炉渣

火法冶金过程中生成的以氧化物为主的熔体；它是钢铁、铁合金及有色重金属冶炼和精炼等过程的重要产物之一。主要成分是CaO、FeO、MgO、MnO（碱性氧化物）等，SiO2、P2O5、Fe2O3（酸性氧化物）等及Al2O3(两性氧化物）；此外，经常含有硫化物，如钢铁冶炼炉渣中含有少量CaS，有色重金属冶炼炉渣中有时含有较多FeS、Cu2S或 Ni3S2等；炉渣中还夹带少量金属；个别强还原性炉渣含有CaC2。在冶金过程中，熔融炉渣与熔融金属、熔融铁合金、熔锍及炉气等产物之间起着各种物理化学反应，达到该过程所预期的冶金目的。由于炉渣与金属或熔锍间的溶解度小以及两者比重不同而得与分离。依据组成不同，熔渣冷凝后成为岩石状或玻璃状物质。

炉渣分类及组成

根据冶金过程的不同，炉渣可分为冶炼渣和精炼渣。以矿石（包括人造富矿或精矿等）为原料进行还原冶炼 或氧化冶炼，在获得粗金属或锍的同时所形成的炉渣称为冶炼渣。精炼粗金属（用生铁炼钢、从粗铜炼精铜等）产生的炉渣称为精炼渣。这两类炉渣的主要作用都是将原料中的无用或有害物质从金属产品中除去。另有一类炉渣主要作用是将原料中含有的某些有用物质富集在其中，以利于下一工序将它们回收利用，称为富集渣，如钛精矿还原熔炼所得高钛渣以及吹炼含钒、铌的生铁所得到的钒渣、铌渣等，它们分别用作提取钛、钒及铌等的原料。还有一类所谓“合成渣”，是按炉渣要起的冶金作用而用各种原料预先配制的渣料，如电渣重熔用渣、钢锭浇铸或连续铸钢所用的保护渣以及钢液的渣洗用渣等。几种炉渣的典型组成见表。

炉渣冶金作用

炉渣在冶炼过程中起着下列重要的物理及化学作用：①形成熔融炉渣使脉石组分或杂质氧化产物与熔融金属或熔锍顺利分离；②脱除钢液中的有害杂质硫、磷和氧，吸收钢液中非金属夹杂物，并保护钢液不致直接吸收氢、氮、氧；③富集有用金属氧化物；④在电炉冶炼（电弧炉、矿热电炉、电渣重熔炉等）中炉渣还起着电阻发热体的作用。炉渣在保证冶炼产品质量、金属回收率、冶炼操作顺行以及各项技术经济指标方面都起着决定性的作用。“炼好渣，才有好钢”的说法，生动地反映了炉渣在冶炼过程中的重要作用。 炉渣的物理化学性质炉渣完成冶金作用的好坏，主要决定于熔融炉渣的熔点、粘度、界（表）面张力、比重、电导率、热焓、热导率以及某些组分的活度(a）等。这些物理化学性质被炉渣的组成决定。炉渣的组分靠加入适量的熔剂调整，最重要的熔剂是石灰石和石英石。萤石（CaF2）在电炉炼钢渣及合成渣中也是重要的熔剂。

炉渣中CaO及FeO的活度一定温度下取纯CaO的反应能力为1，溶解于炉渣中的CaO相对于纯CaO的反应能力的分数就是炉渣中CaO的活度；炉渣中FeO的活度意义与此类似。FeO活度高的渣对钢液脱碳有利；CaO活度高，FeO活度低的渣对钢液脱硫有利；CaO及FeO活度高的渣对钢液脱磷有利。炉渣中组分的活度数据可由实验测定（图1，图2）。

炉渣的碱度炉渣中碱性氧化物含量与酸性氧化物含量的比值称为炉渣的碱度， 它对炉渣的性质有显著的影响。钢铁冶金生产中常用CaO/SiO2,(CaO MgO)/SiO2，（CaO MgO)/(SiO2 Al2O3 TiO2）等表示炉渣的碱度。在有色冶金中则常用渣中酸性氧化物中的氧量与碱性氧化物中的氧量之比来表示渣的酸碱性，此比值称为渣的硅酸度。

