1Bob metallurgiya jarayonlari nazariyasining asoslari

Kirish
1.1BOB metallurgiya jarayonlari nazariyasining asoslari
1.1 Metallurgiya jarayonlari nazariyasining asoslari 1.2 Gidrometallurgik jarayonlar
1.3 Pirometallurgik jarayonlar
3.1 Gidrometallurgik jarayonlar
3.1.1 Kimyoviy reaktsiya bilan metallarni
3.1.2 Eritmalarning termodinamikasi
3.1.3 Suv ishtirokidagi elektrokimyoviy tizimlardagi muvozanat
3.1.4 Suvli eritmalar
3.1.5 Suvli eritmalardan ekstraktsiya
3.2 PIrometallurgik jarayonlarning termodinamikasi va kinetikasi
Adabiyotlar

Kirish

Metallurgiya fan sifatida metallurgiya jarayonlari nazariyasiga asoslanadi. Metallurgiya jarayonlari nazariyasining predmeti murakkab metallurgiya tizimlari va ulardagi jarayonlarni fizik-kimyoviy tahlil qilishdir. Tajribalar bilan bir vaqtda metallurgiyada nazariy tadqiqot usullari muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda, ularning asosiylari termodinamik va kinetikdir. Ushbu tahlil usullarini o'zlashtirish metallurgiya muhandislarini tayyorlashda asosiy vazifalardan biri bo'lib, buning natijasida fizik kimyo va metallurgiya jarayonlari nazariyasi metallurgiya tsiklining fanlari orasida etakchi o'rinni egallaydi.

Variant raqami sizning shifringizning oxirgi raqamiga teng. Agar u nolga teng bo'lsa, variant raqami 10 ga teng.
Kurs ishining vazifalari uchun tavsiya etilgan echim (B 0) D ilovasida taklif etiladi.

1.1BOB metallurgiya jarayonlari nazariyasining asoslari
1.1 Gidrometallurgik jarayonlar

Gidrometallurgik mintaqalar harorati suvli eritmalarning mavjudligi oralig'i bilan cheklangan jarayonlarni o'z ichiga oladi.

Geterogen tizimlarda gidrometallurgiyaning asosiy operatsiyalari:
- yuvish-ko'p fazali qattiq xom ashyoni selektiv reaktiv eritma bilan eritish;
- yog'ingarchilik-eritmadan qattiq fazaga tanlab ta'sir qiluvchi reagent yoki elektroliz orqali ma'lum tarkibiy qismlarni olish;
- suyuq ekstraktsiya, so'ngra reekstraktsiya-maqsadli komponentning suyuq fazasidan boshqa suyuq faza bilan selektiv ekstraktsiya, bunda ushbu komponent tarqatish qonuniga muvofiq eriydi. Maqsadli komponentning erituvchilari deyarli o'zaro erimaydi.
4.1.1 keyingi yog'ingarchilik bilan yuvish jarayoni reaktsiyalarining nazariy asoslari
Yuvish jarayonida turli xil birikmalarning erishi va kam eriydigan birikmalarning cho'kishi, gidroliz reaktsiyalari va eritmaning tegishli pH qiymatini aniqlaydigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari sodir bo'ladi.
PH bilan gidroliz reaktsiyalari < 7:
МеА_n + nH₂O  Me (OH)_n + nHA (1)

[Me ⁿ⁺] + nH₂O  Me (OH)_n + nH⁺ (2)
Ma'lum qiymatlar orqali:

K_b-suvning ion mahsuloti;

- eruvchanlik mahsuloti Me (oh)_n, reaktsiya muvozanat konstantasining qiymatini ifodalash mumkin (1)

