Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
Например, поверхностное натяжение метасиликата натрия при 1570°С составляет 307 мн/м (дин/см). Для трехкомтонентного шлака при 1350° С оно равно 313 мн/м (дин/см). Это явление объясняется большой капиллярной активностью щелочных металлов в расплавах, содержащих оксид железа(II). Капиллярная активность щелочных металлов будет тем выше, чем слабее катион, т. е, она возрастает в ряду катионов щелочных металлов от Li+ к К+.
Рисунок 3.2 Изменение поверхностного натяжения расплавов в зависимости от характера катионов
1-Li2O; 2- Na2O; 3- K2O
Согласно приведенным данным, вследствие обнаруженного в силикатных расплавах явления адсорбции величина поверхностного натяжения не может однозначно характеризовать энергию межчастичных связей в сложном расплаве, так как эта величина будет отражать фактически энергию связи
капиллярно активного катиона с анионом.
3.2 Поверхностное натяжение много компонентных шлаков.
Основой большинства многокомпонентных шлаков цветной металлургии являются расплавы тройной системы FeO—CaO—SiO2. Исследование поверхностного натяжения этой системы в пределах составов, интересующих металлургов, было проведено П. Казакевичем и А. В. Ванюковым и И. И. Уткиным.
Изучение этой системы в работах проведено при температуре 1350°С методом измерения максимального давления в пузырьке газа.
На основании полученных экспериментальных данных была построена диаграмма изменения поверхностного натяжения расплавов в системе FeO—SіО2—CaO.
При рассмотрении экспериментальных данных прежде всего бросается в глаза сравнительно небольшой диапазон изменения величины поверхностного натяжения расплавов [380—460 мн/м (дин/см)], что согласуется с рассмотренными ранее величинами энергии взаимодействия в системе Ме—О.
Поверхностное натяжение увеличивается при уменьшении кислотности шлака и повышении в нем содержания оксида кальция.
Порядок величин поверхностного натяжения расплавленных шлаков и характер его зависимости от содержания основных шлакообразующих компонентов хорошо согласуются с результатами других исследований,
полученных методом отрыва кольца.
Как и для бинарных силикатов, упрощение структуры кремнекислородных комплексов при снижении концентрации SiO2 повышает поверхностное натяжение. Увеличение поверхностного натяжения при замене закиси железа окисью кальция указывает на увеличение энергии межчастичного взаимодействия в силикатном расплаве (таблица 3.3).
Рисунок 3.3 Диаграмма изотерм поверхностного натяжения в системе FeO-CaO-SiO2 при температуре 1350 оС
В работе С. И. Попeля и В. И. Соколова, исследовавших влияние окислов магния и кальция на поверхностное натяжение железосиликатных расплавов содержащих некоторое количество трехвалентного железа, установлен минимум поверхностного натяжения при содержании СаО или MgO, равном 3%. Расплавы таких концентраций представляют собой ортосиликаты. При упорядочении структуры обеспечивается замыкание связей между катионами и анионами в пределах элементарной ячейки ортосиликата. Насыщения связей внутри таких групп ослабляет их взаимосвязь с расплавом, в результате чего снижается поверхностное натяжение.
Исследование влияния глинозема на поверхностное натяжение шлаковых расплавов представляет значительный интерес в связи с разногласиями по поводу формы нахождения этого иона в шлаках, а также потому, что это один из наиболее распространенных компонентов шлаков цветной металлургии. В 1957 г. в Московском институте цветных металлов и золота группа в составе А. В. Ванюкова, Н. И. Уткина и А. Н. Попкова провела две серии опытов. В первой изучали влияние замещения кремнезема на глинозем в шлаке, во второй исследовали влияние добавки глинозема к шлаку (таблица 3.4).
Снижение поверхностного натяжения силикатного расплава при увеличении содержания глинозема в шлаке показывает, что в силикатных расплавах, близких по содержанию компонентов к шлакам цветной металлургии, алюминий входит в состав комплексных анионов.
При замещении кремнезема окисью алюминия поверхностное натяжение шлаковых расплавов возрастает. Увеличение межчастичного взаимодействия может быть объяснено тем, что алюмокислородные комплексы имеют меньшие размеры и более простую структуру по сравнению с силикатными.
Таблица 3.4 Влияние добавки Al2O3 на поверхностное натяжение силикатных расплавов при температуре 1350 оС
Кроме того, в случае замещения SiO2 на Аl2О3 имеет место разукрупнение кремнекислородных комплексов, на что указывает отрицательная величина температурного коэффициента поверхностного натяжения высокоглиноземистых шлаков.
Введение в шлаковые расплавы окиси магния несколько повышает поверхностное натяжение (рисунок 3.4). Окись магния в данном случае ведет себя аналогично окиси кальция.
