Shlak va shteyn sistemasining fizik –kimyoviy xususiyatlari Reja

Shlak va shteyn sistemasining fizik –kimyoviy xususiyatlari
Reja:

1. 
   Shlaklarning nordonlik va asoslilik xususiyatlari
   
2. 
   Sovitilgan va qattiq holatdagi shlaklar
   
3. 
   
   

Metallurgik, ko‘proq maxsus mineralogik adabiyotlarda shlaklarning tuzilishi haqida ko‘p ma’lumotlar keltirilgan va ularni aniqlash usullari berilgan. Masalan, J.H.L.Vogt va boshqalar shlakdagi mineral tuzilishini aniq keltirgan.

Shlakli eritma deb ruda yoki oraliq mahsulotlarning pirometallurgiya usuli bilan qayta ishlab chiqarish natijasida paydo bo‘ladigan oksidlarning murakkab eritmalariga aytiladi. Shlak tog‘ jinslari va ataylab qo‘shiladigan flyus oksidlaridan paydo bo‘ladi va foydali moddalarni ajratib olish uchun xizmat qiladi.
Pirometallurgiyada shlakli eritmalarning ahamiyati juda katta. Yuqori haroratlarda shlaklarda muhim kimyoviy jarayonlar oqib o‘tadi. Shuning bilan pirometallurgiya jarayonlarining termodinamika va kinetikasi bir qator hollarda shlaklarning fizik – kimyoviy xususiyatlariga bog‘liq. Xomashyoda qimmatbaho metallarning odatdagicha kam va tog‘ jinslari moddalarning baland miqdorligi 52 natijasida, pirometallurgik jarayonlar shlaklarning ko‘p chiqishi bilan ta’riflaydi (vaqti-vaqti bilan 100 – 120% dastlabki xomashyo hajmidan). Shlaklar xususiyatlari bilan metallurgik dastgohlarning ishlab chiqarish unumdorligi, yoqilg‘ining sarflanishi, metallarning isrofgarchiligi, xomashyoni qayta ishlash tannarxi va boshqa ko‘rsatkichlar aniqlanadi.
Jarayonning bir qatorida shlaklar olingan metallni oksidlanishdan saqlaydigan muhim himoyachi vazifani bajaradi. Yuqori haroratlarda o‘tadigan elektrometallurgik jarayonlarda shlakli eritmalar qarshilik elementlari funksiyalarini bajaradi. Vaqtivaqti bilan shlakli eritmalarni suyuq metallar aralashmalardan ajratish uchun ishlatadilar.
Fazalar orasida moddalarning taqsimlanishi qonuniga asosan, shlakli eritmalarda albatta bir qancha xomaki metall yoki uni sulfidi mavjuddir.
Shlakda metallarning kam miqdorligiga qaramay (0,1-1,5 %) ularni yuqori hajmda chiqishi natijasida, chiqindi bilan qimmatbaho moddaning nobudgarchiligini ko‘p bo‘lishiga olib keladi.
Metallurgiyada xomashyoga sarflar umumiy sarflarning 50-80 %ni tashkil qiladi, shuning uchun metallurgik shlaklar bilan metallarning nobudgarchiligini pasaytirish muammosi asosiylardan biri bo‘lib hisoblanadi.
Metallurgik shlaklarni asosini tashkil qiladigan muhim oksidlari bo‘lib: SiO2, FeO, Fe3O4 (FeO + Fe2O3), Ca O, MgO, Al2O3 bo‘ladi. Undan tashqari ularning tuzumiga ishqorli metallar, ZnO, Cr2O3, V2O5, VaO, MnO oksidlari ham kiradi. Suyuq shlaklarda sulfidlarning ma’lum soni eriydi - asosan FeS. Bir qator shlaklarda oltingugurtning miqdorligi 2-3 % ga yetadi. Misol tariqasida bir qator metallurgik jarayonlarning shlak tarkiblarini keltiramiz.
Metallurgik tajribada, tarkibiga qarab, shlaklar nordon va asoslilarga bo‘linadi. Nordon shlaklarga kremniy va alyuminiy oksidlarining yig‘indisi 40 % dan ko‘progi kiradi. Asoslilariga esa SiO2 va Al2O3 larni yig‘indisi 40 % dan kam miqdorli shlaklar kiradi.
Metallurgiyada stexiometrik nisbatliklar nordonlik yoki asoslilik darajasi bilan tasvirlanadi. Nordonlik darajasi deb kremniy, alyuminiy, fosfor, titan va boshqa nordon oksidlarga kiradigan kislorod gramm atomlarining yig‘indisini asoslilik oksidlariga kiradigan kislorodning gramm atomlarini nisbatligi tushuniladi.
Ikki komponentli evtektikani kristallanish harorati bu holatda o‘zgaradi, chunki sistema mono variantdir. Fazalarning soni har bir harorat uchun richag qoidasi bo‘yicha aniqlash mumkin. Nuqta ye uch komponentli evtektikaga javob beradi, qaysida ushbu sistemaning eng past erish harorati uchraydi - 1165°C.
Ushbu haroratgacha suyuqlik sovitilganda eritma to‘liq uch komponentli evtektika to‘rida kristallanadi. Bu evtektika quyidagi kimyoviy birikmalardan iboratdir: A, SiO2 va CaOSiO2. N tarkibdagi eritma sonini E kesim bilan qabul qilsak, u vaqtda ikki komponentli evtektikaning soni Me chiziq bilan aniqlanadi, uch komponentli evtektikaning soni esa N E chiziqning uzunligi bilan belgilanadi.
