Штейновые расплавы viιΙ Структура штейновых расплавов

VIII.4.Физико-химические свойства штейновых расплавов

Изучение физико-химических свойств жидких сульфидов и годы привлекает внимание многих исследователей. Ранее при рассмотрении строения жидких сульфидов приведены сведения В.П.Быстрова и Н.Ф.Соболь об измерении электропроводности в системе Cu-S (рис. 97). Данные этих же авторов об изменении вязкости в системе Cu-S в зависимости от содержания серы и температуры приведены на рис. 118. Характерно наличие двух максимумов, отвечающих в твердом состоянии границам области гомогенности соедине­ния Cu_2-xS, что, по-видимому, связано с большей упорядо­ченностью частиц в сиботаксисах при этих составах.

В работах О.А.Есина, И.Е.Добровинского и С.К.Чекмарева отражены результаты исследования вязкости, электропровод­ности и плотности жидких расплавов систем Ni-S, Fe-S, Co-S (табл. 11, 12).
Вязкость сульфидных расплавов значительно меньше вяз­кости силикатов. Особенно низкой вязкостью отличаются же­лезистые расплавы. По этой причине штейны (особенно бед­ные) легко проникают в малейшие поры и трещины. Этому способствует также и их легкая окисляемость.
Как и следовало ожидать, вязкость расплавов снижается с повышением температуры и содержания сернистого железа в системе. Минимум вязкости имеют расплавы в средней части составов.
Плотность расплавов имеет важное значение для разделе­ния фаз. Чем больше разность плотностей шлака и штейна,

Рис. 118. Изотермы вязкости расплавов системы Сu-S; 1-1250 ⁰C; 2-1200 ⁰C
Таблица 11. Вязкость расплава Fe-FeS, Ni-Ni₃S₂, Co-Co₄S₃
Fe-FeS Ni-Ni₃S₂ Co-Co₄S₃
S, % η·10³, Па·с, S, % η·10³, Па·с, S, % η·10³, Па·с,
(ат.) при (ат.) при (ат.) при
1500 °С 1550 °С 1400 °С 1500 °С 1400 °С 1500 ⁰С
0 - 5,4 0 - 4,9 - - -
8,6 4,2 4,0 7,4 4,1 3,6 0 - 4,65
16,6 3,0 2,9 16,9 3,3 3,0 10,7 4,0 4,6
24,4 2,6 2,4 24,1 2,9 2,6 21,3 3,4 2,9
31,1 2,0 1,9 32,2 2,2 2,0 26,6 2,5 2,2
38,3 1,8 1,7 33,4 2,0 1,8 33,0 1,0 1,8
48,8 1,4 1,8 37,6 2,7 2,4 38,8 1,7 1,5


Таблица 12. Вязкость расплавов FeS-Ni₃S₂, Ni₃S₂-Cu₂S, FcS-Cu₂S

Содержание FeS-Ni3S2 Ni3S2-Cu2S FeS-Cu2S
первого
компонента, η·lO^3, Па·с, при °С η·10^3, Па·с, при °C η·10^3, Па·с, при °С
% (по массе)
1000 1200 1300 1500 1200 1300 1500 1200 1300 1500
0 4,7 3,7 3,3 2,6 4,3 3,7 2,8 4,3 3,7 2,8
10 4,4 3,2 2,8 2,3 3,4 3,0 2,5 3,5 3,0 2,3
20 3,8 2,8 2,5 2,1 3,0 2,7 2,5 2,9 2,6 2,0
30 3,4 2,7 2,4 2,0 2,7 2,5 2,1 2,6 2,3 1,9
40 3,4 2,7 2,4 2,0 2,5 2,3 2,0 2,4 2,2 1,8
50 3,7 2,7 3,5 2,1 2,3 2,1 1,9 2,3 2,1 1,8
60 - 2,9 2,6 2,2 2,1 2,0 1,8 2,3 2,1 1,8
70 - 3,1 2,7 2,2 2,3 2,1 1,8 2,5 2,2 1,9
80 - 3,3 2,9 2,3 2,5 2,3 1,9 2,6 2,3 2,0
90 - 3,4 3,0 2,4 2,7 2,5 2,2 3,0 2,6 2,1
100 - 3,7. 3,2 2,5 3,7 3,3 2,6 3,7 3,2 2,5

тем быстрее идет их разделение. Плотность сульфидных расплавов для систем Сu—Fe-S и Ni—Fe—S по данным С.Е.Вайсбурда иллюстрирует на рис. 119. Плотность штейнов возрастает при увеличении содержания никеля и меди от 4,0 до 5,7 г/см³ с уменьшением содержания в них серы (рис 119). Плотность никелевых штейнов может достигать больших значений (до 7,0 г/см³), благодаря большей степени их металлизации.

Плотность ощутимо меняется с температурой. Плотность и твердого, и жидкого сульфида меди снижается плавно с увеличением температуры. Скачок при температуре плавлений сравнительно невелик (плотность уменьшается от 5,37 до 5,27 г/см³)- Некоторое уменьшение плотности при этом свидетельствует о разрыхлении структуры и возможном возрастании Доли ковалентной связи. В результате большой доли ковалентной связи в сульфидах поверхностное натяжение имеет меньшую величину, чем можно было бы ожидать.
Зависимость поверхностного натяжения от состава для систем Cu-Fe-S и Ni-Fe-S по данным С.Е.Вайсбурда при 1300 °С приведена на рис. 120. Диапазон изменения поверхностного натяжения в медных штейнах (35-40)-10^-2 Дж/м², в никелевых штейнах (35-40) ·10² Дж/м². Большое поверхностное натяжение связано с повышенным содержанием в штейнах свободных металлов (большая степень металлизации). Поверхностное натяжение штейновых расплавов, характерных для свинцового производства, изучали авторы совместно с В.П.Быстровым. На рис. 121 приведена зависимость поверх­ностного натяжения расплавов системы FeS—PbS и Cu₂S—PbS.