Склад шлаків. Іонно-ковалентний хімічний зв'язок. Взаємодія у системі Me-S-O.

Шлак – металургійний сплав, після твердіння каменевидна або склоподібна речовина, що за звичай покриває поверхню рідкого металу при металургійних процесах, плавці речовини, обробці розплавлених проміжних продуктів і рафінуванні металу.Застиглий шлак вміщує в собі прості й складні сполуки у вигляді окремих кристалічних фаз. Мінералогічний склад шлаків залежить від його хімічного складу й швидкості охолодження. В основному розрізняють 5 типів сполук:

1. Оксиди вільні: являють собою суміш, що складається з FeО, MgО, CaО, MnО. У цій суміші тим більше CaО, чим більше основність шлаків. У шлаках, що містять велику кількість MgО можуть виявлятися невеликі кількості периклаза;

2. Силікати: Найбільш типові: ортосилікат 2CaO·SiO₂; форстерит 2MgO·SiO₂; комплексні силікати, що містять оксиди (3CaO·RO·SiO₂; RO=FeO). У низькоосновних шлаках виявляються кристали фаяліта, силікатів 2MgO·SiO₂, родоніт MgO·SiO₂;

3. Шпінелі: мінерали, склад яких описується формулою: RO·R₂O₃;

5. Сульфіди: Звичайно присутні FeS, MnS, CaS. Мінералогічний склад шлаків сильно змінюється по ходу плавки й залежить від технологічного процесу.

Іонний зв'язок здійснюється в результаті взаємного електростатичного притягання протилежно заряджених іонів. При зближенні позитивних і негативних іонів відбувається притягання й зіткнення їхніх електронних хмар, але взаємного проникнення майже не відбувається. Іонний зв'язок утвориться атомами з електронегативністю, що різко відрізняються один від одного. Ідеального іонного зв'язку практично не існує. Навіть у тих з'єднаннях, які зазвичай відносять до іонних, не відбувається повного переходу електронів від одного атома до іншого; електрони частково залишаються в загальному користуванні. Так, зв'язок у фториді літію на 80% іонна, а на 20% - ковалентна. Тому правильніше говорити про ступінь іонності (полярності) ковалентного хімічного зв'язку. Вважають, що при різниці електронегативностей елементів 2,1 зв'язок є на 50% іонним. При більшій різниці з'єднання можна вважати іонним.

Взаємодія в розплавах системи Ме — S — О. Як зазначалося вище, термодинамічно можлива хімічна взаємодія сульфіду та оксиду одного й того самого металу, внаслідок якої відбувається десульфурація металу за реакцією:

(1 б)

Для більшості металів ця реакція екзотермічна. Вона є однією з найважливіших при конвертуванні мідних і поліметалевих свинцевих штейнів. Термодинамічні закономірності її можуть бути застосовані для розробки технологічних процесів отримання металів із сульфідних концентратів.Реакцію (1б) можна подати як результуючу трьох реакцій: утворення з хімічних елементів сульфіду та оксиду металу й окислення сірки киснем:

Значно утруднений перебіг реакціїFеS + 2FеО = ЗFе + SO₂ про що свідчить розміщення лінії

в нижньому правому кутку на діаграмі рис. 5.Якщо компоненти реакції (1б) перебувають у розчинах (метал і сульфід у штейні, а оксид у шлаку), то її рівняння запишемо так:

{MeS}+2(MeO)=3{Me}+SO₂ (13).З виразу константи рівноваги цієї реакції 1

визначим

.Оскільки одним із продуктів реакції є газ SO₂, то для успішного її перебігу потрібно, щоб останній виділявся в самостійну фазу, як це відбувається під час окислення вуглецю, розчиненого в металі. В технологічному процесі отримання міді відповідні умови створюються в разі продування розплаву штейну повітрям у конвертері за температури 1525-1575 К. Спочатку сульфід міді (1) окислюється киснем повітря до оксиду міді (1) за реакцією 2{Сu₂S} + ЗО₂ = 2(Сu₂O) + 2SO₂,а потім сульфід і оксид міді (1) взаємодіють за реакцією{Сu₂S} + 2(Сu₂O) = 6Сu + SO₂. (14)

Взаємодія твердих та газуватих фаз у системі Ме - S - О. При пірометалургійному переробленні сульфідних руд кольорових металів однією з перших операцій є їх окислювальний випал, внаслідок чого сірка частково або практично повністю видаляється в газову фазу. Взаємодія сульфідів металів з окислювальною атмосферою відбувається в ході агломерації залізних руд із високим вмістом сірки, а також при випалі пелет.

У залізних рудах сірка перебуває у вигляді сульфідів (піриту FеS₂, халькопіриту FеS, піротину Fe_xS) і сульфатів (ВаSO₄, СаSO₄ тощо).Пірит - термодинамічно нестійка хімічна сполука. дисоціація піриту зареакцією FeS₂=FeS+0,5S₂ при

відн. од. термодинамічно можлива за температур, що перевищують 1050 К. При зниженні парціального тиску пари сірки до 10^-4 відн. од. (10,13 Па)температура початку дисоціації піриту знижується до ~ 800 К.В атмосфері, що містить кисень, пірит FеS₂ і троїліт FеS починають окислюватись за температури 523-553 К за реакціями

Поряд з оксидом сірки (IV) SO₂ в ході реакції окислення сірки сульфідів утворюються оксиди SO₃ і SO, які за наявності в газовій фазі кисню реагують із ним за реакціями, що описуються рівняннями 2SO+O₂=2SO₂

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: