Cr的存在价态对熔渣基础物性及其渣金两相分配行为的影响机理

During pyrometallurgy processes involving Cr-bearing materials, there are two big problems urgently needed to be solved: deeply reduction of Cr in molten slag and harmless treatment of Cr-bearing tailings. However, insufficient basic knowledge greatly limited the development of technologies. The most important thing is that varying oxides state of chromium coexisted in molten slag and they show different characteristics. While the data around the effects of chromium oxides state on molten slag properties, structure, and distribution behaviors of Cr between slag and metal phase were extremely limited. In this research, with the aids of test apparatus self-developed by our group along with advanced analysis methods, firstly the potential effects of chromium oxides state on viscosity, melting point, and structure of molten slag will be carried out. The purpose is to obtain the internal relationship between oxides state, structure, and basic properties of Cr-bearing slag. Further, the influencing mechanism of metal melt compositions on oxides state of chromium in slag will be studied, along with the effects of varying Cr2+/Cr3+ on distribution behaviors of Cr between slag and metal phase. Finally, the evolution mechanism of Cr-bearing mineralogy will be systematically discussed by using of in situ observe apparatus. The first two parts of work tend to provide necessary knowledge for deeply/rapidly reduction of Cr in slag together with the effective separation between slag and melt. And the last work could give fundamental support for harmless treatment of Cr-bearing tailings.

含Cr金属材料火法熔炼工艺过程中Cr的深度/快速还原、含Cr尾渣的无害化处理是亟需解决的两大问题，基础理论与数据不足严重限制了相关工艺技术进步。其中最关键的问题是Cr本为变价元素，不同价态的铬氧化物性质不同，然而其对熔渣物性、结构、及其渣金两相分配行为的潜在影响研究目前基本空白。本项目借助大量自主设计/研发的特色设备及先进的分析检测手段，首先重点围绕不同价态的Cr对熔渣熔点、粘度等基础物性及渣结构的潜在影响开展系列研究工作，旨在建立Cr的存在价态、熔渣结构、基础物性三者之间的内在关联；其次，深入研究渣金反应过程中，金属熔体对熔渣中Cr的存在价态的影响，以及不同Cr2+/Cr3+比对渣金两相分配行为的影响机理；最后，系统分析渣中含Cr矿相演变规律及调控机制。前两项内容为推动熔渣中Cr的深度/快速还原以及彻底有效的渣铁分离提供必要的基础数据，后面的工作为含Cr渣的无害化处理提供急需的理论支持。

为解决火法熔炼工艺过程中Cr的深度/快速还原以及含Cr尾渣无害化处理两大关键工程技术问题，本项目围绕含Cr熔渣基础物性与结构、Cr在渣金两相的分配行为及还原机理、Cr在不同矿相中的固溶浸出行为等开展系列基础研究工作。主要内容如下：①分析不同条件下复杂体系中Cr的的存在价态，研究不同因素对Cr3+/Cr2+的影响趋势，明确实际工况条件下Cr在熔渣中的存在形式，并为后续试验设计提供参考；②利用自主研发的特色设备，测试分析CaO-SiO2-(Al2O3-MgO)-CrOx 熔渣的流变行为及粘度等基础物性参数，从简单三元系到五元系，并考察含CrOx熔渣结构及各参数的影响趋势，明确结构与物性之间的关系，建立粘度预报模型；③研究Cr在CaO-SiO2-Al2O3/MgO-CrOx 熔渣与 Fe-C(-Si-Al)金属熔体两相的分配行为，建立了表观分配比与各参数之间的关系；④ 研究了自还原块中Cr元素还原机理，建立深度还原动力学模型；⑤ 实验室条件下考察了不同条件下含 Cr 矿相的演变规律，并对比分析了尖晶石、透辉石相、长石相等典型矿相中Cr的固溶与浸出行为；⑥ 综合评估各参数影响趋势，提出熔渣中 Cr 深度还原、含 Cr 渣固化/化学稳定化处理的基本优化参数及技术措施，并在实验室条件下开发了含Cr自还原球团铁浴处理技术及含Cr酸泥渣浴处理技术。本研究工作一方面为推动熔渣中Cr的深度/快速还原以及彻底有效的渣铁分离提供必要的基础数据，另一方面为含Cr固废的无害化/资源化处理提供必要的理论支持。