Rangli metallar Reja

7. “L” deb ataladigan modda. Bu modda yorug‘lik nurlari va elektr nurlari ostida kulrang rangda tuslanadi. U o‘zgarmas bir xil gayrioddiy silliq ko‘rinishga ega. Olib borilgan sinovlar shuni ko‘rsatadiki, uning tarkibi amaliy jihatdan sof qo‘rg‘oshin sulfididan iborat bo‘ladi. Bunday tarkibli shteynda sezilarli miqdorda qo‘rg‘oshin ham mavjud bo‘ladi.

Temir – mis shteynlari. Tekshirilgan barcha temir – misli shteynlar turli xil bir-biridan ajralgan qorishma va aralashmalardan iborat bo‘ladi. Mazkur temir – mis shteynlari aniq evtektikaga ega bo‘lgan sistemalardir. Ular eritmalarda doimiy mavjud sistemalar bo‘lib ularning tarkibini, tuzilishini va metallografiyasini o‘rganish amaliy jihatdan juda muhim tomonlaridan biridir. Oldin eslatib o‘tilgani kabi shteynning kamroq mis saqlagan hududlarida bu evtektika juda yaxshi aniqlangan. Tarkibida 35% mis yoki undan ozgina ko‘proq miqdorda mis saqlagan shteynning ko‘p qismlaridagi evtektikaning individual tuzilmalarida ayni kerakli bo‘lgan kuchli koalissensiya juda zaif yoki umuman mavjud bo‘lmaydi. Tekshirilgan namunalarning sonida bu koalissensiya to‘laligicha o‘z iziga tusha olgan. Ba’zi namunalar shuni ko‘rsatadiki, bunday namunalarning ayrim qismlarida evtektika strukturalari yoki tuzilishlari anchayin mukammalroq rivojlangan bo‘lar ekan. Bu holat ularda hali ishlov berilmagan evtektik strukturalarni asta-sekin, bosqichma-bosqich vujudga kelganligi bilan tushuntiriladi. Shu yo‘sinda ulardan shteynning ikkita, “C” va “D” individual tuzilmalari alohida sohalar sifatida bir-biridan ajraldi. Agar shteyn tarkibida 60% mis yoki 75% Cu₂S – Cu tuzilmasi va 25% FeS – Fe tuzilmasidan iborat bo‘lsa, bunday shteyn tarkibida “C” deb ataluvchi tuzilmalar ko‘p ko‘zga tashlanmaydi. Bu shteynlarda FeS – Fe tuzilmasining 25% miqdori Cu₂S – Cu da eriydi va to‘yingan “D” modda kristallari aralashmasi hosil qilish bilan yakunlanadi. Shteynda bunday tarkiblarda hosil bo‘lgan birikma va aralashmalarning mavjudligi deyarli to‘g‘ri fikrdir. Lekin shu narsani ham unutmaslik kerakki, o‘z uchiga 40% gacha mis saqlagan shteynlarda evtektikaning qanday tarkiblar va tuzilishlar bilan vujudga kelishi amaliy jihatdan hali to‘liq izlanib topilmagan. Bu holatda “C” modda izolyatsiyalangan soha sifatida “D” modda ichida ishtirok etadi.

Har xil namunalardagi bo‘shliq, kovak va yoriqlar sonining ko‘p bo‘lishi “C” moddaning asosiy parametrlaridan biri hisoblanadi. Lekin “D” moddada bo‘shliq va g‘ovaklar kamdan-kam uchraydi. Endi qachonki, shteynning birikma va tuzilmalari “oq mat” ga qadar yaqinlashsa “D” moddada anchagina ko‘p rivojlangan bo‘shliqlarni va kristallarning chegara chizig‘i tekisliklarini ko‘rish mumkin. Bu bo‘shliqlarni gaz pufakchalari hosil qilgan. Umumiy holatda “F” moddani yoki metall holidagi misni shteynning eng Yuqori darajada misga ega bo‘lgan qismidan topish mumkin. Ular odatda mikroskopik ko‘rinishda Yupqa hamda silliq listlar va ingichka uzun simlar kabi ko‘rinishda bo‘ladi. Bular deyarli hamisha “D” modda ichida vujudga keladi. Shuningdek buni metall holidagi misning asosiy manbai yoki majmui desak mubolag‘a bo‘lmaydi. Ko‘pchilik shtenlarda ularning tarkibiy miqdorlarini ochiq ko‘z bilan ko‘rishning iloji yo‘q. Kichik miqdorlarda qatnashishiga qaramay “G” modda yoki rux sulfidi ham umumiy tuzilma tarkibiga kiradi. Uning umumiy formasi romboidal, pushti kristallar va yaxshi rivojlangan holdatdadir. Shuningdek, shteynni juda tez sovitilganda ularning juda mayday va qo‘pol shakldagi granulalari hosil bo‘ladi.
