爐渣

爐渣的組分靠加入適量的熔劑（石灰、石英石、螢石等）進行調整。在冶煉過程中通過對爐渣組分和性質的控制，能使脈石和氧化雜質的產物與熔融金屬或硫順利分離，脱除金屬中的害雜質，吸收液態金屬中的非金屬夾雜物不直接受爐氣污染，富集有用的金屬氧化物；在電爐冶煉中還是電阻發熱體。爐渣在保證冶煉操作順利進行、冶煉產品質量、金屬回收率等各方面起着決定性作用，例如鍊鋼作業中有“煉好渣，才能煉好鋼”的説法。

根據冶金過程的不同，爐渣可分為熔鍊渣、精煉渣、合成渣；根據爐渣性質，有鹼性渣、酸性渣和中性渣之分。許多爐渣有重要用處。例如高爐渣可作水泥原料；高磷渣可作肥料；含釩、鈦渣分別可作為提煉釩、鈦的原料等。有些爐渣可用來制爐渣水泥、爐渣磚、爐渣玻璃等。

煤在鍋爐燃燒室中產生的熔融物，由煤灰組成。可作磚、瓦等原料。 ^[1] 

火法冶金過程中生成的以氧化物為主的熔體；它是鋼鐵、鐵合金及有色重金屬冶煉和精煉等過程的重要產物之一。主要成分是CaO、FeO、MgO、MnO（鹼性氧化物）等，SiO2、P2O5、Fe2O3（酸性氧化物）等及Al2O3（兩性氧化物）；此外，經常含有硫化物，如鋼鐵冶煉爐渣中含有少量CaS，有色重金屬冶煉爐渣中有時含有較多FeS、Cu2S或 Ni3S2等；爐渣中還夾帶少量金屬；個別強還原性爐渣含有CaC2。在冶金過程中，熔融爐渣與熔融金屬、熔融鐵合金、熔鋶及爐氣等產物之間起着各種物理化學反應，達到該過程所預期的冶金目的。由於爐渣與金屬或熔鋶間的溶解度小以及兩者比重不同而得與分離。依據組成不同，熔渣冷凝後成為岩石狀或玻璃狀物質。

根據冶金過程的不同，爐渣可分為冶煉渣和精煉渣。以礦石（包括人造富礦或精礦等）為原料進行還原冶煉或氧化冶煉，在獲得粗金屬或鋶的同時所形成的爐渣稱為冶煉渣。精煉粗金屬（用生鐵鍊鋼、從粗銅煉精銅等）產生的爐渣稱為精煉渣。這兩類爐渣的主要作用都是將原料中的無用或有害物質從金屬產品中除去。另有一類爐渣主要作用是將原料中含有的某些有用物質富集在其中，以利於下一工序將它們回收利用，稱為富集渣，如鈦精礦還原熔煉所得高鈦渣以及吹煉含釩、鈮的生鐵所得到的釩渣、鈮渣等，它們分別用作提取鈦、釩及鈮等的原料。還有一類所謂“合成渣”，是按爐渣要起的冶金作用而用各種原料預先配製的渣料，如電渣重熔用渣、鋼錠澆鑄或連續鑄鋼所用的保護渣以及鋼液的渣洗用渣等。幾種爐渣的典型組成見表。

爐渣在冶煉過程中起着下列重要的物理及化學作用：①形成熔融爐渣使脈石組分或雜質氧化產物與熔融金屬或熔鋶順利分離；②脱除鋼液中的有害雜質硫、磷和氧，吸收鋼液中非金屬夾雜物，並保護鋼液不致直接吸收氫、氮、氧；③富集有用金屬氧化物；④在電爐冶煉（電弧爐、礦熱電爐、電渣重熔爐等）中爐渣還起着電阻發熱體的作用。爐渣在保證冶煉產品質量、金屬回收率、冶煉操作順行以及各項技術經濟指標方面都起着決定性的作用。“煉好渣，才有好鋼”的説法，生動地反映了爐渣在冶煉過程中的重要作用。爐渣的物理化學性質爐渣完成冶金作用的好壞，主要決定於熔融爐渣的熔點、粘度、界（表）面張力、比重、電導率、熱焓、熱導率以及某些組分的活度（a）等。這些物理化學性質被爐渣的組成決定。爐渣的組分靠加入適量的熔劑調整，最重要的熔劑是石灰石和石英石。螢石（CaF2）在電爐鍊鋼渣及合成渣中也是重要的熔劑。

爐渣中CaO及FeO的活度一定温度下取純CaO的反應能力為1，溶解於爐渣中的CaO相對於純CaO的反應能力的分數就是爐渣中CaO的活度；爐渣中FeO的活度意義與此類似。FeO活度高的渣對鋼液脱碳有利；CaO活度高，FeO活度低的渣對鋼液脱硫有利；CaO及FeO活度高的渣對鋼液脱磷有利。爐渣中組分的活度數據可由實驗測定（圖1，圖2）。

