Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Ладыго Екатерина Алексеевна

Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях
<
Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ладыго Екатерина Алексеевна. Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях : Дис. ... канд. техн. наук : 05.16.02 : Москва, 2003 145 c. РГБ ОД, 61:04-5/1598

Содержание к диссертации

Введение

1. Анализ состояния проблемы и постановка задачи исследований 6

1.1. Развитие и перспективы процессов плавки медного и никелевого сульфидного сырья 6

1.2. Способы обеднения шлаков цветной металлургии 13

1.3. Поведение цветных металлов в шлако-штейновых и шлако-металлических системах 17

1.4. Моделирование металлургических систем 28

1.5. Выводы и постановка задачи исследований 31

2. Термодинамический анализ процесса восстановительного обеднения богатых по меди и никелю шлаков 33

Введение 33

2.1. Разработка методики термодинамических расчетов 34

2.2. Результаты расчетов и их анализ 40

Выводы по главе 2 61

3. Экспериментальные исследования поведения цветных металлов в условиях глубокого восстановления 62

Введение 62

3.1. Растворимость меди в шлаках 62

3.2. Восстановление твердым углеродом шлаков, богатых по меди и никелю ... 71

Выводы по главе 3 78

4. Разработка математической модели восстановительного обеднения шлаков в печи ванюкова 81

4.1. Выбор методики моделирования 81

4.2. Описание структуры математической модели восстановительного обеднения шлаков в ПВ 87

4.3. Результаты расчетов и анализ параметров восстановительного обеднения шлаков вПВ 109

Выводы по главе 4 124

Заключение 131

Список литературы 135

Введение к работе

Возрастающие экологические требования к металлургическим технологиям, необходимость повышения комплексности использования сырья, энерго- и ресурсосбережения предопределяют дальнейшее расширение использования и совершенствование автогенных процессов в пирометаллургии сульфидного медного и медно-никелевого сырья. В развитии автогенных процессов преобладает тенденция получения все более богатых штейнов, что ведет к получению богатых по цветным металлам шлаков, требующих дополнительной обеднительной обработки.

Для обеднения шлаков естественно необходимы дополнительные капитальные и эксплуатационные затраты. В настоящее время для обеднения богатых по цветным металлам шлаков автогенных процессов используют в основном электропечной или флотационный способ, затраты на осуществление которых довольно высоки. В связи с этим разработка новых, более дешевых и эффективных способов обеднения шлаков является актуальной задачей.

Весьма привлекательным с этой точки зрения является барботажное обеднение шлаков с использованием дешевых твердых или газообразных восстановителей. В качестве аппарата для осуществления барботажного восстановительного обеднения может быть использована печь Ванюкова (ПВ), возможность длительной работы которой в условиях интенсивного перемешивания шлакового расплава доказана практикой эксплуатации промышленных печей Ванюкова для плавки сульфидного сырья на штейн на заводах России и Казахстана (НГМК, СУМЗ, «Казахмыс»).

Для разработки технологических решений по организации процесса восстановительного барботажного обеднения богатых по цветным металлам шлаков, безусловно, требуется его всестороннее исследование и анализ с учетом конкретных задач и условий. Важными, например, для практической реализации процесса обеднения является не только остаточные концентрации цветных металлов в шлаке, но и характеристики донного продукта, отходящих газов (знание которых необходимо для вы-

5 бора технологии их дальнейшей переработки), затраты топлива и восстановителя и т.д.

Настоящая работа посвящена изучению особенностей поведения меди и никеля в системе металл-шлак в восстановительных условиях, характерных для обеднения малосернистых (бессернистых) шлаков от плавки на маложелезитые штейны и черновую медь без применения сульфидизаторов.

Проведен термодинамический анализ и экспериментальные исследования процесса восстановительного обеднения богатых по меди и никелю шлаков на сплав. Рассмотрены особенности и возможности организации обеднения на сплав в зависимости от состава исходного шлака. Разработана математическая модель процесса восстановительного обеднения шлаков в ПВ, позволяющая прогнозировать показатели процесса в зависимости от изменения различных условий.

Полученные в работе данные позволят обосновано и квалифицировано сформулировать принципы и требования к организации технологии обеднения, условия его возможного осуществления, прогнозировать важнейшие технико-экономические показатели как собственно процесса восстановительного обеднения, так и дальнейшей переработки шлаков.