Mis – temir – qo‘rg‘oshin shteynlari. Umumiy ko‘rinishda bu shteynning strukturasi mis – temir shteynlari strukturasiga o‘shashdir. Faqatgina ularning farqi ularda Cu₂S va PbS dan tashkil topgan “K” moddaning evtektikasining mavjudligidadir. Uning ko‘p qismlarida ikkita evtektika, ya’ni “B” (Cu₂S – Cu, FeS – Fe) va “K” (PbS, Cu₂S – FeS) kabi evtektikalar topilgan. Qo‘rg‘oshin – misli shteynlarda qo‘rg‘oshin sulfidining ishtirok etishi odatda FeS miqdorini tiklaydi, shuningdek ko‘pchilik namunalarda bu moddaning barcha qismi Cu₂S – Cu da erigan holda bo‘ladi.
“K” evtektikasi o‘zining individual tuzilmasida koalissensiyaga moyilligi borligini kuzatishimiz mumkin. Bu moddalarning shteynning har bir qismida rivojlangan tuzilishlari mikroskoplarda tahlil qilinadi. 99 – 104-rasmlarda temir – mis vat emir – mis – qo‘rg‘oshin tuzilmalari namunalarining mikrotuzilishidan bir nechta misollar ketirilgan.
Shteynning tuzilishi. Shteynning tuzilishi, tarkibi va unda kechadigan fizikaviy hamda kimyoviy jarayonlarni o‘rganish muhim ahamiyatga ega. Chunki shteyn tarkibi, xossasi va undagi komponentlarning bir-biriga ta’siri yoki bir-birini erituvchilik xususiyatini o‘rganish mutaxassislarga metallurgik jarayonlarni oqilona boshqarishlariga ko‘maklashadi. Ba’zi ilmiy izlanuvchilarga esa ilmiy-texnik muammolarni yechish va bartaraf etish imkonini ham beradi. Demak, shteyndagi har bir tarkibiy qism va tuzilmalarni o‘rganishda ularni ikki, uch va to‘rt komponentli sistemalarini obdon tekshirib chiqish texnologik jarayonning muhim ko‘rsatkichlaridan sanaladi. Avval eslatib o‘tilganidek, shteyn tuzilmasi Yuqori haroratda suYuqlanib va bir-biri bilan fizika-kimyoviy ta’sirlashib turgan sulfidlar aralshmasidan iborat. Bunday metall sulfidlariga: Cu₂S, FeS, PbS, ZnS va boshqa noyob va qimmatbaho metallar sulfidlari kiradi. Shteynning kimyoviy tarkibini bilgan holda uning ratsional tarkibini ham, shuningdek ularning tegishlicha miqdorlarini ham hisoblab topish mumkin. Sulfidli rudalarni shteynga eritishda ko‘pchilik sulfidlar va metallar orasida o‘zaro evtektika nuqtalari paydo bo‘ladi.
Sulfidli eritmalar rangli metallurgiyada katta ahamiyatga ega sulfidli rudalar mis, nikel, qo‘rg‘oshin va bir qator rangli metallarni olishda asosiy xom ashyo xisoblanadi. Qora metallurgiyada ham sulfidlar uchraydi va ularning mahsulotlarda taqsimlanishi jarayoniga katta ta’sir qiladi. Bir qator texnologik jarayonlarning birinchi bosqichda sulfidlarning erishi va kremniy, kaltsiy, alYuminiy va boshqa metall oksidlarini ajratib olishdan iboratdir. Qimmat metallar og‘irroq faza bo‘lgan shteynlarda to‘planadi. Bazi jarayonlarda oksidlar sulfidlanib shteyn fazasiga o‘tkaziladi. Tiklanuvchi jarayonlarda metallashgan shteynlar olish imkoniyati bor.
Shteyn o‘zi bilan har xil metallar sulfidlari eritmasini tashkil qiladi. Shteynda bir qancha metall oksidlari erigandir (asosan temir oksidlari).
