近日，我院博士生许立强、谢岁、廖金发分别针对“钨渣的无害化和资源化处理”，“不同PbO浓度富铅渣还原机理”以及“铜闪速熔炼渣和氧气底吹熔炼渣的比较”进行了研究。研究成果收录于Springer Nature 出版的“第12届高温冶金过程国际研讨会”论文集。
我国钨矿经过多年的开采，钨矿的平均品位下降明显，杂质含量越来越高。砷普遍存在于黑钨矿[(Fe, Mn)WO4]中，导致浸出渣中含砷影响其回收利用。实验室研究表明，文献及热力学计算提出的通过挥发除砷仅理论上可行，实践中由于低熔点组分与砷的耦合作用，使砷不易挥发。采用碳酸钠焙烧—水浸工艺可以有效脱除钨渣中的砷，同时回收了渣中的钨，使浸渣得到充分利用。
图1 碳酸钠焙烧—水浸后钨渣中残余砷和钨
富铅渣取代烧结矿是我国近年来发展起来的一种生产金属铅的清洁技术，连续产出高浓度的SO2制硫酸并有效减少生产过程中铅的挥发和CO2排放，得到的富铅渣经还原工艺生产金属铅。该研究通过连续测定还原过程中的气体产生量研究了PbO含量对富铅渣还原的影响，讨论了其动力学控制条件，同时利用热力学计算研究了富铅渣还原机理，为富铅渣还原工艺调控提供了理论基础。研究表明富铅渣还原通过含氧化铅的液相进行，早期受化学反应控制，后期受扩散控制。还原反应活化能随渣中PbO含量的增大而降低，增大富铅渣中PbO含量可有效地促进富铅渣还原。
图2 富铅渣在不同温度下的还原程度
闪速熔炼炉（FSF）和氧气底吹炉（BBF）是铜工业从精矿生产冰铜的两种主要技术。对原料的不同要求、炉子的布置和操作参数导致两种工艺中的渣的性质不同。在正常生产条件下，从FSF和BBF中采集淬火炉渣和冰铜样品，同时用热电偶直接在出渣口处测量炉渣温度。通过XRF和EPMA对淬火样品进行分析，以获得熔渣的整体成分、微观结构和相组成。研究发现，FSF和BBF在工作温度、炉渣成分和铜损失机制方面存在显著差异。BBF的出渣温度为1150-1200 ℃，FSF的出渣温度为1300-1340 ℃。BBF出渣温度低于其液相线，渣中含大量尖晶石固相，渣中铜主要为夹杂的冰铜。FSF出渣温度高于其液相线，渣中没有固相，渣中的铜主要是溶解在液态渣中。研究结果将为铜熔炼FSF和BBF技术的选择和优化提供科学依据。
图3 炉渣中Fe/SiO2随液相线温度的变化
论文链接：1. https://doi.org/10.1007/978-3-030-92388-4
论文链接：2. https://doi.org/10.1007/978-3-030-92388-4_9
论文链接：3. https://doi.org/10.1007/978-3-030-92388-4_22
