Научная статья на тему 'Термодинамический анализ процессов взаимодействия в системе cu-ni-s-0 в условиях существования медного расплава'

Термодинамический анализ процессов взаимодействия в системе cu-ni-s-0 в условиях существования медного расплава Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
104
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕДНЫЙ РАСПЛАВ / СЕРА / НИКЕЛЬ / КИСЛОРОД / ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ / COPPER MELT / SULPHUR / NICKEL / OXYGEN / THERMODYNAMIC CALCULATIONS

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Трофимов Евгений Алексеевич, Михайлов Геннадий Георгиевич

Посредством термодинамических расчётов построена ПРКМ системы Cu-Ni-S-O, которая может быть использована для анализа имеющихся литературных данных, а также для анализа технологических процессов, связанных с взаимодействием серы и никеля с кислородом в медном расплаве.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Трофимов Евгений Алексеевич, Михайлов Геннадий Георгиевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Thermodynamic analysis of the processes of the interaction in the Cu-Ni-S-0 system in the condition of copper melt existence

Using the thermodynamic calculations, the surface of components solubility in metal melt for the Cu-Ni-S-O system was plotted. The plotted surface can be used for analysis of technological processes related to interaction of oxygen with sulphur and nickel in copper melt.

Текст научной работы на тему «Термодинамический анализ процессов взаимодействия в системе cu-ni-s-0 в условиях существования медного расплава»

УДК 669.33+541.123

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ Cu-Ni-S-O В УСЛОВИЯХ СУЩЕСТВОВАНИЯ МЕДНОГО РАСПЛАВА

Е.А. Трофимов, Г.Г. Михайлов

THERMODYNAMIC ANALYSIS OF THE PROCESSES OF THE INTERACTION IN THE Cu-NI-S-O SYSTEM IN THE CONDITION OF COPPER MELT EXISTENCE

E.A. Trofimov, G.G. Mikhailov

Посредством термодинамических расчётов построена ПРКМ системы Cu-Ni-S-O, которая может быть использована для анализа имеющихся литературных данных, а также для анализа технологических процессов, связанных с взаимодействием серы и никеля с кислородом в медном расплаве.

Ключевые слова: медный расплав, сера, никель, кислород, термодинамические расчёты.

Using the thermodynamic calculations, the surface of components solubility in metal melt for the Cu-Ni-S-O system was plotted. The plotted surface can be used for analysis of technological processes related to interaction of oxygen with sulphur and nickel in copper melt.

Keywords: copper melt, sulphur, nickel, oxygen, thermodynamic calculations.

Для пирометаллургических процессов, связанных с производством меди, характерны сложные равновесия с участием шлаков, штейнов, расплавленной металлической фазы и газа. Поэтому проведение термодинамического анализа системы Си-№-8-0, в частности, методом построения поверхностей растворимости компонентов в металле, может иметь большое практическое значение.

В ходе работы были построены изотермические разрезы ПРКМ системы Си-№-8-0 для температур 1100, 1200 и 1300 °С.

При этих температурах в системе отсутствуют трёх- и четырёхэлементные соединения. Легкоплавкие сульфиды никеля не могут быть основой твёрдой фазы, равновесной с расплавленной медью.

Таким образом, в интервале температур 1100— 1300 °С равновесными с медным расплавом конденсированными фазами могут быть твёрдые N10, Си20, Си28, а также оксидно-сульфидный расплав на основе Си20 и сульфидно-оксидный расплав на основе сульфидов меди и никеля. Уравнения, описывающие реакции взаимодействия между этими фазами, а также температурные зависимости констант равновесия этих реакций, приведены в табл. 1. Температурные зависимости параметров взаимодействия первого порядка для растворенных в жидкой меди никеля, серы и кислорода приведены в табл. 2.

Большая часть значений, приведённых в табл. 1 и 2, заимствована из работ [1—5], другие рассчи-

таны с использованием данных, приведённых в этих работах.

На рис. 1 представлен изотермический концентрационный тетраэдр системы Си-№-8-0 для температуры 1100 °С. Поверхность, нарисованная контрастными линиями, - это поверхность растворимости никеля, серы и кислорода в жидкой меди. Здесь она представлена условно. Её точные координаты приведены на рис. 2. Контрастными линиями на этом рисунке показаны границы равновесных с жидким металлом неметаллических фаз. Тонкими - линии равных концентраций кислорода в металле.

