王 楊，胡建杭,2，王 華,2

(1.冶金節(jié)能減排教育部工程研究中心，云南 昆明 650093； 2.昆明理工大學(xué)省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093)

1 前 言

熔池熔煉是目前主要的銅冶煉工藝之一，其中所用爐襯材料一般為鋁鎂質(zhì)耐火材料、鎂鉻質(zhì)耐火材料及純剛玉質(zhì)耐火材料。耐火材料在冶煉過程中有多種原因造成其損毀，其中主要原因是銅熔渣對耐火材料的侵蝕。在冶煉過程中，爐襯與熔渣接觸，使得爐襯遭受嚴(yán)重的侵蝕和溶解，特別是在耐火材料與爐渣的直接接觸邊界層，易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，這些氧化還原反應(yīng)會消耗碳并在耐火材料中形成多孔結(jié)構(gòu)[1],從而降低爐襯使用壽命，增加銅冶煉廠的生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率。最重要的是，侵蝕行為往往會生成成分復(fù)雜的外源夾雜物，會影響銅的純度與質(zhì)量。所以研究銅熔渣轉(zhuǎn)爐冶煉時對爐襯的影響，即研究爐襯在冶煉過程中遭受到的侵蝕行為十分必要。

陳肇友等[2]從爐渣的滲透，磚內(nèi)雜質(zhì)和熔渣中各種成分對于爐襯的侵蝕等三個方面研究了爐渣對氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼時爐襯的影響，還指出了爐渣中CaO、MgO以及碳的合理含量、耐火磚的顯微結(jié)構(gòu)等都是減輕熔渣侵蝕的有效途徑。有學(xué)者采用旋轉(zhuǎn)Al2O3圓柱體[3]或圓盤[4]的方法對Al2O3的溶解進(jìn)行研究，旨在模擬鋁脫氧過程中夾雜物的吸附行為，并研究了爐渣化學(xué)、溫度和轉(zhuǎn)速對溶出速率的影響，認(rèn)為邊界層擴(kuò)散是影響溶出速率的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)中使用的Al2O3圓柱體或圓盤在一定程度上可以被認(rèn)為是Al2O3耐火材料，這些研究對了解爐渣與Al2O3耐火材料之間的作用機(jī)理有一定幫助。LEE等[5]利用共聚焦掃描激光顯微鏡對各種類型礦渣中的Al2O3顆粒進(jìn)行原位觀察，發(fā)現(xiàn)Al2O3顆粒在50%CaO-50%Al2O3渣中溶解速度快，但在50%CaO-40%SiO2-10%Al2O3溶解速率就變得相當(dāng)緩慢。研究指出Al2O3在不同渣系中會表現(xiàn)出明顯不同的溶解行為。

WANG等[6]研究了不同堿度、不同MgO和Al2O3含量的礦渣中MgO顆粒的溶解速率和溶解機(jī)理。UM等[7]研究了在磁性鐵礦物對于材質(zhì)為MgO-C的耐火材料的侵蝕行為。HUANG等[8]研究了燒結(jié)MgO、工業(yè)MgO-C和MgO-Cr2O3耐火材料在合成的50%CaO-45%Al2O3-5%SiO2液態(tài)渣中的溶解速率。HON等[9]研究了MgO-Cr2O3耐火材料和熔融的MgO-Al2O3-SiO2-CaO-FeO礦渣的反應(yīng)。學(xué)者們還對MgO基耐火材料在熔渣中的侵蝕機(jī)理進(jìn)行了研究，并對LEE和ZHANG等[10]的研究做了詳細(xì)的論述，結(jié)果證明，鎂質(zhì)耐火材料在礦渣中的溶解是影響爐渣侵蝕行為的重要因素之一。HEO等[11]研究了CaO-SiO2渣與MgO之間的潤濕過程和擴(kuò)散動力學(xué)，發(fā)現(xiàn)溶解效應(yīng)對擴(kuò)散行為沒有起到中心作用。HYUNGSIC等[12]發(fā)現(xiàn)MgO-C這類耐火材料侵蝕因素之一，是隨著溫度的升高和壓力的降低，碳會發(fā)生氧化還原反應(yīng)。還有一些其他文獻(xiàn)[13-15]也在研究MgO-Al2O3材質(zhì)的耐火材料對于冶煉過程的影響。

