碱度的倒数即酸度。熔渣是多种氧化物形成的混合熔体,各种氧化物的酸碱性程度不同,含量也不同,使得熔渣表现出不同的酸碱性。
钢铁冶金中,习惯用碱度R表示熔渣的酸碱性,即熔渣中主要碱性氧化物与主要酸性氧化物含量(质量)之比。碱度表达式有:
R=%CaO/%SiO2 (1)
R=%CaO/(%SiO2+%Al2O3) (2)
R=(%CaO+%MgO)/(%SiO2+%Al2O3)(3)
R=(%CaO+%MgO%+%MnO)/(%SiO2+%Al2O3+%P2O5)(4)
工业上,常用的为公式(1)。
硅酸盐熔渣的酸碱性直接影响到硅氧阴离子的聚合程度和其他结构特征,从而影响熔渣的化学和物理性质。如熔渣的脱氧能力、脱硫能力和脱磷能力还能控制炉渣中某些氧化物的活度。
熔渣中也可用自由碱性氧化物的量表示熔渣碱度,称为过剩碱,用B表示。假设形成熔渣为2CaO·SiO2,3CaO·P2O5,则:
B=wt.%CaO-1.86wt.%SiO2+1.19wt.%P2O5 (5)
对于更加复杂的熔渣,如有2RO·SiO2、4RO·P2O5、RO.Fe2O3、3RO·Al2O3等化合物形成,B=∑n(CaO)-2n(SiO2)-4n(P2O5)-n(Fe2O3)-3n(Al2O3)。
在炼钢过程中,脱硫、脱磷所用的炉渣实际是应用渣中的自由碱性氧化物,所以过剩碱能科学地衡量炉渣的脱硫、脱磷能力。
有色金属冶金中,习惯用酸度(硅酸度)表示熔渣的酸碱性,即熔渣中结合成酸性氧化物的氧的质量与结合成碱性氧化物的氧的质量之比,一般酸度小于或等于1的渣属于碱性渣。
根据路易斯(lewis)酸碱理论,酸是电子对的受体,碱是电子对的给体。在熔渣中,以氧离子代替电子,酸性氧化物吸收氧离子,而碱性氧化物释放氧离子。1971~1975年英国科学家J.A.达菲和M.D.英格拉姆基于此理论提出用各种氧化物释放电子的能力与CaO释放电子能力之比来表示氧化物的酸碱性,称为光学碱度,用符号Λ表示。熔渣的光学碱度可通过测量得到,也可由炉渣的化学成分计算。CaO的光学碱度为1,据此得出了某些氧化物的光学碱度。
氧化物 | 光学碱度 | |
测定值 | 理论值 | |
K2O | 1.4 | 1.37 |
Na2O | 1.15 | 1.15 |
BaO | 1.15 | 1.15 |
SrO | 1.07 | 1.01 |
CaO | 1 | 1 |
MgO | 0.78 | 0.8 |
MnO | 0.59 | 0.6 |
Cr2O3 | 0.55 | 0.55 |
FeO | 0.51 | 0.48 |
TiO2 | 0.61 | 0.6 |
Al2O3 | 0.605 | 0.6 |
Fe2O3 | 0.48 | 0.48 |
SiO2 | 0.48 | 0.48 |
P2O5 | 0.4 | 0.4 |
对于多元熔渣,光学碱度为:
Λ=(∑x1n1Λth1+x2n2Λth2+…)/ (∑x1n1+x2n2+…) (6)
Λth为单个氧化物的光学碱度;x为氧化物的摩尔分数;n为氧原子数。
在炼钢的熔,渣控制中,利用光学碱度比一般碱度更能可靠地控制冶炼的化学成分,也可以用来建立某些元素渣-金属平衡时的计算公式。