[科普中國]-鑄渣

連鑄保護(hù)渣是一種以硅酸鹽為基料的并含有多種熔劑和碳質(zhì)骨架材料的功能性材料，是鋼鐵冶金連鑄過程中的關(guān)鍵輔料，主要用于連鑄結(jié)晶器內(nèi)，在鋼液面上熔化，一般形成液渣層、燒結(jié)層、熔渣層三層結(jié)構(gòu)。

概念連鑄保護(hù)渣是一種以硅酸鹽為基料的并含有多種熔劑和碳質(zhì)骨架材料的功能性材料，是鋼鐵冶金連鑄過程中的關(guān)鍵輔料，主要用于連鑄結(jié)晶器內(nèi)，在鋼液面上熔化，一般形成液渣層、燒結(jié)層、熔渣層三層結(jié)構(gòu)，正常連鑄條件下，熔渣在彎月面處填入結(jié)晶器與鑄坯間的間隙，對(duì)鑄坯表面質(zhì)量及連鑄工藝的順行具有重要影響。連鑄保護(hù)渣主要由基料、助熔劑和碳質(zhì)材料三大部分組成，含有CaO 、SiO2、Na2O、CaF2、Al2O3、MgO 、Li2O、C粒 等 化 學(xué) 組 分。其中CaO+SiO2占60%～70%，CaO/SiO2為0.6～1.5。

連鑄保護(hù)渣的主要作用保護(hù)渣在連鑄過程中起著潤滑、保溫、防止鋼水二次氧化、吸附上浮的夾雜物和調(diào)節(jié)傳往結(jié)晶器的熱流等作用。

（1）保溫性、防氧化性。保護(hù)渣加到鋼液面形成熔渣層，并均勻覆蓋在鋼液面使鋼液與空氣隔離。保護(hù)渣在熔化時(shí)具體由固態(tài)渣層、燒結(jié)層、半熔化層、富碳層和液態(tài)渣層5層組成。不管是粉渣還是顆粒渣，都由4層（不含富碳層）或5層組成，起到絕熱保溫、防止再氧化、吸收夾雜物的作用。其中固態(tài)渣層主要起絕熱保溫作用，碳質(zhì)材料氧化發(fā)熱也能起到保溫作用。粉渣的保溫性要優(yōu)于顆粒渣和球狀中空型保護(hù)渣。液態(tài)渣層覆蓋在鋼液面使鋼液與空氣隔離，防止了鋼液的氧化。

（2）潤滑性。結(jié)晶器與坯殼間的渣膜由固態(tài)渣膜和液態(tài)渣膜組成，液態(tài)渣膜有潤滑作用。結(jié)晶器上部熔渣流入的填充層貼在結(jié)晶器上隨結(jié)晶器而移動(dòng)，而坯殼和填充層之間則通過一個(gè)液渣潤滑鑄坯，實(shí)際上是流體潤滑。潤滑情況與液渣滲入結(jié)晶器與坯殼間的多少和滲入的均勻性有關(guān)。固態(tài)渣膜由玻璃質(zhì)膜和晶體質(zhì)膜組成。堿度較低，玻璃質(zhì)性能優(yōu)良的渣潤滑性能好，堿度較高，晶體化率高的渣潤滑性能差。

（3）吸附夾雜能力。保護(hù)渣吸收夾雜后性能穩(wěn)定，粘度適宜，夾雜就能伴隨著保護(hù)渣的消耗被帶走。如果渣子性能惡化，會(huì)導(dǎo)致坯殼夾雜，渣膜斷裂，造成粘結(jié)性漏鋼。保護(hù)渣堿度的提高，可以改善保護(hù)渣吸收和溶解鋼中加夾雜物的動(dòng)力學(xué)條件而有利于吸收夾雜物，但堿度過高，使溶渣的析晶溫度和析晶能力提高，惡化保護(hù)渣的玻璃化性能，破壞了保護(hù)渣的均勻傳熱和潤滑性。

（4）防止縱裂紋產(chǎn)生。渣膜填充了坯殼與結(jié)晶器間的氣隙，使傳熱均勻，而結(jié)晶質(zhì)層厚度直接決定了導(dǎo)熱性能好壞，結(jié)晶質(zhì)層薄則導(dǎo)熱性好。中碳鋼避免縱向裂紋是首先要考慮的問題，中碳鋼用保護(hù)渣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)放在控制從鑄坯傳往結(jié)晶器的熱流上，限制結(jié)晶器熱通量，希望保護(hù)渣具有較大熱阻。這對(duì)連鑄渣的成分配比提出了要求。1

