2.2 熔渣的相平衡图.ppt

2.2 熔渣的相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图一、CaO-SiO2二元系二、Al2O3-SiO2二元系三、CaO-Al2O3二元系四、FeO-SiO2二元系五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,2.2 熔渣的相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,一、CaO-SiO2 二元系,体系特点体系中有四个化合物硅酸三钙：3CaO·SiO2（C3S） ——一致熔融正硅酸钙：2CaO·SiO2（C2S） ——不一致熔融二硅酸三钙：3CaO·2SiO2（C3S2）——不一致熔融偏硅酸钙：CaO·SiO2（CS） ——一致熔融,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,返回,①,②,③,④,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续）一致熔融化合物C2S及CS将整个相图分为三个独立部分CaO－C2S系——低共熔型含有一个在低温及高温下均会分解的化合物C3ST < 1250°C时，C3S  -C2S + CaO；T > 1900°C时，C3S  -C2S + CaO。

C2S－CS系——转熔型含有一个不一致熔融化合物C3S2（1475 °C）CS－SiO2系——包含一液相分层的低共熔型液相分层区：SiO2 74~99.4%，T > 1700°C图222 ①,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,图222 ②,体系特点（续）一致熔融化合物C2S及CS的稳定程度是不同的C2S比较稳定，熔化时只部分分解；CS在熔化时则几乎完全分解一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔融时会部分分解；化合物组成点处的液相线越平滑，该化合物熔融时的分解程度也越大2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,库尔纳柯夫规则 (1),,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,库尔纳柯夫规则 (2),2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续）图中水平线可分为五大类低共熔线：3条（2065°C，1455°C，1436°C）转熔线：1条（1475°C）偏晶线：l条（1700°C）固相分解线：2条（1250°C，1900°C）晶型转变线：6条（1470°C，1420°C，1210°C，870°C，725°C，575°C）,图222 ③,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续）各种钙硅酸盐的熔化温度都很高熔化温度不超过 1600°C的体系只局限于含 32~59%CaO范围内。

超过 50% CaO的体系，熔化温度急剧上升高炉渣中CaO含量控制在35～50%之间；有色冶金炉渣CaO含量一般在15%以下CaO的作用降低炉渣密度、减少重金属硫化物在炉渣中的溶解度 → 降低金属在炉渣中的损失图222 ④,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,二、Al2O3-SiO2 二元系,历史回顾莫来石 3Al2O3·2SiO2（ A3S2 ）是否一致熔融化合物?当试样中含有少量碱金属杂质，或相平衡实验是在非密闭条件下进行时，A3S2为不一致熔融化合物；当使用高纯试样并在密闭条件下进行实验时，A3S2为一致熔融化合物莫来石是否形成固溶体?莫来石（A3S2）和刚玉（Al2O3）之间能够形成固溶体，固溶体的组成范围为 71.8～7 7.5%Al2O3；常以化合物 A3S2的组成点表示固溶体的组成2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点体系中生成一个一致熔融化合物——A3S2，具有确定的熔点（1850C）A3S2将SiO2Al2O3二元系划分成两个子二元系——SiO2A3S2和A3S2Al2O3SiO2A3S2子二元系：简单低共熔型，低共熔温度1595C。

A3S2Al2O3子二元系：简单低共熔型，低共熔温度1840C  莫来石质（A3S2）及刚玉质（A12O3）耐火砖可作为性能优良的耐火材料2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,三、CaO-Al2O3 二元系,体系特点3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO·3 Al2O3（C5A3）CaO·Al2O3（CA）CaO·2Al2O3（CA2）2个不一致熔融化合物3CaO·Al2O3（C3A）CaO·6Al2O3（CA6）所有化合物的熔化温度普遍较高，体系的最低熔化温度为1395 °C在CaO含量为45~52%范围内，本体系能在1450~ 1550C温度范围内出现液相区  配制的炉外合成渣常选择这一成分范围2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,四、FeO-SiO2 二元系,体系特点体系中有一个一致熔融化合物 2FeO·SiO2（F2S，正硅酸铁或铁橄榄石），熔点1205°C该化合物熔化时不稳定，分解为偏硅酸亚铁： 2FeO·SiO2 + SiO2 = 2(FeO·SiO2) △Hm＞0T < 1205°C时，反应向左进行。

 FeO·SiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔度图中出现2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,返回,①,②,③,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续）F2S将FeOSiO2二元系分成SiO2F2S和F2SFeO两个分二元系F2SFeO分二元系：简单低共熔型，低共熔温度1180CSiO2F2S分二元系：靠近SiO2一侧，当温度高于1698C时，体系中出现一个很宽的液相分层区； 此分二元系包含一个低共熔点（1175C）体系中还存在一些高价铁的氧化物，如Fe2O3或Fe3O4图225 ①,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,附：Fe2O3含量的折算,,FeO为非定组成化合物，而是溶解有Fe3O4的固溶体，其中一部分Fe以Fe2O3形态存在；FeO的硅酸盐熔化后易分解：3FeO = Fe2O3 + Fe，FeO容易氧化为Fe2O3 ；在大气压力下，沿液相线温度，相应组成的熔体中含有的Fe2O3由正硅酸铁（F2S）处的2.25%增高至纯FeO处的11.56%；在作该二元系状态图时，须将Fe2O3折算为FeO：∑(%FeO) = %FeO + y (%Fe2O3)%FeO —— 体系中FeO（Fe2+）的化学分析数据（重量百分数）；%Fe2O3 —— 体系中Fe2O3（Fe3+）的化学分析数据（重量百分数）； y —— 折算系数。