В области I определены составы металла, равновесного с твердым купритом, в области II - с твердым оксидом никеля, в области V - с Си28, а в области IV - с неметаллическим расплавом на основе сульфидов меди и никеля. Наконец, в области

III, при низких концентрациях никеля в металлической меди и, соответственно, при небольшом его содержании в составе неметаллических фаз определены составы металла, находящегося в равновесии с газом, преобладающей составляющей которого является 802 (кроме него в составе газа присутствуют 02 и 82). Положение границ области III с другими областями зависит от давления компонентов газовой фазы. Представленная на рис. 2 диаграмма (как и диаграммы на рис. 3 и 4) рассчитана исходя из общего давления газа в системе, равного одной атмосфере.

Таблица 1

Температурные зависимости констант равновесия процессов взаимодействия в системе Си-М-Б-О

№ Процесс Выражение для константы равновесия Температурная зависимость, 1^ (давление - МПа, концентрация - мае. %)

1 (Си20) = 2Си + [О] ^ = й[0]/а(Си20) - 3140 /Т+ 2,250

2 /Си20/ = 2Си + [О] II Б - 6500 /Т+ 4,468

3 (Си28) = 2Си + [Б] К = / а(Си2д) -1924 /Т+ 1,201

4 /Си28/ = 2Си +[Б] ■^ = а[8] - 2514 ГТ+ 1,622

5 (№0) = [N1] + [О] К = а[0]а[№] /а(ню) — 7156 / Т+ 5,178

6 /№0/=[№] + [0] К = Я[0]а[№] - 9803 /Т+ 6,365

7 {802} = [Б] + 2 [О] К = а[о]ащ' Р(ъо2) - 6520 /Г+ 0,996

8 0,5{О2} = [О] ^ = >]^(02) 4451 /Т-0,336

9 0,5{82} = [в] /: = аИ/^52) 6247 / Т - 0,686

Таблица 2

Параметры взаимодействия первого порядка в жидкой меди для системы Си-М-в-О

Параметры М Температурные зависимости (А / Т + В) А/Г+В А/Г+В

-630/Г+0,327 4 -124/Т -130 /Т

4 -1154 /Т+0,664 -248 П -135/Г

*8 63 /Т «г* -38/Г е№ -249 !Т

о

Трофимов Е.А., Михайлов Г.Г. Термодинамический анализ процессов взаимодействия

_____________________________в системе Си-ЫнЭ-О в условиях существования медного расплава

Рис. 2. ПРКМ системы Си-Ын-Э-О при Г = 1100 °С

Рис. 4. Г1РКМ системы Си-Ын-Э-О при Т = 1300 °С

С повышением температуры картина фазовых равновесий в системе меняется. При Т = 1129 °С Си28 плавится и область V сливается с областью

IV. На рис. 3 представлен разрез изученной системы для Т = 1200 °С. При высоких концентрациях серы и низких - никеля металл может находиться в равновесии с расплавом сульфидов и оксидов, преобладающим компонентом которого является Си28. В ходе дальнейшего повышения температуры исчезает (при Т = 1242 °С) еще одна твердая оксидная фаза - Си20. ПРКМ системы при Т = 1300 °С представлена на рис. 4. С металлом при этой температуре могут быть сопряжены четыре фазы: в области VI - оксидный (с небольшой примесью сульфидов) расплав, в области II - твердый №0, в области IV - сульфидный (с примесью оксидов) расплав и в области III - газ.

Заключение

Посредством термодинамических расчётов построены изотермические сечения поверхности растворимости компонентов в металле для системы Си-№-8-0, демонстрирующие, как количественные изменения в составах медного расплава и взаимодействующего с ним газа связаны с качественными изменениями в составе равновесных, сложных, конденсированных фаз. Результаты ра-

боты могут быть использованы для анализа технологических процессов производства и рафинирования меди, а также сплавов на её основе.

Работа проведена по научной программе Федерального агентства по образованию - «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», код проекта - 375 и при поддержке РФФИ, грант № 07-08-00365.

Литература

1. Пичугин, Б.А. Влияние компонентов на растворимость кислорода в литейных бронзах/БА. Пичугин, Л.И. Гофеншефер, В.И. Рыжов //Литейное производство. -1977. -М10. - С 16.

2. Куликов, КС. Раскисление металлов /КС. Куликов-М.: Металлургия, 1975. - 504 с.

3. Козлов, В.А., Рафинирование меди / В.А. Козлов, С.С. Набойченко, Б.Н. Смирнов - М.: Металлургия, 1992. - 268 с.

4. Чурсин, В.М. Плавка медных сплавов (Физико-химические и технологические основы) / В.М. Чурсин - М.: Металлургия, 1982. -152 с.

5. Туркдоган, Е.Т. Физическая химия высокотемпературных процессов / Е.Т. Туркдоган; пер. с англ. Ю.И. Уточкина и В.И. Симонова. - М.: Металлургия, 1985. - 344 с.

Поступила в редакцию 3 марта 2009 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.