Federal ta'lim agentligi

GOU VPO "Ural davlati Texnika universiteti- UPI"

A.M. Panfilov

O'quv elektron matn nashri

Metallurgiya jarayonlari nazariyasi kafedrasi tomonidan tayyorlangan

Ilmiy muharrir: prof., dr. kimyo. Fanlar M.A. Spiridonov

Metallurgiya mutaxassisliklari bo‘yicha barcha ta’lim shakllari talabalari uchun “Metallurgiya tizimlari va jarayonlari fizik kimyosi”, “Metallurgiya jarayonlari nazariyasi” fanlaridan laboratoriya ishlari bo‘yicha uslubiy ko‘rsatmalar.

TMP kafedrasining “Metallurgiya jarayonlari nazariyasi” ustaxonasida ishni tashkil etish qoidalari (ixtisoslashtirilgan auditoriya)

Mt-431 im. O.A. Yesin). Laboratoriya ishlarini bajarish metodologiyasi va tartibi tavsiflangan, amaldagi GOSTlarga muvofiq laboratoriya ishlari bo'yicha hisobotlarning mazmuni va dizayniga qo'yiladigan talablar va ularni amalga oshirish bo'yicha tavsiyalar berilgan.

© GOU VPO USTU-UPI, 2008

Yekaterinburg

Kirish ................................................. . ................................................ .. ................................................ 4

1 Metallurgiya jarayonlari nazariyasi fanidan laboratoriya ustaxonasida ishlarni tashkil etish ............... 4

1.1 Tayyorgarlik laboratoriya ishi................................................ . ................................................ 5 1.2 Tavsiyalar o'lchov natijalarini qayta ishlash va hisobot tayyorlash ......................................... ... 5

1.3.1 Chizma ................................................. ...................... ................................................ ............ ................... 5

1.3.2 Eksperimental ma'lumotlarni tekislash...................................... ................................................................ ..... 7

1.3.5 Diskret nuqtalar to'plami bilan aniqlangan funktsiyani sonli differentsiallash.................................. 8

ba'zi ma'lumotlar to'plamini taxmin qilish ................................................ ...................... ................................. 9

1.3.7 Natijalar taqdimoti....................................... ........ ................................................ ....... ....... 10

2 Laboratoriya ishining tavsifi........................................... ........ ................................................ ....... ............. o'n bir

2.1 Temirning yuqori haroratda oksidlanish kinetikasini o'rganish (13-sonli ish) ................................. .............. 12

2.1.1 Temir oksidlanishining umumiy qonuniyatlari ...................................... ................................................................ .................... 12 2.1.2 Tajribalarni o‘rnatish va o‘tkazish tartibining tavsifi .............. .. ...................................................... .. 14

2.1.3 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish ......................................... ................. ................... 15

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ................... 17

2.2 Oksid eritmalarining elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligini o'rganish

(14-sonli ish) ......................................... ... ................................................... .. ........................................... o'n to'qqiz

2.2.1 Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligining tabiati haqida umumiy ma'lumot ................................. .......................... 19

2.2.2 O'rnatish va o'lchash tartibining tavsifi...................................... ....... ................................. 21

2.2.3 Ishni qanday bajarish kerak................................................. ...................... ................................................. ......... ..... 23

2.2.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish...................................... ................................................ 24

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ................... 25

2.3 Simulyatsiya modelida cüruf bilan metallni oltingugurtdan tozalash kinetikasini o'rganish (Ish №.

15) ............................................................................................................................................................ 26

2.3.1 Metallni cüruf bilan oltingugurtdan tozalash kinetikasi haqida umumiy ma'lumot ................................. ...................... ..... 26

2.3.2 Jarayonning matematik modeli...................................... ...... ................................................ .. 29

2.3.3 Ish tartibi ................................................ ................ ................................. ................ ...... o'ttiz

2.3.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish ......................................... ................. ................... 31

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ................ 32

2.4 Tabiiy karbonatlarning dissotsilanish jarayonlarini termografik o’rganish (16-sonli ish) 33.

2.4.1 Karbonat dissotsiatsiyasining umumiy qonuniyatlari ...................................... ................................................ 33

2.4.2 O'rnatish sxemasi va ish usuli ...................................... ...................... ......................... 39

2.4.3 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish ......................................... ................................ 39

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ................. 41

2.5 Oksid eritmalari yopishqoqligining haroratga bog'liqligini o'rganish (17-ish) .............. 42

2.5.1 Oksid eritmalarining yopishqoq qarshiligining tabiati ...................................... ...................... 42

2.5.2 Yopishqoqlikni o'rnatish va o'lchash tartibining tavsifi ...................................... ...................... ................. 43

2.5.3 Ish tartibi ................................................ ................ ................................. ................ ...... 45

2.5.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish ......................................... ................. ................... 45 Xavfsizlik savollari ........... ................................ ........................... ................................................................ ............. 46

2.6 Oksid eritmasidan marganetsni po'latga aylantirish (18-sonli ish).

2.6.1 Metall va cürufning elektrokimyoviy o'zaro ta'sirining umumiy qonuniyatlari ............... 47

2.6.2 Jarayon modeli................................................. ................................................................ ................................................ 49

2.6.3 Ish tartibi ................................................ ................................................................ ...................... 50

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ............................ 52 Adabiyotlar ................... ................................................................ .......................... ................................. .......................... ...... 53

STP USTU-UPI 1-96	Korxona standarti. Umumiy talablar hamda diplom va kurs loyihalarini (ishlarini) rasmiylashtirish qoidalari.
GOST R 1.5-2002	GSS. Standartlar. Qurilish, taqdimot, dizayn, mazmun va belgilanish uchun umumiy talablar.
GOST 2.105-95	ESKD. Matnli hujjatlarga qo'yiladigan umumiy talablar.
GOST 2.106-96	ESKD. Matnli hujjatlar.
GOST 6.30 2003 yil	USD. Tashkiliy va ma'muriy hujjatlarning yagona tizimi. Hujjatlarga qo'yiladigan talablar.
GOST 7.32-2001	SIBID. Tadqiqot hisoboti.
GOST 7.54-88	SIBID. Ilmiy-texnik hujjatlarda moddalar va materiallarning xossalari to'g'risidagi raqamli ma'lumotlarni aks ettirish. Umumiy talablar.
GOST 8.417-2002	GSOEI. Birliklar

Belgilar va qisqartmalar

	Davlat standarti sobiq SSSR yoki davlatlararo standart (hozirda).
	Standart qabul qilingan Davlat qo'mitasi Rossiya standartlashtirish va metrologiya federatsiyasi (Rossiya Davlat standarti) yoki Rossiya Federatsiyasining uy-joy va qurilish siyosati davlat qo'mitasi (Rossiya Davlat qurilishi).
	Davlat tizimi standartlashtirish.
	O'lchovlarning bir xilligini ta'minlashning davlat tizimi.
	Axborot texnologiyalari
	Eng kichik kvadrat usuli
	Shaxsiy kompyuter
	Korxona standarti
	Metallurgiya jarayonlari nazariyasi

Kirish

Metall-shlaklar tizimidagi xossalarni va metallurgiya birliklarida sodir bo'ladigan jarayonlarni o'rganish bo'yicha laboratoriya ishlarini bajarish fizik-kimyoviy tahlil usulining imkoniyatlarini yaxshiroq tushunish va uni amaliy qo'llash ko'nikmalariga ega bo'lish imkonini beradi. Bundan tashqari, talaba individual fizik-kimyoviy xossalarni va umuman metallurgiya jarayonlarini eksperimental va namunaviy tadqiq qilishning ayrim usullarini amalga oshirish bilan tanishadi, eksperimental ma'lumotlarni qayta ishlash, tahlil qilish va taqdim etish ko'nikmalariga ega bo'ladi.

1 Metallurgiya jarayonlari nazariyasi fanidan laboratoriya ustaxonasida ishlarni tashkil etish

Metallurgiya jarayonlari nazariyasi bo'yicha laboratoriya ustaxonasida asosiy narsa eksperimental ma'lumotlarni kompyuterda yig'ishdir. Bu ishni tashkil etishning bir qator xususiyatlarini aniqlaydi:

Har bir talaba qabul qiladi individual vazifa, butun tajribani yoki uning belgilangan qismini bajaradi va olingan ma'lumotlarni qayta ishlaydi. Ish natijasi o'rganilayotgan hodisaning olingan raqamli tavsiflarini va ularni aniqlashdagi xatolarni, aniqlangan xususiyatlarni aks ettiruvchi grafiklarni va barcha ma'lumotlar to'plamidan olingan xulosalarni o'z ichiga oladi. Talabalar hisobotlarida berilgan ishning miqdoriy natijalarining nazorat baholari bilan solishtirganda tafovut 5% dan oshmasligi kerak.

Natijalarni taqdim etishning asosiy varianti - Microsoft.Excel yoki OpenOffice.Calc elektron jadvallarida eksperimental ma'lumotlarni qayta ishlash, grafiklarni tuzish va xulosalarni shakllantirish.

O'qituvchining ruxsati bilan grafik qog'ozda tayyorlangan kerakli rasmlar va grafiklar bilan qo'lda yozilgan hisobotni topshirishga vaqtincha ruxsat beriladi.

Tugallangan laboratoriya ishi to'g'risida hisobot laboratoriya ustaxonasiga rahbarlik qiluvchi o'qituvchiga keyingi laboratoriya ishidan oldingi ish kunidan kechiktirmay topshiriladi. Etkazish tartibi (ko'ra elektron pochta, Tanaffus vaqtida har qanday o'qituvchi yoki laborantga hozir dars o'tayotgan) o'qituvchi tomonidan belgilanadi.

