Pirometallurgiya jarayonlari nazariyasi

Shlak bilan metallning isrofi va uni kamaytirish yo‘llari

Shlak bilan metall isrofining sabablari

Shlak bilan metallning isrofi zamonaviy metallurgiyaning eng katta yechilmagan muammosidir. Rangli metallurgiyada dastlabki xomashyoning tan-narxi umumiy metall olish tan-narxining 70 – 80% ini tashkil etadi. Qora metallurgiyada esa xomashyoning narxi 50 – 60% ni tashkil qiladi. Shlakda metallning miqdori seyarli ko‘p emas. Rangli metallar metallurgiyasida 0,6 – 3,5% ni, qora metallurgiyada esa 16 – 20% ni tashkil qiladi. Olinayotgan metallga nisbatan shlaklarning katta hajmda paydo bo‘lishi umumiy metallning isrofini sezilarli darajada ko‘payishiga olib keladi. Metallning shlak bilan isrofini kamaytirish uchun metall shlakda qaysi ko‘rinishda bo‘lishini bilish shart. Faqat shu dalilga asoslanib shlakka shunday ta’sir qilish mumkinki, unda shlakdagi metallning isrofini kamaytirishga erishiladi. Qabul qilingan sinflash asosida metall shlakka uch xil yo‘l bilan o‘tishi mumkin:

1) kimyoviy; 2) fizikaviy; 3) mexanik.
Kimyoviy isrof tiklanish yoki sulfidlanish reaksiyalarini oqib o‘tishi tufayli vujudga keladi. Bu jarayonlarning kimyoviy reaksiyalarini umumiy holda quyidagicha yozishimiz mumkin:
(MeO) + CO (H₂) = [Me] + CO₂ (H₂O) (9.2.4)

(MeO) + [FeS] = [MeS] + (FeO) (9.2.5)

Rangli metallning eritma holatdagi isrofi reaksiyaning termodinamikasi bilan aniqlanadi. Sanoat sharoitlarida reaksiya ko‘pincha muvozanat holatiga yetmaydi, bu esa metallarning shlak bilan kimyoviy isrofini ko‘payishiga olib keladi.

Fizikaviy isrof metallni yoki metall sulfidini ikkita bir-biriga aralashmaydigan fazalarda (metall va shlak, shlak va shteyn) taqsimlanish koeffitsienti qonuniga asoslangan bo‘ladi. Fizik va kimyoviy isrofgarchilik faqat fazalararo chegarada o‘tish bilan farqlanadi. Shu sababli ularni birlashtirib elektrokimyoviy sarflanish deb nomlanadi.

Mexanik isrof fazalarning chala bo‘linishida va suyuq shteyn yoki metallning mayda zarrachalarini shlakda aralashib qolishi tufayli sodir bo‘ladi. Bu holat metallurgik pechga shixta yuklanganda u shlakning ustki qismiga tushib, unda erib, kerakli komponent shlak qatlamidan metall yoki shteyn qatlamiga sizib o‘tishga ulgurmay qoladi va natijada pechdan shlak chiqarilganda u bilan birga chiqib ketadi.

Metallning shlak bilan isrofiga katta ta’sir qiluvchi omillar – bu harorat, bosim va ayniqsa, pechning atmosferasidir. Agar jarayon neytral yoki tiklovchi atmosferada o‘tsa (kislorodning past parsial bosim sharoitlarida), mexanik isrof umumiy isrof balansining asosiy qismini tashkil qiladi. Aksincha, agar pechning atmosferasi oksidlantiruvchi bo‘lsa, unda asosan elektrokimyoviy isrof ko‘proq uchraydi.

Metall olishda turli kimyoviy reaksiyalar oqib o‘tadi. O‘shalardan biri temirning ikki valentli holatdan uch valentli holatga o‘tishidir. Agar bunday reaksiya sodir bo‘lsa, sistemada magnetit paydo bo‘ladi va u esa eritmaning barcha xususiyatlarini yomon tomonga o‘zgartirib, jarayonni buzishi mumkin. Reaksiyaning umumiy ko‘rinishi quyidagicha:

3Fe₃O₄ + MeS = MeO + 9FeO + SO₂ (9.2.5)

Bu hodisa metallarning silikat eritmasida erish qobiliyatini oshiradi, chunki, og‘ir rangli metallarning kationlari temir vakansiyalariga joylashib oladi.

Ko‘pchilik hollarda metallarning mexanik isrofi rangli metallurgiyada asosiy ko‘rsatkich hisoblanib, u metall tomchilarining shlak qatlamidan metall yoki shteyn qatlamiga tomon sizib o‘tish tezligi bilan belgilanadi va uni quyidagi formula orqali topish mumkin: