Ferroqotishmalar ishlab chiqarishning fizika-kimyoviy reaksiya asoslari Ma’ruza rejasi: Ferroqotishmalarni olish mexanizmi. Xar XIL oksidlarni uglerod bilan tiklash reaksiyalari

Ferroqotishmalar ishlab chiqarishning fizika-kimyoviy reaksiya asoslari Ma’ruza rejasi: 1.Ferroqotishmalarni olish mexanizmi. 2.Xar xil oksidlarni uglerod bilan tiklash reaksiyalari. 3.Ferroqotishmalarni eritisb olish usullari 4.Oksidlarni metalltermik tiklanishi. 82 Kimyoviy reaksiyalar va har xil fizikaviy jarayonlarning o‘rtasida muvozanat hosil bo‘lishi uchun yo‘naltirilgan. Agar tizimda reaksiya quyidagi tenglama bo‘yicha bo‘lib o‘tsa A + B = AB (20.1) natijada tizimda tanlab olingan izobar potensiali quyidagi ko‘rsatkichga o‘zgaradi ¨G=GAB-(GA-GB) (20.2) Ferroqotishmalar tarkibida bo‘lgan elementlarning kislorod birikmalari tiklanishi natijasida ferroqotishmalar olinadi. Quydagi oksidlar ruda yoki boyitma tarkibida mavjud. Tiklantiruvchi sifatida uglerod va ba’zi bir metallarni qo‘llash mumkin. Tiklantiruvchi sifatida shunday elementni qo‘llash kerakki, u ferroqotishmalar eritilish sharoiti- da tiklanishga moil bo‘lgan elementga nisbatan mustahkam oksid hosil qilish kerak. Oksid mustahkamlashni tavsiflovchi o‘lcham, bu uni hosil qiluvchi izobar potensialidir. Qanchalik hosil bo‘lgan oksidning izobar potensial ko‘rsatkichi salbiy bo‘lsa, shuncha uni mustahkamligi oshadi. Izobar potensiali kattaliki bo‘yicha metallarni quyidagi qatorga joylashtirishi kerak: Al, Ti, V, Si, Mn, Cr, Mo. Qatorning chap tarafiga joylashgan elementlarmetallar, ularni o‘ng tarafga joylashgan elementlar uchun tiklovchi sifatida qo‘llash mumkin. Hosil qiluvchi va tiklanuvchi oksidlarning izobar potensiali orasida qanchalik farq katta bo‘lsa, shuncha metallotermik reaksiya to‘liq o‘tadi. Agar reaksiya to‘liq o‘tmasa, shunda reaksiya natijasida hosil bo‘lgan mahsulotlar tarkibida ta’sir etuvchi moddalar miqdori ko‘payadi. Masalan, kremniy bilan MnO quyidagi reaksiya bo‘yicha tiklansa, 2MnO+SiO=2Mn+SiO2 bu yerda, marganes butunlay tiklanmaydi. Tiklanmagan MnO kremnezyom bilan shlak hosil qiladi, kremniyni sarflanmagan qismi marganes bilan erib uni kerak emas bo‘lagan elememt bilan ifloslantiradi. Agar MnO alyuminiy bilan quyidagi reaksiya bo‘yicha tiklansa, 3MnO+2Al=3Mn+Al2O3, shunda reaksiya to‘liqroq bo‘lib o‘tadi. Hosil bo‘lgan marganes tarkibida alyuminiy kam bo‘lib, shlakda tarkibida esa MnO miqdori kam bo ‘ladi. 83 Kislorod metallar bilan ta’sirlashish natijasida qattiq va suyuq oksidlar hosil bo‘ladi. Ba’zi bir elementlarning uglerod bilan tiklanish harorati ko‘rsatgichlari. 5-jadval Uglerod oksidi tiklanish davrida entropiya o‘zgarishi o‘rtacha miqdori 42 kkal/ (molǜK) teng. Oksid tiklanishi sodir bo‘lgan taxminiy haroratini reaksiya issiqlik effektini 42 bo‘lganda, aniqlasak, bo‘ladi: T=¨H/42 (20.3) Ferroqotishmalarni eritib olish usullari Ferroqotishmalarni ishlab chiqarish uchun ko‘mirli termik jarayonlar keng qo‘llaniladi, chunki uglerod universal tiklovchi element deb hisoblanadi. Jarayonning harorati o‘zgarganda, uglerod yordamida hamma oksidlarni va shular qatoriga kirgan mustahkam kremnezyom va glinozyom birikmalarni tiklash mumkin. Bunday Tiklash reaksiyalari 'ɇ, kkal/mol’ 'S, kkal/(mol’.0Ʉ) Harorat Ʉ 0ɋ FeO+C=Fe+CO +28730 +32,14 893 620 ½ SiO2+C=1/2Si+CO +79050 +43,7 1810 1537 1/3 Cr2O3+C=2/3Cr+CO +60250 +40,3 1490 1217 1/2TiO2+C=1/2Ti+CO +80700 +41,0 1970 1697 1/2MoO2+C=1/2Mo+CO +40400 +39,9 1010 737 1/2WO2+C=1/2W+CO +41470 +41,0 1010 737 1/2ZrO2+C=1/2Zr+CO +99900 +42,2 2360 2087 MnɈ+C=Mn+CO +68900 +41,5 1660 1387 NiO+C=Ni+CO +32650 +45,3 723 450 1/3V2O3+C=2/3V+CO +67670 +38,3 1770 1497 1/3Al2O3+C=2/3Al+CO +105230 +45,7 2305 2032 84 termik usul bilan ferromarganes, ferroxrom, ferrosilisiy, ferroslikoxrom, selikomarganes va boshqalarni olish mumkin. Eritmaning ko‘mirli termik usulining kamchiligi ferrosplav tarkibida uglerod miqdori balandligi; shixta tarkibida bo‘lgan uglerod olingan ferroqotishmalarda eriydi. Kam uglerodlangan va uglerodsiz ferroqotishmalarni metalltermik yo‘li bilan olinadi. Tiklovchilar sifatida Al, Si va kremniyli eitmalar-feroosilisiy, ferrosilkoxrom, silikomarganes va boshqalar qo‘llaniladi. Uglerod bilan oksidlarni tiklash jarayoni ko‘p miqdorda issiqlik yutishi bilan olib boriladi, shuning uchun bu jarayon elektr pechlarda bo‘lib o‘tadi. Oksidlarni tiklash uchun kerak bo‘lagn issiqlik, hamda eritma va shlakni tiklash uchun kerak bo‘lgan issiqlik reaksiya zonasiga elektr energiya sifatida keltiriladi Metallotermik tiklanish issiqlik ajralishi bilan olib boriladi. Agar metallotermik reaksiyalar natijasida ajralgan issiqlik, eritma mahsulotlarni eritish uchun kerak bo‘lgan issiqlikdan kam bo‘lsa, jarayon elektr pechlarda bo‘lib o‘tadi. Agar metal termik reaksiyalar natijasida ajralib chiqgan issiqlik metallni va shlakni eritish uchun yetarli bo‘lsa, shunda jarayon shaxtali pechlarda olib boriladi, chunki u yerga energiya berilmaydi. Bunday usul ferroqotishmalarni pechdan tashqari ishlab chiqarish usuli deb hisoblanadi. Metallotermik jarayoni imkoniyatini taxminan bilish uchun S.F. Jemchujniy qoidasidan foydalansak bo‘ladi: agar metallotermik reaksiyadan ajralgan issiqlik miqdori 1 kg shixtaga 550 kkal dan oshsa, metallotermik jarayon tashqaridan kelgan issiqliksiz amalga oshadi. Metall termik reaksiyalarning solishtirma issiqliklarining ba’zi bir ko‘rsatkichlari: 6-jadval Reaksiyalar Reaksiyalarning issiqlik effekti - ¨H, kkal 1 gr shixtaga solishtirma issiqlik kkal/gr 2FeO+Si=Fe+SiO2 82500 480 2/3Fe2O3+Si=4/3Fe+SiO2 78000 580 85 2/3WO3+Si=2/3W+ SiO2 75000 410 2/3MoO3+Si=2/3Mo+SiO2 91000 720 2/3Cr2O3+Si=4/3Cr+ SiO2 28000 220 2/3V2O3+Si=4/3V+SiO2 13000 100 2/3V2O5+Si=4/5V+ SiO2 61000 600 2MnO+Si=2Mn+SiO2 25400 150 MnO2+Si=Mn+SiO2 85000 740 2FeO+Al+3Fe+Al2O3 210000 780 Agar metallotermik jarayonning solishtirma issiqligi pechdan tashqari metallotermik jarayon uchun yetarli bo‘lmasa, shunda qo‘llaniladigan tiklovchini yoki oksidni boshqa moddalar bilan alamashtirib, solishtirma issiqlik miqdorini oshirimiz mumkin. Masalan, MnO ni kremniy bilan tiklansa, issiqlik kam miqdorda ajraladi, shuning uchun bu jarayonni xromni alyuminy bilan qisman almashtirib o‘tkazish mumkin, MnO ni esa MnO2 bilan almashtiriladi.