Oldingi ish yuzasidan hisobotni o‘z vaqtida topshirmagan va kollokviumdan (sinovdan) o‘tmagan talabalar keyingi laboratoriya ishiga kiritilmaydi.

Laboratoriya ishlarini bajarishga faqat laboratoriya ustaxonasida xavfsiz ishlash choralari bo'yicha kirish brifingidan o'tgan va brifing varag'iga imzo qo'ygan talabalar ruxsat etiladi.

Isitish va o'lchash elektr asboblari, kimyoviy shisha idishlar va reagentlar bilan ishlash laboratoriyada xavfsizlik qoidalariga muvofiq amalga oshiriladi.

Ishni tugatgandan so'ng, talaba ish joyini tartibga soladi va uni laborantga topshiradi.

1.1 Laboratoriyaga tayyorgarlik

Darsga tayyorgarlik ko‘rishda asosiy manbalar sifatida ushbu qo‘llanma, o‘qituvchi tomonidan tavsiya etilgan darslik va o‘quv qo‘llanmalar, ma’ruza matnlari hisoblanadi.

Laboratoriya ishiga tayyorgarlik ko'rayotganda, talaba darsdan oldingi hafta davomida o'rganilayotgan hodisaga oid materialni o'qishi va tushunishi, o'rnatish va o'lchash texnikasini loyihalashda va ularning natijalarini qayta ishlashda qo'llanmadagi sxemalarni tushunishi kerak. Qiyinchiliklar bo'lsa, tavsiya etilgan adabiyotlar va laboratoriya mashg'ulotlarini olib boradigan o'qituvchi va o'qituvchilarning maslahatlaridan foydalanish kerak.

Talabaning ishni bajarishga tayyorligi o'qituvchi tomonidan har bir talabaning individual so'rovi yoki kompyuterda test o'tkazish orqali nazorat qilinadi. Tayyorgarligi yetarli bo‘lmagan talaba dars davomida ushbu ish bilan bog‘liq materialni o‘rganishi, qayta tekshirilgandan so‘ng ishning tajriba qismini qo‘shimcha darsda bajarishi shart. Takroriy mashg'ulotlarni o'tkazish vaqti va tartibi maxsus jadval bilan tartibga solinadi.

1.2 O'lchov natijalarini qayta ishlash va hisobot berish bo'yicha tavsiyalar

GOST 7.54-88 ga muvofiq, eksperimental raqamli ma'lumotlar sarlavhali jadvallar shaklida taqdim etilishi kerak. Har bir laboratoriya uchun namuna jadvallari taqdim etiladi.

O'lchov natijalarini qayta ishlashda statistik ishlov berishdan foydalanish kerak: eksperimental ma'lumotlarni tekislashni qo'llash, bog'liqlik parametrlarini baholashda eng kichik kvadratlar usulini qo'llash va hokazo. va olingan qiymatlarning xatosini baholashni unutmang. Bunday qayta ishlashni amalga oshirish uchun elektron jadvallar maxsus statistik funktsiyalarni ta'minlaydi. Kerakli funktsiyalar to'plami ilmiy (muhandislik) hisob-kitoblar uchun mo'ljallangan kalkulyatorlarda ham mavjud.

1.3.1 Chizma tuzish

Tajribalarni bajarishda, qoida tariqasida, bir vaqtning o'zida bir nechta parametrlarning qiymatlari belgilanadi. Ularning munosabatlarini tahlil qilib, kuzatilgan hodisa haqida xulosa chiqarish mumkin. Raqamli ma'lumotlarning vizual tasviri ularning o'zaro bog'liqligini tahlil qilishni sezilarli darajada osonlashtiradi - shuning uchun ma'lumot bilan ishlashda syujet yaratish juda muhim qadamdir. Ruxsat etilgan parametrlar orasida har doim kamida bitta mustaqil o'zgaruvchi borligini unutmang - qiymati o'z-o'zidan (vaqt) o'zgarib turadigan yoki eksperimentator tomonidan o'rnatiladigan qiymat. Qolgan parametrlar mustaqil o'zgaruvchilarning qiymatlari bilan aniqlanadi. Grafiklarni tuzishda siz ba'zi qoidalarga amal qilishingiz kerak:

Mustaqil o'zgaruvchining qiymati abscissa (gorizontal o'q) bo'ylab, funktsiya qiymati esa ordinata (vertikal o'q) bo'ylab chiziladi.

O'qlar bo'ylab shkalalar grafik maydonidan iloji boricha informatsion foydalanish uchun tanlangan bo'lishi kerak - bunda eksperimental nuqtalar va funktsional bog'liqlik chiziqlari bo'lmagan bo'sh joylar kamroq bo'lishi kerak. Ushbu talabni bajarish uchun ko'pincha koordinata o'qining boshida nolga teng bo'lmagan qiymatni ko'rsatish kerak bo'ladi. Bunday holda, barcha tajriba natijalari grafikda ko'rsatilishi kerak.

O'qlar bo'ylab qiymatlar, qoida tariqasida, ba'zi bir butun sonning (1, 2, 4, 5) ko'paytmalari bo'lishi va bir tekisda joylashgan bo'lishi kerak. O'qlarda aniq o'lchovlar natijalarini ko'rsatish qat'iyan qabul qilinishi mumkin emas. Tanlangan o'lchov birliklari juda kichik yoki juda katta bo'lmasligi kerak (bir nechta bosh yoki keyingi nollardan iborat bo'lmasligi kerak). Ushbu talabni ta'minlash uchun siz eksa belgilashda chiqarilgan 10 X shaklidagi masshtab koeffitsientidan foydalanishingiz kerak.

Funktsional bog'liqlik chizig'i to'g'ri chiziq yoki silliq egri chiziq bo'lishi kerak. Tajriba nuqtalarini siniq chiziq bilan ulash faqat dastlabki tahlil bosqichida joizdir.

Elektron jadvallar yordamida chizma tuzishda ushbu talablarning ko'pchiligi avtomatik ravishda qondiriladi, lekin odatda hammasi emas va to'liq hajmda emas, shuning uchun siz deyarli har doim natijada tasvirni sozlashingiz kerak bo'ladi.

Elektron jadvallar maxsus xizmatiga ega - Grafik ustasi (Asosiy menyu: Diagramma qo'shish). Unga kirishning eng oddiy usuli, avvalo, argumentni ham, funksiyani ham (bir nechta funksiyalarni) o‘z ichiga olgan katak maydonini tanlash va sichqoncha yordamida standart paneldagi “Chart Wizard” tugmasini faollashtirishdir.

Bu sizga hali ham ishlashingiz kerak bo'lgan diagramma shablonini beradi, chunki ko'pgina standart diagramma opsiyalarini avtomatik tanlash barcha talablaringizga javob bermasligi mumkin.

Avvalo, o'qlardagi raqamlarning o'lchamini va o'qlardagi harflarni va afsonadagi funktsiya yorliqlarini tekshiring. Shrift o'lchami hamma joyda bir xil bo'lishi ma'qul, kamida 10 va 14 nuqtadan oshmasligi kerak, lekin siz har bir yozuv uchun qiymatni alohida belgilashingiz kerak bo'ladi. Buni amalga oshirish uchun kursorni qiziqtirgan ob'ektga (o'q, yorliq, afsona) qo'ying va sichqonchaning o'ng tugmasini bosing. Ko'rsatilgan kontekst menyusida "Format (element)" ni tanlang va "Shrift" yorlig'i bilan varaqadagi yangi menyuda kerakli qiymatni tanlang. O'qni formatlashda siz qo'shimcha ravishda "Mashtab" va "Raqam" yorliqlari bilan varaqlardagi qiymatlarni ko'rib chiqishingiz va o'zgartirishingiz kerak. Agar siz taklif qilingan tanlov qanday o'zgarishlarga olib kelishini tushunmasangiz, har qanday variantni sinab ko'rishdan qo'rqmang, chunki siz har doim Ctrl + Z tugmalarini bosib yoki Asosiy menyuning "Tahrirlash" bandini tanlab, kiritilgan o'zgarishlarni bekor qilishingiz mumkin - Bekor qilish yoki standart asboblar panelidagi "Bekor qilish" tugmasini bosish orqali.

Agar nuqtalar ko'p bo'lsa va tarqalish kichik bo'lsa va chiziq juda silliq ko'rinsa, u holda nuqtalarni chiziqlar bilan bog'lash mumkin. Buning uchun kursorni grafikning istalgan nuqtasiga olib boring va sichqonchaning o'ng tugmasini bosing. Ko'rsatilgan kontekst menyusida "Ma'lumotlar seriyasini formatlash" -ni tanlang. "Ko'rish" yorlig'i bo'lgan qog'oz varag'idagi yangi oynada siz tegishli rang va chiziq qalinligini tanlashingiz kerak va shu bilan birga nuqtalarning rangi, o'lchami va shaklini tekshirishingiz kerak. Aynan shu tarzda eksperimental ma'lumotlarga yaqinlashadigan bog'liqliklar quriladi. Agar yaqinlashish to'g'ri chiziq bo'lsa, u holda argument diapazonining chekkalarida ikkita nuqta etarli. Elektron jadvallarga o'rnatilgan "tekislashtirilgan egri chiziq" opsiyasidan foydalanish tekislash parametrlarini sozlashning iloji yo'qligi sababli tavsiya etilmaydi.

