Таблица 6.10 - Изменение констаньы реакции (6.7) при замещения FeO на CaO при содержании в шлаке 33% SiO2 (мол) 1300оС и отношении FeO/CaO в шлаке 0,31
Измерение напряжения разложения жидких шлаков, содержащих растворенную медь, приводит к аналогичным выводам о механизме перехода меди из сульфидных соединений в шлак.
Правда, в своих выводах В. Л. Хейфец и С. Е. Вайсбурд пошли дальше, считая, что растворение меди из штейнов происходит в форме незаряженных частиц, которые в виде недиссоциированных сульфидов продолжают существовать в шлаке. Недостаточность сведений о природе жидких сульфидов и некоторая неточность эксперимента, допущенная в работах, не позволяют безоговорочно разделить эту точку зрения.
Аналогичные результаты получены при исследовании никелевых штейнов.
Содержание растворенного никеля в шлаках на порядок ниже концентрации растворенной меди. Видимо, это объясняется более высокой прочностью связи никеля с сульфидным расплавом.
Изменение состава шлака замещением части закиси железа на окись кальция при постоянной концентрации кремнезема в шлаке характеризуется заметным снижением растворимости всех исследованных металлов. Отмеченная закономерность объясняется следующими причинами.
Абсолютное снижение содержания в шлаке закиси железа в соответствии с законом действующих масс уменьшает переход в шлак металлов в катионной форме по реакции, что характерно главным образом для кобальта. При замещении закиси железа на окись кальция в шлаке происходит уменьшение объема ионно-электронных областей, богатых закисью железа, от количества которых зависит растворимость сульфидов. В результате ослабляется ионно-электронный обмен через межфазную границу.
Необходимо отметить, что при замене закиси железа на окись кальция уплотняется структура жидкого шлака, что уменьшает количество вакансий.
Увеличение в шлаке содержания кремнезема также и в основном по тем же причинам снижает переход в шлак катионов рассмотренных металлов из соответствующих штейнов.
Уменьшение перехода ионов через межфазную границу раздела подтверждается резким возрастанием межфазного натяжения при повышении
содержания кремнезема в шлаке.
При построении изотермы растворимости ценных компонентов в шлаке в зависимости от концентрации кремнезема на кривых наблюдается характерный изгиб, соответствующий содержанию ~43% (мол.) SiO2. Возможно, при этом содержании кремнезема структура шлака будет изменяться в результате перехода цепочечных силикатных анионов в кольцевые, что в какой-то мере окажет свое влияние на распределение ценных компонентов.
6.3.2 Влияние состава штейна
В зависимости от состава и характера руд и концентратов, а также условий ведения технологического процесса штейновая фаза на различных предприятиях значительно различается по своему составу. Очевидно, содержание соответствующих металлов в сульфидной фазе должно оказывать непосредственное влияние на распределение меди, никеля и кобальта в системе шлак—штейн (таблица 6.11).
Изменение состава штейна в сторону увеличения концентрации ценных металлов мало сказывается на изменении содержания растворенного никеля в шлаке. С увеличением содержания меди и кобальта в штейне количество металлов, растворенных в шлаке, возрастает.
Одновременно возрастают и механические потери. Особенно резко эта зависимость выражена для кобальта. Действительно, при увеличении содержания кобальта в штейне в 23 раза количество растворенного кобальта в шлаке возросло в 70 раз, а механические потери увеличились более чем в 40 раз.
Таблица 6.11 Влияние содержания Cu, Ni и Co в штейне на их распределение между шлаком (51%FeO, 33%SiO2, 16%CaO) и штейном при 1300оС
Не менее интересно оценить влияние концентрации серы в штейне на распределение ценных металлов между продуктами плавки (таблица 6.12).
Таблица 6.12 Влияние содержания серы в штейне на распределение Cu, Ni и Co между штейном и шлаком (51%FeO, 33%SiO2, 16%CaO) при 1300оС
Зависимость распределения металлов между продуктами плавки различна в этом случае для никеля, меди и кобальта. С увеличением содержания серы в штейне количество растворенной в шлаке меди уменьшается, хотя общее содержание ее в шлаке сравнительно невелико. Повышение концентрации серы в штейне увеличивает в шлаке количество растворенного кобальта. Содержание серы в штейне практически не оказывает влияния на растворимость никеля.