渣系的相图高炉渣、大多数铁合金炉渣及保护渣的主要组成可归结为Cao-Al2O3-SiO2系。大多数的有色重金属冶炼渣可归结为CaO-’FeO'-SiO2系或’FeO'-SiO2系（含有数量不等的三价铁），它们的相图见图3、图4、图5。

炉渣有价金属

有价金属因机械损失、化学损失及物理损失而进入炉渣中。从炉渣中回收这些金属在经济上不合算时，才 可将炉渣弃作他用，如铜冶炼弃渣含Cu0.2～0.4%，钒铁冶炼弃渣含V2O50.2～0.3%。根据物理化学性质合理选择炉渣的组成对降低弃渣中有价金属的含量具有重要作用。有色金属精炼渣含有价金属甚高，一般返回流程的前工序处理。在提炼金属的 原料中，除了主金属之外，具有回收价值的其他金 属。一般说来，某一种金属是否有回收价值，取决 于该金属的使用价值、回收所需要的费用及其商品 价格。常从冶炼主金属过程中产出的渣或烟尘中回 收。在有色重金属的冶炼原料中，有价金属多为贵 金属和稀散金属，具有很高的回收价值。

炉渣利用

冶炼过程产生的弃渣数量很大，如生产1吨生铁产生约0.3～1吨高炉渣；由铜精矿产生1吨阳极铜产生冶炼渣约5～6吨。不返回基本冶炼流程的弃渣应加以综合利用。炉渣可以做铸石制品；水淬渣用于生产水泥，渣砖或可吹制成矿渣棉，作保温、隔热材料。炉渣还可以代替砂石做道碴。高炉渣亦可用 作铜冶炼过程的熔剂或作浇铸钢锭时的保护渣原料。含P2O5高的炼钢渣用作农业磷肥。铜冶炼水淬渣可作表面处理用的喷吵材料。工厂锅炉排出的炉渣，常被视为废物，不仅占用田地，而且污染环境。世界上炉渣已被广泛用于工农业生产的各个领域，

炉渣化学结构

在熔融炉渣结构的研究方面，提出了好几种模型。其中比较有影响的是最早（1934）提出的分子理论（见熔融炉渣的分子假说），1945年提出的完全离子溶液模型（见完全离子溶液─Tёмкин 模型）和1965年提出的马松模型。

煤气发生炉气化原料煤后，获得固体残渣，我们称为炉渣或炉灰。由于煤种、气化方式不同，所得的炉渣之化学成份和矿物组成有所差异，但是它的化学成份主要是由硅、铝、铁、钙的化合物所组成，而且都含有少量的镁、钛、钾、铜、磷等化合物以及微量的氰化物。它们存在的主要形式是酸盐、硅铝酸盐、氧化物和硫酸盐。现将几种煤渣的化学成份列于下表。

炉渣本身略有或没有水硬胶凝性能，但它在磨细以后的水分存在的情况下，特别是在蒸汽养护条件下，参与氢氧化钙或其它氢氧化物发生化学反应。而生成具有水硬胶凝性能的化合物。所以，它可用来当作建筑材料，常用于生产煤渣或炉渣混凝土大型样板等，也可将炉渣用于修路或作房屋内的保温，隔音材料。

炉渣里还残留某些稀有金属，据可查历史记载从1896年起也能从炉渣回收锗、钡、铀等成份。

发生炉炉渣中一般含碳10-20%。煤炭采用焙烧 浸出 净化 还原 的工艺处理真空蒸硒炉渣，试验结果硒回收率90 09%，硒粉品位>99．5%。硒渣焙烧浸出硒一般从铜、铅和镍的电解阳极泥、硫酸生产的酸泥和生产纸浆的洗涤

炉渣中的含碳可燃物如不加以回收，不仅严重地浪费国家资源，而且对炉渣综合利用带来不好的影响，所以在某些城市，将含碳量高的炉渣打作成生活用煤砖，再使其燃烧一次，一方面充分回收煤炭热能，另一方面使炉渣能得到充分利用。