1.3.2 Eksperimental ma'lumotlarni tekislash

Yuqori haroratli eksperimental qurilmalarda olingan eksperimental ma'lumotlar katta tasodifiy o'lchash xatosi bilan tavsiflanadi. Bu, asosan, kuchli isitish moslamasining ishlashidan elektromagnit shovqin bilan aniqlanadi. Natijalarni statistik qayta ishlash tasodifiy xatolikni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. Ma'lumki, normal qonun bo'yicha taqsimlangan tasodifiy o'zgaruvchi uchun o'rtacha arifmetik xatolikdan aniqlanadi. N qadriyatlar, in N Bitta o'lchov xatosidan ½ marta kamroq. Ko'p sonli o'lchovlar bilan, agar ma'lumotlarning kichik oraliqda tasodifiy tarqalishi qiymatning muntazam o'zgarishidan sezilarli darajada oshib ketgan deb taxmin qilish mumkin bo'lsa, samarali tekislash usuli o'lchangan qiymatning keyingi qiymatiga o'rtacha arifmetik qiymatni belgilashdir. atrofidagi nosimmetrik oraliqdagi bir nechta qiymatlardan hisoblab chiqilgan. Matematik jihatdan bu quyidagi formula bilan ifodalanadi:

(1.1)

va elektron jadvallarda amalga oshirish juda oson. Bu yerda y i - o'lchov natijasi, va Y i - buning o'rniga foydalanish uchun tekislangan qiymat.

Raqamli ma'lumotlarni yig'ish tizimlari yordamida olingan eksperimental ma'lumotlar tasodifiy xato bilan tavsiflanadi, ularning taqsimlanishi odatdagi qonundan sezilarli darajada farq qiladi. Bunday holda, o'rtacha arifmetik o'rniga medianani qo'llash samaraliroq bo'lishi mumkin. Bunday holda, intervalning o'rtasida o'lchangan qiymatga o'rtacha arifmetik qiymatga eng yaqin bo'lgan o'lchangan qiymatning qiymati tayinlanadi. Algoritmdagi kichik farq natijani sezilarli darajada o'zgartirishi mumkindek tuyuladi. Masalan, o'rtacha baho versiyasida ba'zi eksperimental natijalar umuman ishlatilmasligi mumkin, ehtimol haqiqatda bo'lgan natijalar.

ayniqsa katta xato bilan "popping" qiymatlari.

1.3.5 Diskret nuqtalar to'plami bilan aniqlangan funksiyani sonli differentsiallash

Eksperimental nuqtalarni qayta ishlashda bunday operatsiyaga ehtiyoj juda tez-tez paydo bo'ladi. Masalan, konsentratsiyaning vaqtga bog'liqligini farqlash orqali jarayon tezligining vaqtga va reaktiv konsentratsiyasiga bog'liqligi topiladi, bu esa, o'z navbatida, reaktsiya tartibini taxmin qilish imkonini beradi. Funktsiyani raqamli farqlash operatsiyasi uning qiymatlari to'plami bilan belgilanadi ( y) tegishli argument qiymatlari to'plamiga mos keladigan ( x), funktsiyaning differentsialini uning yakuniy o'zgarishini argumentning yakuniy o'zgarishiga nisbati bilan taxminiy almashtirishga asoslanadi:

(1.2)

Raqamli farqlash asl ma'lumotlardagi noaniqliklar, qator a'zolarini olib tashlash va hokazolar natijasida yuzaga kelgan xatolarga sezgir va shuning uchun ehtiyotkorlik bilan bajarilishi kerak. Loyini () baholashning aniqligini oshirish uchun ular birinchi navbatda eksperimental ma'lumotlarni hech bo'lmaganda kichik segmentda tekislashga harakat qilishadi va shundan keyingina farqlashni amalga oshiradilar. Natijada, eng oddiy holatda, teng masofadagi tugunlar uchun (argumentning qiymatlari bir xil x miqdorida bir-biridan farq qiladi) quyidagi formulalar olinadi: birinchisidagi hosila uchun ( X 1) nuqta:

boshqa barcha nuqtalarda hosila uchun ( x), oxirgisidan tashqari:

oxirgi hosila uchun ( x) nuqta:

Eksperimental ma'lumotlar etarli bo'lsa va bir nechtasini e'tiborsiz qoldirish joiz bo'lsa ekstremal nuqtalar, siz kuchliroq silliqlash formulalaridan foydalanishingiz mumkin, masalan, 5 ball uchun:

yoki 7 ball bilan:

Tugunlarning notekis joylashishi uchun biz o'zgartirilgan formuladan (1.3) foydalanishni tavsiya qilish bilan cheklanamiz.

(1.8)

va lotinni boshlang'ich va oxirgi nuqtalarda hisoblamang.

Shunday qilib, raqamli farqlashni amalga oshirish uchun erkin ustunning kataklariga mos formulalarni joylashtirish kerak. Masalan, teng bo'lmagan intervalli argument qiymatlari 2 dan 25 gacha bo'lgan kataklardagi "A" ustuniga, funktsiya qiymatlari esa mos keladigan katakchalardagi "B" ustuniga joylashtiriladi. Hosilning qiymatlari "C" ustuniga joylashtirilishi kerak. Keyin "C3" katagiga formulani (5) quyidagi shaklda kiritishingiz kerak:

= (B4 - B2) / (A4 - A2)

va C4:C24 diapazonidagi barcha yacheykalarga nusxa ko'chiring (cho'zing).

1.3.6 Polinom koeffitsientlarining eng kichik kvadratlari usuli bilan aniqlash,

ba'zi ma'lumotlar to'plamini taxmin qilish

Raqamli ma'lumotlarni grafik tasvirlashda ko'pincha eksperimental nuqtalar bo'ylab chiziq chizish zarurati paydo bo'ladi, bu esa olingan bog'liqlikning xususiyatlarini ochib beradi. Bu ma'lumotni yaxshiroq idrok etish va o'lchash xatolari tufayli bir oz tarqalgan ma'lumotlarni keyingi tahlil qilishni osonlashtirish uchun amalga oshiriladi. Ko'pincha, o'rganilayotgan hodisani nazariy tahlil qilish asosida, bu chiziq qanday shaklga ega bo'lishi kerakligi oldindan ma'lum. Masalan, ma'lumki, kimyoviy jarayon tezligining bog'liqligi ( v) harorat bo'yicha eksponent bo'lishi kerak, ko'rsatkich mutlaq shkala bo'yicha haroratning o'zaro nisbatini ifodalaydi:

Bu shuni anglatadiki, grafikda koordinatalarda ln v- 1/T to'g'ri chiziqqa ega bo'lishi kerak,

Kimning qiyalik faollashuv energiyasini tavsiflaydi ( E) jarayon. Tajriba nuqtalari orqali, qoida tariqasida, turli qiyaliklarga ega bo'lgan bir nechta to'g'ri chiziqlar chizish mumkin. Muayyan ma'noda, ularning eng yaxshisi eng kichik kvadratlar usuli bilan aniqlangan koeffitsientli to'g'ri chiziq bo'ladi.

Umumiy holatda, yaqinlashuvchi bog'liqlik koeffitsientlarini topish uchun eng kichik kvadratlar usuli qo'llaniladi. y (x 1 , x 2 ,…x n) ko‘rinishdagi ko‘phad

qayerda b va m 1 …m n doimiy koeffitsientlardir va x 1 …x n mustaqil argumentlar to‘plamidir. Ya'ni, umumiy holatda, usul bir nechta o'zgaruvchining funktsiyasini taxmin qilish uchun ishlatiladi, lekin u bir o'zgaruvchining murakkab funktsiyasini tavsiflash uchun ham qo'llaniladi. x. Bunday holda, odatda, shunday deb taxmin qilinadi

va yaqinlashuvchi ko'phad ko'rinishga ega

Taxminlovchi ko'phadning darajasini tanlashda n u o'lchangan qiymatlar sonidan kam bo'lishi kerakligini yodda tuting x va y. Deyarli barcha holatlarda u 4 dan oshmasligi kerak, kamdan-kam hollarda 5 ta bo'lishi kerak.

Ushbu usul shunchalik muhimki, Excel elektron jadvallarida kerakli koeffitsientlarning qiymatlarini olish uchun kamida to'rtta variant mavjud. Agar siz Excel elektron jadvallarida bir qismi sifatida ishlayotgan bo'lsangiz, LINEST() funksiyasidan foydalanishni tavsiya qilamiz Microsoft ofis, yoki OpenOffice'dagi Calc elektron jadvallarida LINEST() funksiyasi. Ular statistik funktsiyalar ro'yxatida keltirilgan, matritsa deb ataladigan funktsiyalar sinfiga kiradi va shuning uchun bir qator amaliy xususiyatlarga ega. Birinchidan, u bitta katakka emas, balki darhol hujayralar oralig'iga (to'rtburchaklar maydoni) kiritiladi, chunki funktsiya bir nechta qiymatlarni qaytaradi. Mintaqaning gorizontal o'lchami yaqinlashuvchi polinomning koeffitsientlari soni bilan belgilanadi (ko'rib chiqilayotgan misolda ulardan ikkitasi bor: ln v 0 va E/R) va tahlilingiz uchun qancha statistik ma'lumot kerakligiga qarab, vertikal ravishda birdan beshgacha qatorlarni ajratish mumkin.

1.3.7 Natijalarni taqdim etish

Ilmiy-texnik hujjatda raqamli ma'lumotlarni taqdim etishda ularning ishonchliligi baholanishi va tasodifiy va tizimli xatolar ta'kidlanishi kerak. Berilgan ma'lumotlar xatolari GOST 8.207-76 ga muvofiq taqdim etilishi kerak.