Поведение цветных металлов в шлако-штейновых и шлако-металлических системах

Технико-экономические показатели процесса обеднения во многом зависят от конкретных условий его организации - состава шлака, типа используемого восстановителя, обогащения дутья по кислороду, окислительного потенциала системы в конечном состоянии, типа и количества добавляемых вспомогательных или оборотных материалов, состава и свойств донной фазы, в которую извлекаются цветные металлы и т.д. С точки зрения выбора условий обеднения состав шлака важен не только по содержанию основных шлакообразующих, но и по формам нахождения в шлаках цветных металлов. Формы нахождения цветных металлов в шлаке связаны с условиями их получения в процессах плавки и конвертирования. С этой точки зрения наибольший интерес представляют данные по растворимости цветных металлов и формам их нахождения в шлаках в условиях получения богатых штейнов и черновой меди, поскольку, как отмечалось ранее, в металлургии сульфидного сырья преобладают тенденции в получении при плавке все более богатых штейнов и переходу на технологии непрерывного конвертирования.

Для обоснованного подхода к организации конкретного обеднительного процесса в увязке с общей технологической схемой переработки сульфидного медного и медно-никелевого сырья необходим анализ распределения меди и никеля по конденсированным продуктам как в окислительных (необходимых для оценки характеристик исходных для обеднения шлаков), так и в восстановительных условиях.

Применительно к восстановительному обеднению богатых по цветным металлам шлаков важное значение имеют данные по термодинамике поведения цветных металлов в металлургических системах в условиях низких значений парциального давления кислорода.

Вопросам изучения распределения цветных металлов в шлако-металлических, шлако-штейновых и шлако-штейно-металлических системах посвящено значительное количество работ. Это и понятно, поскольку обеспечение минимальных потерь цветных металлов со шлаками (в виду высокой стоимости цветных металлов) является одной из важнейших проблем в цветной металлургии. В подавляющем количестве работ большая часть данных приходится на диапазон высоких или средних значений окислительного потенциала, характерных для условий плавки и конвертирования. Шлако-штейновые системы. Изучение поведения меди и никеля в шлако-штейновых системах проводилось во многих исследованиях, основные результаты которых представлены в работах [40-50]. Нагамори в работе [39] исследовал растворимость меди из медных штейнов, находящихся в равновесии с железо-силикатным шлаком, насыщенным железом и кремнеземом при температуре 1200 С. Общую растворимость меди в шлаке автор рассматривает как сумму оксидной и сульфидной растворимости. Для описания оксидной растворимости в железосиликатных шлаках, насыщенных по кремнезему предлагает использовать зависимость, полученную ранее Раддлом и Альтманом с коллегами для данного типа шлаков [51,52]: (Cu)o =А-аСи0о,5 (1.1) где (Си)о - концентрация меди в шлаке в оксидной форме; А- постоянный коэффициент, равный 35,9; аСиО0,5- активность СиОо,5 При этом отмечается, что величина постоянного коэффициента в формуле (1.1) зависит от состава шлака. Значения данного коэффициента для шлаков с добавками CaO, MgO, А120з и ненасыщенных по кремнезему по данным различных работ обобщены и приведены в работе [53]. В таблице 1.1 приведены данные по величине постоянного коэффициента в формуле (1.1) по данным различных работ. В работе [39] Нагамори разработана концепция модели сульфидной растворимости меди в шлаке на базе термодинамических свойств шлака и штейна. Сульфидную растворимость меди в шлаке автор предлагает связать с концентрацией серы в шлаке. Согласно данным работы [39], по мере обогащения штейна по меди сульфидная растворимость увеличивается, достигая максимума при содержании меди в штейне около 35-55 %. При дальнейшем увеличении содержания меди в штейне сульфидная растворимость снижается и достигает нуля при содержании меди в штейне около 80 %. Оксидная растворимость меди монотонно возрастает. Заметный рост оксидных потерь меди со шлаком наблюдается при содержании меди в штейне более 65-70 %.

В работе [40] приведены результаты изучения распределения меди между медным штейном и фаялитовым шлаком, насыщенным кремнеземом, при температуре 1473 К по трем системам: Cu-Fe-S-0-Si02, Cu-Fe-S-0-CaO-Si02 и Cu-Fe-S-O-Al203-Si02. В опытах использовали условия насыщения штейна металлической медью и железом. При насыщении металлической медью богатого по содержанию меди штейна (более 55 % меди) в качестве газовой фазы применяли смесь СО-СОг для поддержания парциального давления кислорода РО2=10 12-10"8 атм. Для насыщения железом бедных штейнов использовали в качестве газовой фазы очищенный аргон с парциальным давлением кислорода РО2=5-10"13 атм.

