火法冶金過程中處於熔融狀態的反應介質和反應產物（或中間產品）稱為冶金熔體。根據組成熔體的主要成分的不同，一般將冶金熔體分為四種類型：金屬熔體、冶金熔渣、冶金熔鹽和冶金熔鋶。
基本介紹
- 中文名：冶金熔體
- 外文名：metallurgical melt
- 定義：冶煉過程中形成的熔融態物質
- 套用學科：材料科學技術
- 分類：金屬熔體、冶金熔渣、冶金熔鹽等
- 影響因素：溫度、壓力和組成
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介紹
許多高溫冶金過程，如煉鋼、鋁電解、粗銅的火法精煉等，都是在熔融的反應介質中進行的。另一方面，在諸如高爐煉鐵、硫化銅精礦的造鋶熔煉、鉛燒結塊的鼓風爐熔煉等冶煉過程中，得到的是熔融狀態的產物和中間產品。我們把這些在火法冶金過程中處於熔融狀態的反應介質和反應產物(或中間產品)稱為冶金熔體。根據組成熔體的主要成分的不同，一般將冶金熔體分為四種類型：金屬熔體、冶金熔渣、冶金熔鹽和冶金熔鋶。由於熔渣、熔鹽和熔鋶的主要成分均為各種金屬或非金屬的化合物，而不是金屬，因此通常又將這三類熔體統稱為非金屬熔體。
冶金熔體的性質直接影響到冶煉過程的進行、冶煉工藝的指標以及冶金產品的質量等諸多方面。因此，了解冶金熔體的物理化學性質及其與溫度、壓力和組成等因素之間的關係，對於有效控制和調節冶金過程、提高冶金產品的質量都具有十分重要的意義。
研究內容
對於冶金熔體，要研究金屬液、熔渣、熔鹽 及熔鋶等冶金熔體體系的相平衡、性質和結構，以及 熔渣與金屬液、熔鹽與金屬液、熔渣與熔鋶之間的 相互作用。研究的內容屬於物理性質的，有表面張 力、粘度、密度、蒸氣壓和雜質、氣體在熔體中的 溶解度等; 屬於電化學性質的，有電導率、遷移 數、電動勢等; 屬於熱力學性質的，有焓、熱容、 熵和活度等。屬於動力學及傳遞性質的，有擴散系 數、傳質係數和熱導率等。
金屬熔體
金屬熔體是指液態的金屬和合金，如高爐煉鐵中的鐵水、各種煉鋼工藝中的鋼水、火法煉銅中的粗銅液、鋁電解得到的鋁液等，金屬熔體不僅是火法冶金過程的主要產品，而且也是冶煉過程中多相反應的直接參加者。例如煉鋼過程中的許多物理過程和化學反應都是在鋼液和熔渣之間進行的。因此，金屬熔體的物理化學性質對相關冶煉過程的各項工藝指標有著非常重要的影響。
金屬熔體存在兩種模型，模型Ⅰ是金屬接近熔點時，液態金屬中部分原子的排列方式與固態金屬相似，它們構成了許多晶態小集團。[6]這些小集團並不穩定，隨著時間延續，不斷分裂消失，又不斷在新的位置形成，而且這些小集團之間存在著廣泛的原子紊亂排列區。型I突出了液態金屬原子存在局部排列的規則性。
模型Ⅱ是液態金屬中的原子相當於紊亂的密集球堆，這裡既沒有晶態區，也沒有能容納其他原子的空洞。在紊亂密集的球堆中，有著被稱為“偽晶核”的高緻密區。 模型II突出了液態金屬原子的隨機密堆性。
冶金熔鹽
熔鹽是鹽在高溫下的液態熔體，通常說的熔鹽是指無機鹽的熔融體。冶金中最常見的熔鹽有用於原鋁電解的冰晶石熔鹽、用於鎂電解的氯化物熔鹽(主要由鎂、鈣、鈉、鉀的氯化物組成)、用於鋁電解精煉的氟氯化物熔鹽(主要由鋁和鈉的氟化物、鋇和鈉的氯化物組成)。熔鹽一般不含水，具有許多不同於水溶液的性質。例如，冰晶石熔鹽的高溫穩定性好，蒸汽壓低，黏度低、導電性能良好，離子遷移和擴散速度快，熱容量高，具有溶解氧化鋁等各種不同物質的能力等等。