Kuzatish natijalari guruhiga statistik ishlov berishda quyidagi amallarni bajarish kerak: kuzatish natijalaridan ma’lum tizimli xatolarni bartaraf etish;

O'lchov natijasi sifatida qabul qilingan tuzatilgan kuzatish natijalarining o'rtacha arifmetik qiymatini hisoblang; o'lchov natijasining standart og'ishini baholashni hisoblash;

O'lchov natijasining tasodifiy xatosining (xatoning tasodifiy komponenti) ishonch chegaralarini hisoblang;

O'lchov natijasining chiqarib tashlanmaydigan tizimli xatosi (tizimli xatoning chiqarib tashlanmaydigan qoldiqlari) chegaralarini hisoblash; o'lchov natijasi xatosining ishonch chegaralarini hisoblash.

O'lchov natijasi xatosining ishonch chegaralarini, ishonch ehtimolini aniqlash uchun R 0,95 ga teng bo'lsin. Nosimmetrik ishonch xatosi bilan o'lchash natijalari quyidagi shaklda taqdim etiladi:

bu erda o'lchov natijasi, ∆ - o'lchov natijasining xato chegarasi, R ishonch darajasi hisoblanadi. O'lchov natijasining raqamli qiymati xato qiymati ∆ bilan bir xil raqamning raqami bilan tugashi kerak.

2 Laboratoriya ishining tavsifi

Muayyan laboratoriya ishlariga bag'ishlangan bo'limlarning har birining birinchi qismida fazalarning tarkibi va tuzilishi, faza ichida yoki uning qo'shni fazalar bilan aloqasida sodir bo'ladigan jarayonlarning mexanizmi, fazaning mohiyatini tushunish uchun zarur bo'lgan minimal ma'lumotlar keltirilgan. asarda o‘rganilgan hodisa. Agar taqdim etilgan ma'lumotlar etarli bo'lmasa, ma'ruza matnlari va tavsiya etilgan adabiyotlarga murojaat qilish kerak. Bo'limning birinchi qismini tushunmasdan turib, ish jarayonida o'rganilayotgan tizimda nima sodir bo'lishini tasavvur qilish, olingan natijalar asosida xulosalarni shakllantirish va tushunish mumkin emas.

Har bir bo'limning keyingi qismi haqiqiy o'rnatish yoki kompyuter modelining apparat yoki dasturiy ta'minotiga bag'ishlangan. U ishlatiladigan uskunalar va qo'llaniladigan algoritmlar haqida ma'lumot beradi. Ushbu bo'limni tushunmasdan, xato manbalarini va ularning ta'sirini minimallashtirish uchun qanday harakatlar qilish kerakligini baholash mumkin emas.

Oxirgi qism o'lchovlarni bajarish va ularning natijalarini qayta ishlash tartibini tavsiflaydi. Bu savollarning barchasi ish oldidan kollokviumga yoki kompyuter testiga topshiriladi.

2.1 Temirning yuqori haroratda oksidlanish kinetikasini o'rganish (13-sonli ish).

2.1.1 Temir oksidlanishining umumiy qonuniyatlari

Transformatsiyalar ketma-ketligi printsipiga ko'ra A.A. Baykovning taʼkidlashicha, berilgan sharoitda termodinamik barqaror boʻlgan barcha oksidlar temir yuzasida uning atmosfera kislorodi bilan yuqori haroratli oksidlanishi jarayonida hosil boʻladi. 572 ° C dan yuqori haroratlarda shkala uchta qatlamdan iborat: vustit FeO, magnetit Fe 3 O 4, gematit Fe 2 O 3. Temirga eng yaqin bo'lgan vustit qatlami butun shkala qalinligining taxminan 95% ni tashkil qiladi. p-yarim o'tkazgichning xususiyatlari. Bu shuni anglatadiki, FeO ning katyonik pastki panjarasida temir temir vakantlarining sezilarli kontsentratsiyasi mavjud va elektr betarafligi temir temir zarralari bo'lgan elektron "teshiklar" paydo bo'lishi bilan ta'minlanadi. Vuestitning manfiy zaryadlangan O2- ionlaridan tashkil topgan anion pastki panjarasi amalda nuqsonsizdir, katyonik pastki panjarada boʻshliqlar mavjudligi Fe2+ zarralarining vuestit orqali diffuziya harakatchanligini sezilarli darajada oshiradi va uning himoya xususiyatlarini pasaytiradi.

Magnititning oraliq qatlami stexiometrik tarkibning oksidi bo'lib, u kristall panjarada kichik konsentratsiyali nuqsonlarga ega va natijada himoya xususiyatlarini oshiradi. Uning nisbiy qalinligi o'rtacha 4% ni tashkil qiladi.

O'lchovning tashqi qatlami - gematit n-tipli o'tkazuvchanlikka ega. Anion pastki panjarasida kislorod vakansiyalarining mavjudligi temir kationlari bilan solishtirganda u orqali kislorod zarralarining tarqalishini osonlashtiradi. Fe 2 O 3 qatlamining nisbiy qalinligi 1% dan oshmaydi .

572 ° C dan past haroratlarda vustit termodinamik jihatdan beqaror, shuning uchun shkala ikki qatlamdan iborat: magnetit Fe 3 O 4 (qalinligining 90%) va gematit Fe 2 O 3 (10%).

Temir yuzasida doimiy himoya plyonkasi hosil bo'lishi uning havo atmosferasidan ajralishiga olib keladi. Metallning keyingi oksidlanishi reagentlarning oksid plyonkasi orqali tarqalishi tufayli amalga oshiriladi. Ko'rib chiqilayotgan geterogen jarayon quyidagi bosqichlardan iborat: gaz fazasi hajmidan oksid bilan chegaragacha molekulyar yoki konvektiv diffuziya orqali kislorod etkazib berish; Oksid yuzasida O2 adsorbsiyasi; O 2- anionlarning hosil bo'lishi bilan kislorod atomlarining ionlanishi; oksid fazadagi kislorod anionlarining metall bilan chegarasiga tarqalishi; temir atomlarining ionlanishi va ularning kationlar shaklida shkalaga o'tishi; oksiddagi temir kationlarining gaz bilan chegarasiga tarqalishi; oksid fazasining yangi qismlarini hosil qilishning kristallokimyoviy harakati.

Metall oksidlanishning diffuziya rejimi, agar eng kechiktirilgan bosqich Fe 2+ yoki O 2- zarralarini shkala orqali tashish bo'lsa, amalga oshiriladi. Gaz fazasidan molekulyar kislorod bilan ta'minlash nisbatan tezdir. Kinetik rejimda zarrachalarning adsorbsiya yoki ionlashuv bosqichlari, shuningdek, kristall kimyoviy o'zgarish akti cheklovchi hisoblanadi.

Uch qavatli shkala uchun temir oksidlanish jarayoni uchun kinetik tenglamani olish juda qiyin. Agar biz shkalani tarkibida bir hil deb hisoblasak va u orqali faqat Fe 2+ kationlarining tarqalishini hisobga olsak, yakuniy xulosalarni o'zgartirmasdan, uni sezilarli darajada soddalashtirish mumkin.

tomonidan belgilang D shkaladagi Fe 2+ zarralarining diffuziya koeffitsienti, k temir oksidlanish tezligi konstantasi, C 1 va BILAN Temir kationlarining 2 ta muvozanat kontsentratsiyasi mos ravishda metall va havo bilan chegarada, h oksid plyonkasi qalinligi, S namuna sirt maydoni, oksid zichligi, M uning molyar massasi. Keyin, rasmiy kinetik qonunlariga muvofiq, namunaning birlik yuzasiga temirning kislorod bilan o'zaro ta'sirining o'ziga xos tezligi ( vr) munosabat bilan aniqlanadi:

Statsionar holatda u Fe 2+ zarrachalarining diffuziya oqimining zichligiga teng.

Geterogen oksidlanish jarayonining umumiy tezligi uning massasining o'sish tezligiga mutanosib ekanligini hisobga olsak.

(13.3)

istisno qilish mumkin C(13.1) va (13.2) tenglamalardan 2 ni aniqlang va shkala massasining vaqtga bog'liqligini oling:

(13.4)

Oxirgi munosabatdan ko'rinib turibdiki, jarayonning kinetik rejimi, qoida tariqasida, oksidlanishning dastlabki momentida, oksid plyonkasi qalinligi kichik bo'lganda va uning diffuziya qarshiligini e'tiborsiz qoldirish mumkin bo'lganda amalga oshiriladi. Shkala qatlamining o'sishi reaktivlarning tarqalishini sekinlashtiradi va jarayon rejimi vaqt o'tishi bilan diffuziyaga o'tadi.

Vagner tomonidan metallarning yuqori haroratli oksidlanishining ion-elektron nazariyasida ishlab chiqilgan yanada qat'iy yondashuv miqdoriy aniqlash imkonini beradi. tezlik doimiy oksidlarning elektr o'tkazuvchanligi bo'yicha mustaqil tajribalar ma'lumotlaridan foydalangan holda plyonka o'sishining parabolik qonuni:

qaerda ∆ G metall oksidlanish reaktsiyasi uchun Gibbs energiyasining o'zgarishi, M- oksidning molyar massasi, uning elektr o'tkazuvchanligi; t i ion o'tkazuvchanligi nisbati, z metallning valentligi, F Faraday doimiysi.

Juda yupqa hosil bo'lish kinetikasini o'rganishda ( h < 5·10 –9 м) пленок необходимо учитывать также скорость переноса электронов через слой оксида путем туннельного эффекта (теория Хауффе и Ильшнера) и ионов металла под действием электрического поля (теория Мотта и Кабреры). В этом случае окисление металлов сопровождается большим самоторможением во времени при замедленности стадии переноса электронов, чему соответствует логарифмический закон роста пленок h = K ln( a τ+ B), shuningdek kub h 3 = K t (oksidlar - yarim o'tkazgichlar p-turi) yoki teskari logarifmik 1/ h = C K ln(t) ( n- o'tkazuvchanlik turi) metall ionlarini uzatish bosqichining sekinligida.

