Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
А. Н. Фёдоров, профессор, эл. почта: fedorov_a_n@mail.ru

Казахский национальный исследовательский технический университет им. К. И. Сатпаева, Алматы, Казахстан

Н. К. Досмухамедов, ассоциированный профессор
Е. Е. Жолдасбай, научный сотрудник

ПАО «ГМК «Норильский никель», Москва, Россия
С. Л. Лукавый, главный менеджер

Приведены результаты измерения температуры ликвидуса высокомедистых шлаковых расплавов методом дифференциально-термического анализа и определены оптимальные композиции шлаков Cu₂O – FeO – CaO – SiO₂, обеспечивающие наличие одной стабильной жидкой фазы, насыщенной оксидом меди. Построена линия ликвидуса в системе Cu₂O – FeO – SiO₂ – CaO в виде проекции на плоскость Cu₂O – FeO/SiO₂ – CaO. Установлен эффект размещения жидких шлаков, насыщенных оксидом меди (I), в двухфазной области (жидкий шлак и твердые оксиды, условно обозначенные как «шпинель») системы Cu₂O – FeO – SiO₂ – CaO. Показано, что при отношениях содержаний оксида железа и кремнезема больше
единицы крупность включений «шпинели» увеличивается при снижении растворимости оксида меди в шлаках. Повышение содержания оксида кальция приводит к измельчению включений «шпинели» при насыщении шлака оксидом меди. Для линии температур ликвидуса характерно наличие незначительного максимума, который, по-видимому, объясняется одновременным влиянием содержания кремнезема и оксида кальция на крупность включений «шпинели» за счет снижения насыщения шлаков оксидом меди (I). При дальнейшем повышении содержания оксида кальция и кремнезема в шлаках следует ожидать замещения оксида железа растворенным в шлаке оксидом меди, что в результате оказывает влияние на незначительное снижение температуры ликвидуса исследуемых шлаковых расплавов. Показана растворимость Cu₂O в области полностью жидкого шлака, построены зависимости растворимости оксида меди в шлаке от отношений CaO/SiO₂ и SiO₂/Fe. Для всех исследованных температур на изотерме «шпинели» наблюдается минимум концентрации оксида меди в шлаке, причем этот минимум ярко выражен для температур 1200 и 1250 ^oC. Это подтверждает выводы о том, что самая низкая концентрация оксида меди (I) в шлаках, находящихся в жидкой области, соответствует изменению отношения CaO/SiO₂ от 0,75 до 1,2. Минимум содержания оксида меди наблюдается при CaO/SiO₂ = 0,7–0,85, что вполне согласуется с данными других работ. Установлено, что увеличение отношения SiO₂/Fe до значения ~0,46 ведет к снижению концентрации оксида меди в шлаке, а при его значении >0,46 наблюдается рост содержания оксида меди в шлаке. Показано, что при температурах 1200 и 1250 ^oC эффект роста растворимости оксида меди выражен более ярко. При температурах 1300 и 1350 ^oC и SiO₂/Fe > 0,46 концентрация оксида меди в шлаке увеличивается за счет насыщения оксида меди в шлаке. Максимум растворимости оксида меди в шлаке (33,89 %) достигается при SiO₂/Fe ~ 0,52. Полученные результаты показывают, что добавление извести в систему Cu₂O – FeO – SiO₂ – CaO ведет к уменьшению концентрации оксида меди в шлаке. Увеличение доли кремнезема в исследуемой системе в пределах изменения отношения SiO₂/Fe от 0,42 до 0,46 ведет к снижению растворимости оксида меди в шлаке, минимум ее концентрации достигается при SiO₂/Fe ~ 0,44.

1. Павлов Р. А., Павлов А. В., Федоров А. Н. Исследования вязкости шлаковых систем вюстит – кремнезем и вюстит – кремнезем – оксид кальция // Цветные металлы. 2000. № 4. С. 76–79.
2. Колосов А. Г., Ступин А. В., Федоров А. Н., Ванюков А. В. Вязкость железо-силикатных шлаков // Цветные металлы. 1987. № 3. С. 44–47.
3. Атлас шлаков : справ. изд. / под ред. И. С. Куликова ; пер. с нем. — М. : Металлургия, 1985. — 208 с.
4. Pownceby M. I., Clout J. M. F., Fisher-White M. J. Phase equilibria for the Fe₂O₃-rich part of the system Fe₂O₃ – CaO – SiO₂ in air at 1240–1300 degrees C // Mineral Processing and Extractive Metallurgy IMM Transactions: C. 1998. Vol. 107. P. С1–С10.
5. Shigaki I., Sawada M., Yoshioka K., Takahashi T. Improvement of Productivity and Reduction Disintegration of Iron Ore Sinter by Increasing Size of Limestone Particles // Tetsu to Hagane. 1985. Vol. 71, No. 16. P. 1880–1887.
6. Kimura H., Endo S., Yajima K., Tsukihashi F. Effect of Oxygen Partial Pressure on Liquidus for the CaO–SiO₂–FeO_x System at 1573 K // ISIJ International. 2004. Vol. 44, No. 12. P. 2040–2045.
7. Kongoli F., McBow I., Yazawa A., Takeda Y., Yamaguchi K., Budd R., Llubani S. Liquidus relations of calcium ferrite and ferrous calcium silicate slag in continuous copper converting // Proceeding of Yazawa International Symposium. — San Diego, California, USA. 2003. Vol. 2. Р. 227–238.
8. Yazawa A., Kongoli F. Liquidus Surface of Newly Defined «Ferrous Calcium Silicate Slag» and its Metallurgical Implications // High Temperature Materials and Processes. 2001. Vol. 20, No. 3–4. P. 201–207.
9. Jak E., Zhao B., Hayes P. Phase equilibria in the system FeO – Fe₂O₃ – Al₂O₃ – CaO – SiO₂, with applications to non-ferrous smelting slags // Proceedings of the 6th International Conference on Slags, Fluxes and Molten Salts. — Stockholm – Helsinki, June 12–17, 2000. P. 239–247.
10. Takeda Y. Thermodynamic Evaluation Of Copper Loss In Slag Equilibrated With Matte (Keynote) // Proceeding of Yazawa International Symposium. — San Diego, California, USA. 2003. Vol. 1. Р. 341–357.
11. Kotykhov M. I., Fedorov A. N. Investigation of copper distribution between slag and lead in bubbling reduction process // Non-ferrous Metals. 2014. No. 2. P. 21–24.
12. Kotykhov M. I., Fedorov A. N. Copper distribution in condensation products of lead concentrate melting using Vanyukov’s process // Non-ferrous Metals. 2015. No. 1. P. 9–12.
13. Yazawa A., Nakazawa S., Takeda Y. Distribution behavior of various elements in copper smelting systems. Advances in Sulfide Smelting. — Warrendale, PA : TSM-AIME, 1983. P. 99–117.
14. Davenport W. G. L., King M., Schlesinger M., Biswas A. K. Extractive Metallurgy of Copper. — 4th edition. — Oxford : Pergamon, 2002. Р. 155–171.
15. Jak E., Zhao B., Nikolic S., Hayes P. C. Experimental measurement and prediction of complex phase equilibria in industrial non-ferrous slag systems // Proceedings of EMC 2007. — Dusseldorf, Germany, June 11–14, 2007. P. 1789–1818.
16. Лукавый С. Л., Федоров А. Н., Хабиев Р. П., Хабиев М. П. Плотность и температура ликвидус высокомедистых шлаковых расплавов // Цветные металлы. 2012. № 7. С. 24–28.