Штейновые расплавы viιΙ Структура штейновых расплавов

Рис. 119. Диаграмма плотности (обозначена цифрами г/см³) расплавов системы Cu – Fe – S (a) и Ni – Fe – S (б)





Рис. 120. Диаграммы изотенз систем Cu – Fe – S (a) Ni – Fe – S (б)





Рис. 121. Изменение поверхностного натяжения в системах FеS-Pbs (а) и Cu₂S-PbS (б) в зависимости от состава при 1300 °С

Наблюдается заметное снижение поверхностного натяжение при замене FeS и Cu₂S на сульфид свинца. По-видимому, это связано с тем, что более крупные атомы свинца слабее свя­заны с серой, чем железо и медь.

Промышленные штейны всегда содержат растворенные окси­ды железа и сульфид цинка. Влияние добавок этих компонен­тов по данным авторов приводит к снижению поверхностного натяжения медного штейна (20% Сu и 28% S). Особенно сильное влияние оказывает магнетит, который следует считать поверхностно активным компонентом (табл. 13).
Накопленный экспериментальный материал по закономер­ностям изменения физико-химических свойств жидких сульфи­дов представляет для металлургов большой интерес. С одной стороны, эти данные имеют самостоятельное научное значе­ние, так как позволяют выявить отдельные закономерности строения жидких сульфидов. С другой, они необходимы в практической работе, так как без них нельзя провести ка­кие-либо термодинамические или металлургические расчеты, определение объема оборудования и выбор оптимальных условие ведения технологических процессов.
Таблица 13. Влияние добавок Fe₃O₄ и ZnS на поверхностное натяжение σ медного штейна

Добавка, σ, мН/м, при температурах, °С Добавка, σ, мН/м, при температура ^0С,
% %
(по 1250 1300 1350 1380 (по 1250 1300 1350 1380
массе) массе)
0 306 334 343 347 8,0 209 242 284 300
2,0 268 302 321 329 2,0 289 308 315 321
4,0 240 276 308 316 4,0 277 288 300 302
6,0 222 254 290 306 6,0 272 278 288 292

В практике металлургического производства помимо термодинамического анализа процессов, расчета материальных балансов неизбежно осуществление различных теплотехнических расчетов включающих составление теплового баланса агрегатов. Для составления таких балансов необходимо знать тепловые характеристики шлаковых и штейновых расплавов. В случае жидких сульфидов еще более ненадежными, чем в случае оксидов являются расчеты энтальпии сложных расплавов стандартным термодинамическим таблицам или



Рис. 122. Температурная зависимость энтальпии расплавов систем Fe-S (a), Co-S (б), Ni-S (в) 1-0,49; 2-0,44; 3-0,39; 4-0,29; 5-0, 25; 6-0,45; 7-0,40; 8-0,36; 9-0,32; 10-0,23; 11-0,35; 12-0,27; 13-0,21; 14-0,16


Таблица 14. Условные средние теплоемкости и энтальпии жидких штейнов

Состав, % (по массе) ср·10^-3, ΔН^1300 ΔН^1300
Дж/(кг · К) кДж/моль кДж/моль
Fe Ni Сu Со S
40,2 15,9 8,8 0,4 19,0 1,080 131,4 133,9
32.0 14,3 8,4 0,3 18,6 1,063 125,6 129,8
63.1 9,1 3,1 0,2 19,5 1Д72 117,2 120,1
43.0 21,8 10,7 0,5 22,5 1,005 124,7 1352 44,9 14,1 8,4 0,3 20,9 1,047 124,3 1314 44,5 16,5 10,8 0,5 25,4 1,028 120,7 138,0
45.2 19,5 10,2 0,5 24,6 1,030 130,2 1390 46,7 17,6 8,9 0,5 24,8 1,042 129,3 136,9 48,9 14,8 11,5 0,5 24,8 0,954 108,8 1344
50.1 15,2 7,9 0,5 24,5 1,076 116,4 1323
54.7 7,4 4,4 0,1 28,8 1,084 126,0 1298
56.2 7,6 4,1 0,4 28,2 1,072 121,4 1277
57.8 7,7 4,3 0,2 28,5 1,063 120,9 127 7
54.8 7,9 5,0 0,3 30,9 1,055 125,2 1323
55.9 7,5 4,1 0,1 30,1 1,097 127,3 129,8
56,0 8,2 5,4 0,3 30,1 1,105 128,9 130,2
56,1 7,7 4,3 0,2 31,2 1,067 125,6 131,4 57,1 7,6 4,2 0,2 30,2 1,072 123,5 129,3 57,7 7,4 4,5 0,1 29,9 1,092 125,6 128,9 57,4 7,7 4,2 0,2 30,5 1,109 128,5 129,8 4,8 79,1 7,2 1,2 7,7 0,829 79,1 93,8 4,6 76,8 7,0 1,2 10,4 0,841 89,2 105,1 4,5 74,1 6,7 1,1 13,6 0,862 105,5 122,2 4,2 70,0 6,4 1,0 18,4 0,891 140,2 160,7 4,0 66,0 6,0 1,0 23,0 0,899 193,8 224,4

определение теплоемкости расплавов с использованием раз­личных полуэмпирических правил (например, правила Коппа—Неймана). В распоряжении исследователя и инженера в этом случае должен находиться надежный экспериментальный материал.

Далее приведены результаты исследования энтальпии теплоемкости некоторых сульфидных расплавов, проведенные с помощью специально разработанного капельного калориметрического метода СЕ. Вайсбурдом и И.Н.Зединой. Изучали расплавы систем Fe-S, Co—S, Ni—S и сложные мед
никелевые штейны в интервале температур от 800 до 1450 °С. Результаты измерения энтальпии бинарных сульфидов для различных мольных содержаний серы в расплавах приведены на рис. 122.
Вычисленные по этим данным концентрационные зависимости
молярной теплоемкости расплавов аппроксимируются следующими уравнениями: ср^Fe-S = 30,5x_S - 0,3; с_j^Co-S =27.6x_S +3.4; c_j^Ni-S=500x²_S -138x_S +19,6
Молярные теплоемкости жидких стехиометрических FeS,
CoS и Ni₃S₂ соответственно равны 15,0; 17,2 и 44,3 Дж/(г·К).
Тепловые характеристики сложных полиметаллических штейнов приведены в табл.