1-Mavzu. Kirish. Turli foydali qazilmalardan foydalanishda boyitishning roli va axamiyati

Qattiq fazalar orasidagi reaksiyalar. Shixta bilan qattiq yonilg’i orasidagi fazada shixtaning eng kichik zarralari reaksiyaga kirishadi. Bu jarayon asosan qattiq fazada sodir bo’ladi. Qattiq fazada faqat ekzotermik reaksiyalar boradi, ya’ni bunda doim issiqlik ajralib chiqadi. Bu reaksiyalarning yana bir jihati boshlang’ich reaksiya reagentlarning nisbati bilan boshqariladi. Qattiq reagent bilan CaO va SiO₂ to’rt xil nisbatda olinadi, ya’ni 3:1; 2:2; 1:3; 2:1; va bu to’rt holatda ham birinchi mahsulot sifatida CaO^.SiO₂ olinadi.
Kontakt zonada CaO va SiO₂ ning qattiq fazada 1000^oC haroratda turli nisbatda reaksiyaga kirishish sxemasi 3- rasmda ko’rsatilgan.

3-rasm. 1000⁰C qattiq qatlamda CaO va SiO₂ ning kontakt zonada ta’sirlashuv sxemasi.

Juda ko’p soatlik reaksiya jarayonidan so’ng oxirida tarkibida boshlang’ich mahsuloti bo’lgan mahsulot hosil bo’ladi.

Birinchi mahsulot sifatida 2CaO^.SiO₂ olinadi. Qizdirilgandan so’ng 2CaO^.SiO₂–CaO qatlami hosil bo’ladi. Keyingi bosqichlarda 3CaO^.SiO₂, 2CaO^.SiO₂ – 3CaO^.2SiO₂ qatlamlar ketma-ketlikda hosil bo’lishadi. Eng kam hosil bo’ladigan qatlam CaO^.SiO₂ jarayonning oxirida hosil bo’ladi. To’rt soat davom etadigan reaksiyaning oxirgi mahsuloti CaO bilan SiO₂ dir.
2-jadvalda qattiq aralashmalarning turli tarkiblari keltirilgan.

2-jadval
Qattiq fazadagi birlamchi mahsulotlarning reaksiyalari

Qattiq moddalarning reagentlari	Aralashmaning molekulyar nisbatlari	Reaksiyaning birlamchi mahsulotlari
CaO + SiO2	3:1; 2:1; 3:2; 1:1	2CaO^.SiO2
MgO + SiO2	2:1; 1:1	2MgO^.SiO2
CaO + Al2O3	3:1; 5:3; 1:1; 1: 2; 1:6	CaO^.Al2O3
MgO + Al2O3	1:6; 1:1	MgO^.Al2O3

Sodda kristall tuzilishga ega bo’lgan qattiq reagent doimo birinchi mahsulot hisoblanadi. Aglomeratsiya vaqtida shixta zonasida ular bir necha daqiqagina hosil bo’lishadi. Ikkinchi va qolgan mahsulotlarning tabiati o’zgarmay qolaveradi. Agar kristall tuzilishi murakkab bo’lsa, u holda bir necha mahsulot hosil bo’ladi.
Qattiq fazada boradigan reaksiyalarni yaxshiroq tushuntirish uchun 3 ta qattiq reagent A, B, C ning orasida otib boradigan reaksiyalarni ko’rib chiqamiz.
Taxminan, A va B mahsulot A va C mahsulotdan ko’p deb faraz qilamiz
A + B = AB
Qattiq fazada A moddasi B ga umuman teginmasligi mumkin deb qaraladi, lekin bunda o’z-o’zicha AC hosil bo’laveradi.
Lekin bir vaqtning o’zida A, C va B bir-biriga to’qnash ham kelaveradi. A va B ning bir-biriga to’g’ri kelishi natijasida AB mahsulot AC ga nisbatan ko’proq hosil bo’ladi.

