Pirometallurgiya fanidan ma'ruza mashg’ulotlari

15 - ma’ruza
METALLOTERMIYA. PLAZMALI TIKLANISH.


Reja:
1. Metallotermiya.
2. Plazmali tiklanish
3. Metallarni sul’fidlardan tiklanishi


Kalit so’zlar: metallotermiya, kimyoviy element, metallar birikmalari, sistemaning termodinamik xususiyatlari, germetik tigel, plazma, plazmatron.

Metallarni birikmalaridan boshqa ga asosiy metallga nisbatan kattaroq tortilish kuchiga ega bo’lgan, metall bilan tiklanish jarayonini metallotermiya deyiladi.

Metallotermiya asosan shu hollarda qo’llanadi, qachonki odatdagi tiklovchi moddalardan foydalanish sistemaning termodinamik xususiyatlarining ta’sirida samaradorli bo’lmaydi (masalan ΔG_meo < ΔGso₂ yoki ΔG_meo < ΔGn₂o). Vaqti-vaqti bilan o’z tarkibida uglerod bo’lgan tiklovchi moddani qo’llash tiklanayotgan metall bilan keraksiz karbidlarni tashkil qilishlari mumkin bo’lib qoladi. Shuning uchun tiklovchi modda hisobidan boshqa metallni qo’llash maqsadga muvofiq bo’ladi, chunki metallning ugleroddan tozalanishi yechilmas masala bo’lib hisoblanadi.
Metallotermiyaning umumiy sxemasi:

MeX+Me¹=Me¹X+Me

Jarayonning amalga oshirilishining sharoiti - reaksiyaning termodinamik potensialining salbiy qiymati (ΔG1x < ΔGmex). ΔGni haroratga bog’liq bo’lgan qiymatlari Gibbs energiyasi diagrammalarida keltirilgan. Masalan A1, Si, Ca, Mg boshqa metallarga nisbatan kislorod, xlor, ftorlarga kattaroq tortilish kuchiga egadir. Shuning uchun ular tiklovchi modda hisobidan qo’llanishlari mumkin.

Metallotermiya tiklanayotgan metall va metall-tiklovchi bilan bir-birida minimal erishini talab qiladi. Shunda jarayon samaradorli bo’ladi va keyingi metallni tozalashda ortiqcha sarf harajatlar bo’lmaydi.
Keyingi texnologik talab-metallurgik reaksiyaning yuqori darajada issiqlik ajralib chiqishidir. Boshqa xolatda yetmaydigan issiqlkni sirtdan keltirishga to’g’ri keladi.
Metallotermiyani uran, tantal, niobiy va boshqa nodir metallarni olishda qo’llaniladi. Uran kislorod bilan uchta oksid birikmasini tashkil etadi: UO₃, U₃O₈, UO₂.
Birinchi ikkita oksidning tiklanishi vodorod yordamida amalga oshishi mumkin. Uranning dioksidi murakkab birikma bo’lib hisoblanadi. (ΔG°UO₂ = -1067,08 kDj/mol). Uranga nisbatan kislorodga ko’proq tortilish kuchiga juda kam metallar ega, shular qatorida kalsiy ham bor. Shuning uchun uran dioksidini tiklashda kalsiy qo’llanishi mumkin. Jarayon davrida oqib o’tadigan reaksiyalar:

3UO₃ + Ca = U₃O₈ + CaO

U₃O₈ + 4Ca = 6UO₂ + 4CaO
UO₂ + 2Ca = U + 2CaO

Oxirgi reaksiya uchun 1200°C da ΔG⁰ ni qiymati teng:

ΔG⁰₁₂₀₀ = 2 ΔG⁰_Cao- ΔG⁰UO₂ = -955,8 + 856,9 = - 98,9 kJ.

Uran oksidi va kalsiylardan tuzilgan shixtani germetik tigelga yuklaydilar. Metallarni oksidlanishini oldini olish niyatida tigelga argon yoki geliy beradilar. Tigel 700°C haroratgacha elektr pechida isitiladi. Metallotermik reaksiyasining oqib o’tishi haroratning 1300°C ko’tarilishiga olib keladi. Shu haroratda uran eriydi va jarayon paytida kalsiy oksidining pardasi bilan sirtdan yopilgan metallning alohida tomchilari paydo bo’ladi. Vaqti-vaqti bilan, shu pardani olib tashlash uchun shixtaga CaSi₂ qo’shiladi. Bu kalsiy xloridi CaO ni pardasini eritadi va tomchilarni kattalashishiga yordam beradi.

Jarayonning yakunida, uranni kalsiy birikmalaridan ajratib tashlash uchun moddalarni mineral kislotasi bilan qayta ishlanadi.
Metallotermiyani noyob metallar ishlab chiqarishda ham ishlatadilar.