目前關(guān)于加入了各類添加劑對銅熔渣的貧化效果影響以及爐渣對Al2O3質(zhì)耐火材料、MgO質(zhì)耐火材料的侵蝕行為已開展大量的研究工作，但對銅熔渣火法貧化過程中不同耐火材料、不同比例的添加劑對于侵蝕行為影響的對比研究甚少。由于在不同的渣系中，侵蝕行為帶來的效果與影響是不同的。本研究旨在構(gòu)建銅熔渣-耐火材料在N2氣氛下，高堿度渣(CaO∶SiO2=0.578～0.706，Al2O3∶4.17～6.88wt%)對Al2O3耐火材料和MgO-SiO2-Al2O3耐火材料的侵蝕進(jìn)行對比研究，為銅生產(chǎn)冶煉與貧化過程中耐火材料的選擇與實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。

2 實(shí)驗(yàn)裝備及方法

實(shí)驗(yàn)在升降氣氛電阻爐中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)用銅熔渣來自于某銅冶煉企業(yè)(化學(xué)成分見表1),與CaO、Al2O3、SiO2、MgO和Fe2O3按不同比例(配比見表2)添加混合后在高溫氣氛電阻爐中進(jìn)行侵蝕實(shí)驗(yàn)。表中1～15組為Al2O3坩堝；16～24組為MgO-SiO2-Al2O3坩堝，下同。耐火材料選用Al2O3坩堝和MgO-SiO2-Al2O3(成分：30%MgO-65%SiO2-5%Al2O3)坩堝。實(shí)驗(yàn)過程中采用N2氣氛保護(hù)，1523 K時，熔體保溫60 min。使用X射線熒光光譜儀(XRF)分析最終渣樣的化學(xué)成分，結(jié)果如表3所示。將熔渣侵蝕后的坩堝截面用掃描電子顯微鏡-能譜儀(SEM-EDS)觀察耐火材料被侵蝕后的微觀結(jié)構(gòu)并測試化學(xué)成分。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采用Factsage熱力學(xué)模擬計(jì)算。在本次實(shí)驗(yàn)中，選擇Ftoxid氧化物數(shù)據(jù)庫對渣相進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)中渣型的變量條件為堿度和Al2O3含量，輸入三個組元為CaO、SiO2、Al2O3。選擇可能的產(chǎn)物為所有Solids固相和所有溶液相，選擇三角形坐標(biāo)，溫度設(shè)定為1250 ℃，壓力設(shè)定為101.325 kPa。通過軟件計(jì)算得到CaO-Al2O3-SiO2渣系相圖，并通過各組分百分比探究銅熔渣在實(shí)驗(yàn)前后渣相變化。

表1 銅熔渣的化學(xué)成分Table 1 Compositions of Copper Slag /wt%

表2 配料后銅熔渣的成分/wt%與堿度(CaO/SiO2)Table 2 Composition and basicity of copper slag after mixing

表3 反應(yīng)后銅熔渣的成分/wt%與堿度(CaO/SiO2)Table 3 Composition and basicity of copper slag after reaction

3 結(jié)果與討論

3.1 堿度和Al2O3含量對于坩堝侵蝕程度的影響

銅熔渣貧化過程中，侵蝕量的變化是由渣中浮選的金屬夾雜物所引起的。但是，銅熔渣內(nèi)浮選的金屬夾雜物含量很少，可忽略不計(jì)。因?yàn)榍治g前后的鈣總量不變，因此可使用鈣平衡計(jì)算法來表征坩堝的侵蝕程度，渣量的增加量用式(1)和(2)來計(jì)算。

(1)

(2)

其中，Q0、Q分別指侵蝕前后的爐渣質(zhì)量，ωCaO0、ωCaO分別代表侵蝕前后CaO質(zhì)量百分比，PQ則表示侵蝕之后爐渣質(zhì)量的增長速率，即PQ為侵蝕速率。

將表3中CaO的含量用式(2)進(jìn)行處理，圖1和圖2分別展示了兩種坩堝中銅熔渣量的增長速率與渣內(nèi)堿度的關(guān)系。當(dāng)添加劑中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%(結(jié)果來自第6～10組實(shí)驗(yàn))時，Al2O3坩堝中添加劑的堿度從3.0逐漸增加到5.0，PQ隨著堿度的升高從11.198%降低到1.637%(見圖1)。在添加劑相同堿度(R=5)條件下，MgO-SiO2-Al2O3坩堝中PQ從11.87%降低到了5.03%(見圖4，結(jié)果來自第16、17、22、23、24組實(shí)驗(yàn))。