4-rasm. Qattiq fazada moddalarning o’zaro ta’sirlashuvi.

Bu quyidagi jarayonning hosil bo’lishiga olib keladi:

a) flyuslangan shixta asosan gematit – Fe₂O₃ dan iborat qoldiq mahsulotlar qolishi; b) CaO bilan SiO₂ning bir-biriga mos kelishi (ikki marta ko’proq); d) CaO bilan Fe₂O₃ ning mos kelishi.
Bu yerda shixtaning asosiy massasi Fe₂O₃, CaO bilan SiO₂ ning massasi juda kam. Shuning uchun bu yerda ferrit kalsiy asosiy mahsulot hisoblanadi.

5-rasm. Aglomeratsion shixtadagi CaO-SiO₂, CaO-Fe₂O₃ kontaktlarning soni

Qattiq fazaning asosiy xarakteristikalaridan biri uning haroratidir. Harorat ortishi bilan ferrit kalsiyning hosil bo’lishi ortadi.

Reaksiyaga kirishuvchi moddalar	Reaksiyaning qattiq mahsuloti	Mahsulot hosil bo’lish harorati
2CaO + SiO2	2CaO^.SiO2	500
CaO + Fe2O3	CaO^.Fe2O3	610
CO CO3 + Fe2O3	CaO^.Fe2O3	590
Fe3O4 + SiO2	2 FeO^.SiO2	970

Aglomeratsion shixtaning tarkibida umuman reaksiyada ishtirok etmaydigan moddalar bor. Masalan: gematit Fe₂O₃, kremnezyom SiO₂, ferrit kalsiy. Neytral muhitda hattoki 1400^oC haroratda magnetit donalari parchalanmay turaveradi. Shundan xulosa qilsa bo’ladiki, qattiq fazada flyuslangan shixtaning tarkibida albatta kalsiy ferrit bo’ladi. Bu yerda quyidagi reaksiya muhim rol o’ynaydi.
2Fe₃O₄ + 3SiO₂ + 2CO = 3[2FeO^.SiO₂] + 2CO₂
Bu yerda qattiq fazada fayalit hosil bo’ladi, u SiO₂ bilan reaksiyaga kirishmaydi.
Ikkita qattiq faza orasidagi reaksiya mexanizmi juda murakkab, reaksiya boshlanganda, ikkita faza o'rtasida parda hosil bo’ladi. Bu parda ionlarning diffuziyasi uchun xizmat qiladi. Agar ionlar shu parda orqali o’tsa, demak diffuziya yaxshi ketayotgan bo’ladi. 1000^oC haroratda CaO bilan SiO₂ ning 60% bir daqiqada reaksiyaga kirishadi. Harorat 1200^oC bo’lsa, bir daqiqada 70% mahsulot hosil bo’ladi.



Vaqt, min

Ferrit kalsiy hosil bo’lishi, %

6-rasm. 1190⁰C li CaO-FeO kukunlari aralashmasida (1:1, 2:1) hosil bo’ladigan kalsiy ferritning miqdori

Qattiq fazalar orasida boradigan aglomeratsiya reaksiyasini quyidagi rasmda ko’rsatish mumkin.

7-rasm. Qattiq fazada aglomeratsion shixtadagi moddalarning o’zaro ta’sirlashuv sxemasi

Flyuslangan shixtada eng ko’p CaO va Fe₂O₃ to’qnash keladi. Qattiq fazada eng tez ketadigan reaksiya ham shu hisoblanadi. Boshlang’ich haroratda CaO+SiO₂; Fe₃O₄ + SiO₂ reaksiyalari ketib turadi. Shu bilan bir qatorda ferrit kalsiyning ham hosil bo’lishi reaksiyasi to’xtamay davom etadi. Bu sxema tajribalar orqali isbotlangan. Qaytarilgan gematit-magnetit CaO bilan reaksiyaga kirishmaydi.