Pirometallurgiya fanidan ma'ruza mashg’ulotlari

O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O’RTA TA’LIM VAZIRLIGI
TOSHKENT KIMYOVIY TEXNOLOGIYA INSTITUTI

Silikat materiallar va nodir, kamyob metallar texnologiyasi kafedrasi


Pirometallurgiya fanidan
ma'ruza mashg’ulotlari

2020-2021 o’quv yili

1-Maruza
Pirometallurgiyada Me-O, Me-S sistemalardagi fazalararo muvozanatlar
Reja:

1. 
   Pirometallurgiya jarayonlar nazariyasi fanining tasnifi
   
2. 
   qattiq oksid va sul’fidlarning qisqacha tavsifnomasi.
   
3. 
   Fe-S - sistemasining fazali diagrammasi
   

Kalit so’zlar: fazalar diagrammasi, shlak va shteynlar, sulfidlar va oksidlar, bisilikat, metosilikat.

Pirometallurgiyada asosan qattiq birikmalarning ikki guruhlari bilan ish olib boriladi – bular oksidlar va sulfidlardir.

Oksidlar - yer tubidagi eng keng tarqalgan birikmalar guruhidir. Buni ifodalash uchun uchta sababni keltirish mumkin:
a) kislorod - litosferada bosh elementdir (og’irligi bo’yicha 49%);
b) yer atmosferasi - oksidlantiruvchi (o₂ = 0,210⁵Pa);
v) Me-O aloqa energiyasi ko’p metallar uchun ancha baland.
Sulfidlarni mis, qo’rg’oshin, ruh, nikel, molibden metallurgiyasida uchratamiz.
Oltingugurtning tavsifi:
t_er = 119°C; t_qaynash = 4446°C
Sulfidlarda oltingugurt ikki valentlidir.
Ruda va pirometallurgik ishlab chiqarishda qattiq mahsulotlar erkin, sulfid va oksidlar shaklida bo’lishlari mumkin. Undan tashqari, ular boshqa oksidlar bilan murakkab birikmalar shaklida ham uchrashlari mumkin. Masalan: Cu₂O-kuprit: CuO-tenorit: ZnO-sinkit va boshqalar. Pirometallurgiyada uchraydigan silikatlar (asosli va kislotali oksidlardagi kislorod miqdorining nisbatligiga qarab) bo’linadi: 2MeO SiO₂ - monosilikat yoki ortosilikat (olivinlar); MeO SiO₂ - bisilikat yoki metosilikat (piroksenlar). Tarkibida bir necha kislotali va asosli oksidlar mavjud bo’lgan murakkab minerallar ham uchraydi. Ko’pincha mineral tarkibiga namlik ham kiradi. Oksidlarning qattiq eritmalardagi alohida birikmalarining turg’un harorat chegarasi tenglik holat diagrammalari bilan aniqlanadi.
Temir sulfidlari sulfidli rudalar va shteynlarning asosiy tashkil qiluvchisidir. Bu sistemada bitta turg’un kimyoiy birikma paydo bo’ladi. (FeS, 1-faza) -pirrotin va bitta turg’unmas birikma (Y faza)-pirit-FeS₂) (1.1-rasm).
Aniq aytganda, birikmalarning tarkibi, masalan oksid yoki sulfidlarning unga yozilgan kimyoviy formulaga to’la javob bermaydi.

1.1-rasm. Fe-S sistemaning diagrammasi.
Birikmaning yonida, albatta, katta yoki kichik gomogen mintaqasi mavjud. Shu holatni tasdiqlash uchun eng sodda ikki komponentli holat diagrammasidan foydalansak bo’ladi.
Qabul qilaylik - AV aniq kimyoviy stexiometrik birikma bo’lsin. Shunda, t haroratda I mintaqada muvozanatda a-tarkibli suyuqlik, v-tarkibli kristallar va gaz fazalari mavjuddir. II mintaqada esa muvozanatda v-tarkibli kristallar, s-tarkibli suyuqlik va gaz fazasi muvozanat holatda bo’lishi lozim. Bundan kelib chiqadiki, bir paytda v tarkibli kristallar a va s tarkibli suyuqliklar bilan muvozanatda bo’lishi lozim va ularning ustidagi gazli fazalarning tarkiblari bir xil bo’lishi kerak. Agar ushbu xulosani to’g’ri deb topsak, u holatda aqlga to’g’ri kelmaydigan muvozanat sistemasi bo’ladi. Shunday qilib, aniq xulosa qilish kerakki, AV birikmaning o’ziga xos gomogen mintaqasi bo’lishi lozim. (1.2-rasm).
Temir sulfidning formulasi Fe_1-xS, bu kristallik temir atomlarining oltingugurt atomlariga nisbatdan x-o’lchamga kamligini bildiradi.

