Mavzu: Metallashgan materiallar oksidlanishining matematik modeli

MAVZU:Metallashgan materiallar oksidlanishining matematik modeli

Reja:

1.Kuyish jarayonining fizik-kimyoviy asoslari.

2.Jarayonlarning matematik modeli.

3.Metallashgan materiallarning qayta oksidlanishiga asosan qanday omillar ta‘sir qiladi.

Kuydirish bu kislorod (havo) ishtirokida yuqori haroratlarda ruda yoki boyitmalar tarkibidagi minerallarni oksidlangan ko‘rinishga o‘tqazishdir. Kislorodning mavjudligi metall oksidlarining hosil bo‘lishiga sababchi bo‘ladi. Quritish jarayonida ruda yoki boyitmalar tarkibidagi mexanik yoki kimyoviy bog‘langan suv, qizdirish natijasida yo‘qotiladi, shuningdek quritish natijasida karbonatlar tarkibidagi uglerod dioksidi ajraladi. Quritish natijasida yangi moddalar qo‘shilmaydi. Shunday qilib, agar maydalangan pirit issiq havo mavjudligida ma’lum haroratda qizdirilsa, natijada u temir oksidi ko‘rinishiga o‘tadi – bu kuydirish jarayonidir. Agar toza ohak (CaCO3) 812 C gacha qizdirilsa uning tarkibidan CO2 gazi ajralib chiqadi va CaO qoladi – bu jarayon quritish jarayonidir. Rux karbonat rudalaridan CO2 haydash jarayoni quritish jarayonidir. Rux karbonatlar 137 C dan boshlab parchalanadi, ammo birikmaning to‘liq parchalanishi yuqori haroratni talab etadi. Qo‘p hollarda ikkita termin kuydirish va quritish birga ishlatiladi.
Kuydirishning bir nechta usullari mavjud, bular quyidagilardir: oksidlovchi kuydirish, tiklovchi kuydirish, xlorlovchi kuydirish, maxsus sharoitlar uchun kuydirish, masalan magnitli separatsiya uchun xom ashyoni tayyorlashda.
Oksidlarning oksidlanish va dissotsiatsiyalanish kuchlanishi (bosimi). Metall oksidlanishining umumiy reaksiyasi M + O ↔ MO qaytar reaksiyadir. Reaksiyaning yo‘nalishi harorat va kislorod parsial bosimining funksiyasidir. Oksidlarning har qanay haroratda dissotsiatsiyalanish qobiliyati mavjud, agar bizlar metallni uning oksidi yoki havodagi kislorod bilan ta’sirlashuv sistemasini ko‘rsak va unda oksidlarning dissotsiatsiya kuchlanishi ularning ustiudagi kislorod bosimidan oshsa, bu holda oksidlanish yuz bermaydi, balki oksid birikmalar dissotsiatsiyalanib metall va kislorodlarni hosil qiladi. Shu tariqa metall qisman oksidlanadi agar uning atrofida havo bosimi 760 mm simob ustunida bo‘lsa, bunda kislorodning parsial bosimi taxminan 160 mm simob ustunida bo‘ladi. Agar metall qizdirilsa u oksidlanadi, ammo harorat yuqori qiymatlarga ko‘tarilsa u holda metall oksidining dissotsiatsiyalanish bosimi 160 mm simob ustidagi bosimdan yuqoriroq bosimda boshlanadi, bunda oksidlanish to‘xtaydi va oksid metall va kislorodlarga parchalanadi. Havodagi azotning parsial bosimi hech qanday ta’sir etmaydi. Ko‘p hollarda hosil bo‘lgan oksidlar metalda erisa, unda dissotsiatsiyalanish kuchlanishi keskin o‘zgaradi.