圖1 在Al2O3坩堝中不同堿度對銅熔渣侵蝕速率的影響(圖上點(diǎn)與點(diǎn)之間的直線僅為視覺輔助)Fig.1 Effect of different basicity on corrosion rate of copper slag in Al2O3 crucible (the line between points on the graph is visual aid only)

堿度在冶金學(xué)、礦渣氧化性及礦渣黏度中起著至關(guān)重要的作用。銅熔渣中的CaO將會與Al2O3坩堝、MgO-SiO2-Al2O3坩堝的壁面成分發(fā)生反應(yīng)，首先生成一些高熔點(diǎn)的鋁酸鈣(CaO6Al2O3，CaO·2Al2O3，CaO·Al2O3)。隨著銅熔渣中堿度的提高，生成物的物相也發(fā)生轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成低熔點(diǎn)的12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3。根據(jù)CaO-Al2O3-MgO三元渣系相圖，在熔煉過程中銅熔渣黏度隨堿度升高而降低，影響到坩堝避免的滲透能力。因此，隨著礦渣堿度的增加，PQ從11.198%降低到1.637%。

因此，在相同堿度下，MgO-SiO2-Al2O3坩堝的PQ值高于Al2O3坩堝，即前者對于侵蝕的抵抗要弱于后者。在不同堿度下，MgO-SiO2-Al2O3坩堝和Al2O3坩堝侵蝕速率都會隨著添加劑堿度的升高而降低。

圖2 Al2O3坩堝和 MgO-SiO2-Al2O3坩堝在不同堿度條件下對銅熔渣侵蝕速率的影響(圖上點(diǎn)與點(diǎn)之間的直線僅為視覺輔助)Fig.2 Effect of Al2O3 crucible and MgO-SiO2-Al2O3 crucible on corrosion rate of copper slag under different basicity conditions (the line between points on the graph is visual aid only)

從表3可知，第18～22組實(shí)驗(yàn)的終渣(對應(yīng)的加入添加劑的堿度分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0；Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%)在MgO-SiO2-Al2O3坩堝中，添加劑中MgO含量分別為4.45、4.36、4.20、4.18和3.90 wt%。在相同Al2O3含量終渣中的MgO會隨渣內(nèi)堿度的增加而減少，PQ和MgO含量也都會隨著礦渣堿度的增加而減少，即高堿度的銅熔渣比低堿度的銅熔渣更容易遭受侵蝕。相對于Al2O3坩堝，第6～10組實(shí)驗(yàn)后的銅熔渣(對加入的添加劑堿度分別為3.0、3.5、4.0、4.5、5.0；添加劑中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%；MgO含量分別為2.95、3.01、3.87、3.50和3.30 wt%)，并不像MgO-SiO2-Al2O3坩堝在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后MgO含量有明顯的規(guī)律變化?？梢?，銅熔渣貧化中PQ的增減與耐火材料中的MgO成分有著一定的關(guān)系。

圖3和圖4展示了兩種坩堝在實(shí)驗(yàn)中PQ與加入添加劑中的Al2O3含量之間的關(guān)系。從圖可見，隨著銅熔渣中Al2O3含量的升高，兩種坩堝實(shí)驗(yàn)中的PQ都有所減少。當(dāng)添加劑的堿度為5時，Al2O3坩堝中加入的添加劑中Al2O3含量的升高，使得銅熔渣中Al2O3的含量由4.17 wt%升高到6.10 wt%,PQ從9.08%降至1.057%。相對于MgO-SiO2-Al2O3坩堝，隨著添加劑中Al2O3含量的升高,銅熔渣中Al2O3的含量從4.17 wt%升高到6.88 wt%,PQ從11.87%降低到5.03%。

圖3 Al2O3坩堝中不同Al2O3含量對銅熔渣侵蝕速率的影響Fig.3 Effect of Al2O3 content on corrosion rate of copper slag in Al2O3 crucible

圖4 MgO-SiO2-Al2O3坩堝中不同Al2O3含量對銅熔渣侵蝕速率的影響(圖上點(diǎn)與點(diǎn)之間的直線僅為視覺輔助)Fig.4 Effect of Al2O3 content on corrosion rate of copper slag in MgO-SiO2-Al2O3 crucible(the line between points on the graph is visual aid only)