由于炉渣是多孔性碱性物质，所以它还能和于废水处理系统作过滤材料，用于废水的除油，除固体杂质等预处理方面。

炉渣的组分靠加入适量的熔剂（石灰、石英石、萤石等）进行调整。在冶炼过程中通过对炉渣组分和性质的控制，能使脉石和氧化杂质的产物与熔融金属或硫顺利分离，脱除金属中的害杂质，吸收液态金属中的非金属夹杂物不直接受炉气污染，富集有用的金属氧化物；在电炉冶炼中还是电阻发热体。炉渣在保证冶炼操作顺利进行、冶炼产品质量、金属回收率等各方面起着决定性作用，例如炼钢作业中有“炼好渣，才能炼好钢”的说法。

根据冶金过程的不同，炉渣可分为熔炼渣、精炼渣、合成渣；根据炉渣性质，有碱性渣、酸性渣和中性渣之分。许多炉渣有重要用处。例如高炉渣可作水泥原料；高磷渣可作肥料；含钒、钛渣分别可作为提炼钒、钛的原料等。有些炉渣可用来制炉渣水泥、炉渣砖、炉渣玻璃等。

煤在锅炉燃烧室中产生的熔融物，由煤灰组成。可作砖、瓦等原料。

炉渣是熔炼的介质，在其中要完成全部的冶金过程，使造渣成分和杂质元素尽量进入渣熔体中而与主金属熔体分离，这就要求熔渣具有适合特定冶炼要求的特性。例如鼓风炉熔炼的焦点区最高温度主要决定于炉渣的熔化温度，它还要求熔渣有适当的粘度和应产出一定的渣量(一般不少于30%)。对鼓风炉还原熔炼法炼铅来说，还要求熔渣有良好溶解锌的能力 。

高炉渣内主要矿物组成有钙黄长石、镁黄长石、钙长石、透辉石、硅灰石、二硅酸三钙等。从高炉渣的化学成分和矿物组成来行，它属于硅酸盐范畴。

组成高炉渣的四种主要氧化物，正是普通钠钙硅玻璃的主要成分。高炉渣含挥发物质极少，化学、物理结构稳定，且不受天气条件的影响。因而，高炉渣苗玻璃工业中的应用有着广阔的前途。

大量的研究试验结果表明，玻璃工业中使用高炉渣已不仅是个综合利用问题，而且还有改善玻璃的澄清，减少制品的灰泡数，降低熔制温度，提高熔制效率，降低生产成本和稳定玻璃颜色的独特功能。

迄今为止，人们为提高玻璃产量，设想了许多新方法，如控制进氧量，更改喷抢角度，变化原料颗粒大小及使用新的辅助原料等。但实践证明，高炉渣是有助于提高玻璃熔窑出料量，改善玻璃质量的最有价值的新原料之一。我国高炉渣资源丰富，它的综合利用是大有可为的 。

炉渣是精炼铁的普通副产品， 而废渣进入钢中。它是由酸与钢和助熔添加剂中的碱性氧化物杂质发生反应而形成的。最常使用的熔剂为方解石石灰（石灰） 和白云石石灰（白云石）。炉渣的化学和物理性能不仅影响精炼， 也导致炉衬耐火材料的损耗。两种石灰都提供了碱性， 而白云石还提供了可供消耗的MgO 以防止耐火材料被侵蚀。因此持续监控并优化熔剂处理工艺以维持炉渣的环境很是必要 。

优化的炉渣被认为是：

1.符合钢厂的要求， 在EAF 或BOS 炼钢脱磷期间在熔融和精炼过程中中和生成的所有酸成分；

2.产生附加效益， 如扩展耐火材料的内衬、减少冷热修复、改进起泡能力， 轮流地降低能量输入等。

优化炉渣具有合适的化学成分、合理的相以及合适的黏性， 通过分析和描述炉渣（通过XRF、XRD、显微镜、液相线计算、游离氧化钙测定）以及物料平衡计算来获得。熔剂的需要量可以进行计算。

优化炉渣的基本特点如下：

（1）提高了炉渣的黏度， 有助于起泡；

（2）不含固态不能熔的助剂， 因而降低了形成浪费相或有害相的可能性；

（3）降低炉渣量。

产品优势在降低成本上已得到了有效的实践，效果如下：

（1）更好的精炼；

（2）降低燃烧点；

（3）降低电极损耗；

（4）减少噪音；

（5）降低耐火材料损耗；

（6）保护仪表、电极和炉顶；

（7）降低能耗；

（8）降低助剂用量；

（9）降低炉渣排放成本。