當(dāng)前關(guān)于銅冶煉耐火材料的損毀機(jī)理分析，仍主要集中在銅精礦火法煉銅工藝的熔煉爐、 轉(zhuǎn)爐、陽極爐等爐型。銅精礦經(jīng)熔煉爐熔煉成銅锍(冰銅)，銅锍(冰銅)經(jīng)轉(zhuǎn)爐/吹煉爐吹煉成粗 銅，粗銅經(jīng)陽極爐精煉成陽極銅，陽極銅經(jīng)電解精煉成精煉銅。銅冶煉工藝具有化學(xué)反應(yīng)劇烈、速度快、熱強(qiáng)度高、爐內(nèi)氣氛(O2和SO2)復(fù)雜等特點(diǎn)，致使?fàn)t襯耐火材料易被侵蝕。鎂鉻質(zhì)耐火材料因其優(yōu)異的抗熔渣侵蝕能力，在火法冶金中通常用作銅冶煉的內(nèi)襯材料。到目前為止，銅冶煉用最適宜的耐火材料仍然被認(rèn)為是鎂鉻質(zhì)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(zhì)過多(含 Pb、Zn、As、Ni、Fe 等金屬元素)且需反復(fù)氧化和造渣，致使?fàn)t襯耐火材料服役環(huán)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(jié)構(gòu)，以期揭示 NGL 廢雜銅精煉爐用鎂鉻磚的損毀機(jī)理，為銅冶煉用耐火材料的發(fā)展和應(yīng)用提供更多的科學(xué)依據(jù)。
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(jìn)行侵蝕行為及機(jī)理分析，殘磚水平切面，按侵蝕程度分為不同區(qū)域，依次是掛渣反應(yīng)層、滲透層、類原磚層。
1.2總結(jié)，用后鎂鉻磚原磚層的物相與顯微結(jié)構(gòu)可見，骨料主要是由電熔鎂鉻熔塊和鎂砂顆粒組成，而基質(zhì)主要由方鎂石和鉻鐵礦尖晶石組成。基質(zhì)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(jié)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(Mg，Fe)(Cr，Al，Fe)2O4，少量的CaSO4 物相。
銅冶煉中硫化物由于氧化形成氣態(tài)SO2，并遷移到耐火磚中，隨著溫度降低到1050℃以下，SO2 轉(zhuǎn)變?yōu)?/span> SO3 的硫氧化物會與鎂鉻磚中氧化物反應(yīng)，生成主要由MgSO4和CaSO4 組成的低熔點(diǎn)堿土金屬硫化物，導(dǎo)致鎂鉻質(zhì)耐火材料成分的變化。其次 SO2–O2 的氣體擴(kuò)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(zhì)中SO2/SO3 與磚中CaO 反應(yīng)生成 CaSO4。分析證實，殘磚冷面反應(yīng)層存在 CaSO4 物相。當(dāng)氧分壓為10-9 ~10–5MPa，SO2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(yīng)生成 MgSO4，式(1)和式(2)相關(guān)反應(yīng)會引起體積膨脹，當(dāng)爐襯溫度下降時，耐火材料冷面形成的 MgSO4 再分解成 MgO，MgSO4 密度低，僅為 2.66 g/cm3，而MgO的密度為3.58 g/cm3。因此，MgSO4 分解所形 成的 MgO 結(jié)構(gòu)較為疏松，最后導(dǎo)致該處的鎂鉻耐火材料更易受到爐渣等介質(zhì)的侵蝕。
鎂鉻質(zhì)耐火材料作為一種優(yōu)異的抗熔渣侵蝕材料,在銅冶煉領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)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(zhì)耐火材料侵蝕損毀機(jī)理。結(jié)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(xué)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(xiàn)出更強(qiáng)的滲透能力，基質(zhì)鉻鐵礦顆粒邊緣及鎂質(zhì)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(jié)合，這種金屬熔體能夠深入鎂鉻磚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可達(dá)260 mm 以上。含 SO2–O2的氣 體擴(kuò)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(zhì)中 SO2/SO3與磚中 CaO 反應(yīng)生成了 CaSO4，XRD 結(jié)果證實，殘磚冷面反應(yīng)層存在 CaSO4 物相。SO2–O2 的氣體擴(kuò)散作用下的相關(guān)反應(yīng)會引起體積膨脹，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松，加劇了耐火材料的熔融侵蝕。