2.1.2 Tajribalarni o'tkazish va o'tkazish tartibining tavsifi

Temir oksidlanish kinetikasi gravimetrik usul yordamida o'rganiladi, bu tajriba davomida vaqt o'tishi bilan namuna massasining o'zgarishini aniqlash imkonini beradi. O'rnatish sxemasi 1-rasmda ko'rsatilgan.

1-rasm - Eksperimental o'rnatish sxemasi:

1 – o‘rganilayotgan temir namunasi; 2 – elektr qarshilik pechi; 3 – mexanoelektrik transduser E 2D1; 4 - ADC platali shaxsiy kompyuter.

E 2D1 mexanoelektrik konvertorning (3) roker qo'liga nikrom zanjirida osilgan metall namunasi (1) vertikal elektr qarshilik quvurli pechga (2) joylashtiriladi. Namuna massasining o'zgarishiga mutanosib bo'lgan E 2D1 chiqish signali o'rnatishning bir qismi sifatida kompyuterning ADC platasiga beriladi. Pechdagi haroratning doimiyligi avtomatik regulyator tomonidan saqlanadi, tajribaning kerakli harorati o'qituvchi ko'rsatmasi bo'yicha pechning asboblar panelidagi tegishli regulyator tomonidan o'rnatiladi (800 - 900 ° C).

Ish natijalariga ko'ra, temir oksidlanish reaktsiyasining tezlik konstantasi va uning ionlarining oksid plyonkasidagi diffuziya koeffitsienti va iloji bo'lsa, kimyoviy reaktsiya va diffuziyaning faollashuv energiyalari aniqlanadi. Vaqti-vaqti bilan namuna massasi va oksidlanish jarayoni tezligining o'zgarishiga bog'liqligini grafik tarzda ko'rsating.

2.1.3 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

Mexanoelektrik o'zgartirgich o'lchov ob'ekti massasining bir qismi spiral buloq bilan qoplanadigan tarzda ishlab chiqilgan. Uning qiymati noma'lum, ammo o'lchovlar davomida u doimiy bo'lib qolishi kerak. O'lchov jarayonining tavsifidan kelib chiqqan holda, oksidlanish jarayonining boshlanishining aniq vaqti (0) noma'lum, chunki namuna oksidlanish jarayonining rivojlanishi uchun etarli haroratni qachon olishi noma'lum. Namuna oksidlanishni boshlagunga qadar uning massasi asl metallning massasiga teng ( m 0). Biz butun massani emas, balki faqat uning kompensatsiyalanmagan qismini o'lchaganimiz masalaning mohiyatini o'zgartirmaydi. Namunaning joriy massasi o'rtasidagi farq ( m) va metallning dastlabki massasi masshtabning massasini ifodalaydi, shuning uchun haqiqiy tajriba sharoitlari uchun formula (13.4) quyidagicha ko'rsatilishi kerak:

(13.6)

qaysi ichida m namuna massasining qolgan kompensatsiyalanmagan qismining o'lchangan qiymati, m0- namunaning past haroratida oksidlanish jarayoni boshlanishidan oldin xuddi shunday. Ushbu munosabatdan ko'rinib turibdiki, namuna massasining vaqtga eksperimental bog'liqligi quyidagi shakldagi tenglama bilan tavsiflanishi kerak:

, (13.7)

olingan o'lchov natijalaridan eng kichik kvadratlar usuli yordamida koeffitsientlarini topish mumkin. Bu rasmdagi odatiy grafik bilan ko'rsatilgan. Nuqtalar o'lchov natijalari bo'lib, chiziq 13.7 tenglama bo'yicha ma'lumotlarni yaqinlashtirish orqali olinadi.

Xoch bilan belgilangan nuqtalar chetga chiqadi va 13.7- tenglamaning koeffitsientlarini eng kichik kvadratlar usuli yordamida hisoblashda hisobga olinmasligi kerak.

(13.6) va (13.7) formulalarni taqqoslab, topilgan koeffitsientlarni ularni aniqlaydigan fizik va kimyoviy miqdorlar bilan bog'lash oson:

(13.8)

Berilgan misolda m0 qiymati - y o'qi bo'yicha = 0 bo'lgan qiymat 18,1 mg bo'lib chiqdi.

Tajribaga tayyorgarlik jarayonida olingan ushbu qiymatlardan foydalanib, namunaning maydoni qiymati ( S) va adabiyotdan olingan wustitning zichligi (= 5,7 g / sm 3) bo'lishi mumkin.

Oksidlanish jarayonining diffuziya koeffitsienti va tezlik konstantasi nisbatini baholang:

(13.13)

Bu nisbat diffuziya tezligi konstantasi metall oksidlanish kimyoviy reaktsiyasining tezligi konstantasiga teng bo'lgan shkala plyonka qalinligini tavsiflaydi, bu qat'iy aralash reaktsiya rejimining ta'rifiga mos keladi.

Ish natijalariga ko'ra barcha qiymatlar formulalar yordamida aniqlanishi kerak (13.7, 13.11 - 13.13): b 0 , b 1 , b 2 , m 0 , 0 va D /K. Natijalarni tasvirlash uchun bog'liqlik grafigi berilishi kerak. m– . Eksperimental qiymatlar bilan bir qatorda, taxminiy egri chiziqni berish maqsadga muvofiqdir.

O'lchov natijalariga ko'ra quyidagi jadvalni to'ldirish kerak:

Jadval 1. Temir oksidlanish jarayonini o'rganish natijalari.

Jadvalda dastlabki ikkita ustun ma'lumotlar fayli ochilgandan so'ng to'ldiriladi, qolganlari esa hisoblanadi. Silliqlash 5 nuqtada amalga oshiriladi. Taxminlovchi ko'phadning koeffitsientlarini aniqlashda bir vaqtning o'zida birinchi, uchinchi va to'rtinchi ustunlar qo'llaniladi. Oxirgi ustunda eng kichik kvadratlar usuli bilan topilgan koeffitsientlardan foydalangan holda (13.7) polinom bo'yicha yaqinlashish natijalari bo'lishi kerak. Grafik birinchi, uchinchi va beshinchi ustunlarga qurilgan.

Agar ishni bir nechta talaba bajarsa, ularning har biri o'z haroratida tajriba o'tkazadi. Qattiq aralash rejimda shkala qatlamining qalinligini baholash natijalarini birgalikda qayta ishlash () diffuziya va kimyoviy reaktsiyaning faollashuv energiyalari o'rtasidagi farqni baholashga imkon beradi. Darhaqiqat, aniq formula bu erda amal qiladi:

(13.14)

Koeffitsientlarga o'xshash ishlov berish b 2 diffuziya faollashuv energiyasini taxmin qilish imkonini beradi. Mana to'g'ri formula:

(13.15)

Agar o'lchovlar ikkita haroratda amalga oshirilgan bo'lsa, u holda hisob-kitoblar to'g'ridan-to'g'ri (13.4) va (13.15) formulalar bo'yicha amalga oshiriladi, agar harorat qiymatlari ikkitadan ortiq bo'lsa, funktsiyalar uchun eng kichik kvadratlar usuli qo'llanilishi kerak. ln () – 1/T va ln (b 2) – 1/T. Olingan qiymatlar yakuniy jadvalda keltirilgan va xulosalarda muhokama qilinadi.

Ish natijalarini qayta ishlash tartibi

2. Alohida varaqda qaramlik grafigini tuzing m– , qalqib chiquvchi qiymatlarni vizual tarzda aniqlash va olib tashlash.

3. O'lchangan vazn qiymatlarini tekislang.

4. Massa o'zgarishi kvadratlarini hisoblang

5. Eng kichik kvadratlar koeffitsientlarini toping b 0 , b 1 , b Vaqt o'tishi bilan massa o'zgarishiga bog'liqligini taxmin qiluvchi 2 ta tenglama.

6. Taxminiy tenglama bo'yicha o'lchovlar boshida massa bahosini hisoblang.

7. Saralash yordamida yaqinlashtirish natijalarini tahlil qiling va noto'g'ri qiymatlarni yo'q qiling

8. Bog‘liqlik grafigida yaqinlashish natijalarini ko‘rsating m – .

9. Tizim va jarayon xarakteristikalarini hisoblang: m 0 , 0 , D /K .

Sinov natijalari:

a. "A1" katakda - namunaning sirt maydoni, qo'shni "B1" katakchada o'lchov birliklari;

b. "A2" katakda - dastlabki namunaning massasi, "B2" katakchasida - o'lchov birliklari;

c. "A3" katakda - tajriba harorati, "B3" katakchada - o'lchov birliklari;

d. "A4" katakchada - qat'iy aralash rejimda shkala qatlamining qalinligi, "B4" katakchada - o'lchov birliklari;

e. “A10” katagidan boshlab ishning xulosalari aniq ifodalanishi kerak.

A6-A7 kataklarida raqamli qiymatlarning o'zi emas, balki taqdim etilgan natijani olish uchun hisob-kitoblar amalga oshirilgan elektron jadval kitobining boshqa varaqlaridagi kataklarga havolalar bo'lishi kerak! Agar ushbu talab bajarilmasa, tekshirish dasturi "Ma'lumot taqdimoti xatosi" xabarini beradi.

2. To'g'ri tuzilgan bog'liqlik grafigi m– , eksperimental tarzda olingan (nuqtalar) va ko‘phad (chiziq) bo‘yicha yaqinlashtirilgan, elektron jadvallarning alohida varag‘ida barcha zarur imzolar va belgilar.