1.2- rasm. Bitta kimyoviy birikmali sistemaning holat diagrammasi.

Uchuvchan moddalar (sulfid, oksid, xlorid va boshqalar) ishtirokidagi sistemalar muvozanatini ko’rib chiqilsa, gazli fazaning tarkibida uchuvchan moddaning parsial bosimini hisobga olish kerak. Shuning uchun fazalar qoidasini quyidagi shaklda yozish kerak.

S = K - F + 2

Bu yerda:
S - erkinlik darajasi soni, ya’ni, erkin omillarning soni, qaysi sistemadagi fazalar soni o’zgarmagan holda, aniq bir masofada o’zgarishlari mumkin.
K - moddalar soni, ya’ni tashkil qiluvchi qismlarning eng kam soni, ular yordamida har bir fazaning tarkibini aniqlash mumkin:
F-fazalar soni-sistemaning qismlari, bir-biridan bo’lim chegarasi bilan ajralib turadi.
Fazalar qoidasiga muvofiq, pirrotin (I) mintaqasi ichidagi har bir nuqtaga oltingugurtning aniq keltirilgan muvozanat bosimi tegishli bo’ladi. I mintaqada sistema ikki erkinlik darajasiga ega (S=2-2+2=2). Lekin E nuqtaga qattiq fazaning tarkibi va harorati muayyan. Demak, erkinlikning bu ikkita darajasi ishlatildi, shuning uchun sistema ustidagi oltingugurtning bosimi aniq bo’lishi lozim.
Bosimninig o’z-o’zidan o’zgarishi sistemaning holatini aniqlaydigan nuqta holatining siljishiga olib keladi, ya’ni muvozanatning buzilishi, natijada kimyoviy reaksiyaning oqib o’tishi boshlanadi.
II, III, IV va V mintaqalar bittadan erkinlik darajasiga ega, bu sistemalar monovariantlilar. Bu shuni bildiradiki, har xil haroratga shu mintaqalarda doimiy fazalar tarkibi va oltingugurtni muvozanat bosimi javob beradi.
Sistemaning tarkibini aniqlaydigan to’g’ri bo’lmagan (bir tekisda emas) nuqtaning izoterma bo’yicha siljishiga ko’ra muvozanatdagi fazalar soni, muvozanat bosimi ham o’zgarmaydi, faqat fazalarning qiymat nisbatligi o’zgaradi, ular richag qoidasi bo’yicha hisoblanadi.
Tenglik holatdagilar: III mintaqada-pirrotin, suyuqlik va bug’; IV mintaqada pirrotin, suyuqlik va bug’; V mintaqada-pirrotin, suyuqlik, pirit va bug’ (1.1-rasm). Diagrammadan foydalanish yo’li: faraz qilaylik, pirrotinni sulfidlash yo’li bilan pirit olish kerak. Buning uchun diagramma bo’yicha jarayonni 745°C dan kamroq haroratda o’tkazish kerak. Shunda yetarli vaqt o’tgach (oltingugurt bug’larining mavjudligida) pirrotin piritga aylanishi kerak.



suyuqlik

suyuqlik

1.3-rasm.Cu-S sistemaning muvozanat diagrammasi.

Mis - oltingugurt sistemada ikkita kimyoviy birikma mavjud: past sulfid Cu_2-xS va eng baland sulfid CuS. CuS kovellin turg’unmas kimyoviy birikmalarga kiradi, 507°C da u parchalanadi. Cu_2-xS keng gomogen mintaqasini tashkil qiladi. X ni qiymati 0÷0,22 oralig’ida o’zgaradi.

III mintaqada Cu_2-xS uchun erish haroratining maksimumi 1130°C ga javob beradi. Kimyoviy birikmaning chap va o’ng tomonlarida ikkita monotexnik mintaqalar mavjud.