Физико-химические свойства и процессы в оксидных и металлических системах, содержащих тантал, ниобий, олово

• Автор: Красиков, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 281 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Поведение компонентов танталоловянного сырья в высокотемпературных окислительновосстановительных
процессах

1.1.1. Восстановление оксидов

1.1.2. Восстановление оксидных расплавов.

1.1.3. Окисление металлов и сплавов

1.2. Физикохимические свойства оксидных расплавов

1.3. Направления и задачи исследования

2. ГАЗОВОЕ, УГЛЕТЕРМИЧЕСКОЕ И МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДНЫХ РАСПЛАВОВ
2.1. Методы исследований
2.2. Газовое восстановление.
2.2.1. Восстановление свинца и олова водородом из бинарных силикатных и боратных расплавов.
2.2.2. Восстановление олова водородом из многокомпонентных оксидных систем.
2.2.3. Восстановление водородом и монооксидом углерода
высокожелезистых силикатных расплавов
2.3. Карботермическое восстановление
2.3.1. Восстановление олова
2.3.2. Восстановление тантала и ниобия.
2.4. Селекция олова при водородном и карботермическом восстановлении оксидных расплавов
2.5. Металлотермическое восстановление
2.5.1. Алюминотермическое восстановление тантала, ниобия, олова с образованием сплава на основе железа.
2.5.2. Восстановление редких металлов и олова с переводом их в
сплав на медной основе
2.6. Выводы ИЗ
3. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИДНЫХ И ОКСИДНО 6 ФТОРИДНЫХ РАСПЛАВОВ
3.1. Методы исследований
3.2. Поверхностное натяжение и плотность
3.2.1. Влияние оксидов олова
3.2.2. Влияние оксидов тантала, ниобия и вольфрама на поверхностные и объемные свойства апюмосиликатных расплавов.
3.2.3. Плотность и поверхностное натяжение ниобийсодержащих оксиднофторидных расплавов
3.2.4. Применимость полимерной модели для расчета поверхностных
свойств оксидных расплавов
3.3. Вязкость.
3.3.1. Вязкость оловосодержащих силикатных расплавов и ее оценка
по полимерной теории
3.3.2. Влияние оксидов ниобия, тантала, вольфрама на вязкость алюмосиликатных расплавов
3.3.3. Влияние оксидов переменной валентности на вязкость оксиднофторидных расплавов
3.4. Электропроводность.
3.4.1. Электропроводность алюмосиликатных систем, содержащих оксиды тантала, ниобия, вольфрама, олова
3.4.2. Влияние оксидов переменной валентности на электропроводность оксиднофторидных расплавов.
3.5. Выводы.
4. ОКИСЛЕНИЕ ТАНТАЛНИОБИЙОЛОВЯННЫХ СПЛАВОВ
4.1. Методика исследований
4.2. Окисление редкометалльных ферросплавов
4.2.1. Твердофазное окисление .
4.2.1.1. Взаимодействие Та, , i с кислородом воздуха
4.2.1.2. Окисление сплавов , i,
4.2.1.3. Окисление многокомпонентных сплавов.
4.2.2. Жидкофазное окисление.
4.2.2.1. Селекция редких металлов и олова при обработке сплавов карбонатносульфатными смесями.
4.2.2.2. Взаимодействие танталниобийсодержащих ферросплавов с карбонатнофосфатными расплавами
4.3. Взаимодействие редкометалльных сплавов на основе меди с солямиокислителями.
4.3.1. Изучение фазового состава сплавов
4.3.2. Термодинамическое моделирование и экспериментальная проверка процесса окисления компонентов медного сплава
4.4. Выводы.
5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
5.1. Горячее моделирование фыомингпроцесса на примере продувки расплавов оловосодержащих концентратов месторождения Сырымбет
5.2. Использование результатов измерений вязкости шлаков для совершенствования процесса плавка фьюмингование низкосортного оловосодержащего сырья
5.3. Результаты укрупненных испытаний восстановительноокислительной обработки танталоловосодержащих концентратов
5.3.1. Испытания алюминотермической плавки бедных рудных
концентратов .
5.3.2. Испытания окислительной плавки танталниобиевых
сплавов на основе железа.
