Pirometallurgiya jarayonlari nazariyasi

8.4. Oksid sistemalarining uch komponentli diagrammalari

Teng tomonli uchburchak diagrammalarda uch komponentli sistemalarni qandaydir bir xususiyatni tarkibga bog‘liqligi ko‘rsatiladi (erish harorati, yopishqoqlik, zichlik va h.k.). Uchburchakning o‘qlarida sistemaning komponentlari joylashgan A, B va C. Uchburchakning tomonlarida A, B va C; A va C lardan tuzilgan ikki komponentli tarkiblar joylashgan. Uchburchakning ichida esa hamma uch komponentli sistemalar o‘rin olgan.

Uch komponentli quymalarni tarkibini aniqlashda teng tomonli uchburchakning ma’lum bo‘lgan geometrik xususiyatlaridan foydalaniladi (8.1 va 8.2-rasm).

Berilgan nuqtadan uchburchakning tomonlariga tushirilgan perpendikulyarlarning yig‘indisi uchburchakning balandligiga teng (8.1-rasm), yoki uchburchakning tomonlarini parallel o‘tkazilgandan keyin kesimlarining yig‘indisi uchburchakning tomoniga teng (8.2-rasm). Uchburchakning balandligi yoki tomonini 100 % ga teng deb qabul qilsak, eritma tarkibidagi komponentni miqdorligini perpendikulyar yoki kesim bilan aniqlasa bo‘ladi.

8.1-rasm. Uch komponentli diagrammani gorizontal maydonga proyeksiyasi.

8.2-rasm. Uch komponentli diagrammada tarkibni aniqlash.

Uchburchakning tomonini 100% ga teng deb qabul qilish qulayroqdir. Bunda uch komponentli sistemadagi miqdorlikni aniqlash uchun berilgan nuqtadan o‘qdan qarama-qarshi turgan tomonga parallel chiziq o‘tkazish kerak. Yon tomondagi kesimlar komponentni izlayotgan miqdorligini aniqlaydi. Uch komponentli diagrammalar shlaklarni likvidus chiziqlarini aniqlashga, eritmani durlanish yo‘llarini, fazalar ajralib chiqish ketma-ketligini va durlanish haroratini aniqlashda qo‘llash mumkin. 8.1-rasmda uch komponentli CaO-SiO₂ Al₂O₃ sistemasini holat diagrammasida keltirilgan. Bu sistema qora metallurgiyada shlaklarni asos qiluvchidir. Uch burchakning ichida ikkita mustahkam kimyoviy birikmalar bor: A - anortit, CaO * Al₃O₂ * 2SiO₂ (yer ish harorati 1550°C) va V-gelinit 2CaO  Al₃O₂.

SiO₂ (erish harorati 1590°C). Birikmalar 8 ta 2 va uch komponentli evtektikalar hosil qiladi. Bu evtektikalar eng past erish haroratlariga egadir. Kremniy dioksidi burchagi oldida (diagrammaning yuqori qismida) uch komponentli sistemani qatlamlanish mintaqasi bordir. Diagrammada bu mintaqa shtrixlangan. Diagrammadagi likvidus chizig‘idagi o‘qlar, eritmani sovitishda durlanish yo‘lini ta’riflaydi. O tarkibdagi eritmani durlanish yo‘llari 8.2-rasm keltirilgan. Ushbu rasmda CaO - SiO₂ - Al₂O₃ diagrammasini bir qismi tasvirlangan.

Diagrammadagi O nuqta joylashgan mintaqada A kimyoviy birikmasi mavjuddir. Eritmani harorati pasayishda (tarkibi O ga mos) taxminan 1450°C eritmadan qiyin eriydigan A birikmaning durlari ajralib chiqadi. Bu holatda sistemada muvozanatda A durlari va suyuqlik bo‘ladi. Eritmada A durlari kamayishi bilan qilgan suyuklikning tarkibi KOA chizig‘i bo‘yicha o‘zgaradi. Eritmaning sovish davrida suyuqlikning tarkibi N nuqtaga yaqinlashadi, ya’ni AON to‘g‘ri chiziqni yee₁ ikki komponentli evtektika chizig‘i bilan uchrashgan nuqtaga javob beradi.