爐渣的鹼度爐渣中鹼性氧化物含量與酸性氧化物含量的比值稱為爐渣的鹼度，它對爐渣的性質有顯著的影響。鋼鐵冶金生產中常用CaO/SiO2,(CaO+MgO)/SiO2，（CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3+TiO2）等表示爐渣的鹼度。在有色冶金中則常用渣中酸性氧化物中的氧量與鹼性氧化物中的氧量之比來表示渣的酸鹼性，此比值稱為渣的硅酸度。

渣系的相圖高爐渣、大多數鐵合金爐渣及保護渣的主要組成可歸結為Cao-Al2O3-SiO2系。大多數的有色重金屬冶煉渣可歸結為CaO-’FeO'-SiO2系或’FeO'-SiO2系（含有數量不等的三價鐵），它們的相圖見圖3、圖4、圖5。 ^[2] 

有價金屬因機械損失、化學損失及物理損失而進入爐渣中。從爐渣中回收這些金屬在經濟上不合算時，才可將爐渣棄作他用，如銅冶煉棄渣含Cu0.2～0.4%，釩鐵冶煉棄渣含V2O50.2～0.3%。根據物理化學性質合理選擇爐渣的組成對降低棄渣中有價金屬的含量具有重要作用。有色金屬精煉渣含有價金屬甚高，一般返回流程的前工序處理。在提煉金屬的 原料中，除了主金屬之外，具有回收價值的其他金 屬。一般説來，某一種金屬是否有回收價值，取決 於該金屬的使用價值、回收所需要的費用及其商品 價格。常從冶煉主金屬過程中產出的渣或煙塵中回 收。在有色重金屬的冶煉原料中，有價金屬多為貴 金屬和稀散金屬，具有很高的回收價值。 ^[3] 

冶煉過程產生的棄渣數量很大，如生產1噸生鐵產生約0.3～1噸高爐渣；由銅精礦產生1噸陽極銅產生冶煉渣約5～6噸。不返回基本冶煉流程的棄渣應加以綜合利用。爐渣可以做鑄石製品；水淬渣用於生產水泥，渣磚或可吹製成礦渣棉，作保温、隔熱材料。爐渣還可以代替砂石做道碴。高爐渣亦可用作銅冶煉過程的熔劑或作澆鑄鋼錠時的保護渣原料。含P2O5高的鍊鋼渣用作農業磷肥。銅冶煉水淬渣可作表面處理用的噴吵材料。工廠鍋爐排出的爐渣，常被視為廢物，不僅佔用田地，而且污染環境。世界上爐渣已被廣泛用於工農業生產的各個領域。

在熔融爐渣結構的研究方面，提出了好幾種模型。其中比較有影響的是最早（1934）提出的分子理論（見熔融爐渣的分子假説），1945年提出的完全離子溶液模型（見完全離子溶液─Tёмкин 模型）和1965年提出的馬松模型。

煤氣發生爐氣化原料煤後，獲得固體殘渣，我們稱為爐渣或爐灰。由於煤種、氣化方式不同，所得的爐渣之化學成分和礦物組成有所差異，但是它的化學成分主要是由硅、鋁、鐵、鈣的化合物所組成，而且都含有少量的鎂、鈦、鉀、銅、磷等化合物以及微量的氰化物。它們存在的主要形式是酸鹽、硅鋁酸鹽、氧化物和硫酸鹽。現將幾種煤渣的化學成分列於下表。

爐渣本身略有或沒有水硬膠凝性能，但它在磨細以後的水分存在的情況下，特別是在蒸汽養護條件下，參與氫氧化鈣或其它氫氧化物發生化學反應。而生成具有水硬膠凝性能的化合物。所以，它可用來當作建築材料，常用於生產煤渣或爐渣混凝土大型樣板等，也可將爐渣用於修路或作房屋內的保温，隔音材料。

爐渣裏還殘留某些稀有金屬。

發生爐爐渣中一般含碳10-20%。煤炭採用焙燒 浸出 淨化 還原 的工藝處理真空蒸硒爐渣，試驗結果硒回收率90 09%，硒粉品位>99．5%。硒渣焙燒浸出硒一般從銅、鉛和鎳的電解陽極泥、硫酸生產的酸泥和生產紙漿的洗滌 ^[4] 

爐渣中的含碳可燃物如不加以回收，不僅嚴重地浪費國家資源，而且對爐渣綜合利用帶來不好的影響，所以在某些城市，將含碳量高的爐渣打作成生活用煤磚，再使其燃燒一次，一方面充分回收煤炭熱能，另一方面使爐渣能得到充分利用。 ^[5] 

由於爐渣是多孔性鹼性物質，所以它還能和於廢水處理系統作過濾材料，用於廢水的除油，除固體雜質等預處理方面。