В работе [40] отмечается, что увеличение содержания меди в получаемом штейне, ведет к уменьшению сульфидной растворимости, при одновременном увеличении оксидной растворимости меди в шлаке. При содержании меди в штейне около 80 % (белый матт) доля сульфидной растворимости в шлаке практически равняется нулю.

Разработка методики термодинамических расчетов

В соответствии с реакциями (2.1)-(2.7) остаточное содержание цветных металлов в шлаке зависит от отношения СО/С02 (или величины парциального давления кислорода Ро2) в газовой фазе и активности участвующего во взаимодействии металла. Это положение подтверждают многочисленные экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в целом ряде работ (см. гл.1). По данным этих исследований конечное содержание цветных металлов в шлаках в виде раствора зависит от целого ряда факторов, важнейшими из которых являются окислительный потенциал системы (давление кислорода в газовой фазе над расплавом Ро2) и активность цветного металла (аМе). Снижение парциального давления кислорода в газовой фазе (Ро2) и аМе ведет к снижению растворенных потерь металла со шлаками. Несколько меньшее влияние оказывают состав шлака и температура.

В реальном процессе окислительный потенциал в системе регулируется изменением отношения окислительных и восстановительных реагентов, т.е. коэффици 35 ентом избытка кислорода в дутье (а). Меняя а можно задавать практически любое отношение СО/С02 (или Ро2) в газовой фазе и обеспечивая, таким образом, необходимое извлечение металлов в сплав. Однако при низких значениях кислородного потенциала вместе с оксидами цветных металлов происходит восстановление и оксидов железа до FeMeT, которое также переходит в сплав. Концентрация железа в Си-Ni-Fe сплаве будет тем выше, чем ниже Ро2 в системе, при этом снижаются и концентрация (за счет разбавления сплава железом) и активность цветных металлов в сплаве. Таким образом, насыщение сплава железом должно улучшать показатели обеднения шлаков. Однако железо имеет ограниченную растворимость в жидком медно-никелевом расплаве, которая зависит от соотношения Cu/Ni в нем и температуры. При определенных условиях в таком расплаве может выделяться твердый сплав, что недопустимо в реальном металлургическом процессе. Таким образом, надежные сведения о диаграмме состояния системы Cu-Ni-Fe имеют важнейшее значение для организации процесса восстановительного обеднения богатых по меди и никелю шлаков на сплав.

Бинарные системы. Система Cu-Fe является хорошо изученной двойной системой. В области температур с 1100 С до 1400 С в ней существуют две фазы: твердый раствор меди в у-железе и раствор железа в жидкой меди. Растворимость Fe в жидкой меди резко возрастает с ростом температуры, особенно выше 1400 С. Исследования фазовой диаграммы Fe-Cu обобщенны в работе [88], а также в монографии [65].

Двойная диаграмма состояния системы Cu-Ni является основой получения широко используемых медно-никелевых сплавов и достаточно хорошо изучена [66]. Медь и никель неограниченно растворимы друг в друге, как в жидком, так и в твердом состоянии. Температура ликвидус растет с увеличением доли никеля в сплаве.

Сплав железа с никелем с практической точки зрения является одним из наиболее важных в никелевом производстве сам по себе, а также как составляющая часть более сложных систем. В связи с этим термодинамические свойства сплавов системы Fe-Ni изучены достаточно хорошо. Термодинамические свойства фаз данной системы были предметом изучения в таких работах как [89-91] и др. Более подробный обзор термодинамических данных по системе Fe-Ni представлен в работах Хултрегена [92] и Кубашевского [65].

Тройная диаграмма состояния система Cu-Ni-Fe рассмотрена в литературе менее подробно, чем соответствующие бинарные подсистемы. В работе [66] приведен один из вариантов диаграммы с изотермами ликвидус (рис. 1.3). В работе не приводится сопоставление представленной диаграммы с другими данными, отсутствует информация по активностям компонентов в системе. В обзоре по диаграммам состояния [93] приведены расчетные изотермические сечения диаграммы Cu-Ni-Fe при относительно невысоких температурах (менее 1250 С). Для получения более детальной информации по термодинамическим свойствам сплавов системы Cu-Ni-Fe в диапазоне температур 1300-1400 С (и прежде всего по активностям компонентов, что необходимо для анализа процесса обеднения шлаков на сплав), нами была разработана методика и проведены расчеты диаграммы состояния при температурах 1300, 1350 и 1400 С.

