DENSITY AND SURFACE TENSION OF SLAGS FROM THE JOINT SMELTING OF NICKELIFEROUS SAPROLITIC AND COPPER PYRITE ORES
Authors: Клюшников А.М. , Ченцов В.П. , Агафонов С.Н. , Сергеева С.В. , Леонтьев Л.И. 
Published: February 2024

Выполнена экспериментальная (метод максимального давления в газовом пузыре) оценка плотности и поверхностного натяжения гомогенных расплавленных шлаков совместной плавки силикатной никелевой и медной колчеданной руд. Измерения проведены на модельных образцах: железистого, масс. % (8,9 CaO; 11,8 MgO; 12,5 Al2O3; 47,4 SiO2; 13,3 FeO и 5,0 Fe2O3) и образованного при удалении из него оксидов железа безжелезистого, масс. % (12,5 CaO; 16,0 MgO; 9,4 Al2O3 и 58,3 SiO2) шлаков, отражающих состав и структуру реальных прототипов, в интервалах температур 1550–1300 °C и 1550–1400 °C соответственно. Снижение температуры ведет к повышению плотности и поверхностного натяжения указанных шлаков в диапазонах 1,85–2,21 и 2,23–2,29 г·см–3 и 144–250 и 340–345 мН·м–1 соответственно. Структурные изменения при переходе от первого состава ко второму вызваны сокращением основности с 0,7 до 0,6 и заменой Fe2+ на Ca2+ и Mg2+. Второй фактор вносит основной вклад в рост как самих характеристик, так и их температурных коэффициентов (от –0,0015 до –0,0004 г·см–3·°C–1 и от –0,4 до –0,1 мН·м–1·°C–1 соответственно). Методом регрессионного анализа экспериментальных данных получены эмпирические модели, позволяющие достоверно прогнозировать величину плотности и поверхностного натяжения реальных шлаков рудной плавки медного и никелевого сырья в рассмотренном диапазоне температур. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании металлургических технологий, а также процессов стекольной и керамической промышленности.

An experimental (method of maximum pressure in a gas bubble) assessment of the density and surface tension of homogeneous molten slags from the joint smelting of nickeliferous saprolitic and copper pyrite ores has been carried out. The measurements were made on model samples of iron-containing (8.9 wt. % CaO; 11.8 wt. % MgO; 12.5 wt. % Al2O3; 47.4 wt. % SiO2; 13.3 wt. % FeO and 5.0 wt. % Fe2O3) and formed upon removal of iron oxides from it iron-free (12.5 wt. % CaO; 16.0 wt. % MgO; 9.4 wt. % Al2O3 and 58.3 wt. % SiO2) slag, reflecting the composition and structure of real prototypes, in the temperature ranges of 1550–1300 °C and 1550–1400 °C, respectively. A decrease in temperature leads to an increase in the density and surface tension of these slags in the ranges of 1.85–2.21 and 2.23–2.29 g·cm–3 and 144–250 and 340–345 mN·m–1, respectively. Structural changes during the transition from the first composition to the second are caused by a reduction in basicity from 0.7 to 0.6 and the replacement of Fe2+ by Ca2+ and Mg2+. The second factor makes the main contribution to the growth of both the characteristics themselves and their temperature coefficients (from –0.0015 to –0.0004 g·cm–3·°C–1 and from –0.4 to –0.1 mN·m–1·°C–1, respectively). Using the method of regression analysis of experimental data, empirical models have been obtained that make it possible to accurately predict the density and surface tension of real slags from the smelting of copper and nickel raw materials in the considered temperature range. The results of the work can be used in the development and improvement of metallurgical technologies, as well as in the glass and ceramic industries.