图225 ②,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,全氧折合法3FeO ＝ Fe2O3 + Fey全氧＝ 215.55/159.7 = 1.35全铁折合法2FeO ＋ (1/2) O2 ＝ Fe2O3y全铁＝ 143.7/159.7 = 0.9通常采用全铁折合法 在相平衡实验中或取样分析过程中，试样（特别是表面层）中的低价铁很可能部分地被空气氧化为高价铁2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,体系特点（续）当SiO2含量为30%左右时，亚铁硅酸盐炉渣的熔化温度约为1200°C理论上，这样的熔化温度符合有色金属矿物的造流熔炼及还原熔炼的要求实际选用的炉渣中，FeO含量不宜过高这种熔渣的比重大，不利于渣–锍或渣–金属的分离随FeO含量增加，重金属硫化物在渣中的溶解度（损失）增大用高铁质碱性炉渣进行还原熔炼时，FeO也可能部分地被还原为金属铁，可能造成炉缸积铁 加入CaO，改善炉渣的性能图225 ③,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,五、CaO-FeO 二元系,体系特点此体系不是一个真正的二元系，而是与金属铁平衡的CaOFeOFe2O3三元系相图在CaOFeO边的投影体系中有一个不一致熔融化合物2CaO·Fe2O3，分解温度1133C。

2CaO·Fe2O3与FexO形成低共熔体，低共熔温度1125C2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,六、CaO-Fe2O3 二元系,体系特点两性氧化物Fe2O3与CaO形成一个一致熔融化合物：2CaO·Fe2O3（C2F），熔点1449C2个不一致熔融化合物：CaO·Fe2O3（CF）和CaO·2Fe2O3（CF2）CaO·Fe2O3：分解温度1218C；CaO·2Fe2O3仅在1150~1240C范围内稳定存在CF和CF2的熔化温度均在1440C以下  Fe2O3是石灰（CaO）的有效助熔剂2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,1、CaO-Al2O3-SiO2三元系的应用冶金炉渣 如高炉炼铁炉渣、铸钢保护渣、炉外精炼渣、锡电炉炉渣、氧化铝生产熟料硅酸盐领域 如耐火材料、玻璃、水泥、陶瓷……,2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,1 — 硅酸盐水泥2 — 高炉渣3 — 玻璃，4 — 耐火材料5 — 陶瓷6 — 高铝砖、 莫来石、 刚玉,图228 CaOAl2O3SiO2体系中各种材料的组成范围,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,该体系有10个二元化合物和2个三元化合物。

共有15个组元及与之相应的15个初晶区可划分为15个子三角形，对应15个无变点 其中 8个低共熔点 8个独立三角形； 7个转熔点 无对应的独立三角形23条二元低共熔线，5条二元转熔线8个二元低共熔点，5个二元转熔点2、CaO-Al2O3-SiO2三元系相图及其特点,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,返回,①,②,③,④,⑤,⑥,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,在靠近纯 SiO2 附近有一个不大的液相分层区 当Al2O3含量达到3％时，液相分层区消失SiO2初晶区内，有一条1470C的方石英与鳞石英之间的晶型转变线组成位于以三元低共熔点1和2（1170C 和1310C ）为中心的周围区域中的炉渣体系具有较低的熔化温度  高炉渣的组成通常位于此区域内体系特点（续）,图229 ①,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,,表21 CaOAl2O3SiO2系中的化合物,图229 ②,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,,,,表22 CaOAl2O3SiO2系中的无变点,,,图229 ③,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,3、CaO-Al2O3-SiO2三元系的等温截面图,图229 ④,,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,图229 ⑤,,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,图229 ⑥,,2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图,1、CaO-FeO-SiO2三元系的应用 有色冶金炉渣：炼铜炉渣、炼锡炉渣、炼铅炉渣 碱性炼钢炉渣：转炉渣、电炉渣,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,,2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图,存在一系列固溶体和不一致熔融化合物，FeO易分解、氧化成Fe2O3或Fe3O4，测试较困难，测得的相图有一定差异。

体系内有 5个 二元化合物和 1个 三元化合物；相图中共有9个初晶面；有一个宽广的液相分层区；有一个很大的正硅酸钙（C2S）初晶面；体系内有某些系列的连续固溶体；固相内发生复杂的化学变化（如化合物的分解或生成）；有两条晶型转变线： 方石英 ←→ 鳞石英 C2S ←→ C2S,。