Результаты расчетов константы равновесия реакций и коэффициентов распределения представлены в таблицах 6.13 и 6.14.
Таблица 6.13 Влияние содержания металла в штейне на величину константы равновесия реакции (6.4) при распределении металлов между шлаком и штейном
Таблица 6.14 Влияние содержания серы в штейне на величину константы распределения металлов между шлаком и штейном
Константы равновесия, как и в предыдущих случаях, близки по значению только для кобальта. Так же, как и в рассмотренном ранее случае, при изменении состава шлака константы равновесия реакции распределения меди и никеля, рассчитанные по уравнению, не сохраняют постоянного значения.
Увеличение в штейне содержания кобальта или серы повышает концентрацию в шлаке растворенного кобальта и несколько увеличивает константу КСо, что совпадает с выводами ранее выполненных исследований. Возрастание константы равновесия кобальта с увеличением содержания серы в штейне может быть объяснено большим сродством серы к железу, чем к кобальту. Интересно отметить, что рассчитанный на основании экспериментальных данных тепловой эффект реакции в применении к кобальтовому штейну в области температур 1300—1350°С равен —29,5 кдж/моль, что согласуется с табличными данными —27,8 кдж/моль, что дополнительно подтверждает переход в шлак кобальта по реакции
CoS + FeO = FeS + CoO (6.9)
Повышение концентрации серы в штейне оказывает противоположное влияние на содержание в шлаке растворенной меди. Это объясняется повышением энергии связи меди с серой в сульфидном расплаве, что снижает переход этого металла в шлак.
6.3.3 Влияние температуры и газовой фазы
Температура — один из факторов, наиболее просто в известных пределах поддающихся регулировке при ведении металлургического процесса.
Повышение температуры увеличивает переход в шлак катионов металлов (таблица 6.15) и увеличивает константу равновесия (таблица 6.16).
Наибольший эффект оказывает рост температуры на повышение в шлаке концентрации растворенного кобальта.
С повышением температуры увеличивается в шлаке количество растворенных металлов, распределение которых подчиняется реакции. Согласно теории строения расплавов, этому должно способствовать ослабление межчастичных связей в сульфидной или металлической фазе при усилении теплового движения частиц.
Таблица 6.15 - Влияние температуры на распределение Cu, Ni и Coмежду шлаком и штейном (51% FeO, 33% SiO2, 16% CaO)
Таблица 6.16 – Влияние температуры на величину константы равновесия реакции (6.4)
Кроме того, с ростом температуры значительно разрыхляется структура силикатного расплава в результате образования большего количества вакансий, что облегчает перемещение катионов ценных металлов в дефекты «решетки» жидкого силиката.
Влияние газовой фазы. Металлургам достаточно хорошо известно, что при повышении содержания магнетита в шлаках резко возрастают потери цветных металлов. Переокисление двухвалентного железа шлака, как правило, происходит в результате взаимодействия расплава с кислородом воздуха или другими компонентами газовой атмосферы. Повышение окислительной способности газовой фазы должно, таким образом, оказывать существенное влияние на распределение ценных компонентов между продуктами плавки.
Нередко в металлургической практике приходится иметь дело со смешением продуктов, не содержащих или содержащих очень мало магнетита с расплавами, обогащенными трехвалентным железом. Так происходит, например, при заливке конвертерного шлака в отражательную или электротермическую печь.
Переход в шлак катионов денных компонентов из сульфидных расплавов резко возрастает как при повышении окислительной способности газовой атмосферы (таблица 6.17), так и при введении в расплав «твердого» кислорода в составе шлака или штейна (таблицы 6.17 и 6.18). Во всех рассматриваемых случаях использовали шлак следующего состава: 51,0% FeO, 33% SiО2, 16% CaO.
Таблица 6.17 Влияние содержания кислорода в газовой фазе на распределение металлов между шлаком и штейном при 1300оС
Таблица 6.18 – Влияние содержания кислорода в штейне на распределение Сu между шлаком и штейном при 1300оС в атмосфере аргона
Таблица 6.19 – Влияние добавления Fe3O4 к шлаку на распределение никеля между шлаком и штейном при 1300оС в атмосфере аргона
Расчетные величины констант распределения никеля между продуктами плавки в зависимости от содержания магнетита в шлаке приведены ниже:
|
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)