(3)da

nimadan kelib chiqadi

Shunday qilib, qattiq Me (oh) n ishtirokida ma'lum bir haroratda metall kationlarining muvozanat kontsentratsiyasi(faolligi)Ме(ОН)_nfaqat eritmaning pH qiymati bilan aniqlanadi va pH o'sishi bilan kamayadi.
Yuvishning oxirgi bosqichida pH oshishi bilan eritmani kislota hosil qiluvchi aralashmalardan o'z-o'zini tozalash mumkin, chunki pH oshishi bilan zaif kislota anionlarining kontsentratsiyasi oshadi va eritish qiyin bo'lgan tuz cho'kadi.
Ishqoriy reagentlar bilan yuvilganda gidroliz jarayoni reaktsiya bilan tavsiflanishi mumkin:
(4)

yuqori pH darajasida barcha kislota hosil qiluvchi oksidlar eritmaga o'tadi, ular eritma reagenti bilan eruvchan tuzlar hosil qilishi mumkin. Eritmaning pH darajasi pasayganda, uni eruvchan gidroksidlarni hosil qiluvchi aralashmalardan o'z-o'zini tozalash mumkin (agar aralashmalarning kislota xususiyatlari asosiy yuvish komponentining kislota xususiyatlariga qaraganda kuchsizroq bo'lsa).

Выщелачивание с протеканием O_X -Red reaktsiyalari bilan yuvish Gibbs standart energiyasining kattaligi bo'yicha va tegishli elektrokimyoviy tizimda reaktsiyani ta'minlaydigan elektrodlarning oksidlanish-qaytarilish potentsialidan foydalangan holda hisoblab chiqilishi mumkin.
Suv va uning dissotsilanish mahsulotlari ishtirokida reaksiyaga kirishadigan moddalar uchun muvozanat holati ikkita xususiyat bilan belgilanadi: potentsialning O_x – Red qiymati va vodorod indeksining qiymati.
Suvli eritmalarning termodinamik barqarorligi faqat vodorod elektrodining potentsiali₁ \ u003d - 0,05912 pH dan katta bo'lsa va kislorod elektrodining potentsiali₂ \ u003d 1,237 – 0,05912 pH dan kam bo'lsa mumkin.
Dan foydalanishga misol PN-pH diagrammalar ilovada berilgan g va rasmda g 1.
Reaksiya tezligi kimyoviy kinetika tenglamasiga bo'ysunadi
(5)

bu erda t-hosil bo'lgan moddaning miqdori, mol;

 vaqt, bilan;
C₁, C₂, ...C_n – reaktiv moddalarning konsentratsiyasi, mol / m³;
F(C₁, C₂, ...C_n) – reaktsiyalar tartibini tavsiflovchi funktsiya;
K-reaksiya tezligi konstantasi.

Tezlik konstantasining haroratga bog'liqligi Arrhenius tenglamasi bilan aniqlanadi

K\ u003d aexr (6)

bu erda e-faollashtirish energiyasi, kj;

A-entropik omil tufayli multiplikator; empirik tarzda aniqlanadi.
Sanoat yuvish tezligi odatda diffuziya hududida sodir bo'ladigan eng sekin jarayonning tezligi bilan chegaralanadi.
4.1.2 suvli eritmalarning fazaviy muvozanati
Eritma tarkibiy qismlarini qayta tiklash usullaridan biri bu tarkibiy qismlarning turli xil eruvchanligini hisobga olgan holda izotermik va haroratning pasayishi bilan kristallanishdir. Fazaviy muvozanat diagrammalarini hisoblashning grafik-analitik usullari bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan va kristallogidratlarni hosil qilmaydigan ikkita komponentning suvli eritmasi uchun konod qoidasiga muvofiq muvozanat fazalarining tarkibi va massalarini aniqlashga imkon beradi.
Konoda-ikki fazali mintaqadagi muvozanat fazalari tarkibini bog'laydigan chiziq. Muvozanat fazalarining massalari konodning teskari elkalari deb ataladi (qo'l qoidasining alohida holati).
Xuddi shu nomdagi anionli ikkita tuzning suvli eritmasidagi muvozanat fazasi diagrammasi B ilovasida, b 5-rasmda keltirilgan.
Suvning izotermik bug'lanishi paytida kristallanish jarayoni D ilovasining 0-ilovasida 4-namunaviy variantning vazifasi misolida ko'rsatilgan.
Suv bilan gidratlar, murakkab birikmalar yoki qattiq eritmalar hosil bo'lganda, faza diagrammalari murakkablashadi.