Shteynlarni tuzilishida asosan moddalar orasida kovalentli bog‘lanish keng tarqalgan. Buni isboti namunasida sifatida quyidagi omillarni ko‘rish mumkin:
1) eritilgan sulfidlardan elektroliz yordamida elektrodlarda metall olish mumkin emas;
2) SuYuq sulfidlarni elektr o‘tkazish qiymati ion sistemalariga nisbatdan ancha ko‘proqdir;
3) Elektr o‘tkazishning harorat koeffitsienti suYuq sulfidlarning stexiometrik tarkibiga bog‘liqdir;
4) oltin gugurt yetishmagan sharoitlarda elektr o‘tkazishning harorat koeffitsienti manfiydir, bu esa metallarga xos xususiyatdir. Oltingugurt ko‘proq bo‘lsa, elektr o‘tkazishning harorat koeffitsienti aksariga aylanadi va bu xususiyat yarim o‘tkazgich xossalarga mosdir.
Shteynlarning muhim bir xususiyati - ularni erish haroratidir. Erish harorati o‘ziga xos diagrammalardan aniqlanishi mumkin. Metallurglar shteynlarni erish haroratinini aniqlaganda ularni optimal tarkibini tanlab, berilgan harorat masofasida pech agregatlarini avariyasiz ishlashini ta’minlaydi. Sulfidlar o‘zi bilan metallarni oltingugurt bilan kimyoviy birikmasini hosil qiladilar. Ularning qatoriga Cu₂S, FeS, PbS va boshqalar kiradi. Bir qator sulfidlar uchun murakkab binarli sistema diagrammalari tuzilgan.
Bu sistemada dastlabki sulfidlardan tashqari hech qanday boshqa kimyoviy birikmalar yo‘q. Taxminan 50 % (og‘irlik bo‘yicha) Cu₂S va 950°Cda sistemada V evtektikasi mavjuddir. Diagrammaning ikkala tomonida qattiq eritmalarga xos keng mintaqalar bordir, ayniqsa, Cu₂S tomonidan kengroqdir (mintaqa e₂ CAHR). FeSni Cu₂Sda evtektika haroratida erishqoqligi 36-50 % tashkil qiladi, Cu₂S ni CuS da esa 8-18 %.
Mis va temirlarni Yuqori sulfidlari mustahkam emasdir va baland haroratlarda parchalanadi. Cu₂S - FeS chizig‘idan o‘ngroq joylashgan eritmalar oltingugurt ajralib chiqishi bilan parchalanadi. SuYuq holatda sistemada keng qatlamlanish mintaqasi mavjuddir. Qatlamlanish mintaqasini to‘g‘ri chiziq - qanotlar kesib o‘tadi. Qanotlar deb fazali diagrammada muvozanatda turgan nuqtalarni birlashtiradigan va geterogen mintaqalaridan o‘tgan chiziqlarga aytiladi. Masalan, 1200°C a- tarkibli suYuqlik ikki eritmaga qatlamlanadi; bittasi-metallik misga yaqin, ikkinchisi esa 50 % mis tarkibli eritmadir. Aralashmaydigan fazalarning soni richag qoidasi bo‘yicha aniqlanadi. Qatlamlanish mintaqasi tashqaridan modda kiritilsa (masalan, uglerod) kengayadi. Bunda aralashmalarning o‘zgarish holati Yuz beradi.
Sistemada ikkita uch komponentli nuqtalar mavjuddir: mis burchagiga yaqin joylashgan, uch komponentli peritektika (ye nuqta) va ye₁ nuqtaga javob beradigan uch komponentli evtektikadir.
Cu - Fe - S diagrammasi tuzuvchilarning bir-biri bilan kimyoviy reaksiyada qatnashadigan sistemalarga kiradi. Masalan ko‘rilayotgan sistemada quyidagi reaksiya oqib o‘tishi mumkin:
FeS + 2Cu =Cu₂S + Fe (37)
Keltirilgan diagrammalardan ko‘rinib turibdiki, hamma shteyn eritmalari oksid suYuqliklariga nisbatan, kamroq erish haroratiga egadir. Bu omil shlak bilan kontaktda bo‘lgan shteynlarni erish va kristallanishda katta ta’sir qiladi. Yuqorida ko‘rsatib o‘tilgan rasmlardan ko‘rish mumkinki, metallashgan shteynlar bir tomondan qatlamlanish chizig‘i, ikkinchi tomondan Cu₂S- FeS chizig‘i bilan cheklangan kichik mintaqada joylashgan. Bu chiziqdan tashqarida amaliyotda uchramaydigan eritmalar uchraydi. Sulfidlar deyarli katta hajmda metallarni o‘zida eritadi. Ularning tarkiblari Cu₂S - FeS chizig‘idan pastroq mintakada joylashgan.
