出的氧化物酸碱性

生成自由能法

阴阳离子静电引力法

碳酸盐分解反应发

硫酸盐分解反应法

P2O5

P2O5

P2O5

Fe2O3

V2O5

SiO2

SiO2

MnO

SiO2

V2O5

TiO2

MgO

TiO2

TiO2

FeO

CaO

Fe2O3

Al2O3

MnO


V2O3

Fe2O3

MgO


Al2O3

MgO

CaO


FeO

FeO



MnO

MnO



MgO

CaO



CaO

Na2O



Na2O




        熔渣呈现酸性还是碱性,按照定义,应该由渣中自由氧离子(O2-)的浓度表达,但由于该浓度无法用实验测出,故一般用钙硅氧化物的质量比来表示。大于1,认为是碱性渣,小于1,则是酸性渣。当然,一些学者会把其他氧化物考虑进来。同时,另一部分学者认为,用质量分数表示不够好,提倡根据酸碱氧化物反应成复杂氧化物的物质的量的当量来表示,如B=(nCaO+1/2nMgO)/(2/3nSiO2+1/3nAl2O3)。但不管怎么说,这两种方式,在理论上都站不住脚。一是讲不清楚到底多少浓度的氧离子,炉渣呈碱性;二是,几乎所有碱度表达式,都不将FeO纳入;三是上表中的差别没有做解释,仅仅哪个好用用哪个。

       先讲到这,未完待续。欢迎广大研究者讨论交流。

       



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1 杨卫东

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