Для описания системы Cu-Ni-Fe была использована термодинамическая модель ассоциированных растворов на основе уравнений Маргулиса третьего порядка. Важнейшим (строго доказанным) свойством уравнений (моделей) Маргулиса является их термодинамическая непротиворечивость, что позволяет использовать эти уравнения для корректного (с точки зрения термодинамики) описания поведения компонентов раствора во всем диапазоне составов. Однако даже простой анализ экспериментальных зависимостей активностей и коэффициентов активностей компонентов многих реальных металлургических расплавов от состава показал, что даже модели очень высоких порядков не могут адекватно описать экспериментальные данные во всем диапазоне составов. Для того, чтобы описать единой моделью свойства растворов во всем диапазоне составов Келлог предложил использовать ассоциированную модель, исследованную ранее Пригожиным и Дэффэем [94,95]. Идея этой модели в применении, например, к системе Ме-Х состоит в том, что в качестве компонентов расплава использовать не только элементы Me и X, но и ассоциаты МеХ, МеХ2 и т.п.

Впервые модель ассоциированных растворов с использованием уравнений Маргулиса третьего порядка для описания свойств металлургических систем была применена Келлогом [67,71] и в дальнейшем развивалась им и рядом зарубежных и Российских ученых [73-75,96-98]. В модели ассоциированных растворов предполагается, что раствор состоит из псевдокомпонентов, коэффициенты активности которых рассчитываются по уравнению Маргулиса (3-го порядка):

Основная проблема при построении подобного типа моделей (согласование и пересчет термодинамических данных, идентификация параметров взаимодействия и т.д.) и их использовании состоит в необходимости проведения большого количества сложных и трудоемких вычислений. Поэтому, разработка и реализация моделей возможна только при использовании высокопроизводительной вычислительной техники и высокоэффективных алгоритмов поиска оптимальных решений. Подобные алгоритмы, в частности, были разработаны доцентом МИСиС Сорокиным М.Л. с сотрудниками, с использованием которых были подобраны параметры взаимодействия для ряда металлургических систем, рассчитаны диаграммы состояния сложных систем Ni-Fe-S-0-Si02 [73], Cu-Fe-S-0-Si02 (не опубликовано) и др.

Восстановление твердым углеродом шлаков, богатых по меди и никелю

Настоящая глава посвящена экспериментальному уточнению некоторых, важных с нашей точки зрения, вопросов восстановительного обеднения шлаков. В первой части настоящей главы с использованием модернизированной (с применением барботажа расплава) проточной методики исследования равновесий проведены эксперименты по растворимости меди в шлаке (находившемся в контакте с металлической медью) при температуре 1200 С при фиксированном парциальном давлении кислорода в газовой фазе (или отношении СО/С02) с акцентом на малые давления кислорода. Во второй части главы проведены эксперименты по восстановлению богатых по меди и никелю шлаков твердым восстановителем на Cu-Ni-Fe сплав с использованием барботажа.

Для исследований распределения меди в системе медь-шлак была выбрана модернизированная проточная методика. Суть проточной методики состоит в том, что исходные расплавы приводятся в равновесие с газовой фазой заданного состава. В классическом варианте проточной методики исходная газовая фаза пропускается над расплавами и в течение примерно 6-12 часов между газовой фазой, шлаком и металлом наступает равновесие. Нами в экспериментах использовалась модернизированная проточная методика, в которой исходная газовая фаза продувалась через расплав. В результате активного перемешивания контактирующих фаз равновесие в системе достигалось значительно быстрее - уже через несколько десятков минут.

Для исследований в штейно - шлаковых системах используют различные газовые смеси: H2-H20-H2S, N2-S2-S02, CO-C02-S02, которые комбинацией составляющих позволяют получить газовую атмосферу с заданными парциальными давлениями кислорода и серы. Известно, что в системах с высоким парциальным давлением кислорода, например, при плавке на богатые штейны или при конвертировании штейнов на черновой металл, парциальное давление серы очень мало, что предопределяет незначительную растворимость цветных металлов в сульфидной форме. Практически сульфидными потерями по сравнению с оксидными в этих условиях можно пренебречь. При восстановительном обеднении таких шлаков на металлический сплав (без использования сульфидных материалов для формирования извлекающей фазы) мы имеем дело с малосернистыми системами и присутствием незначительного количества серы также можно пренебречь.