Kumush, oltin, palladiy, simob kabi og‘ir metallarning oksidlari , solishtirma past haroratlarda ham yuqori dissotsiatsiyalanish kuchlanishiga ega. Ko‘p qator metallar oksidlari past dissotsiatsiyalanish kuchlanishiga ega va bu metallarning oksidlari yuqori haroratlarda oddiy bosimda ham mustahkam, va ularni qizdirish yo‘li bilan metall holatda, yuqorida nomi keltirilgan metallar kabi, olish mumkin emas. Quyidagi jadvalda haroratga bog‘liq holda, bir qator metall oksidlarining dissotsiatsiyalanish kuchlanishi keltirilgan. Shuni aytish joizki, agar bu oksidlar atmosfera bosimida havo muhitida qizdirilsa, kuchlanish 160 mm dan oshganda (kislorodning atmosfera bosimidagi parsial bosimi) dissotsiatsiyalanadi.
Kuydirishning jarayonlari va kimyosi. Kuydirish ko‘p metallurgik jarayonlarning dastlabki jarayonidir. Kuydirish jarayonida asosan keyingi metallurgik jarayonlarga salbiy ta’sir etuvchi oltingugurt, margimush va boshqa elementlarni yo‘qotishdir, shunindek kuydirish natijasida metallar, keyingi eritish natijasida kvars bilan bog‘lanib shlak hosil qiluvchi oksid holatiga o‘tqaziladi. Kuydirish natijasida turli erituvchilarning eritmalarida erimaydigan birikmalar erivchi holatga o‘tqaziladi. Sulfidli rudalarni boyitish natijasida oltingugrt miqdori yuqori bo‘lgan boyitmalar hosil bo‘ladi, masalan yuqori sulfidli mis boyitmalarni, eritish pechlarida shteyn olish uchun eritishdan avval kuydirish maqsadga muvofiq bo‘ladi. Kuydirish natijasida boyitma tarkibidagi oltingugrtning ko‘p qismi yo‘qotiladi va temir sulfidlari oson shlaklanuvchi oksid holatiga o‘tadi. Ammo, kuydirishni shunday sharoitlarda olib borish kerakki, oltingugurtning miqdori, eritish natijasida shteyn hosil qilishga yetarli bo‘lsin.
Ammo ayrim holatlarda xom ashyo tarkibidagi oltingugirtni to‘liq yo‘qotish talab etiladi, buni tellurli oltin tarkibli rudalarni kuydirish misolida ko‘rib chiqamiz. Tellurli oltin tarkibli rudalarning tarkibida ma’lum darajada pirit minerali mavjud. Tellurli oltin tarkibli rudalarni, kuydirish yo‘li bilan ishqoriy sianli eritmalar bilan tanlab eritishga tayyorlashda, kuydirish jarayonini shunday olib borish kerakki tellur bilan bog‘langan oltin erkin holatga o‘tishi zarur. Ammo kuydirish paytida, agar harorat kerakli darajada bo‘lmasa, pirit minerali oksidlanib qisman sulfatlarni hosil qiladi. Hosil bo‘lgan sulfatlar ishqoriy sianli eritmalar bilan ta’sirlashib sianli eritmalarning yo‘qolishiga olib keladi va buning natijasida oltinni eritishi susayadi yoki umuman to‘xtab qolishi mumkin. Shu sababdan bu turdagi rudalarni kuydirishda oltingugirtni to‘liq yo‘qotish talab etiladi.
Kuydirish jarayonlari ko‘p hollarda qaytaruvchi turdagi pechlarda amalga oshiriladi. Kuydirish uchun ruda yoki boyitma mayin yanchilgan bo‘lishi kerak. Kuydirish jarayonining avtogenligini ta’minlash uchun kuydiriladigan xom ashyoda sulfid minerallar bo‘lishi kerak. Kuydirilgan ruda yoki boyitma turli mineral birikmalardan tashkil topgan bo‘ladi, masalan kvars, kalsit, rodonitlar va h., ular pirit, markazit, pirrotin, xalkopirit, bornit, galenit, sfalerit, stibnit, arsenopirit minerallar ko‘rinishida turli foizda bo‘ladi. Sulfidlarning miqdori kuydirilgan mahsulotda kam bo‘lishi mumkin ( 4-7%), oltin rudalar kabi, yoki ko‘proq bo‘lishi mumkin mis va rux boyitmalari kabi. Kuyindidagi oltingugirtning miqdori keyingi jarayonlarga bog‘liqdir.