Nazorat savollari

1. Temirning havoda yuqori haroratda oksidlanishida olingan shkala qanday tuzilishga ega?

2. Nima uchun miqyosda vustit fazasining paydo bo'lishi temir oksidlanish tezligining keskin oshishiga olib keladi?

3. Temir oksidlanishining geterogen jarayoni qanday bosqichlardan iborat?

4. Temir oksidlanishining diffuziya rejimidan kinetikdan qanday farqi bor?

5. Ishning tartibi va uslubi qanday?

6. Oksidlanish jarayonining rejimi qanday aniqlanadi?

2.2 Oksid eritmalarining elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligini o'rganish (14-sonli ish).

2.2.1 Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligining tabiati haqida umumiy ma'lumot

Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligining ularning tarkibi va haroratiga bog'liqligini o'rganish metallurgiya uchun ham nazariy, ham amaliy jihatdan katta ahamiyatga ega. Elektr o'tkazuvchanligining qiymati po'lat ishlab chiqarish jarayonlarida metall va cüruf o'rtasidagi eng muhim reaktsiyalar tezligiga, metallurgiya birliklarining mahsuldorligiga, ayniqsa elektroshlakli texnologiyalarda yoki sintetik cürufni eritish uchun yoy pechlarida sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. issiqlik chiqishi eritmadan o'tgan elektr tokining kattaligiga bog'liq. Bundan tashqari, elektr o'tkazuvchanligi strukturaviy sezgir xususiyat bo'lib, eritmalarning tuzilishi, zaryadlangan zarrachalarning konsentratsiyasi va turi haqida bilvosita ma'lumot beradi.

Oksid eritmalarining tuzilishi haqidagi g'oyalarga ko'ra, xususan, ilmiy maktab Professor O.A.Esin, ularda zaryadsiz zarralar bo'lishi mumkin emas. Shu bilan birga, eritmadagi ionlar hajmi va tuzilishi jihatidan juda farq qiladi. Asosiy oksid elementlari oddiy ionlar shaklida mavjud, masalan, Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , O 2- . Aksincha, SiO 2, TiO 2, B 2 O 3 kabi kislotali (kislotali) oksidlarni ion holida hosil qiluvchi yuqori valentlikka ega elementlarning elektrostatik maydoni shunchalik yuqoriki, ular eritmada bo‘lolmaydi. oddiy Si 4+ ionlari, Ti4+, B3+ kabi. Ular kislorod anionlarini o'zlariga shunchalik yaqinlashtiradilarki, ular bilan kovalent bog'lar hosil qiladi va eritmada murakkab anionlar shaklida bo'ladi, ulardan eng oddiylari, masalan, SiO 4 4 , TiO 4 4- , BO 3 3- , BO 4 5- . Murakkab anionlar ikki va uch o'lchovli tuzilmalarga birlashib, o'z tuzilishini murakkablashtirish qobiliyatiga ega. Masalan, ikkita kremniy-kislorodli tetraedra (SiO 4 4-) o'z cho'qqilarida bog'lanib, eng oddiy chiziqli zanjirni (Si 2 O 7 6-) hosil qilishi mumkin. Bunday holda, bitta kislorod ioni chiqariladi:

SiO44- + SiO44- = Si2O76- + O2-.

Ushbu masalalar bo'yicha batafsil ma'lumotni, masalan, o'quv adabiyotlarida topish mumkin.

Elektr qarshiligi R munosabatdan oddiy chiziqli o'tkazgichlarni aniqlash mumkin

qarshilik qayerda, L- uzunlik, S o'tkazgichning tasavvurlar maydonidir. Qiymat moddaning o'ziga xos elektr o'tkazuvchanligi deb ataladi. (14.1) formuladan kelib chiqadiki

Elektr o'tkazuvchanlik birligi Ohm -1 m -1 = Sm / m (Sm - Siemens) da ifodalanadi. Elektr o'tkazuvchanligi 1 m 2 maydonga ega va bir-biridan 1 m masofada joylashgan ikkita parallel elektrodlar orasiga o'ralgan eritma hajmining elektr o'tkazuvchanligini tavsiflaydi.

Umumiy holatda (bir xil bo'lmagan elektr maydoni) elektr o'tkazuvchanligi oqim zichligi o'rtasidagi proportsionallik koeffitsienti sifatida aniqlanadi. i Supero'tkazuvchilar va elektr potentsial gradientida:

Elektr o'tkazuvchanligining ko'rinishi elektr maydoni ta'sirida moddada zaryadlarning o'tkazilishi bilan bog'liq. Metalllarda o'tkazuvchanlik zonasining elektronlari kontsentratsiyasi amalda haroratga bog'liq bo'lmagan elektr energiyasini uzatishda ishtirok etadi. Haroratning oshishi bilan metallarning elektr o'tkazuvchanligining pasayishi sodir bo'ladi, chunki. "erkin" elektronlarning kontsentratsiyasi doimiy bo'lib qoladi va kristall panjara ionlarining issiqlik harakatining ularga inhibitiv ta'siri kuchayadi.

Yarimo'tkazgichlarda elektr zaryad tashuvchilari o'tkazuvchanlik zonasidagi kvazi-erkin elektronlar yoki elektronlarning donor sathidan yarim o'tkazgichning o'tkazuvchanlik zonasiga termal faollashtirilgan o'tishlari tufayli paydo bo'ladigan valentlik energiya zonasidagi (elektron teshiklari) bo'sh joylardir. Harorat ko'tarilgach, bunday faollashtirilgan o'tishlarning ehtimoli ortadi va shunga mos ravishda elektr toki tashuvchilarning kontsentratsiyasi va elektr o'tkazuvchanligi ortadi.

Oksid eritmalarini o'z ichiga olgan elektrolitlarda, qoida tariqasida, ionlar elektr energiyasini uzatishda ishtirok etadi: Na +, Ca 2+, Mg 2+, SiO 4 4-, BO 2 - va boshqalar. Ionlarning har biri ј -chi daraja ma'lum munosabatga muvofiq elektr toki zichligining umumiy qiymatiga hissa qo'shishi mumkin

qisman elektr o'tkazuvchanligi qayerda; D , C y , z j ionning diffuziya koeffitsienti, konsentratsiyasi va zaryadidir ј - sinf; F Faraday doimiysi; T- harorat; R

Ko'rinib turibdiki, miqdorlar yig'indisi men ј umumiy oqim zichligiga teng i barcha ionlarning harakati bilan bog'liq va butun eritmaning elektr o'tkazuvchanligi qisman o'tkazuvchanlik yig'indisidir.

Elektrolitlardagi ionlarning harakati faollashuv jarayonidir. Bu shuni anglatadiki, barcha ionlar elektr maydoni ta'sirida harakat qilmaydi, balki ularning o'rtacha darajaga nisbatan ma'lum bir ortiqcha energiyaga ega bo'lgan eng faollarigina harakat qiladi. Elektr o'tkazuvchanligini faollashtirish energiyasi deb ataladigan bu ortiqcha energiya ma'lum ionning atrof-muhit bilan o'zaro ta'sir kuchlarini engish, shuningdek, u o'tadigan bo'sh joy (bo'shliq) hosil qilish uchun zarurdir. Aktiv zarralar soni Boltsman qonuniga muvofiq o'sib boradi

haroratning eksponentsial o'sishi. Shunday qilib . Kuzatish -

Shuning uchun (14.5) ga muvofiq, elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi ko'rsatkichlar yig'indisi bilan tavsiflanishi kerak. Biroq, ma'lumki, zarrachalar hajmining oshishi bilan ularning faollashuv energiyasi ham sezilarli darajada oshadi. Shuning uchun (14.5) ga nisbatan, qoida tariqasida, katta past harakatchan ionlarning hissasi e'tiborga olinmaydi, qolganlari uchun esa qisman qiymatlar o'rtacha hisoblanadi.

Natijada, oksid eritmalarining o'ziga xos elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi quyidagi shaklni oladi:

(14.6)

eksperimental ma'lumotlar bilan yaxshi mos keladi.

CaO, SiO 2, MgO, Al 2 O 3 oksidlarini o'z ichiga olgan metallurgiya shlaklari uchun odatiy qiymatlar suyuq metallarning elektr o'tkazuvchanligidan (10) ancha past bo'lgan suyuqlik haroratiga yaqin 0,1-1,0 S sm-1 oralig'ida. 5–10 7 S sm –1). Elektr o'tkazuvchanligining faollashuv energiyasi asosiy cüruflarda haroratga deyarli bog'liq emas, lekin kislotali eritmalarda ularning depolimerizatsiyasi tufayli harorat oshishi bilan bir oz kamayishi mumkin. Odatda, qiymat eritmaning tarkibiga qarab 40-200 kJ / mol oralig'ida bo'ladi.

Temir oksidlari (FeO, Fe 2 O 3) yoki boshqa o'tish metallarining oksidlari (masalan, MnO, V 2 O 3, Cr 2 O 3) ko'tarilgan (10% dan ortiq) shlaklarning elektr o'tkazuvchanligining tabiati o'zgarishlar, chunki ularda ionga qo'shimcha ravishda elektron o'tkazuvchanlikning muhim qismi paydo bo'ladi. Bunday eritmalardagi o'tkazuvchanlikning elektron komponenti elektronlar yoki elektron "teshiklar" ning o'rni mexanizmi bo'yicha kichik valentlikka ega bo'lgan o'tish metall kationidan yuqori valentli kationga o'tishi bilan bog'liq. R-bu zarrachalar orasida joylashgan kislorod ionining orbitallari.

Me 2+ – O 2– – Me 3+ birikmalarida elektronlarning juda yuqori harakatchanligi, ularning nisbatan past konsentratsiyasiga qaramay, shlaklarning elektr o‘tkazuvchanligini keskin oshiradi. Shunday qilib, sof temir eritmalari uchun æ ning maksimal qiymati FeO - Fe 2 O 3 bo'lishi mumkin

10 2 S sm –1 , qolgan, ammo metallardan ancha kam.

