Metalurgia metali nieżelaznych
Temat: Układ równowagi Cu-Fe-S
Joniec Marek
Jochymek Łukasz
Białko Krzysztof
Rok 3 Gr.1.Zespół 2
1.Wstęp:
Siarczkowe rudy miedzi po uprzednim kruszeniu i mieleniu poddaje się procesowi flotacji, którego celem jest oddzielenie od koncentratu skały płonnej. Koncentrat po wysuszeniu kieruje się do procesu wytapiania kamienia miedziowego. W wyniku tego procesu uzyskuje się dwie fazy: siarczkową i tlenkową. Fazę siarczkową stanowi kamień miedziowy, a fazę tlenkową żużel. Rozdział tych faz następuje na zasadzie różnicy gęstości, przy czym górną warstwę stanowi żużel, a dolną kamień. Do kamienia miedziowego przechodzi praktycznie cała miedź zawarta w koncentracie (przy zawartości 40℅ Cu w kamieniu miedziowym, zawartość Cu w żużlu wynosi ok. 0,4℅).
Kamień miedziowy jest stopem siarczku miedzi z siarczkiem żelaza (Cu2S z FeS) oraz pewnej ilości trudno rozpuszczalnych domieszek tj.: Fe3O4, Au, Ag, As, Sb, Bi, oraz wielu innych. Zawartość miedzi w kamieniu miedziowym waha się w granicach 10÷60℅.
Skład kamieni miedziowych można wyznaczyć z układu potrójnego Cu-Fe-S przy założeniu, że w kamieniu występują tylko te trzy składniki:
Koncentraty poddawane procesowi wytopu kamienia miedziowego zawierają w sobie zawsze większą niż to jest konieczne ilość siarki. Naddatek ten zostaje jednak odprowadzony w trakcie procesu. Zawartość siarki nie może, więc przekraczać, linii Cu2S-FeS.
Ze względu na ograniczoną rozpuszczalność w stanie ciekłym Cu2S w czystym Cu w powyższym układzie potrójnym występuje obszar dwóch niemieszających się cieczy, z których pierwszą stanowi roztwór Cu-Fe, a drugą roztwór Cu2S-FeS. Z przesyconego roztworu Cu-Fe może wytrącić się żelazo w postaci stałej ze względu na swą wysoką temperaturę topnienia (1539oC).
2.Wykonanie ćwiczenia:
a) Przygotować trzy próbki o masach 3 [g] z następujących składników: Cu2S, FeS, Cu, Fe według wyznaczonych punktów układu Cu-Fe-S podanych przez prowadzącego.
b) Przygotowane próbki umieścić w tyglu grafitowym i topić pod przykryciem w piecu w temperaturze 1200-1300 oC przez okres ok. 1 godziny.
c) Po stopieniu i ostudzeniu wykonać szlify metalograficzne, a następnie przeprowadzić obserwacje mikroskopowe badanych próbek.
3.Opracowanie wyników:
Wyznaczenie poszczególnych mas składników próbek:
MCu=63,5 [g/mol] MFe=55,8 [g/mol] MS=32 [g/mol]
Próbka 1: m=3 [g] Cu=48% Fe=26% S=26%
mCu=1,44 [g] mFe=0,78 [g] mS=0,78 [g]
Cu2S:
2*63,5 [g] Cu – 32 [g] S
1,44 [g]Cu – mS(Cu2S)
mS(Cu2S)= 1,44 [g]Cu * 32 [g] S/ 2 * 63,5 [g] Cu
mS(Cu2S)= 0,36[g]
mCu2S= mCu + mS(Cu2S)
mCu2S= 1,44 [g] + 0,36[g]
mCu2S= 1,8 [g]
FeS:
mS(FeS)= mS - mS(Cu2S)
mS(FeS)= 0,78 [g] – 0,36 [g] =0,42 [g]
mFeS= mS(FeS) + mFe
mFeS= 0,42 [g] + 0,78 [g]
mFeS=1,2 [g]
Próbka 2: m=3 [g] Cu=15% Fe=55% S=30%
mCu=0,45 [g] mFe=1,65 [g] mS=0,9 [g]
0,45 [g]Cu – mS(Cu2S)
mS(Cu2S)= 0,45 [g]Cu * 32 [g]S/ 2 * 63,5 [g]Cu
mS(Cu2S)= 0,11[g]
mCu2S= 0,45 [g] + 0,11 [g]
mCu2S= 0,56 [g]
mS(FeS)= 0,9 [g] - 0,11 [g] = 0,79 [g]
55,8 [g]Fe – 32 [g]S
mFe(FeS) – 0,79 [g]S
mFe(FeS) = 55,8 [g]Fe * 0,79 [g] S / 32 [g]S
mFe(FeS) = 1,38 [g]
mFeS = mFe(FeS) + mS(FeS)
mFeS = 1,38 [g] + 0,79 [g]
mFeS =2,17 [g]
mFe = 1,65 [g] - mFe(FeS)
mFe = 1,65 [g] - 1,38 [g]
mFe =0,27 [g]
Próbka 3: m=3 [g] Cu=80% Fe=7% S=13%
mCu=2,4 [g] mFe=0,21 [g] mS=0,39 [g]
0,21 [g]Fe - m...
cycu83