當(dāng)Al2O3含量增加時，PQ開始急劇下降，這說明銅熔渣中Al2O3含量越高越有利于減緩坩堝遭受到的侵蝕行為，這主要是因?yàn)殂~熔渣中Al2O3含量較高抑制了坩堝中Al2O3在銅熔渣中的傳質(zhì)。此外，Al2O3的活性也隨著銅熔渣內(nèi)Al2O3含量的增加而增加，導(dǎo)致CaAl12O19和CaAl4O7等一些高熔點(diǎn)的物相沉淀大量增加，使得爐渣黏性提高，從而在一定程度上減輕了銅熔渣對于Al2O3坩堝壁面的侵蝕。研究表明，在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)將銅熔渣中的Al2O3含量控制在較高的范圍內(nèi)，以減弱對這兩種坩堝壁面的侵蝕行為。

3.2 MgO-SiO2-Al2O3坩堝和Al2O3坩堝的形態(tài)結(jié)構(gòu)

采用SEM-EDS對實(shí)驗(yàn)前的MgO-SiO2-Al2O3坩堝和Al2O3坩堝的壁面結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析，見圖5，6。

圖5 Al2O3坩堝壁面的SEM圖片以及面掃中鋁原子、氧原子的分布情況Fig.5 SEM image of Al2O3 crucible wall surface and the distribution of aluminum and oxygen atoms in surface scanning

圖6 MgO-SiO2-Al2O3坩堝壁面的SEM圖片以及面掃中鎂原子、氧原子、鋁原子、硅原子的分布情況Fig.6 SEM image of MgO-SiO2-Al2O3 crucible wall and the distribution of magnesium atoms, oxygen atoms, aluminum atoms, silicon atoms in surface scanning

在MgO-SiO2-Al2O3坩堝和Al2O3坩堝的壁面中均發(fā)現(xiàn)大量孔洞，取圖5中1、2點(diǎn)面掃，在孔隙部分存在大量集中應(yīng)力。從圖5中的原子分布比可以看出，圖中的Al和O元素都均勻的分布在Al2O3坩堝上。在形態(tài)上有所不同的是，一些2～5 μm的尖晶粒(如圖6)不規(guī)則地分布在MgO-SiO2-Al2O3坩堝壁面邊界層處。從圖6中點(diǎn)2的EDS分析可以得到MgO與Al2O3的比率為13.14∶67.74，這個比率很符合MgAl2O4的元素分布。由此可以判斷MgO-SiO2-Al2O3坩堝中類似于MgAl2O4的晶界條件在抗礦物侵蝕方面有著重要的影響。

本次實(shí)驗(yàn)中所采用的兩種耐火材料的主晶相均為鋁氧尖晶石，其成分含量也具有絕對的優(yōu)勢。隨著實(shí)驗(yàn)過程中溫度的升高，MgO在熔渣中溶解度逐漸增大，鐵橄欖石的液相區(qū)域逐漸擴(kuò)大。根據(jù)MgO在CaO-SiO2-Al2O3系爐渣中的溶解度可知，不僅是鋁氧尖晶石的溶解度會隨著熔煉溫度的升高而升高，而且鋁氧尖晶石也會隨著SiO2含量的增加，溶解度提高，使得爐渣黏度變低，從而減弱耐火材料對爐渣的侵蝕抗性。這也同時是剛玉型坩堝比鋁鎂型坩堝更耐侵蝕的原因之一。

3.3 渣型的變化

對比圖7實(shí)驗(yàn)前后(樣品取自第二組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的樣品)的XRD圖譜發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)后CaAl4O7的最高峰值對應(yīng)強(qiáng)度由實(shí)驗(yàn)前的32.5 a.u提高到146.7 a.u;實(shí)驗(yàn)后CaAl12O19的最高峰值對應(yīng)強(qiáng)度也由實(shí)驗(yàn)前的17.2 a.u提高到50.6 a.u。而且通過XRD圖譜發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)后CaAl12O19和CaAl4O7兩種高熔點(diǎn)難熔沉淀的對應(yīng)峰個數(shù)都明顯多于實(shí)驗(yàn)前。這說明CaAl12O19和CaAl4O7兩種高熔點(diǎn)難熔物相沉淀在銅熔渣熔煉之后，在銅熔渣本身的物相中這兩類高熔點(diǎn)難溶沉淀的成分逐漸增加。在下文表述的Factsage熱力學(xué)模擬計(jì)算中，也揭示出在1250 ℃(101.325 kPa)下熔煉銅熔渣的物相區(qū)域落在了CaAl12O19+CaAl4O7+Melilite區(qū)域內(nèi)。