Yuqorida aytilganlardan shuni xulosa qilish mumkinki, shlakni o‘zi bilan fizik aralashma deb klassifikatsiya qilish mumkin va bir qancha qonuniyatlar bilan tabiiy qotishma deb qabul qilsa bo‘ladi. Shlakni evtektik aralashma deb qabul qilish mumkin, silikat eritmasini sovutilganda bir qancha qonuniyatlar bilan kristallanadi, shuningdek ular sharoitlarga qarab o‘zgarishi mumkin. Buni II bo‘limda ko‘rish mumkin. Nordonlik darajasiga qarab har qanday modda o‘ziga xos individual cheklamalarga egadir.
Nordonlik darajasiga qarab bu o‘zgarishlar ortosilikat va metasilikat oralig‘ida bo‘lishi mumkin. O‘zgarishlar shu bo‘limning qismida batafsil berilgan. Bu qoidalar ikkita minerallar bilan tuzilgan evtektika bilan birga ko‘riladi, qaysilar pastroq erish haroratiga egadir. Bu evtektika augit (xedenberit) va temir xaysperten (CaFeSi2O6 va Fe2Si2O6) minerallaridan tuzilgandir. Evtektika taxminan 60 % Fe2Si2O6 va 40 % CaFeSi2O6 Ca, Fe nisbatlari 0,2 : 0,8. Bu nisbatlik ikki mineral oralig‘ida shaxsiy cheklamalarga mos keladi, qaysi 0,2 Ca va 0,8 Fe dan ozgina ko‘proqdir.
Xedenberit birinchi kristallanadi, sal pastroqda esa xeperstin birinchi bo‘lib kristallanadi. Birinchi kristallangan mineral dastlabki eritmani tarkibini o‘zgartiradi va miqdorlari kamayadi. Bu esa boshqa moddalarning miqdorini oshiradi va yakuniy kristallanishiga evtektika hosil qiladi. Quymaga mos sovutilish va kristallanish 63 qoidalari shlak muammosini to‘liq yoritmaydi. O‘ta sovutish juda ko‘p uchraydigan va mikroskopda aniqlanadigan moddalar ham uchraydi.
Namunaviy evtektikani tuzilishi umumiy quymalarga o‘xshaydi va bir- biriga bog‘langan zarralaridan tuzilgandir yoki boshqa formada evtektikalanadi. Bu ko‘pincha evtektikani kristallanish qonuniyatlari va likvidus chizig‘ini ko‘rinishiga bog‘liqdir. Bu esa yuqori haroratli tahlilda aniqlanadi. Silikat eritmasida masalan ko‘pincha yopishqoqligi va massa almashuvi jarayonlariga bog‘liqdir. U yerda moddalarni molekulalarni aktivligi kristallanishi (qattiqlanish) normal harorati va sovutish tezligiga bog‘liqdir, bu ko‘rinishlar shlakda aniq bilinadi. Shunga o‘xshagan sharoitlarda quyidagicha ko‘rinadi. Ikki mineral «a» va «v» evtektika paydo qilishadi. Agarda moddalarning miqdori «a» mineraliga to‘g‘ri kelsa, bu substansiya hosil qiladi va ushbu kristallar birinchi bo‘lib kristallanadi va eritmaning miqdori «v» moddaga yaqinlashadi, lekin haroratning pasayishidan yopishqoqligi oshib boradi va o‘ta sovish haolati uchraydi va shu holatda «a» kristallari birgalikda qattiq holatga o‘tadi. Agarda ushbu o‘zgarishlar oshib borsa, «a» nuqtaga yaqinlashadi va qaytadan «o» nuqtaga qaytib keladi, shu jarayon yana qaytariladi. Agarda evtektika nuqtasi oldingi miqdorligi oshib borsa o‘ta sovutish yana uchraydi va «a» kristallari qaytadan kristallanadi. Undan keyin «a» moddasining kristallanishi kamayadi va nihoyat to‘xtaydi. Endi agar evtektika nuqtasi oldida miqdorlari ko‘payib ketsa, o‘ta sovutish davri kristallanish nuqtasidan ko‘proq bo‘ladi va «a» yana kristallanadi. Yakunida a birinchi to‘liq kristallanib eritma «a» nuqtaga o‘tib kamayadi va «b» miqdori o‘ta ko‘payib va yakunida faqat «b» moddasi qoladi va a + v evtektika o‘rniga eritmani yopishqoqligi ko‘payib ketish natijasida kristallanish umuman to‘xtaydi va eritma shisha shaklda qotib qoladi.
Shlakning shunday tuzilishi mikroskop yordamida aniq ko‘rish mumkin va shu ko‘rinishda har qanday evtektika strukturasi aniqlanmaydi. Shlaklarda shisha borligi sovutishda yopishqoqlik ko‘payib borishi bilan bog‘liqdir.
Harorat pasayishida yopishqoqligi oshadi va moddalarni harakatlanishi kamayib ketadi. Bu sharoitda eritma aniq kristallar hosil qilmaydi va shisha ko‘rinishida qotib qoladi. Bu sharoitda yuqori oksidlanish darajasida albitga va ortosilikatlarga o‘xshagan birikmalar paydo bo‘ladi. Suyuq holatdan past nordonlik darajasida kristallik strukturaga ega bo‘lmagan qattiq modda paydo bo‘ladi va aniq kristallanish nuqtasiga ega bo‘lmaydi va sovutish yoki eritish jarayonlari bir aniq haroratda emas, bir harorat oralig‘ida amalga oshiriladi. Boraks shunday ko‘rinishni aniqlagan, faqat sovutish olib borilganda kristallik holatdan o‘tgan va yana qattiq moddaga aylangan.