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
пятиокиси ванадия.
С повышением температуры расплава межфазное натяжение в интервале 1250—1350°С возрастает (рисунок 5.6), что можно объяснить усилением процессов десорбции капиллярно активных компонентов с поверхности раздела. Возможно также, что электростатическая составляющая межфазного натяжения с ростом температуры падает. Отсутствие надежных литературных данных не позволяет в настоящий момент дать однозначное объяснение установленной закономерности. Отрицательный температурный коэффициент сохраняется лишь для шлака с добавкой окиси натрия. Интересно отметить, что температурный коэффициент поверхностного натяжения натрийсодержащих шлаков также весьма низок: dσ/dТ изменяется в пределах от пуля до —0,05 мн/(м∙град) [дин/(см∙град)] в зависимости от состава шлака.
В работе изучалось влияние состава шлака на межфазное натяжение. Составы контактирующих фаз соответствовали промышленным расплавам медной электроплавки Сердобского завода (НРБ). Результаты исследования приведены в таблице 5.2. Знание величин поверхностного натяжения расплавов позволило авторам рассчитать также работу адгезии исследуемой системы.
Рисунок 5.6 Зависимость межфазного натяжения в системе медный штейн-тройной шлак от температуры и добавки оксидов
1- без добавок; 2- 4% MnO; 3-3%V2O5; 4- 8%ZnO; 5- 8%Na2O
Таблица 5.2- Влияние состава шлака работу адгезии и межфазное натяжение на границе с медным штейном при 1300оС
Повышение в шлаке концентрации кремнезема (опыт № 1), а также замена закиси железа на окись кальция (опыт № 2) увеличивают межфазное натяжение системы, что согласуется с ранее рассмотренными результатами исследований в случае тройных синтетических шлаков. П. Н. Бакырджиев не обнаружил минимума на графике зависимости межфазного натяжения от замены FeO на СаО (опыт № 2), как это было отмечено в работе.
Видимо, в данном случае исходная концентрация окиси кальция в расплаве была уже достаточно высокой. Увеличение в шлаке концентрации окиси цинка (опыт № 4), по данным П. Н. Бакырджиева, снижает межфазное
натяжение системы штейн — шлак.
Повышение в шлаке концентрации глинозема (опыт № 3) увеличивает межфазное натяжение на границе раздела расплавов и снижает работу адгезии. Зависимость такого характера вытекает из общей теории строения шлаковых расплавов. Общее снижение концентрации окислов железа в шлаке при добавке глинозема и смещение электронного облака анионов кислорода, группирующегося у поверхности раздела фаз, в сторону катионов алюминия ослабляют энергию взаимодействия двух несмешивающихся фаз, что повышает межфазное натяжение. Аналогичным образом ведут себя в расплаве энергетически сильные катионы магния (опыт № 5).
Накопленный достаточно обширный экспериментальный материал по изменению межфазного натяжения в расплавах медного производства облегчает металлургам трудную задачу выбора оптимального состава шлака.
5.3 Механизм перехода ценных компонентов через межфазную границу
Рассмотренные закономерности электрохимического взаимодействия двух расплавленных фаз на границе раздела позволяют составить некоторые логические схемы механизма перехода ценных компонентов в шлаковый расплав. Следует отметить, что, несмотря на большую важность этого вопроса, непосредственных опытов применительно к расплавам цветной металлургии пока не проводили, что объясняется значительными трудностями при постановке эксперимента. Однако сопоставление некоторых физико-химических характеристик расплавов с результатами термодинамических исследований позволяет в настоящее время высказать определенные предположения о механизме перехода цветных металлов в
шлак через межфазную границу.
Изучение растворимости металлов в расплавленных солях позволило установить, что переход металлов в соляной расплав связан или с электрохимическим, или физическим взаимодействием на границе раздела фаз. В результате электрохимического взаимодействия металлы переходят в расплав соли в виде простейших катионов или субсоединений вследствие развития обменных или окислительно-восстановительных реакций. При физическом взаимодействии, согласно мнению ряда исследователей, возможен переход металла в расплав соли в виде незаряженных атомов.
В принципе оба эти варианта могут иметь место также в системах металл (штейн) — шлак, хотя несколько иная природа расплавов несомненно наложит свой отпечаток на процесс растворимости ценных компонентов в оксидных расплавах.
При соприкосновении двух расплавов, например свинца со шлаком, на границе раздела образуется двойной слой за счет перехода части катионов свинца с поверхности металла в шлак, причем заряд поверхностей возрастает по мере перехода Рb2+ в шлак. Очевидно, дальнейший переход катионов свинца в шлак, т. е. макроскопически заметная его растворимость при наличии двойного электрического слоя, встретит серьезные затруднения. Накопление зарядов на обеих обкладках повысит энергетический барьер, который необходимо преодолевать катионам металла при переходе через межфазную границу. Заметное растворение ценных металлов в шлаке возможно в том случае, если плотность заряда двойного слоя при переходе через межфазную границу не будет чрезмерно повышаться. Это может иметь место при:
1) одновременном переходе из концентрированной по цветным металлам фазы (металл, штейн) в шлак катиона и аниона
[Fe]шт -2е = (Fe2+)шл
[O]шт +2е =(O2-)шл
[Fe]шт + [O]шт → (Fe2+)шл + (O2-)шл
2) обменной реакции между катионами металлической (штейновой) и
шлаковой фазы;
Me]шт – 2e → (Me2+)шл
(Fe2+)шл + 2e → [Fe]шт
[Me]шт + (Fe2+)шл → (Me2+)шл + [Fe]шт
3) перезарядке поливалентных катионов шлаковой фазы;
2(Fe3+)шл + 2e → 2(Fe2+)шл
(O2-)шл – 2e → [O]шт
2(Fe3+)шл + (O2-)шл → 2(Fe2+)шл + [O]шт
4) обмен зарядами анионов
[S]шт + 2e → (S2-)шл
(O2-)шл → [O]шт + 2e
[S]шт + (O2-)шл → (S-2)шл + [O]шт
4) растворении металла или штейна в шлаке в форме нейтральных атомов или молекул.
