Pirometallurgiya jarayonlari nazariyasi

8.6. Shlak eritmalarining sirt tarangligi

Pirometallurgik jarayonlarda shlak eritmalarini sirt tarangligi katta ahamiyatga ega. Ko‘pchilik metallurgik jarayonlar aralashmaydigan fazalarning chegaralari mavjud bo‘lgan geterogen sistemalarda oqib o‘tadi.

Sirtning xususiyatlari va ularni chegarada bir-biri bilan kimyoviy aloqalari ko‘pincha texnologik jarayonlarning ko‘rsatkichlarini aniqlaydi. Masalan, shteyn-shlak chegarasidagi sirt tarangligiga kurtak o‘lchamlari va eritmadagi tomchilarni koalistensiya jarayoni. Flyus va o‘tga chidamli materiallarni shlak bilan namlanishi va shu bilan bog‘liq bo‘lgan, shlakni flyus bilan o‘zaro bog‘lanish kinetika va olovbardosnlikni buzilishi jarayonlaridir.

Sirt xususiyatlari ko‘pincha pirometallurgik jarayonlarning tezligiga va chuqurligiga ta’sir qiladi, bularning ichida shlak eritmasini ko‘pirishi va metallardan gazlarni ajralib chiqishida ham.

Sirt tarangligi va suyuqlikda o‘zaro aloqa bog‘lanish tabiatida o‘xshashlik uchraydi. Masalan, molekular aloqa kuchsiz molekular bog‘lanish bilan ro‘yobga oshiriladi va ularning sirt tarangligi kamdir (20-30 erg/sm²), ionli eritmalarda sirt tarangligi ko‘proqdir (100-200 erg/sm²). Energetik nuqtai nazardan, kuchli kationlarga ega bo‘lgan eritmalar, qaysilarda aralashgan ionokovalentli aloqalar mavjuddir, sirt tarangligi 200-400 erg/sm² oralig‘ida o‘zgaradi. Metallurgik shlaklar suyuqlikning ana shu guruhiga kiradi. Metallik guruhlarda kuchli aloqalar mavjuddir, sirt tarangligi 1200-1300 erg/sm² tashkil qiladi.

Asosiy shlak hosil qiluvchi oksidlarni sirt tarangligiga ta’siri 8.5-rasmda keltirilgan.

8.5-rasm. Oksidlarni shlakning sirt tarangligiga ta’sirini sxematik tasnifi.
Ionlar A1³⁺ va Si⁴⁺ kompleks uzgaruvchi kation guruhiga kirishadi, ularning miqdorligi ko‘payganda kremniykislorod va alyumosilikat kompleks ionlarning hajmida aloqalarni kuchlanishi kuzatiladi. Kompleks birikmalarining o‘lchamlari oshib boradi va shu bilan birga sirt tarangligi kamayadi va asosiy eritmaning massasi bilan bog‘lanish kuchsizlanadi. Eritmaga ion modifikatorlarni qo‘shilganda sirt tarangligini oshishi kremniy kislorod komplekslarini buzilishi bilan bog‘liqdir. Shlakning nordonligi va ayniqsa uning tarkibida kremniy dioksidini miqdorligi, asosiy ahamiyatga ega. Kationlarning ahamiyati deyarlik o‘xshashdir. Lekin uch komponentli shlakda kaltsiy oksidini boshqa metall oksidlariga almashtirish butun eritmani sirt tarangligini oshishiga olib keladi. Kationlar qatorida sirt tarangligi ion potentsiali oshishi bilan o‘sadi:

 va ² + < sr²⁺ < o‘a²⁺ < mg²⁺ .

Shlak eritmalarini asosini FeO-CaO-SiO₂ sistema tasnkil qiladi.

Bu sistemada sirt tarangligi miqdorlikning keng mintaqa o‘zgarishida deyarlik kam o‘zgaradi (385-460 erg/sm²). Bunga sabab-eritmadagi kationlarni anionlar bilan o‘zaro aloqasi bir-biriga o‘xshashdir. Shlakda kremniy dioksidini miqdorligini o‘sishi shlakni sirt tarangligini pasayishiga olib keladi, chunki kompleks anionlarning strukturasi murakkablashadi.

Sirt tarangligining qiymatiga eritmada aktiv moddalarning mavjudligi katta ta’sir qiladi. Gibbs qoidasiga muvofiq adsorbtsiyani qiymati quyidagi tenglama orqali aniqlanadi:

G=a/RT*d/da (8.6.1)

bunda G - adsorbsiya, mol/sm ²; a - aktivlik; - sirt tarangligi, erg/sm².
O‘zini qo‘shnilari bilan kuchsiz aloqaga ega bo‘lgan kation va anionlar sirt qatlamiga siqib chiqariladi. Shlaklarda shunday komponentlarga ishqor metallarning kationlari, oltingugurt, ftor va bir qator boshqa moddalarning anionlari kiradi. 8.6-rasmda bir qator aktiv moddalarni ko‘p komponentli shlakni sirt tarangligi ta’siri ko‘rsatilgan.





1-MnO^.SiO₂

2-TiO₂

3-SiO₂

4-Na₂O

5-CaF₂

6-P₂O₅

Miqdorlik, % (mol)

8.6-rasm. 27% CaO, 36% FeO, 6% Fe₂O₃, 31% SiO₂ tarkibli shlakka 1350°C da birikmalarning sirt tarangligiga ta’siri.
Sirt tarangligini haroratga bog‘liqligi suyuq shlakning tuzilishlarini ajralib turadigan xususiyatlarini ko‘rsatadi. Sirt tarangligi harorat o‘sishi bilan o‘zini o‘zgaruvchan tartibda tutadi.

Bir tomondan harorat o‘sishida kremniy kislorod komplekslarini o‘lchamlari kamayadi va ichki aloqalar bo‘shashadi, bu sirt tarangligining o‘sishiga olib keladi (8.7-rasm).

8.7-rasm. Metallurgik shlak (2) va molekular suyuqlik (1) larning sirt tarangligini haroratga bog‘liqligi.

Ikkinchi tomondan hamma komplekslar ajralishgandan so‘ng kationlarning harakatchangligi o‘sadi va shu nuqtadan boshlab shlaklar normal suyuqlik qonuniyatlarga bo‘ysunadi.

Haroratning o‘ta o‘sishi sirt tarangligining kamayishiga olib keladi.