黃銅水平連鑄渣中的金屬回收引言銅資源的長期開采造成初級(jí)資源日益貧缺，迫使人們重視銅二次資源的回收利用。銅渣作為可再生廢雜銅的一種含有大量可利用資源，其中包含有多種有價(jià)金屬如有色重金屬元素銅、鋅、鉛、鈷、鎳等；黑色金屬元素如鐵；以及與銅共生的貴金屬和稀有金屬如金、銀。

黃銅水平連鑄渣的組成分析黃銅水平連鑄渣是生產(chǎn)水平連鑄黃銅帶材熔鑄時(shí)覆蓋物產(chǎn)生的廢渣，該原料即黃銅水平連鑄覆蓋物渣是團(tuán)塊狀、顆粒狀和粉末狀物質(zhì)的混合物。原料破碎后，經(jīng) X射線衍射儀的物相分析和等離子原子發(fā)射光譜儀的成分分析可得分篩后所得粉末狀物質(zhì)相組成構(gòu)成如表。

黃銅水平連鑄覆蓋物渣中粉末狀材料的浸出黃銅水平連鑄覆蓋物渣中粉末狀物質(zhì)主要由銅合金、氧化鋅粉和木炭等雜質(zhì)的混合物等構(gòu)成，因此可以選擇硫酸進(jìn)行浸出，無論金屬鋅或氧化鋅都極易溶于硫酸。將浸出液進(jìn)行檢測分析，溶液中各離子的濃度如表所示。

浸出后濾除去浸出液，所得的銅鋅合金微粒與篩選出的塊狀和大顆粒一起可以熔煉鑄成用于電解精煉提銅的銅陽極。浸出液經(jīng)過兩道工序除雜可用來電積鋅。

浸出液除鐵由于得到的浸出液中含鐵為0.1624g/L，超出了鋅電沉積對(duì)鐵的要求，因此在電積之前必須經(jīng)過凈化處理。凈化的目的是除了將浸出液中對(duì)鋅電積有害的雜質(zhì)去除到要求的含量之內(nèi)。由于所用浸出液中含鐵量不是很高，本試驗(yàn)采用空氣氧化除鐵工藝。浸出液采用空氣氧化除鐵是使Fe3+在一定條件下水解生成沉降過濾性能良好的針鐵礦（FeOOH）后被除去，反應(yīng)式為：Fe3++2H2O→FeOOH+3H+。同時(shí)溶液中的其它雜質(zhì)如砷、銻和鍺可以與鐵發(fā)生共沉淀。使得除鐵后的鐵離子濃度可降至 0.0017g/L，達(dá)到了后續(xù)鋅電沉積對(duì)雜質(zhì)鐵的要求，銅離子和鎳離子的濃度也有相應(yīng)的降低。過濾后所得針鐵礦可以作為副產(chǎn)品收集。

浸出液除銅等雜質(zhì)達(dá)到除鐵要求的浸出液經(jīng)過檢測，其中仍含有銅鎳等雜質(zhì)。銅離子濃度在危害程度之上，鎳離子濃度基本符合要求。在進(jìn)行電沉積之前，必須經(jīng)過凈化處理。其目的是除去硫酸鋅浸出溶液中銅、鎳等金屬雜質(zhì)離子，為鋅電沉積提供高質(zhì)量的精制硫酸鋅溶液，確保鋅電積能產(chǎn)出質(zhì)量高的電鋅。

采用鋅粉的粒度在0.149～0.125mm 以下，機(jī)械攪拌，鋅粉用量為 0.16 g /L，溶液pH值為4左右。對(duì)比凈化后液的質(zhì)量要求，可知去除雜質(zhì)銅的試驗(yàn)達(dá)到了下一步電解工序的要求。

鋅電積凈化液采用鋅電積工藝，在條件為電流密度500A/m2，電積溫度40℃，電積液酸度160g/L，電積液中鋅離子含量150g/L下，電流效率可達(dá)到91.12%，平均槽電壓為 3.42 V。試驗(yàn)所得鋅純度達(dá)到99.91% 。

工藝流程本試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)材料銅渣的結(jié)構(gòu)和組成特點(diǎn)，擬采用分選、銅及其合金的火法精煉、銅的電解精煉、鋅浸出液的凈化、鋅電積的工藝流程達(dá)到回收銅鋅的目的。其原則流程如圖所示。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)