Kuydirish jarayonining kimyosini tushunish uchun yanchilgan rudaning ko‘p tubli pechlarda kuydirilishini ko‘rib chiqamiz. Yanchilgan ruda bir necha dyuym qalinligida pechning tublariga joylashtirilgan, pechning gaz atmosferasi CO2, SO2 va SO3 gazlaridan tashkil topgan. Bu gazlar yoqilg‘ining yonishi va ruda tashkil topgan minerallarni kuyishida hosil bo‘lgan. Bu gazlar pechning hajmidan toza havo kiritilishi bilan doimo chiqariladi. Pechda harorat yoqilg‘ining yonishi hisobiga ushlanib turiladi. Yoqilg‘i yonishi natijasida hosil bo‘lgan CO2 va qisman CO pech xajmidagi gaz fazalarini tashkil etadi. Bu gazlar, ayrim hollarda yoqilg‘ini yondirish qismida to‘planib, kuydiriladigan ruda bilan reaksiyaga kirishmasligi mumkin. Sulfidli rudalarni kuydirishda issiqlik oltingugirtning yonishidan hosil bo‘ladi. Ruda odatda pechning sovuq qismiga yuklanadi va pechning issiq qismiga aralashtirgichlar yordamida harakatlanadi. Aralashtirish natijasida pechning issiq atmosferasi bilan rudaning yangi yuzasi ta’sirlashadi. Kuydirish jarayonining davomiyligi rudani to‘liq kuydirilgan holatga o‘tishini ta’minlashi kerak.
Kovak temirning yonish va oksidlanish jarayonlarining yetarlicha tadqiqot qilinmagan. Birinchilardan bo’lib, jarayonning matematik modelini Edstrem g’oyasi asosida MISiS da Yu.S. Yusfin, V.R. Grebennikovlar tomonidan ishlab chiqilgan. Quyida oksidlanishning matematik modelini qurish asoslari keltirilgan. Vazifani umumiy holda ko’rib chiqamiz. Kovaklar radiuslarining bir-biridan turli farqlanishini hisobga olgan holda, ularni shartli ravishda hamma kovaklarni i-miqdorga ajratamiz, bunda hamma guruhlar o’rtacha radiusi (r), umumiy kovaklik miqdori δi va ochiq yuzasi S i o . Quyidagi tushunchalarni qabul qilamiz: oksidlanish jarayoniga tashqi diffuzion omillar ta‘sir qilmaydi; oksidlanish reaksiyasi gomogen bo’lib, reaksiyaga kirishuvchi moddalar diffuziya orqali yetib boradi; hamma kovaklar slindrik formaga ega bo’lib, tashqi yuzaga chiqadi; oksidlanish kinetikasi parabolik belgi bilan belgilanadi.
Bu yerda Δm – massaning qo’shilishi; -vaqt; k – koeffitsient. 1-chi guruh kovaklari uchun matrial massasiga diffuziyalanish tenglamasi quyidagicha ko’rinish oladi.
Bu yerda ƒ*(ci) – reaksiyaning effektiv tezligi; ci – material ichidagi reaksiyaga kirishuvchi moddaning konsentratsiyasi.
Tadqiqot qilinayotgan vaziyat uchun quyidagini qabul qilamiz,
Bu yerda D‘ – kislorodning diffuziya koeffisenti; DKH – knudsenivskiy diffuziya koeffisienti; D – rekin diffuziya koeffisienti; r O – kovakning dastlabki radiusi; R – bo’lakchaning radiusi; k 1 – kovakning to’luvchanlik koeffisienti; ε – umumiy kovaklik; k – reaksiyaning tezlik konstantasi; ρ – hosil bo’luvchi oksid zichligi.