4.1.3 gidrometallurgiyada elektroliz

Suvli eritmalardan elektroliz orqali metallarni sanoat yo'li bilan olish elektro-ekstraksiya va elektrofinatsiyaga bo'linadi.
Elektroekstraktsiya-bu eritmadan maqsadli komponentning katodiga elektroekspozitsiya.
Elektroqrafinatsiya aralashmalar bilan ifloslangan metallning anodli eritilishiga va uning katodli cho'kishiga asoslangan.
Elektrodlarda hosil bo'lgan moddalar va sarflangan elektr energiyasining miqdoriy aloqasi Faraday qonunlari bilan tavsiflanadi:

, (7)

bu erda m-elektrodda chiqarilgan moddaning massasi, g;

M-moddaning molyar massasi, g;
k-elektrokimyoviy ekvivalent, gkl ^-1;
F-96484,56 ga teng Faraday soni 0,27 kl/mol;
z-moddaning moliga sarflangan elektr energiyasining ekvivalentlari soniga teng ekvivalentlik soni;
Q-iste'mol qilingan elektr miqdori, Cl.

В случае Q = Fbo'lsa, chiqarilgan moddaning massasi moddaning ekvivalentining molyar massasiga teng.

4.1.4 gidrometallurgiyada suyuqlik ekstraktsiyasi
Asosiy ilovalar:
- eritmadan keyin eritmalardan metallarni ajratish;
- xususiyatlariga o'xshash ikki yoki undan ortiq metallarni ajratish;
- eritmalarni kiruvchi aralashmalardan yuvgandan keyin tozalash.
Suyuq ekstraktsiya eritmaning tarkibiy qismini bir suyuq fazadan boshqasiga (ekstrakt) o'tkazish orqali amalga oshiriladi. Jarayonning miqdoriy xarakteristikasi-tarqatish koeffitsienti (ikkala suyuq fazada ham olinadigan moddaning muvozanat kontsentratsiyasining nisbati).
Berilgan harorat uchun komponentning kontsentratsiyasining nisbati (faolligi) ikki muvozanat fazasida, uning turli konsentratsiyalarida, taqsimotda ishtirok etadigan barcha moddalarning mutlaq miqdoriga bog'liq bo'lmagan doimiy qiymat:

C₁ / C₂ = K (8)

tarqatish komponentining dissotsiatsiyasi yoki assotsiatsiyasi bo'lmagan taqdirda.

Dissotsiatsiya (assotsiatsiya) holatida-taqsimot qonuni quyidagi shaklga ega:

(9)bilan

bu erda p \ u003d m₁/ m₂ (m₁ va M₂ – muvozanat suyuq fazalarida tarqatuvchi moddaning o'rtacha molyar massalari).

Konsentrlangan (haqiqiy) eritmalar bo'lsa, konsentratsiyalar faollik bilan almashtiriladi

(10)

Bir bosqichli ekstraktsiyada tarqatish qonuniga muvofiq

(11)

va t-bosqichli ekstraktsiya bilan

(12)

bu erda g₀, g₁, g_m – mos ravishda birinchi va m-ekstraktsiyadan so'ng, dastlabki holatda olinadigan moddaning massalarim;

V₁-modda boshlang'ich holatida bo'lgan eritmaning hajmi;
V₂-bitta ekstraktsiya uchun ishlatiladigan ekstraktor eritmasining hajmi.

Ko'p bosqichli ekstraktsiyaning bir xil miqdordagi ekstraktor narxiga nisbatan bir bosqichli ekstraktsiyaning afzalligi 5-topshiriq, D-ilova misolida ko'rsatilgan.