В связи с этим для экспериментальных исследований мы выбрали газовую фазу, не содержащую серы - смесь СО и С02. Смесь СО/С02 традиционно используется при исследовании термодинамики шлако- металлических бессернистых и малосернистых систем и позволяет при заданных температуре и соотношении СО/С02 фиксировать парциальное давление кислорода в газовой фазе.

Для синтеза газовой смеси для опытов по обеднению была смонтирована экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 3.1. Для синтеза смеси газов СО/С02 углекислый газ из баллона с расходом 8-10 см3/с пропускался через кварцевый реактор, наполненный древесным углем и помещенный в трубчатую печь. На выходе из реактора газовая смесь анализировалась на хроматографе "Хром-5" и собиралась в газгольдере для промежуточного хранения и дополнительного усреднения.

В процессе отладки методики были опробованы несколько вариантов с использованием различных газов-окислителей (воздуха, технического кислорода и С02) и различных видов углеродистого наполнителя реактора (графит, активированный уголь, древесный уголь). В процессе отладки методики выяснилось, что при использовании в качестве окислителя кислорода или воздуха происходит недостаточно полное усвоение кислорода в реакторе, что приводило к плохой воспроизводимости результатов. Кроме того, расход углеродистого материала при использовании, например, технического кислорода был слишком высоким и приходилось часто менять наполнение реактора. Лучшие результаты получены при использовании в качестве окислительного газа С02.

В процессе отладки методики синтеза газов было установлено, что наполнители типа графита или активированного угля не позволяют достичь близких к равновесным значениям отношений СО/С02 даже при очень малых скоростях подачи газа-окислителя и достаточно мелком дроблении твердого восстановителя. Концентрация СО была значительно ниже равновесных значений. Только при использовании древесного угля удалось получить хорошо воспроизводимые результаты с отношением СО/С02, близким к равновесному при заданных температурах. Предварительно была проведена серия опытов при различных температурах (от 600 до 1100 С), дающая возможность оценить необходимые расходы углекислого газа и температуру в угольном реакторе для синтеза газов с требуемым соотношением СО/С02.

Шлаки для экспериментов по растворимости меди предварительно синтезировались из химически чистых FeO и Si02 в стальных стаканах в токе инертного газ при температуре 1250 С в силитовой печи.

Схема экспериментальной установки для изучения растворимости меди приведена на рис. 3.2. Навеска синтетического шлака 30 г вместе с 10 г чистой меди загружались в алундовый тигель, который помещался в кварцевый реактор. Кварцевый реактор с тиглем и алундовым капилляром для подачи газа в систему газовой фазы устанавливался в силитовой печи и промывался в течение 10 минут инертным газом. После этого начинался разогрев печи. По достижении температуры опыта к реактору через ротаметр подключали газгольдер и через капилляр в систему подавали газовую смесь с заданным соотношением СО/С02 с расходом 5-7 мл/с, после чего капилляр опускался в расплав. Определенное (заданное) время расплав барботиро-вали газовой смесью, и затем капилляр выводили из расплава. После этого шлако -металлическая система в течение 20-30 мин отстаивалась при температуре опыта, и затем расплав охлаждался.

Описание структуры математической модели восстановительного обеднения шлаков в ПВ

Затем расплавы в тигле перемешивали гелием в течение определенного времени (от 5 до 30 минут). Гелий подавали через кварцевую трубку, закрепленную в водоохлаждаемой крышке реактора, с расходом -220 мл/мин. Рабочий конец кварцевой трубки фиксировали у дна тигля. Расход дутья контролировали по ротаметру. Для предотвращения окисления шлака во время отстаивания расплавов после продувки тигель накрывали графитовой крышкой. Время отстаивания было одним и тем же во всех опытах - 40 мин.

После окончания опыта тигель с расплавами извлекали из кварцевого реактора и охлаждали на воздухе. Твердые продукты опытной плавки (шлак и металл) тщательно разделяли, взвешивали и анализировали на содержание основных компонентов - Си, Ni, Со и Fe.

