Comparative analyses of the infiltration of Al–Cr–O and Mg–Cr–O refractories by molten phases in the copper-making process using the sessile drop technique

Abstract

The refractory used in the pyrometallurgical furnaces is periodically replaced because of wear. Refractory wear is determined by contact with the molten phases that interact with the refractory, in which chemical reactions are significant. Molten phases penetrate the refractory structure through the open porosity, this condition often being the first step in the complex phenomena of wear in these materials.In this work, the infiltration of Mg–Cr–O and Al–Cr–O industrial refractories by the molten phases in the copper-making process has been studied by adapting the sessile drop technique usually associated with wetting studies. An evaluation of the volume of liquid infiltration and the time needed to reach the maximum level were compared for three types of industrial refractories and three types of molten phases: fayalitic slag, matte and copper. An experimental analysis of the wetting behavior of those molten phases on the principal constituents of the refractories tested was developed to better understand the results. Resumen: El refractario usado en los hornos pirometalúrgicos sufre desgaste a lo largo de su vida de operación, por lo que debe ser reemplazado periódicamente. Este desgaste está provocado fundamentalmente por la interacción con las fases fundidas que interactúan con el mismo. Las fases fundidas penetran en la estructura refractaria a través de la porosidad abierta, siendo este primer paso en los complejos fenómenos de desgaste que se llevan a cabo en estos materiales.Específicamente, en este trabajo se ha estudiado la infiltración de los refractarios industriales de Mg-Cr-O y Al-Cr-O por las fases fundidas del proceso pirometalúrgico de fabricación de cobre, mediante la adaptación de la técnica «sessile drop», la cual generalmente se encuentra asociada a estudios de mojabilidad. Los parámetros fundamentales a comparar han sido el volumen de infiltración y el tiempo necesario para alcanzar el nivel máximo infiltrado para tres tipos de refractarios industriales y tres tipos de fases fundidas (escoria fayalítica, mata y cobre). Además, de cara a comprender mejor los resultados obtenidos, se ha desarrollado un análisis experimental del comportamiento de la mojabilidad de esas fases fundidas sobre los principales constituyentes de los refractarios mencionados. Keywords: Refractory, Infiltration, Magnesia–chromite, Alumina–chromite, Wetting, Palabras clave: Refractario, Infiltración, Magnesia-cromita, Alúmina-cromita, Mojabilidad