2.2.2 O'rnatish va o'lchash tartibining tavsifi

Ushbu ishda eritilgan natriy tetraborat Na 2 O 2B 2 O 3 ning o'ziga xos elektr o'tkazuvchanligi 700 - 800 ° S harorat oralig'ida aniqlanadi. Metall-elektrolitlar interfeysining qarshiligi mavjudligi bilan bog'liq asoratlarni bartaraf etish uchun elektr o'tkazuvchanligini o'rganish interfeysning qarshiligi ahamiyatsiz darajada kichik bo'lgan sharoitlarda amalga oshirilishi kerak. Bunga to'g'ridan-to'g'ri oqim o'rniga etarlicha yuqori chastotali (≈ 10 kHz) o'zgaruvchan tokni qo'llash orqali erishish mumkin.

O'rnatishning elektr sxemasi 2-rasmda ko'rsatilgan.

Shakl 2. Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligini o'lchash uchun o'rnatishning elektr zanjirlarining sxemasi:

ZG - audio chastota generatori; Shaxsiy kompyuter - ovoz kartasiga ega shaxsiy kompyuter; Yach eritmasi va Yach sl - mos ravishda KCl yoki cürufning suvli eritmasini o'z ichiga olgan elektrokimyoviy hujayralar; R qavat - ma'lum qiymatning mos yozuvlar qarshiligi.

Ovoz chastotasi generatoridan o'zgaruvchan tok shlakni o'z ichiga olgan hujayraga va u bilan ketma-ket ulangan ma'lum qiymatdagi mos yozuvlar qarshiligiga qo'llaniladi. Kompyuterning ovoz kartasi yordamida hujayradagi kuchlanish pasayishi va mos yozuvlar qarshiligi o'lchanadi. R qavat va Yach orqali oqayotgan oqim bir xil bo'lgani uchun

(14.7)

Laboratoriya sozlamalariga texnik xizmat ko'rsatish dasturi nisbat qiymatini hisoblab chiqadi, monitor ekranida ko'rsatadi va faylga yozadi ( r) tovush generatorining chiqishidagi o'zgaruvchan tokning amplituda qiymatlari ( U zg) va o'lchash katakchasida ( U hujayra):

Buni bilib, siz hujayraning qarshiligini aniqlashingiz mumkin

hujayra konstantasi qayerda.

Aniqlash uchun K eksperimental qurilmada geometrik parametrlari bo'yicha o'rganilayotgan hujayraga o'xshash yordamchi hujayradan foydalaniladi. Ikkala elektrokimyoviy hujayra ham elektrolitli korund qayiqlaridir. Eff nisbati (L / S) barqarorligini ta'minlash uchun bir xil kesimdagi va uzunlikdagi metalldan yasalgan ikkita silindrsimon elektrodlar bir-biridan bir xil masofada joylashgan.

O'rganilayotgan hujayra Na 2 O · 2V 2 O 3 eritmasini o'z ichiga oladi va 700-800 ° S haroratda isitish pechiga joylashtiriladi. Yordamchi hujayra xona haroratida va KCl ning 0,1 N suvli eritmasi bilan to'ldirilgan, uning elektr o'tkazuvchanligi 0,0112 S sm-1. Eritmaning elektr o'tkazuvchanligini bilish va elektr qarshiligini aniqlash (14.9-formulaga qarang)

yordamchi hujayra (

2.2.3 Ish tartibi

A. Haqiqiy vaqtda o'lchash tizimi yordamida ishlash

O'lchovlarni boshlashdan oldin pechni 850 ° S haroratgacha qizdirish kerak. O'rnatish jarayoni quyidagicha:

1. Monitor ekranidagi ko'rsatmalarga muvofiq ishga tushirish jarayonini tugatgandan so'ng, pechni o'chiring, "1 - mos yozuvlar qarshiligi" kalitini "1 - Hi" holatiga o'rnating va keyingi ko'rsatmalarga amal qiling.

2. “Switch 2 – to position “Molten”” ko‘rsatkichi paydo bo‘lgandan so‘ng, unga amal qiling va “Switch 2 – to position ‘Molten”” belgisi paydo bo‘lguncha, har 5 soniyada paydo bo‘ladigan qarshilik nisbati qiymatlarini yozib oling.

3. Ikkinchi ko'rsatmalarga rioya qiling va harorat o'zgarishiga rioya qiling. Harorat 800 ° C dan past bo'lishi bilan, klaviaturaning "Xs" buyrug'i grafik displeyni yoqishi va har 5 soniyada harorat qiymatlari va qarshiliklar nisbatini yozib olishi kerak.

4. Eritma 650 °C dan past haroratgacha sovutilgandan so'ng, ushbu o'rnatishda ishni bajaradigan ikkinchi talaba uchun o'lchovlarni boshlash kerak. "1 - mos yozuvlar qarshiligi" ni "2 - Lo" holatiga o'tkazing va shu paytdan boshlab ikkinchi talaba har 5 soniyada harorat va qarshilik nisbatlarini yozishni boshlaydi.

5. Eritma 500 °C haroratgacha sovutilganda yoki qarshilik nisbati qiymati 6 ga yaqin bo'lganda, klaviaturadan "Xe" buyrug'ini berish orqali o'lchovlarni to'xtatish kerak. Shu vaqtdan boshlab, ikkinchi talaba kalit 2ni "yechim" holatiga o'tkazishi va qarshilik nisbatining o'nta qiymatini yozishi kerak.

C. Faylga avval yozilgan ma'lumotlar bilan ishlash

Dasturni faollashtirgandan so'ng, ekranda mos yozuvlar qarshiligining qiymati haqida xabar paydo bo'ladi va ketma-ket qarshiliklar nisbatining bir nechta qiymatlari ko'rsatiladi ( r) kalibrlash katakchasi. O'rtacha olingandan so'ng, bu ma'lumotlar o'rnatish doimiyligini topishga imkon beradi.

Shundan so'ng, o'lchov xujayrasi uchun harorat va qarshilik nisbatlari har bir necha soniyada ekranda paydo bo'ladi. Ushbu ma'lumot grafikda ko'rsatilgan.

Dastur avtomatik ravishda chiqadi va barcha natijalarni o'qituvchining shaxsiy kompyuteriga yuboradi.

2.2.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

O'lchov natijalariga asoslanib, jadvalni quyidagi sarlavha bilan to'ldiring:

Jadval 1. Na 2 O 2B 2 O 3 eritmasining elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi

Jadvalda dastlabki ikkita ustun ma'lumotlar fayli ochilgandan so'ng to'ldiriladi, qolganlari esa hisoblanadi. Ularga asoslanib, ln() - 10 3 /T bog'liqligini chizishingiz va faollashtirish energiyasining qiymatini aniqlash uchun eng kichik kvadratlar usulidan (OpenOffice.Calc da LINEST funktsiyasi) foydalanishingiz kerak. Grafikda taxminan to'g'ri chiziq ko'rsatilishi kerak. Bundan tashqari, haroratga nisbatan elektr o'tkazuvchanligini chizishingiz kerak. Natijalarni qayta ishlash tartibi

1. Elektron jadval fayliga o'lchov natijalarining yozuvlarini kiriting.

2. Kalibrlash xujayrasi uchun qarshilik nisbatining o'rtacha qiymatini hisoblang.

3. O'rnatish konstantasini hisoblang.

4. Syujetga bog‘liqlik r – t, qalqib chiquvchi qiymatlarni vizual tarzda aniqlash va olib tashlash. Agar ular ko'p bo'lsa, tartiblashni qo'llang.

5. O'lchov elementining qarshiligini, oksid eritmasining turli haroratlarda elektr o'tkazuvchanligini, elektr o'tkazuvchanligining logarifmini va teskari mutlaq haroratni hisoblang.

b 0 , b Elektr o'tkazuvchanligi logarifmini o'zaro haroratga bog'liqligini taxmin qiluvchi 1 tenglama va aktivlanish energiyasini hisoblang.

7. Elektr o'tkazuvchanlik logarifmining o'zaro haroratga bog'liqligi grafigini alohida varaqda tuzing va taqribiy bog'liqlikni bering. Sinov natijalari:

1. Ko'rib chiqish uchun taqdim etilgan elektron jadval kitobining "Natijalar" deb nomlangan birinchi sahifasida quyidagi ma'lumotlar ko'rsatilishi kerak:

a. "A1" katakda - boshlang'ich harorat, "B1" katakda - o'lchov birliklari;

c. "A3" katakda - elektr o'tkazuvchanlikning faollashuv energiyasi, "B3" katakchasida - o'lchov birliklari;

d. "A4" katakda - elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi formulasida eksponentdan oldingi omil, "B4" katakchasida - o'lchov birliklari;

e. “A5” katagidan boshlab ishning xulosalari aniq ifodalanishi kerak.

A1-A4 kataklarida raqamli qiymatlarning o'zi emas, balki taqdim etilgan natijani olish uchun hisob-kitoblar amalga oshirilgan elektron jadval kitobining boshqa varaqlaridagi kataklarga havolalar bo'lishi kerak! Agar ushbu talab bajarilmasa, tekshirish dasturi "Ma'lumot taqdimoti xatosi" xabarini beradi.

2. Eksperimental ma'lumotlar (nuqtalar) bo'yicha olingan va ko'phad (chiziq) bilan yaqinlashtirilgan elektr o'tkazuvchanligi logarifmini o'zaro haroratga bog'liqligining to'g'ri tuzilgan grafigi, barcha kerakli imzo va belgilar bilan elektron jadvallarning alohida varag'ida.