從圖中還可對比得出實(shí)驗(yàn)之后CaAl12O19和CaAl4O7兩種高熔點(diǎn)難熔物相沉淀的對應(yīng)峰值強(qiáng)度都有非常大的提高，這也證明了上面實(shí)驗(yàn)結(jié)束后銅熔渣渣相中產(chǎn)生了大量的CaAl12O19和CaAl4O7物相沉淀。正是這兩種高熔點(diǎn)難熔物相經(jīng)過熔渣滲透，坩堝中的CaO、Al2O3、SiO2、MgO和Fe2O3等金屬氧化物在銅熔渣液相中逐漸熔解，并逐步達(dá)到飽和。值得注意的是，侵蝕晶粒成長的核心就是CaAl12O19和CaAl4O7在礦渣—坩堝接觸層上的這些微小的渣相，改善了坩堝的抗侵蝕行為。

圖7 第二組實(shí)驗(yàn)前后銅熔渣的XRD圖譜Fig.7 XRD analysis of copper slag before and after the second group of experiments

為了解實(shí)驗(yàn)前后銅熔渣的渣型結(jié)構(gòu)，通過Factsage 7.2軟件對侵蝕進(jìn)程的渣相進(jìn)行模擬，獲得實(shí)驗(yàn)前后的渣相區(qū)域的變化與CaO-SiO2-Al2O3的三元渣系相圖。

圖8為在1250 ℃N2氣氛下CaO-SiO2-Al2O3的三元渣系相圖。圖9更好地對比了原銅熔渣、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后Al2O3坩堝和CaO-SiO2-Al2O3坩堝中銅熔渣的渣相。銅熔渣圖9中點(diǎn)1是銅熔渣初始渣相，點(diǎn)2是實(shí)驗(yàn)結(jié)束后Al2O3坩堝中銅熔渣的渣相，點(diǎn)3是實(shí)驗(yàn)結(jié)束后CaO-SiO2-Al2O3坩堝中銅熔渣的渣相。點(diǎn)1的渣相落在了Al2O3+CaAl12O19+CaAl2Si2O8區(qū)域內(nèi)，點(diǎn)2和點(diǎn)3渣相落在了CaAl12O19+CaAl4O7+Melilite區(qū)域內(nèi)。點(diǎn)2和點(diǎn)3渣相中CaAl4O7等一些高熔點(diǎn)的物相沉淀生成，值得注意的是，點(diǎn)2的位置更接近CaAl12O19+CaAl4O7+Melilite區(qū)域與CaAl2Si2O8+CaSiO3+Melilite區(qū)域的邊界處，說明在Al2O3坩堝和MgO-SiO2-Al2O3坩堝兩種耐火材料結(jié)束后的銅熔渣渣相結(jié)構(gòu)也不一致，同樣存在變化。

圖8 CaO-SiO2-Al2O3的三元渣系相圖Fig.8 CaO-SiO2-Al2O3 ternary slag system

圖9 在CaO-SiO2-Al2O3三元渣系中初始銅熔渣的渣相與實(shí)驗(yàn)結(jié)束后銅熔渣渣相Fig.9 Slag phase of original copper slag and slag phase of copper slag after experiment in CaO-SiO2-Al2O3 ternary slag syste

3.4 銅熔渣對不同耐火材料的滲透特性

圖10與圖11分別是實(shí)驗(yàn)結(jié)束后MgO-SiO2-Al2O3坩堝與Al2O3坩堝在光學(xué)顯微鏡下的遭受到的侵蝕情況觀察。圖10取自第10組實(shí)驗(yàn)(加入的添加劑R=5；加入的添加劑(Al2O3=18 wt%)結(jié)束后的坩堝壁面，可以看到MgO-SiO2-Al2O3坩堝壁面在侵蝕之后被劃分為三層，分別為：渣層、侵蝕層和MgO-SiO2-Al2O3坩堝層。在侵蝕層可以看到很多明顯的孔隙裂痕，渣層對侵蝕層存在著滲透現(xiàn)象，在圖10(b)中，放大了(a)圖中銅熔渣對侵蝕層的滲透情況。

圖10 MgO-SiO2-Al2O3坩堝壁面侵蝕后的整體顯微圖像(a)和侵蝕層顯微圖像(b)Fig.10 Microscopic images of the overall erosion of MgO-SiO2-Al2O3 crucible (a) and erosion layer after the overall erosion of MgO-SiO2-Al2O3 crucible

