ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7, 21

Основные положения электрохимической теории строения шлаков.

Шлаки состоят из ионов, что подтверждается экспериментальными

данными: электролизом шлаков с выделением металла на катоде, возможностью построения гальванического элемента при использовании шлака в качестве электролита, высоким значением поверхностного натяжения шлака [6 – 12].

Согласно ионной теории строения шлаков шлаковые расплавы состоят из катионов (кремния, алюминия, железа и т.д.) и анионов (серы, кислорода, фтора и т.д.). Различие между электронным строением и геометрическими параметрами ионов, из которых образованы компоненты шлакового расплава, приводит к тому, что величина энергии связи отдельных катионов и анионов в шлаке зависит не только от природы самих ионов, но и от природы ионов ближнего порядка, т.е. состава шлака. Повышение прочности и жёсткости связи между кремнием, фосфором, алюминием и кислородом по сравнению со связями между металлами, образующими основные оксиды, и кислородом приводит к упорядочению в расположении частиц в шлаковом расплаве, т. е. к образованию группировок ионов, прочность и жесткость связей между которыми и внутри которых больше, чем связей комплекса с ионами, окружающими эти комплексы.

Основные положения теории состоят в следующем [Теория совершенных ионных растворов М.И. Тёмкина]:

1) раствор состоит только из положительно и отрицательно заряженных частиц (катионов и анионов) и не содержит электронейтральных частиц;

2) ближайшими соседями у каждого иона являются только ионы противоположного знака;

3) энергетическое состояние иона не изменяется при переходе чистого компонента в раствор, т.е. раствор образуется без изменения энергии (∆U=0);

4) раствор образуется без изменения объема (∆V = 0, а значит и ∆Н= 0);

Анализ диаграммы состояния Fe - Cu - S , вывод правила Мостовича.

Система Cu-Fe-S . Относится к классу взаимных систем, для которых характерны взаимодействия между ее составляющими, в частности, возможна обратимая химическая реакция

FeS+2Cu = Сu₂S+Fe (2.191)

В системе имеются широкая область расслаивания жидких фаз, тройная перетектика вблизи медного угла и тройная эвтектика (e₁). Область расслаивания не доходит до грани Fe-S. Правее линии Cu₂S-FeS находится область термически неустойчивых высших сульфидов, которые диссоциируют с выделением элементной серы. Поле устойчивых при высоких температурах сплавов находится в четырехугольнике Fe-FeS-Cu₂S-Cu, где можно выделить области:

1 - гомогенных расплавов чистых Cu₂S и FeS (штейн), ограниченной линией Cu₂S-FeS и правой стороной границы расслаивания жидких фаз;

2 - гомогенных сплавов чистых металлов Сu и Fe, а также их сплавов с растворенными до насыщения сульфидами, лежащая между гранью Сu-Fe и левой границей области расслаивания расплавов;

Рис..2.55. Система Cu-Fe-S

3 - расслаивания системы в жидком виде на две фазы, одна из которых является сплавом металлов Cu и Fe с низкой концентрацией серы, другая - сплав сульфидов с низкой степенью металлизации.

Теоретический состав штейна может варьироваться от чистого Cu₂S до 100% FeS, что соответствует изменению концентраций (%, мас.) меди и серы (79,9 Cu, 19.1 S) в белом матте (Cu₂S) и до 36,5 S в FeS. Область реальных штейнов (10-55 % Cu) более наглядно показана на схеме диаграммы (рис. 2.56).

Плавлению шихтовых материалов обычно предшествует определенный период нагрева, в ходе которого протекают взаимодействия между сульфидами и твердофазные превращения основных минералов промышленного сырья с образованием промежуточных продуктов. Для плавки в нейтральной (слабоокислительной) атмосфере, где газовая фаза печей практически не участвует в химических реакциях с компонентами шихты, в макромеханизме плавки преобладают процессы диссоциации термически неустойчивых соединений.

Рис. 2.56. Область промышленных штейнов на фазовой диаграмме Сu-Fе-S ( по Гаскеллу)

при 1200 °С : / - штейн+металл; 2 - штейн; 3 - > 0.1 МПа

Рис. 2.57. Диаграмма состояния системы Cu-Fe-S области составов

Cu-Cu₂S-CuFeS₂-FeS₁₀₈-Fe

Твердофазные процессы и концентрационные изменения, происходящие на стадии нагрева сульфидной шихты в системе Cu-Fe-S, иллюстрируют псевдобинарные разрезы (рис. 2.57) в области составов Cu-Cu₂S-CuFeS₂-FeS_1.08 Исходные материалы и продукты их превращений, как отмечалось выше, не являются строго стехиометрическими соединениями и представляют твердые растворы с достаточно широкой областью гомогенности. Так, при высоких концентрациях Cu (практически до Cu₂S) и FeS (до 50 %), происходит образование твердого раствора борнита (Cu₄FeS_3.08). Последний при температуре < 700^оС и концентрации FeS-5-20% распадается на высокожелезистый борнит и фазу, близкую по составу к халькозину (рис. 2.57, а, б).

Халькопирит образует твердые растворы в широкой области состава вплоть до фазы, соответствующей Cu₃Fe₄S₆ (рис. 2.58). При нагреве сохраняет гомогенное состояние и обедняется по сере. Достигнув определенной границы области твердого раствора, выделяет избыточную фазу борнита. За пределами концентрационной области гомогенности разложение халькопирита происходит с образованием борнита и элементной серы. Простые сульфиды меди и железа при этом не обнаружены.

Рис.2.58. Псевдобинарный разрез Cu₂S-Cu₃Fe₄S₆(CuFeS₂)

диаграммы Сu₂S-FeS

Нагрев мономинеральных фракций халькопирита, проведенных в инертной атмосфере при температуре 550-1100^оС с опровождается превращениями согласно схеме:

Cp® Cpp_ss ® Bn_ss+ Po_ss+ S₂ ® Bn_ss+ Po_ss+ Cu_ss+S₂ , (2.192)

При нагревании более 600^оС халькопирит сравнительно легко теряет серу и распадается с образованием конечной ассоциации (Bn_ss+ Po_ss) и металлической меди. В схеме 2.192 и далее используются следующие обозначения фаз: Ср -халькопирит; Срр_!5 - халькопиритовый твердый раствор; Вп₈₅- борнитовый твердый раствор; Ро_м- пирротиновый твердый раствор; Вп - борнит; Ро пирротин.

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 426; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!