Рисунок 3.4 Зависимость поверхностного натяжения шлака никелевого производства от степени замещения FeO на МgO
Замена в шлаковых расплавах закиси железа на оксид цинка, по данным работы, не вызывает заметного изменения поверхностного натяжения шлаковых расплавов, отвечающих по составу шлакам медеплавильных заводов. Этого и следовало ожидать, так как ионные потенциалы Fе2+ и Zn2+ (см. табл. 2) и поверхностные натяжения бинарных расплавов близки по значению. Так, по данным Т. Б. Кинга, поверхностное натяжение силиката железа, содержащего 50% (мол.) SiO2, при 1400°С равно 360 мн/м (дин/см). По другим данным, силикат цинка, содержащий 50% (мол.) SiO2, при температуре 1500°С обладает поверхностным натяжением в 368 мн/м (дин/см).
Присутствие в шлаке поверхностно активных веществ снижает величину поверхностного натяжения расплава.
Рассмотрим влияние некоторых наиболее распространенных поверхностно активных компонентов на поверхностное натяжение металлургических расплавов.
Магнетит — капиллярно-активный компонент для бинарных оксидных расплавов — сохраняет свою поверхностную активность и в многокомпонентных шлаках. В работе измеряли поверхностное натяжение шлаков, близких по составу к шлакам отражательной медной плавки. Введение в данный шлак 9% (по массе) Fе3O4 при 1300°С вызвало снижение поверхностного натяжения расплава с 380 до 332 мн/м (дин/см). Рассчитанная величина адсорбции и этом случае составляла 3,8∙10-10 моль/см2.
Поверхностно активными компонентами в шлаковых расплавах являются также оксиды щелочных металлов, пятиоксид фосфора и плавиковый шпат (рисунок 3.5).
Рисунок 3.5 Влияние компонентов на поверхностное натяжение шлака (27% СaO, 30% FeO, 6% Fe3O4, 31% SiO2) при температуре 1350 оС
1- 2MnO∙SiO2; 2- TiO2; 3-SiO2; 4 - CaF2; 5-P2O5
Шлаки цветной металлургии весьма разнообразны по химическому составу, что определяется составом пустой породы рудных месторождений. Добавки некоторых компонентов, несмотря на различные составы шлаков, оказывают однозначное влияние на изменение их поверхностного натяжения.
Так, для шлаков различных отраслей цветной металлургии повышение концентрации кремнезема и других кислотных окислов вызовет снижение поверхностного натяжения, а повышение содержания оксида кальция или оксида (II) железа и других основных окислов будет повышать поверхностное натяжение. Более слабая энергия связи с расплавом таких компонентов, как магнетит, оксид хрома, пятиоксид фосфора, оксиды щелочных металлов, сера, фтор, определяет их вытеснение в поверхностный слой. Такие компоненты в реальных металлургических расплавах, главные составляющие которых SiО3, CaO и FeO, будут снижать поверхностное натяжение. При одновременном изменении содержания нескольких шлакообразующих окислов (MgO, Al2O3, ВаО и т. д.) картина изменения усложняется.
В качестве примера приведем результаты совместного влияния Al2O3 и MgO на поверхностное натяжение расплава (таблица 3.5).
При низком содержании МgО (№ 1, 2) решающее влияние на изменение поверхностного натяжения расплава оказывают добавки глинозема. Глинозем, как было показано выше, снижает поверхностное натяжение шлака в связи с образованием комплексных анионов. Увеличение в расплаве сильных катионов магния, способствующих росту поверхностного натяжения, компенсирует влияние глинозема при содержании в расплаве
15—20% MgО (№ 3, 4).
Согласно данным таблицы 3.5 трудно заранее предвидеть результирующее влияние нескольких компонентов на изменение поверхностного натяжения
Таблица 3.5 – Совместное влияние Al2O3 и MgO на поверхностное натяжение шлаков при 1350 оС
.
расплавов. В этом случае необходима постановка специальных экспериментов
3.3 Зависимость поверхностного натяжения силикатных расплавов от температуры
Для большинства жидкостей, обладающих молекулярным или ионным типом связи, поверхностное натяжение снижается с ростом температуры и становится равным нулю при критической температуре. Снижение поверхностного натяжения с ростом температуры объясняется ослаблением силы межчастичного взаимодействия с усилением теплового движения частиц. Необходимо лишь подчеркнуть, что такое явление наблюдается в пределах одного агрегатного состояния, в частности в жидкости.
Известно немало эмпирических и полуэмпирических формул, в которых установлена зависимость величины поверхностного натяжения жидкости от температуры.
Силикатные расплавы и металлургические шлаки являются аномальными жидкостями. Поверхностное натяжение некоторых из них в пределах температур, незначительно превышающих температуру плавления, не снижается, а возрастает с увеличением температуры. На рисунке 3.6 представлена зависимость температурного коэффициента поверхностного натяжения (dσ/dТ) от концентрации кремнезема в расплаве.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 |
Основные порталы (построено редакторами)