圖11取自第22組實(shí)驗(yàn)(加入的添加劑R=5；加入的添加劑Al2O3=18 wt%)結(jié)束后的坩堝壁面。圖中只能看到Al2O3坩堝壁面被劃分為兩層，渣層和Al2O3坩堝層。并沒有觀察到像圖10中那樣明顯的裂紋，甚至渣層與Al2O3坩堝邊界層處的滲透情況很少，Al2O3坩堝在實(shí)驗(yàn)之前的孔徑幾乎沒有變化。

圖11 Al2O3坩堝壁面侵蝕后顯微圖像Fig.11 Corrosion of Al2O3 crucible under optical microscope after experiment

圖11與圖12的侵蝕情況對比驗(yàn)證了先前利用鈣平衡公式(2)得出的結(jié)論，銅熔渣在相同堿度、相同Al2O3含量進(jìn)行貧化實(shí)驗(yàn)，Al2O3坩堝遭受到的侵蝕行為要比MgO-SiO2-Al2O3坩堝中受到的輕微。這是因?yàn)榍治g過程實(shí)際上就是一個銅熔渣與耐火材料之間的傳質(zhì)過程，在MgO-SiO2-Al2O3坩堝中進(jìn)行的銅熔渣貧化實(shí)驗(yàn)，MgO-SiO2-Al2O3坩堝中的MgO不同程度的進(jìn)入銅熔渣中，使得銅熔渣中MgO含量增加，銅熔渣中的MgO物相逐漸熔解在液相中，MgO在熔渣中溶解度逐漸增大，鐵橄欖石的液相區(qū)域則逐漸擴(kuò)大，兩種高熔點(diǎn)難熔物相沉淀CaAl12O19和CaAl4O7的液相區(qū)域則逐漸減小，從而使得爐渣黏度減小，所以導(dǎo)致MgO-SiO2-Al2O3坩堝的抗侵蝕能力變?nèi)酢?/p>

4 結(jié) 論

隨Al2O3含量提高，MgO-SiO2-Al2O3坩堝和Al2O3坩堝坩堝內(nèi)的侵蝕速率都有所降低，單位時間內(nèi)的侵蝕程度PQ從9.08%降低到1.057%；同時，隨著銅熔渣堿度的增大，兩種坩堝的侵蝕速率也有所降低，PQ從11.198%降低至1.637%。

銅熔渣-耐火材料在N2氣氛下的整體高溫體系下，MgO-SiO2-Al2O3坩堝的壁面侵蝕速率要快于Al2O3坩堝，這是因?yàn)殂~熔渣在整體高溫體系下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，銅熔渣中的金屬氧化夾雜物(例如CaO)引起的氧化還原反應(yīng)消耗了坩堝壁面原本的材料從而造成侵蝕。其次，銅熔渣中Al2O3含量較高抑制了坩堝中Al2O3在銅熔渣中的傳質(zhì)，Al2O3的活性也隨著銅熔渣內(nèi)Al2O3含量的增加而增加，導(dǎo)致一些高熔點(diǎn)的CaAl12O19和CaAl4O7物相沉淀大量增加，使得爐渣黏度提高，從而在一定程度上減輕了銅熔渣對于Al2O3坩堝壁面的侵蝕。

Al2O3坩堝壁面上既沒出現(xiàn)像MgO-SiO2-Al2O3坩堝那樣的侵蝕層，也沒在邊界層出現(xiàn)明顯的有銅熔渣滲透進(jìn)去的裂痕。Al2O3坩堝受到的侵蝕行為明顯要弱于MgO-SiO2-Al2O3坩堝。在MgO-SiO2-Al2O3坩堝中火法貧化銅熔渣時，MgO在熔渣中溶解度逐漸增大，鐵橄欖石的液相區(qū)域逐漸擴(kuò)大，相應(yīng)地，兩種高熔點(diǎn)難熔物相沉淀CaAl12O19和CaAl4O7的液相區(qū)域逐漸減小，從而使得爐渣黏度減小，所以使得MgO-SiO2-Al2O3坩堝的抗侵蝕能力變?nèi)酢?/p>

在銅熔渣貧化工藝上，為了減弱銅熔渣對耐火材料的侵蝕，應(yīng)盡量選用堿度較高、Al2O3含量較高的銅熔渣或者適當(dāng)提高渣的堿度與Al2O3含量。而且在耐火材料的選用上，應(yīng)當(dāng)盡量選用Al2O3含量較高、MgO含量較低的耐火磚，此類耐火材料對銅熔渣貧化時銅熔渣對耐火材料的侵蝕抵抗尤為明顯。