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Например, при взаимодействии оксида углерода со сталеплавильными шлаками , скорость восстановления оксидов железа возрастала с повышением температуры и содержания Ре3 в расплаве и снижалась с повышением основности шлака. Лимитирующим этапом в данном случае были диффузионные затруднения в шлаковой фазе. При исключении затруднений в газе режим процесса, как свидетельствуют исследования взаимодействия СО с расплавом РеОЭЮг , 0, может перейти в кинетический. Согласно работам , восстановление оксидов цветных металлов СО во многом подчиняется закономерностям, найденным для оксидов железа. Так, восстановление оксида меди I 3 при отсутствии затруднений в газовой фазе лимитируется массопередачей реагентов в объеме расплава. Однако при изменении геометрических параметров ячейки в тех же самых прочих условиях может протекать, согласно 5, уже в режиме близком к кинетическому. Восстановление оксидов цинка 4 характеризуется медленной диффузией ионов цинка в расплаве. При этом заслуживает внимания тот факт, что скорость восстановления из расплавов СаО5Ю2АОз, содержащих 9 мае. СаР2, оказалась на порядок выше, чем в расплавах без этого компонента. То есть, вязкость и другие физикохимические свойства оксидных расплавов могут в значительной степени определять лимитирующую стадию процесса. Бп0 8п4
которая протекает в жидких силикатах в направлении образования катионов двухвалентного олова 6. О СО 8п С 1. О в расплаве составляют 5. О6 мольсм2 с, а кажущаяся энергия активации равна 5. Джмоль. Пропорциональность константы скорости содержанию ЭпО в расплаве позволило авторам 1 сделать заключение о торможении процесса со стороны массопередачи компонентов в жидкой фазе. Однако, здесь, не учитывался возможный улет монооксида олова, и поэтому реакция 1. Совокупность приведенных данных о восстановлении элементов из оксидных расплавов монооксидом углерода свидетельствует, что для данного взаимодействия, как правило, лимитирующим этапом является диффузия реагентов в расплаве или газовой фазе. При этом порядок реакции по концентрации восстанавливаемого оксида может изменяться от 0. Джмоль. Вместе с. В металлургических агрегатах наряду с восстановлением элементов твердым углеродом и СО может также иметь место взаимодействие оксидов с природным газом основу составляет метан и водородом 7, 8, который может быть продуктом крекинга или пиролиза природного газа. Остановимся коротко на известных по этому вопросу закономерностях. Стадия конверсии, как правило, протекает быстро и без заметных энергетических затрат. При температурах К уравнение 1. КТ1 , 1. Закономерности, указывающие на диффузионный контроль процесса, позднее были также подтверждены при исследовании восстановления метаном жидких оксидов меди 1. РЮ СН4 4РЬ С 2Н , РЬО СН4 РЬ СО 2Н2,
1. СН4 с кислородом оксида. В частности, через стадию диссоциативной хемосорбции молекулы газавосстановителя и последующим взаимодействием образующихся осколков этой молекулы с кислородом оксида. Восстановление элементов из расплавов непосредственно водородом в большей степени исследовано для оксидов железа. Так, было найдено 2, что скорость восстановления железа из силикатных расплавов при К линейно увеличивалась с повышением концентрации ГеО в расплаве до мае и содержанием Н2 в газе. Авторы ИЗ считают, что для богатого железосиликатного расплава мае РеО временная зависимость Т К количества прореагировавшего с водородом кислорода характеризуется на первом этапе 0 мин первым порядком реакции и лимитированием со стороны химического взаимодействия компонентов на втором 0 мин наиболее медленной стадией является доставка водорода через слой продуктов реакции к поверхности расплава. И на конечном, третьем, этапе мин с повышением вязкости расплава лимитирующей становится диффузия компонентов в его объеме. Такая смена лимитирующих этапов естественна, поскольку меняются условия восстановления и образуется новая металлическая фаза. Подобные закономерности были также обнаружены и при изучении восстановления из оксидных расплавов никеля и кобальта 4. Ф У2О0УН , 1.