Bundan shuni xulosa qilish kerakki, shteynlarni transportirovka qilish va saqlash uchun metallik, himoya qilinmagan, dastgohni qo‘llash man etiladi. Mostovich qoidasiga binoan, metallashgan shteynlarda oltingugurtning tarkibi 25 % ga yaqindir (oddiy shteynlarga o‘xshagan holat). Bunday qoida metallurgik hisobotlarda keng qo‘llaniladi.
Sulfidli eritmalarning yopishqoqligi, silikatlarga nisbatan ancha kamroqdir. Ayniqsa, kam yopishqoqlik bilan temirli eritmalar ajralib turadi. Shuning uchun shteynlar kichkina g‘ovaklarga oson kirib ketadi. Sulfidlarni yopishqoqligi oltingugurtni miqdori oshib borishi bilan kamayib boradi.
Eritmalarning zichligi fazalarning bo‘linishida katta ahamiyatga ega. qanchalik zichlikning farqi katta bo‘lsa, shuncha shlak bilan shteynni bo‘linishi osonroq o‘tadi. Quyidagi diagrammada Cu - Fe - S sistema eritmasining zichlik diagrammasi keltirilgan.
Diagrammadagi raqamlar 1300°C g/sm³ da zichlikni ta’riflaydi, ko‘rinib turibdiki, shteynlarni zichligi mis tarkibi o‘sishi bilan 4,25-5,20 gacha oshib boradi. Keltirilgan ma’lumotlardan metallurglar keng foydalanib, metallurgik jarayonni oqilona tartibda o‘tkazishlari mumkin.
Shuni nazarda tutish kerakki, sistemada fazalararo taranglikning oshishi shteyn tomchilarining kattalashishiga olib keladi. Tomchilar o‘lchamlarining kattalashish kinetikasiga ta’sir qiluvchi boshqa omil – shteynni shlak bilan majburiy turbulent aralashtirishdir. Tajriba shuni ko‘rsatdiki, uch daqiqali aralashtirish eng mayda tomchilarning miqdorini ikki marta kamayishiga olib keldi. Shlakda har qanday o‘lchamga ega bo‘lgan zarrachlarning borligi, ularning ularning har xil tezlik bilan siljishiga olib keladi va to‘qnashish imkoniyatini oshirib boradi. Bundan tashqari, bu jarayonning oqilona o‘tishiga metallurgik agregatning tiklovchi gaz atmosferasi ijobiy ta’sir ko‘rsatadi. Tiklovchi atmosrfera magnetitni kamaytirib, ikkilamchi elektrik qatlamning tuzilishiga ancha o‘zgartirish kiritadi. Fazalararo tortilishning ko‘payishi (yopishqoqlikning ko‘payishiga qaramasdan), mayda zarrachalarning koalissensiyasiga yaxshi ko‘maklashadi va buning natijasida metallarning mexanik isrofi kamayadi. Shteyn haqida bunday ma’lumotlarni o‘rganish bo‘lajak mutaxassislarga keng ko‘lamda yordam berib metallurgik jarayonni to‘g‘ri boshqarishga imkon beradi, shuningdek, vujudga kelgan ilmiy muammolarni oqilona bartaraf etishlariga ko‘maklashadi. Shteyn tarkibidagi qimmatbaho metallarni saqlab qolish, uni chiqindi shlaklar bilan chiqib ketishini oldini olish hozirgi kun metallurgiyasining asosiy va eng dolzarb muammosi hisoblanadi. Bu esa bo‘lajak metallurg mutaxassislardan ko‘p bilim va katta amaliy tajriba talab etadi.

103-rasm. Mis – qo‘rg‘oshin shteyni. Sohaning markazida “K” evtektikasi ko‘rsatilgan. Yorqin qismlarda “D” modda mikrostrukturasi tasvirlangan, qoramtir makonlar esa bo‘shliqlardan iborat bo‘lgan “C” moddaning tasvirlaridir.

104-rasm. Mis – qo‘rg‘oshin shteyni. “K” evtektikasi va “D” modda sohalari tasvirlangan.