В качестве исходных шлаков были использованы богатые медно-никелевые шлаки, полученные в лабораторных опытах по исследованию плавки коллективных Cu-Ni-x концентратов на богатый медно-никелевый штейн. Состав исходных шлаков, %: 1,27 Си, 1,37 Ni, 0,41 Со; 29,6 Si02, 37,8 Fe, 0,14 S. В качестве восстановителя использовали дробленый графит. Эксперименты проводились при температуре 1300 и 1350 С. В опытах варьировались также загрузка графита и время барботажа для получения шлаков разной степени восстановленности.

Результаты экспериментов приведены в таблице 3.2. Загрузка графита составила 2 г в опытах 2 и 4-7, 1,5 г в опыте 3 и 2,5 г в опыте 1. В опытах 5 и 7 время барботажа составило 5 мин, в опыте 5 - 10 мин, в остальных опытах - 20 мин.

Как следует из результатов проведенных исследований, восстановительная обработка шлаков богатых по меди, никелю и кобальту в условиях барботажа обеспечивает достаточно эффективное извлечение цветных металлов в донный продукт даже при небольшом времени перемешивания. Так извлечение меди в металлический сплав составило 55-80 %, никеля 70-90 % и кобальта 10-90 %. Помимо цветных металлов достаточно быстро происходило восстановление железа из шлаков и его переход в металлический сплав. Даже при минимальном времени перемешивания и расходе графита концентрация железа в сплаве достигала 20 %. Максимальные значения концентрации железа в сплаве достигали «60-70 %.

Известно, что сплавы системы Cu-Ni-Fe при высоких концентрациях никеля и железа тугоплавки, поэтому «корольки» металлических сплавов в опытах тщательно «осматривались». Практически во всех опытах "корольки" металлического сплава были бесформенными, явно непроплавленными, имели вид спеченного металлического порошка. Только в опытах 4 и 5 корольки сплава были с "оплавленными" и достаточно гладкими поверхностями, однако внутренняя структура также имела вид спеченного порошка.

На рис. 3.5 и 3.6 представлены диаграммы состояния системы Cu-Ni-Fe при температурах 1300 и 1350 С из главы 2, на которые нанесены точки составов полученных сплавов (составы сплавов были нормированы на 100 % суммы концентраций Си, Ni и Fe). Как видно из приведенных на рис. 3.5 и 3.6 данных составы сплавов приходятся на область двухфазного равновесия (при этом доля твердого превышает долю жидкой фазы) или на однофазную область твердого Cu-Ni-Fe раствора. Очевидно, этим объясняется то, что при температурах опытов получающийся сплав был "непроплавленным". Наиболее близко к изотерме ликвидус "подходят" составы сплавов, полученных в опытах 4 и 5, в которых наименьшая (из полученных в опытах) концентрация железа.

В опытах не удалось выделить "жидкую" и "твердую" (существовавшие при температурах опытов) фазы. Очевидно, из-за высокой доли твердой фазы и близких плотностей твердой и жидкой фаз они (металлические фазы) не разделяются, а образуют смесь, в которой преобладает твердый Cu-Ni-Fe сплав состава, соответствующего изотерме солидус. Приведенные в таблице составы металла соответствуют средним составам металлических сплавов, полученных в опытах.

Из представленных в таблице 3.2 данных видно, что остаточное содержание цветных металлов в шлаке зависит от концентрации железа в сплаве. Наихудшие результаты по извлечению цветных металлов получены при минимальной концентрации железа в металлическом продукте (опыт 5). Влияние железа в сплаве на растворимость цветных металлов в шлаке обусловлена изменением активности твердого железа и окислительного потенциала в системе при постоянстве состава шлака. Как следует из данных на рис. 3.5 и 3.6 для опытов 4 и 5 величина активности твердого железа наименьшая, что очевидно и обусловило большую растворимость цветных металлов в шлаке.

На рис. 3.7 приведено сопоставление расчетной (равновесной) растворимости и фактического содержания меди и никеля в шлаках для условий опыта. Расчет проводился по моделям оксидной растворимости по методике, описанной в главе 2. Для определения коэффициентов активности №Ож и СиОо,5ж в шлаке были использованы данные работ [15,42,60]. Для расчета активностей Си, Ni и Fe использовали термодинамическую модель системы Cu-Ni-Fe из главы 2. Для опытов, в которых фигуративная точка состава металлического сплава приходится на двухфазную область, в расчете использовался состав соответствующего жидкого сплава на границе области гомогенности.

Похожие диссертации на Закономерности распределения меди и никеля между продуктами обеднительной плавки в восстановительных условиях