Физико-химические свойства оксисульфидных рвсплавов

На рисунке 8.1 - изображена диаграмма равных плотностей го­могенных расплавов системы FeS-FeO-Ni₃S₂ при 1350 °С.

По данным А.Д. Васкевича (рисунок 8.2) концент­рационная зависимость плотности железосиликатного шлака (26,5 % SiО₂ и 6 % А1₂О₃), в котором FeO замещалось на FeS. Замена FeO на FeS снижает плотность расплава, что связано с меньшей плотностью FeS (3800 кг/м³), по сравнению с FeO (4590 кг/м³).

Рисунок 8.1 - Диаграмма изотерм равной плотности оксисульфидных расплавов FeS – FeO - Ni3S2 при 1350 °С. Числа у изолиний - плотность, кг/м3 • 10-3	Рисунок 8.2 - Изменение плотности железосиликатного расплава при температуре, °С: 1 - 1200; 2 - 1250; 3 - 1300

На рисунке 8.3 показано изменение поверхностного натяже­ния (σ) расплавов FeS—FeO в зависимости от состава. Так же как и концентрационная зависимость плотнос­ти, кривая зависимости σ — состав характеризуется плавным ходом без каких-либо экстремальных отклонений, что свиде­тельствует об отсутствии сильных взаимодействий между псевдокомпонентами.

	Результаты измерений поверхностного натяжения и плот­ности оксисульфидных расплавов были использованы для оп­ределения адсорбции ГFeS (кг-моль/м3) в расплавах FeS-FeO. Расчеты выполняли по уравнению Гиббса с поправ­кой Гугенгейма-Адама, считая раствор практически иде­альным: , где xFeS — мольная доля FeS; — парциальный молярный объем FeO, м3/кг-моль; V — молярный объем раствора.
Рнсунок 8.3 -Поверхностное натяжение расплавов системы FeO—FeS при температуре, °С: 1 - 1250; 2 - 1300; 3 – 1400

Кроме того по уравнению Жуховицкого была вычислена концентрация FeS в поверхностном слое (A) икоэффициент активности Г _FeS в поверхностном слое (рисунок 8.4).

Рисунок 8.4 -Физико-химические параметры поверхностного слоя расплавов FeS - FeO

Поверхностная активность FeS накладывает свой отпеча­ток на многие пирометаллургические процессы. Так во взве­шенной автогенной плавке сульфидных концентратов на по­верхности капель расплава в факеле будет находиться плен­ка FeS, а не более легкие оксиды.

Замена FeO на FeS приводит к снижению поверхностного натяжения. Этот факт объясняется двумя причинами: поверх­ностной активностью FeS; усилением полимеризации кремне-кислородных комплексов при замене О^2- на S^2-. На участке 12-15% FeS наблюдается сглаживание наклона кривых. Это связано с тем, что сульфид железа выпадает в отдельную фазу.

	Измеренную кинематическую вязкость расплавов системы FeO-FeS-Ni3S2 иллюстрирует рис. 142. Из температурной зависимости вязкости С.Е. Вайсбурдом с сотрудниками опреде­лены энергии активации динамической Ev и кинематической Eτ, вязкости. При изменении xFeS в расплаве от 0,2 до 1,0 эти величины линейно возрастают: Ev ·10-6= 18-22 Дж/кг-моль; Eτ • 10-6 = 26-30 Дж/кг-моль.
Рисунок 8.5-Диаграмма изоком оксисульфидных расплавов системы FeS—FeO—Ni3S2 при 1400 °С. Цифры — значения кинематической вязкости

Увеличение ковалентной составляющей связи при замене вюстита на FeS приводит к образованию жестких структур типа Me— S, что требует при перемещении частиц преодоления более высокого энергетиче­ского барьера.

Отсутствие в оксисульфидном расплаве сильного взаимо­действия с образованием более сложных частиц, чем в расп­лавах FeS и FeO, подтверждается также результатами калориметрического изучения тепловых свойств. В исследованном температурном интервале энтальпия расплавов является ли­нейной функцией температуры. Результаты определения эн­тальпии ΔН ^t₂₅= at + b (t — температура, °С; а и b — ко­эффициенты) представлены в таблице 8.2

Таблица 8.2 - Энтальпия расплавов FеS—FеO

В соответствии с размерностью можно заключить, что вязкое течение сульфидных и оксисульфидных расплавов должно определяться в основном перемещением металлических атомов, с точки зрения энергетики сульфидному атому се­ры для перемещения в новое состояние надо разорвать шесть связей, в то время как металлу одну или две. По-видимому, это свидетельствует о вакансионном механизме вязкого течения в оксисульфидных расплавах.