1Bob metallurgiya jarayonlari nazariyasining asoslari

1.2 pirometallurgik jarayonlar

4.2.1 metallarni olish, ajratish va qayta ishlashning deyarli barcha pirometallurgik jarayonlari heterojen bo'lib, fazalardan biri sifatida neytral yoki reaktiv bo'lishi mumkin bo'lgan gaz atmosferasini o'z ichiga oladi.

Gaz atmosferasining kondensatsiyalangan fazalar bilan faol o'zaro ta'sirining sharti uning yuqori harorati va davom etayotgan jarayonning kimyoviy xususiyatiga mos keladigan tarkibi – oksidlanish, qaytarilish, galogenlash, sulfatlanish, azotlanish, degazatsiya va
va hokazo.
Gaz atmosferasining tarkibi, reaktiv moddalarning konversiya darajasi, maqsadli komponent bo'yicha selektivlik, termodinamik usuldan foydalanganda jarayonni boshqarishning maqbul parametrlarini hisoblash mumkin; pirometallurgiyadagi kinetik usul jarayonning nazariy davomiyligini va shunga mos ravishda metallurgiya apparatlarining ishlashini va ularni eng samarali o'tkazish shartlarini baholashga imkon beradi.
Metallurgiya tizimining barcha termodinamik xususiyatlarini xarakterli funktsiyalar va ularning qisman hosilalari orqali aniq ifodalash mumkin: U, H, S, G va F.. Частные termodinamik potentsiallarning qisman hosilalari intensiv parametrlar bo'yicha konjuge ekstensiv parametrlarni, ekstensiv parametrlar bo'yicha qisman hosilalari esa konjuge intensiv parametrlarni beradi.
Yopiq tizimlarda sodir bo'ladigan spontan jarayonlarda tabiiy to'plam o'zgaruvchilari juftlarining doimiyligi bilan mos keladigan termodinamik potentsial:

U(S, V, n_i); H(S, P, n_i); G(P, T, n_i); F(V, T, n_i)

har doim kamayadi; uning minimal darajasi-bu jarayonning maksimal chuqurligini, muvozanat tizimining tarkibini belgilaydigan tizimning muvozanat sharti.

Termodinamik potentsiallar Gibbs-Helmgolts tenglamalari bilan bog'langan:
F=U + T (13)

G \ u003d H + T (14)

Eritmalarning termodinamik xususiyatlari eritmaning ma'lum bir fazasidagi i-komponent mollari soniga ko'ra termodinamik potentsiallarning qisman hosilalari sifatida aniqlanadigan kimyoviy potentsiallar yordamida hisoblanadii:

(15)

4.2.2 kimyoviy potentsial tizimlarning termodinamik muvozanati shartlarini universal tarzda ifodalaydi:

• 
  faza muvozanatining holati-ushbu komponent mavjud bo'lgan barcha fazalardagi har bir komponentning kimyoviy potentsiallari bir xil;
  
• 
  kimyoviy muvozanat holati-har qanday kimyoviy reaktsiyada _ireaktsiyada ishtirok etadigan barcha moddalarning stoxiometrik koeffitsientlariga i-sonli mahsulotlarning yig'indisi nolga teng: i_{-sonli i}\_iu003d 0;
  
• 
  bir hil tizimdagi muvozanat holati-_i любого tizimning barcha nuqtalarida har qanday komponentning i to'plami bir xil.
  

Metallurgiya hisob-kitoblarida, ko'p hollarda, ma'lum bir harorat oralig'ida reaktsiya ishtirokchilarining hosil bo'lish entalpiyalarining standart qiymatlaridan foydalangan holda Gess qonuni bo'yicha hisoblangan reaktsiya entalpiyasi o'zgarishining o'rtacha qiymatini bilish kifoya; harorat va fazali o'zgarishlarning ta'siri umumiy tenglamadan foydalanganda hisobga olinadi: (reaktsiya uchun)
= + (16)

bu erda k-tizimdagi fazaviy o'tishlarning umumiy soni.