在冶金領域，熔鹽主要用於金屬及其合金的電解與精煉。以熔鹽為介質的熔鹽電解法已經廣泛套用於鋁、鎂、鈉、鋰等輕金屬和稀土金屬的電解提取和精煉。這些金屬都屬於負電性金屬，不能從水溶液中電解沉積出來，熔鹽電解往往成為唯一的或占主導地位的生產方法。例如，鋁的熔鹽電解是目前工業上生產金屬鋁的唯一方法。其他鹼金屬、鹼土金屬以及鈦、鈮、鉭等高熔點金屬也可用熔鹽電解法生產。利用熔鹽電解法還可以製取某些合金或化合物，如鋁鋰合金、鉛鈣合金、稀土鋁合金、WC、TiB2等。
總之，熔鹽在冶金工業上獲得了非常廣泛的套用，不同的冶金過程對熔鹽的物理化學性能有著顯著不同的要求。因此，研究、開發、選擇所需性能的熔鹽，對於冶金生產有著重要意義。
冶金熔鋶
冶金熔鋶是多種金屬硫化物(如FeS、Cu2S、Ni3S2、CoS、Sb2S3、PbS等)的共熔體，同時往往溶有少量金屬氧化物及金屬。
冶金熔鋶是銅、鎳、鈷等重金屬硫化礦火法冶金過程的重要中間產物。例如，火法處理硫化銅精礦時，常常先進行所謂的造鋶熔煉，使Cu2S、FeS等金屬硫化物熔合形成鋶相，而脈石成分與造渣熔劑熔合成渣相，從而實現主金屬與脈石的分離，同時也使貴金屬富集於鋶相以便進一步回收。
熔鋶的性質對於有價金屬與雜質的分離、冶煉過程的能耗等都有重要的影響。為了提高有價金屬的回收率、降低冶煉過程的能耗，必須使熔鋶具有合適的物理化學性質，如熔化溫度、密度、黏度等。
冶金熔渣
在許多火法冶金過程中，礦物原料中的許多主金屬往往以金屬、合金或熔鋶的形態產出，而其中的脈石成分及伴生的雜質金屬則與熔劑一起熔合成一種主要成分為氧化物的熔體，即熔渣。熔渣是火法冶金的必然產物，其組成主要來自礦石、熔劑和燃料灰分中的造渣成分。由於火法冶金的原料和冶煉方法種類繁多，因而冶金熔渣的類型很多，是成分極為複雜的體系。但總的來說，熔渣主要是由各種氧化物組成的熔體，如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiPO2、P2O5、Fe2O3等，這些氧化物在不同的組成和溫度條件下可以形成化合物、固溶體、溶液以及共晶體等。除了氧化物以外，熔渣還可能含有其他鹽，甚至還夾帶少量的金屬，如氟化物(CaF2)、氯化鈉(NaCl)、硫化物(CaS、MnS、硫酸鹽)等，這些鹽有的來自原料，有的是作為助熔劑加入的。
熔渣中的上述氧化物單獨存在時熔點都很高，冶金條件下不能熔化。例如SiO2、Al2O3、CaO、MgO的熔點分別是：1713℃、2050℃、2570℃、2800℃。只有它們之間相互作用形成低熔點化合物，才能形成熔點較低的、具有良好流動性的熔渣。原料中加入熔劑的目的就是為了調整熔渣的酸鹼性，形成冶金條件下能熔化並自由流動的低熔點熔渣。
儘管冶金熔渣成分極為複雜，但熔渣主要成分常由五、六種氧化物組成，通常是SiO2、CaO、FeO、Al2O3、MgO等。熔渣中含量最多的氧化物通常只有三個，其總含量可達80%以上，所以對爐渣性質起決定性作用的一般是前三項。例如，大多數有色冶金熔渣的主要成分是SiO2、FeO、CaO；高爐煉鐵熔渣的主要成分是SiO2、CaO、Al2O3；煉鋼熔渣的主要成分是SiO2、CaO、FeO。熔渣是金屬提煉和精煉過程的重要產物之一。然而，不同的熔渣所起的作用是不完全一樣的。
