Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

5.2. Влияние температуры расплава при фильтрации

Согласно диаграммы состояния системы цинк-железо растворимость железа в цинке возрастает и существенно влияет на показатели фильтрации.

Опыты приведенные в табл. 22.5 показали, что с увеличением температуры фильтрации в интервале 400–500 °С степень удаления железа снижается [31].

Таблица 22

Влияние температуры фильтрации на конечное содержание Fe в металле

Номер опыта

1

2

3

4

5

6

7

Температура расплава, °С

420

430

440

450

450

475

490

Растворимость Fe в Zn, %

0,02

0,02

0,04

0,06

0,06

0,12

0,15

Дин вязкость Zn, мПа∙с

33,4

33,4

32,6

31,7

31,7

29,5

28,1

[Fe], % в исходном металле

0,23

0,37

0,38

0,32

0,36

2,6

0,23

[Fe], %конечный металл

0,14

0,12

0,09

0,11

0,10

1,04

0,03

Выход дроссов, %

2,1

4,3

8,6

6,3

6,9

30,3

12,8

[Fe], % в дроссах

4,32

5,92

3,4

3,47

3,79

6,2

1,6

Выход, % Fe в дроссы

38,7

69,3

74,3

68,7

72,9

72,3

88,8

Доля выхода (Zn/Fe) в дроссы

22,1

15,9

28,4

27,8

25,4

15,1

61,5

Примечание: загрузка 50 кг цинка.

Конечное содержание железа в металле достигается предпочтительному содержанию при температуре 440–450 °С.

Выход железа в дроссы не стабильно повышается при температуре 430–470 °С .

Зависимость на рис. 40 показывает, что в интервале 430–480 °С температур наблюдается стабилизация потерь цинка в дроссы, но затем с повышением температуры отмечается резкое повышение доли выхода цинка в дроссы [31].

В целом выход, % Fe в дроссы повышается по уравнению:

(Вых % Fe)dr = 0,43∙Tф – 125,8 с кореляцией 0,72, (5.3)

где Tф – температура фильтрации в °С.

Для более полного удаления железа из расплавленного цинка необходима температура 440 °С фильтрации в условиях минимальной растворимости железа в цинке. При температуре 440 °С растворимость Fe в цинке минимальна, но и вязкость расплава Zn выше чем при 480 °С. Однако, с повышением температуры повышается растворение мелких кристаллов и снижается вязкость суспензии расплава. Поэтому по всей вероятности снижается выход жидкого цинка с осадком дроссов. При Т > 500 °С растворимость Fe повышается. Это показывает анализ кольца брызг из щели фильтра, которое содержит 0,32 % Fe). В интервале температур 430–480 °С содержание Fe после фильтрации не меняется, а с повышением Тф > 500 °С резко повышается:

100∙[Fe]k = 0,32∙Tф – 128 с кореляцией 0,84. (5.4)

40.wmf

Рис. 40. Влияние температуры фильтрации расплавленного гартцинка. Абсцисса – температура фильтрации; ордината: 1 – выход, % Fe в дроссы; 2 – доля (Zn/Fe) выхода цинка в дроссы на единицу удаленного железа

Поэтому можно принять температуру фильтрации 430–480 °С оптимальной.

Для снижения выхода цинка в отходы необходимо отделять жидкий цинк с поверхности твердых кристаллов соединений дроссов. Для этого проведен расчет доли твердой фазы в расплаве и оценка крупности кристаллов в осадке и толщины пленки на кристаллах.

Исходный гартцинк из ванн цинкования кристаллизовался в течение месяца и равновесный состав принят в виде твердых соединений FeZn7. Однако, при повторной переплавке гартцинка для переработки происходит неравновесная перекристаллизация и согласно диаграммы железо находится в виде фаз переменного состава.

В диаграмме состояния [17] сплава Zn–Fe известна фаза δ1 состава FeZn7 и фаза ξ состава FeZn10 стабильные при температуре ниже 530 °С. При охлаждении расплава до 530 °С с содержанием [Fe] = 1,3–3,45 % в жидком Zn выделяется твердый сплав δ, содержащий 8,6–11,5 ат %Fe, что соответствует соединению FeZn10. В интервале охлаждения от 530 до 420 °С но уже при содержании Fe < 0,3 % в жидком Zn выделяется твердая фаза ξ состава 7,05 %Fe, что соответствует соединению FeZn13. Таким образов в этих условиях основной твердой фазой является FeZn10.

Образец пористых кристаллов дроссов из фильтра содержащих 3,12 % железа, 95,9 % цинка исследован на удельную поверхность методом адсорбции аргона [5]. Удельная поверхность дроссов составила 0,515 м2/г. Для расчета (табл. 23) фазового состава примем, что цинк одинаково смачивает кристаллы соединений.

Таблица 23

Расчет фазового состава фильтр-осадка

Статья расчета

Единицы измерения

Значение

Содержание железа в осадке, %

%

3,12

цинка, %

%

90,7

Удельная поверхность S

S = м2/г

0,515

Удельная поверхность S

cм2/г

5150

Плотность жидкого цинка, г/см3

г/см3

6,02

Плотность твердой фазы

γ, г/см3

7,19

Расчет доли твердой фазы

%

39,7

Доля цинка связанного в FeZn10

%

36,6

Содержание железа в кристалле FeZn10

 

7,9

Содержание цинка в кристалле FeZn10

 

92,1

Доля свободного цинка в дроссах, %

%

54,1

Объем жидкого цинка в 1 г осадка

см3

0,08992

Толщина пленки цинка на частицах твердой фазе

см

1,7E-05

1 см = 10000 микрон (μ)

μ

10000

Толщина пленки цинка на частицах твердой фазе

μ

0,17

Удельный объем 1 г твердой фазы FeZn10

см3/г

0,05521

Средний размер кристаллов FeZn10

см

0,00008

Сред размер кристал FeZn10

микрон

0,8

Расчет показал, что при среднем размере частиц твердой фазы FeZn10 в 0,8 микрон толщина пленки жидкого олова 0,17 микрон.

Поэтому полагаем, что снижения выхода цинка в дроссы можно достигнуть за счет снижения удельной поверхности кристаллов дроссов, т. е. крупности кристаллов. Высокий выход цинка в отфильтрованные дроссы (показатель Zn/Fe) объясняется образованием кристаллов FeZn7 различной крупности покрытых пленкой жидкого цинка за счет высокой смачиваемости.

Для снижения выхода цинка в дроссы необходимо укрупнение кристаллов кристаллизацией и снижения удельной поверхности частиц сыпучих дроссов. Степень удаления железа центробежной фильтрацией зависит от условий кристаллизации этих соединений из расплава, т. е. условий роста кристаллов этих соединений железа.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074