O nuqtadagi tarkib sonini NA chiziqni uzunligiga teng deb qabul qilamiz. Unda richag qoidasiga binoan, 1300°C dan pastroq haroratda durlarning ajralib chiqgan soni OM kesimga to‘g‘ri keladi. N tarkibdagi suyuqlikning qolgan soni esa, OA to‘g‘ri chiziq kesimi bilan belgilanadi. Sovitishning davomida N tarkibli eritmadan ikki komponentli E evtektikasi ajralib chiqadi. Ushbu evtektika qo‘shni mintaqalarda joylashgan A tarkibdagi kimyoviy birikma va CaOSiO₂ lardan iborat bo‘lgan.

Qolgan suyuklikning miqdorligi N nuqtadan ye nuqta tomon o‘zgaradi (bu o‘zgarish Е chizig‘ida joylashgan).

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 eritmani 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. Shunday qilib O nuqtali eritmaning kristallanish yakunida A tarkibli kristallar, ikki komponentli va uch komponentli evtektikalar mavjuddir. Uch komponetli evtektikaning kristallanishi o‘zgarmas haroratda o‘tadi, chunki sistema nonvariantlidir.

Temir oksidi bo‘lgan uch komponentli diagrammalar rangli metallurgiyada uchraydigan shlakrlarning asosidir. FeO - Fe₂O₃ - SiO₂. Eng past erish haroratiga ega bo‘lgan tarkiblar SiO₂ - 25-30 % ga javob beradi.

Shlaklarning bu tarkiblari mis shteynini konverterlashda va boshqa metallurgik jarayonlarda uchraydi. Bu sistemalar ancha kam o‘rganilgan, chunki bularga havodagi kislorodni parsial bosimi katta ta’sir qiladi.

Faza tarkibi va erish haroratga kislorodni parsial bosim ta’sirini o‘rganish katta ahamiyatga ega. Masalan 1250°C qizitilgan eritmaning tarkibi FeO - SiO₂ tomonida joylashib 20% li kremniy dioksidiga javob beradigan bo‘lsin. Unda kislorodni parsial bosimini 10~⁷ dan 10³ Pa gacha ko‘tarilishi figurativ nuqtani FeO - Fe₂O₃ tomoniga parallel chiziq bo‘yicha siljishga olib keladi va 10³ Pa izobarasi bilan to‘qnashadi. Bunda nuqta magnetitni kristallanish mintaqasida bo‘ladi. Yangi holatdagi kristallanish harorati 1480°C javob beradi. Shlak geterogen holatiga o‘tib, oddiy metallurgik jarayonlarda uni eritish imkoniyati bo‘lmaydi.

Bu diagrammalardan shunday xulosa qilish mumkinki, agarda shlakda temir oksidlari bo‘lsa, ularni o‘ta oksidlanishiga yo‘l qo‘yish mumkin emas. Eritmani oksidlanishi judayam tez o‘tadi-sistemada kislorodni biroz bosimini ko‘payishi eritmada uch valentli temirni ko‘payishiga olib keladi. Rangli metallurgiyani amaliyoti shuni ko‘rsatadiki, konverter shlaklarda magnetitni miqdorligi 20 % gacha ko‘tariladi. Metallurgiyada ko‘p uchraydigan uch komponentli sistemalarni diagrammali tuzilgan. Bu diagrammalardan foydalanib eng past haroratlarda eriydigan tarkiblarni aniqlab amaliy ish olib borish mumkin.

Al₂O₃ va CaO larni shlakka qo‘shilishi ularni kristallanish haroratini pasaytiradi, MgO ni qo‘shimcha berish esa aksincha ko‘paytiradi.