Зависимость величины Кр меди, рассчитанной по реакции, от содержания кислорода в штейне следующая:
Уже небольшое повышение концентрации кислорода в газовой фазе (до 0,05%) значительно увеличивает количества растворенных металлов в шлаке. Повышение содержания кислорода в газовой фазе смещает равновесие
Fe2+ = Fe2+ (6.10)
в сторону трехвалентного железа. При этом наряду с вышеупомянутыми реакциями, управляющими распределением ценных металлов, появляется еще дополнительная возможность перехода цветных металлов в шлак по реакции
MeS + 3Fe3O4 = MeO + 9FeO + SO2 (6.11)
Необходимо отметить, что приведенные данные по определению влияния содержания кислорода в газовой фазе на содержание растворенных металлов носят ориентировочный характер, поскольку трудно утверждать, что шлак находился в равновесии с газовой фазой.
Увеличение содержания кислорода в газовой фазе приводит к пропорциональному росту концентрации растворенной в шлаке меди. Введение кислорода в виде магнетита в штейн приводит к значительному скачку растворимости меди в силикатном расплаве. Это объясняется тем, что энергия взаимодействия меди с кислородом меньше, чем с серой. Замещение серы кислородом в сульфидном расплаве уменьшает силу связи меди со штейновым расплавом, в результате чего количество растворенной меди в шлаке возрастает. Наоборот, снижение содержания в штейне избыточных металлов против стехиометрического количества вследствие повышения содержания серы усиливает связь меди с сульфидной фазой, что видно на примере уменьшения коэффициента распределения. Если при отсутствии кислорода в газовой фазе и магнетита в расплаве электрохимические потери меди по сравнению с механическими имели подчиненное значение, то при повышении окислительного потенциала газовой фазы картина может изменяться на обратную.
Повышение концентрации кислорода в газовой атмосфере и окисление железа шлака до трехвалентного состояния увеличивают концентрацию растворенного никеля в шлаковом расплаве. Однако более высокая энергия связи никеля с сульфидным, а особенно с сульфидно-металлическим расплавом обеспечивает сравнительно невысокую растворимость этого металла в шлаковых расплавах.
6.4 Распределение сульфида железа
Результаты опытов по изучению распределения меди, никеля и кобальта позволили одновременно экспериментально определить содержание в шлаках растворенной серы и рассчитать содержание в шлаке растворенного сернистого железа, что представляло определенный интерес, поскольку данных о распределении сернистого железа в литературе приведено мало и они недостаточно точны. Расчет проводили следующим образом. По содержанию золота в шлаке рассчитывали количество запутавшегося в нем штейна. Разность между общим содержанием серы и количеством ее в корольках штейна дает содержание серы, находящейся в растворе. Принимая, что медь и никель переходят в шлак в результате растворения соответствующих сульфидов, а кобальт в основном по реакции, можно рассчитать количество серы, связанной с тяжелыми металлами. Остальная сера перешла в шлак вследствие растворения сульфида железа. Влияние кислотности шлака и замещения закиси железа на окись кальция на содержание растворенного сульфида железа приведено в таблицах 6.20 и 6.21 и 50. При проведении этих экспериментов использовали штейны следующего состава: никелевый штейн (16,91% Ni и 17,9% S), медный (19,6% Сu и 24,4% S) и кобальтовый (4,95% Со и 24,8% S).
Таблица 6.20- Влияние замещения FeO на СаО на распределение FeS между штейном и шлаком при 1300оС
Приведенные данные показывают, что содержание сернистого железа в шлаке уменьшается при повышении его кислотности, замещении закиси железа на окись кальция (таблицы 6.20 и 6.21) и возрастает при увеличении температуры (таблица 6.22), причем эта закономерность сохраняется для штейнов различного состава.
Влияние состава шлака на распределение сульфида железа аналогично его влиянию на распределение меди и объясняется теми же причинами.
Таблица 6.21 – Влияние кислотности шлака на распределение FeS между штейном и шлаком при 1300оС
Общность влияния различных факторов на распределение сернистого железа и меди между шлаком и штейном говорит об общности механизма их перехода из штейна в шлак, т. е. дополнительно подтверждает, что распределение меди в основном осуществляется растворением ее сульфида по реакции (6.5) и (6.6).
Свойства второго сульфидного компонента бинарного штейна оказывают существенное влияние на содержание растворение сульфидного железа в шлаке. В одинаковых условиях наибольшее количество сернистого железа переходит в шлак из никелевого штейна, а наименьшее — из медного штейна
Таблица 6.22 – Влияние температуры на распределение FeS между штейном и шлаком (51% FeO, 33% SiO2, 16% CaO)
Влияние сопутствующего катиона на распределение сернистого железа может быть объяснено различием в энергии связи серы и металла с сульфидным расплавом. Энергия связи в первом приближении может быть оценена термодинамическим потенциалом образования соответствующих сульфидов. Поскольку наибольшим сродством к сере из интересующих нас металлов обладает медь, энергия взаимодействия серы с медным штейном больше, чем с кобальтовым и никелевым. Поэтому шлаки, находящиеся в равновесии с медным штейном, содержат наименьшее количество растворенного сернистого железа. Наибольшее количество сернистого железа переходит в шлак при равновесии его с никелевым штейном.
ЛИТЕРАТУРА
1 В. Физико-химические свойства и особенности строения сульфидных расплавов//- М. Металлургия, 1996
2 А., Я. Штейны и шлаки цветной металлургии//-М., Металлургия, 1969
3 Я Термодинамика металлургических шлаков //-Челябинск, Металлургия, 1955
4 Ванюков, А. В., И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья //- Челябинск, Металлургия, 1988
5 А. В. Физическая химия пирометаллургических процессов. Ч.2//- М., Металлургиздат, 1963
6 Эйтель В Физическая химия силикатов //- ИЛ, 1962
7 И. Физическая химия расплавленных солей//- М, Металлургиздат, 1952
8 А., П. // - Высокотемпературная химия химия силикатных и других оксидных систем //-М., Изд. АН СССР, 1963
9 И. Кинетическая теория жидкостей //- М., Изд. АН СССР, 1945
|
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)