Pirometallurgiya jarayonlari nazariyasi

8.8. Suyuq shteyn va sulfidli eritmalarning tuzilishi, fizika-kimyoviy xususiyatlari

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. Ruda yoki kontsentratlarni qayta ishlashda olinadigan shteynlarning tarkib namunalari 8.1-jadvalda keltirilgan.

8.1-jadval

Pirometallurgik ishlab chiqarishdagi shteynlarning tarkiblari

Jarayon	Shteynning tarkibi, % (og‘irlik bo‘yicha)
	Fe	Cu	Ni	Pb	Zn	S	O2
Mis kontsentratni yalik pechda eritish	30-50	15-40	-	0,5-1,0	1-5	22-26	2-3
Oksidlangan nikel rudasini pechda eritish	55-65	0,1-0,3	12-20	-	-	15-22	0,5-2
Mis nikel rudasini elektr pechda eritish	50-60	5-10	5-13	-	-	25-28	1-2
Qo‘rg‘oshin aglomeratini shaxtali pechda eritish	20-40	10-30	-	10-20	5-10	13-22	3-6

Shteyn o‘zi bilan har xil metallar sulfidlarini eritmasini tashkil qiladi. Shteynda bir kancha metal oksidlari erigandir (asosan temir oksidlari).

Shteynlarni tuzilishida asosan moddalar orasida kovalentli aloqa keng tarqalgan. Buni isboti namunasida quyidagi omillardan 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 oltin gugurt bilan kimyoviy birikmasini tasavvur 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. Kanodlar 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 (8.7.1)

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. 8.9-rasmdan ko‘rish mumkinki, metallashgan shteynlar bir tomondan qatlamlanish chizig‘i, ikkinchi tomondan Sg₂S- 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. 8.9-rasmda Cu - Fe - S sistema eritmasining zichlik diagrammasi keltirilgan.

8.9-rasm. Cu - S sistemasini yopishqoqlik izotermasi.

8.10-rasm. Cu - Fe - S sistema eritmasining zichlik diagrammasi.

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.