Рассмотрим более подробно возможность осуществления каждого из указанных вариантов.
Одновременный переход катионов и анионов через межфазную границу при растворении металла в шлаке не должен иметь серьезного значения, так как даже черновые металлы содержат весьма незначительное количество примесей, которые могут перейти в шлак в анионной форме. В то же время растворение ценных компонентов из штейновой фазы таким путем несомненно имеет место. Такой механизм перехода катионов и анионов играет основную роль при растворении цветных металлов из некоторых сульфидных расплавов.
Немалую роль в процессе перехода ценных компонентов в шлак из некоторых металлов и штейновых расплавов будут играть обменные реакции между катионами двух фаз на межфазной границе раздела. Рассмотренные примеры резкого понижения межфазного натяжения металлов и штейнов на границе со шлаками определенного состава говорят в пользу широких возможностей этого процесса.
Шлаковые расплавы, особенно железистые, но современным воззрениям считаются полупроводниковыми системами, обладающими дырочной проводимостью. На границе раздела фаз может осуществляться рекомбинация, что создает возможность беспрепятственного перехода в шлак катионов цветных металлов до предела, отвечающего общему для них равновесному состоянию. Так, присутствие в шлаке поливалентных катионов железа, хрома, марганца, мышьяка и других акцепторов электронов будет способствовать повышению равновесного содержания растворенных ценных металлов в результате сдвига равновесия при уменьшении дырок в шлаке,
например, по реакции.
Pb + Fe3O4 = PbO + 3FeO (5.6)
Убежденным сторонником растворения в шлаке металла в атомарной форме выступает Ф. Ричардсон. Исследования по растворимости металлов в шлаке, выполненные методом насыщения через газовую фазу, позволили автору установить, что растворимость металла (в безжелезистых шлаках) определяется энергией связи между частицами металла и плотностью упаковки жидкого силиката. Растворимость в ряду металлов повышается с увеличением упругости пара при данной температуре и снижается при увеличении размера атома.
Видимо, в железистых силикатах и особенно в присутствии поливалентных катионов неизбежно произойдет ионизация атомов растворенного металла с дальнейшим поглощением электронов ионами железа
Me = Me2+ +2e (5.7)
Me2+ +2e + 2Fe3+ = Me2+ + 2Fe2+ (5.8)
При этом установится новое равновесное состояние, отвечающее большей концентрации растворенного свинца.
В реальных условиях растворение металлов в шлаке может проходить не одним, а несколькими путями одновременно. Исследование распределения ценных компонентов между продуктами плавки позволяет дать общую оценку тому или иному механизму растворения, превалирующему в конкретных условиях.
6 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ МЕЖДУ ПРОДУКТАМИ ПЛАВКИ
6.1 Формы нахождения металлов в шлаках цветной металлургии
Переработка руд и концентратов на предприятиях медной и никелевой промышленности осуществляется в электротермических, отражательных и шахтных печах. Возможность применения рассмотренных данных по растворимости цветных металлов в силикатных расплавах для определения форм нахождения металлов в промышленных шлаках зависит от того, насколько сильно отличается состояние расплавов в этих металлургических агрегатах от термодинамического равновесия.
Рассмотрим несколько случаев, касающихся конкретных предприятий.
Промышленные шлаки электропечей комбината Сu имеют следующий химический состав: 0,10—0,15% Ni, 0,10—0,15% Cu, 0,02—0,03% Co, 28—32% FeO, 40—42% SiO2, 3—5% CaO, 12—14% MgO, 3—6% Аl2О3. Комбинат получает штейны, содержащие 5—10% Ni, 3—8% Cu и 0,3—0,4% Со.
Плавка ведется при температурах 1350—1400°С. Газовая атмосфера в печах близка к нейтральной. Неполное восстановление магнетита конвертерного шлака, перерабатываемого в тех же печах, может привести к появлению в отвальных шлаках до 2—3% трехвалентного железа.
Для определения растворимости ценных компонентов из рядового штейна комбината электропечи в равновесных условиях авторы книги воспроизвели в опытах указанные параметры. Исследование производили методом сдвоенных тиглей. Содержание растворенных металлов в синтетическом шлаке, отвечающем по составу промышленному, составляло: 0,10% Ni, 0,10% Сu, 0,015% Со. Концентрация серы, находящейся в растворенном состоянии в шлаке, составляла 0,40%.
|
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)