Biroq, yuqori haroratli reaktsiyalarni miqdoriy termodinamik tahlil qilish uchun bo'ysunuvchi qiymatga ega, chunki bu sharoitda entropiya omili, ayniqsa gaz fazasi bilan reaktsiyalarda hal qiluvchi rol o'ynaydi.

4.2.3 hisoblash agar fazali o'tishlar mavjud bo'lsa, tenglamalar yordamida bajarish qulayroq: (reaktsiya uchun)

= \ -  , (17)
stoxiometrik koeffitsientlarni hisobga olgan holda;


= + (18)

bu erda -iT(K) haroratda i - reaktivning entropiyasi;

p-i-reaktivning fazali o'tishlari soni.


= (19)

Pirometallurgik jarayonlar odatda izobarik-izotermik sharoitda asosiy termodinamik mezon sifatida sodir bo'lganligi sababli

metallurgiya reaktsiyalari Gibbs potentsialidan foydalanadi. Apparatda bir vaqtning o'zida sodir bo'ladigan reaktsiyalarni qiyosiy termodinamik tahlil qilish uchun ushbu funktsiyaning standart o'zgarishi .
Величина reaktsiyada ishtirok etadigan barcha moddalar standart holatlarda ekanligini ko'rsatadi; ya'ni kondensatsiyalangan moddalar alohida – alohida, toza-faollik bilan olinadi a_j \ u003d \ u003d 1; gazlar ideal deb hisoblanadi va har biri bosim \ u003d \ u003d 1 ATM (101325Pa) reaktsiya haroratida.


-T (20)


= + , (21)

tizimda reaktsiya ishtirokchilarining fazaviy o'zgarishlari bo'lmagan taqdirda, harorat oralig'i .

4.2.4 Gibbs standart energiyasining kimyoviy muvozanat konstantasi bilan bog'lanishi normal yaqinlik tenglamasi bilan aniqlanadi:

\ U003d - RTlnk_p, (22)

bunda kimyoviy muvozanat konstantasi reaksiya ishtirokchilarining gaz holatidagi muvozanat qisman bosimi orqali ifodalanadi:

aa_(gaz) + bB_(gaz)^yig'indisi_rr_(gaz) + dD_(gaz) +

k_p = , (23)

bu erda k_p-ATM (n\ u003d 0) yoki o'lchovsiz qiymat (n \ u003d 0) bilan ifodalanadi.

n = (r + d) – (a + b)

Salbiy qiymatlar bilan muvozanat to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya yo'nalishi bo'yicha siljiydi; ijobiy qiymat muvozanat teskari reaktsiya tomon siljiydi; reaktsiya mahsulotlarining chiqishi . Standartlardan farq qiladigan sharoitlarda reaktsiyaning termodinamik ehtimoli , balki Vant-Goff izotermasi tenglamasi bilan aniqlangan ΔG T bilan baholanadi:

(24)


(25)

Dastlabki holatdan muvozanatga o'tishda Gibbs energiyasi yoki Helmgolts energiyasining pasayishi reaktsiyaning oldinga yo'nalishda sodir bo'lishi uchun termodinamik imkoniyatni ko'rsatadi; agar ΔG bo'lsa, tizim muvozanatda bo'ladi yoki nolga teng.

Si birliklari tizimidan foydalanganda qisman bosimlarni va k_p n/m² da (paskallarda) bog'lanish va k_p tenglama bilan ifodalanadi:


=\u003d(1,01325nrtln(1,01325- 10⁵) - rtlnk_p, (26)

bu erda n-reaktsiyaning gazsimon tarkibiy qismlarining mollari sonining o'zgarishi.

При расчете Temkin-Shvartsman usulidan foydalanish qulay. (4.7) tenglama va cp ningtenglama bilan ifodalangan haroratga bog'liqligi yordamida:

C_p= a + bT + cT² + c_-2T^-2,

integratsiyadan so'ng biz quyidagilarni olamiz:

= -T -T (am₀ + pbM₁ + pcm₂ + pC_-2M_-2), (27)

bu erda m₀, M₁, M₂ va M_{-2 koeffitsientlari} hisoblab chiqiladi va a jadvalining A3 jadvalida umumlashtiriladi.