Nazorat savollari

1. Elektr o'tkazuvchanlik deb nimaga aytiladi?

2. Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligini qanday zarrachalar aniqlaydi?

3. Metallar va oksid eritmalarining elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi qanday xususiyatga ega?

4. Hujayra konstantasi nimaga bog'liq va uni qanday aniqlash mumkin?

5. Aniqlash uchun nima uchun o'zgaruvchan tokdan foydalanish kerak?

6. Elektr o'tkazuvchanlikning aktivlanish energiyasi haroratga qanday bog'liq?

7. Laboratoriyani sozlashda qanday datchiklar va asboblardan foydalaniladi. Ular qanday jismoniy miqdorlarni ro'yxatdan o'tkazishga ruxsat beradi?

8. Ish natijalari bo'yicha qanday grafiklarni (qanday koordinatalarda) ko'rsatish kerak?

9. Birlamchi ma'lumotlarni qayta ishlashdan keyin qanday fizik va kimyoviy qiymatlarni olish kerak?

10. Tajriba oldidan qanday o'lchovlar o'tkazilishini, tajriba davomida qanday qiymatlar qayd etilishini, qanday ma'lumotlar birlamchi ma'lumot ekanligini, qanday ishlov berishdan o'tishini va qanday ma'lumotlarni olishini aniqlang.

2.3 Simulyatsiya modelida shlak yordamida metallni oltingugurtdan tozalash kinetikasini o'rganish (15-ish).

2.3.1 Metalllarni cüruf bilan oltingugurtdan tozalash kinetikasi haqida umumiy ma'lumot

Po'latdagi oltingugurt aralashmalari, og'irligi 0,005 dan ortiq miqdorda. %, uning mexanik, elektr, korroziyaga qarshi va boshqa xususiyatlarini sezilarli darajada kamaytiradi, metallning payvandlanishini yomonlashtiradi, qizil va sovuq mo'rtlikning paydo bo'lishiga olib keladi. Shuning uchun, ayniqsa, cüruf bilan samarali bo'lgan po'latni oltingugurtdan tozalash jarayoni yuqori sifatli metallurgiya uchun katta ahamiyatga ega.

Reaksiyaning kinetik qonunlarini o'rganish, uning mexanizmi va paydo bo'lish usulini aniqlash uchun zarurdir. samarali boshqaruv desulfurization tezligi, chunki metallurgiya agregatlarining real sharoitida oltingugurtning metall va cüruf o'rtasidagi muvozanat taqsimotiga odatda erishilmaydi.

Po'latdagi boshqa aralashmalardan farqli o'laroq, oltingugurtning metalldan cürufga o'tishi oksidlanish jarayoni emas, balki qaytarilish jarayonidir [S] +2e = (S 2-).

Bu shuni anglatadiki, metallda musbat zaryadlarning to'planishiga olib keladigan katod jarayonining uzluksiz sodir bo'lishi uchun metall fazaga elektronlarni berishga qodir bo'lgan boshqa zarrachalarning bir vaqtning o'zida o'tishi kerak. Bunday hamrohlik qiluvchi anod jarayonlari po'latning tarkibiga qarab, temir, uglerod, marganets, kremniy va boshqa metall aralashmalari shlaklari yoki zarralaridagi kislorod anionlarining oksidlanishi bo'lishi mumkin.

2. (O 2–) = [O] + 2e,

3. \u003d (Fe 2+) + 2e,

4. [C] + (O 2–) \u003d CO + 2e, 5. \u003d (Mn 2+) + 2e.

Katod va har qanday anodik jarayon birgalikda oltingugurtni yo'qotish reaktsiyasi uchun stexiometrik tenglamani quyidagi shaklda yozishga imkon beradi, masalan:

1-2. (CaO) + [S] = (CaS) + [O], H = -240 kJ/mol

1-3. + [S] + (CaO)= (FeO) + (CaS). H = -485 kJ/mol

Muvozanat konstantalari uchun mos ifodalar shaklga ega

(15.1)

Shubhasiz, misol sifatida tanlangan jarayonlar va shunga o'xshashlar bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi mumkin. (15.1) munosabatdan kelib chiqadiki, doimiy haroratda metallni oltingugurtdan tozalash darajasi, ya'ni. muvozanat konstantasining doimiy qiymati, oksid eritmasida erkin kislorod ioni (O 2-) kontsentratsiyasi ortishi bilan ortadi. Haqiqatan ham, maxrajdagi omilning ortishi muvozanat konstantasining doimiy qiymatiga mos kelishi uchun boshqa omilning kamayishi bilan qoplanishi kerak. E'tibor bering, erkin kislorod ionlarining tarkibi kaltsiy oksidiga boy bo'lgan yuqori asosli shlaklardan foydalanish bilan ortadi. (15.2) munosabatni tahlil qilib, oksid eritmasida temir ionlarining (Fe 2+) miqdori minimal bo'lishi kerak degan xulosaga kelishimiz mumkin, ya'ni. cüruflar minimal miqdorda temir oksidlarini o'z ichiga olishi kerak. Metallda deoksidlovchi moddalar (Mn, Si, Al, C) mavjudligi ham (Fe 2+) va [O] tarkibini kamaytirish orqali po'latni oltingugurtdan tozalashning to'liqligini oshiradi.

1-2 reaksiya issiqlik yutilishi (∆H>0) bilan birga keladi, shuning uchun jarayon davom etar ekan, metallurgiya blokidagi harorat pasayadi. Aksincha, 1-3 reaksiya issiqlik chiqishi bilan birga keladi (∆H<0) и, если она имеет определяющее значение, температура в агрегате будет повышаться.

Desulfurizatsiyaning kinetik tavsifida jarayonning quyidagi bosqichlarini hisobga olish kerak:

Oltingugurt zarralarini metallning asosiy qismidan shlak bilan chegaraga etkazib berish, birinchi navbatda konvektiv diffuziya orqali va to'g'ridan-to'g'ri metall-shlak interfeysi yaqinida molekulyar diffuziya orqali amalga oshiriladi; oltingugurt atomlariga elektron biriktirilishining elektrokimyoviy akti va S 2- anionlarning hosil bo'lishi; bu adsorbsion-kimyoviy akt bo'lib, molekulyar va keyin konvektiv diffuziya tufayli oltingugurt anionlarini cüruf hajmiga olib tashlash.

Xuddi shunday bosqichlar Fe, Mn, Si atomlari yoki O2-anionlari ishtirokidagi anodik bosqichlarga ham xosdir. Bosqichlarning har biri desulfurizatsiya jarayonining umumiy qarshiligiga hissa qo'shadi. Ushbu qarshiliklarning bir qatori orqali zarrachalar oqimining harakatlantiruvchi kuchi ularning muvozanatsiz metall-shlakli tizimdagi elektrokimyoviy potentsiallaridagi farq yoki fazalar chegarasida unga mutanosib bo'lgan haqiqiy va muvozanat elektrod potentsiallari o'rtasidagi farq deb ataladi. haddan tashqari kuchlanish .

Bir qator ketma-ket bosqichlardan iborat jarayonning tezligi eng katta qarshilikka ega bo'lgan bosqichning hissasi bilan belgilanadi - cheklovchi bosqich. Cheklovchi bosqichning borish mexanizmiga qarab, reaktsiyaning diffuziya yoki kinetik rejimi haqida gapiriladi. Agar turli xil oqim mexanizmlari bo'lgan bosqichlar mutanosib qarshiliklarga ega bo'lsa, unda aralash reaktsiya rejimi haqida gapiriladi. Har bir bosqichning qarshiligi sezilarli darajada tizimning tabiati va xususiyatlariga, reagentlarning kontsentratsiyasiga, fazalarni aralashtirish intensivligiga va haroratga bog'liq. Masalan, oltingugurtni elektrokimyoviy pasaytirish tezligi almashinuv oqimining qiymati bilan belgilanadi.

(15.3)

qayerda V harorat funksiyasi, C[S] va C(S 2–) – metall va cürufdagi oltingugurt konsentrasiyalari, a – uzatish koeffitsienti.

Oltingugurtni fazalar chegarasiga etkazish bosqichining tezligi ushbu zarrachalarning cheklovchi diffuziya oqimi bilan belgilanadi.

qayerda D[S] - oltingugurtning diffuziya koeffitsienti, b - eritmadagi konveksiya intensivligi bilan belgilanadigan konvektiv konstanta, u suyuqlikdagi konvektiv oqimlarning chiziqli tezligining kvadrat ildiziga proportsionaldir.

Mavjud eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, eritma konvektsiyasining normal sharoitida oltingugurt ionlarini tushirishning elektrokimyoviy harakati nisbatan tez davom etadi; desulfurizatsiya asosan metall yoki cürufdagi zarrachalarning tarqalishi bilan inhibe qilinadi. Biroq, metallda oltingugurt kontsentratsiyasining oshishi bilan diffuziya to'siqlari kamayadi va jarayon rejimi kinetikga o'zgarishi mumkin. Bunga temirga uglerod qo'shilishi ham yordam beradi, tk. uglerod metalli va cüruf orasidagi interfeysda kislorod ionlarining chiqishi sezilarli kinetik sekinlashuv bilan sodir bo'ladi.

Shuni yodda tutish kerakki, metallarning elektrolitlar bilan o'zaro ta'siri haqidagi elektrokimyoviy g'oyalar jarayonlarning mexanizmini aniqlashtirish, sodir bo'layotgan hodisalarni batafsil tushunish imkonini beradi. Shu bilan birga, rasmiy kinetikaning oddiy tenglamalari o'z kuchini to'liq saqlab qoladi. Xususan, sezilarli xatolar bilan olingan eksperimental natijalarni taxminiy tahlil qilish uchun 1-3 reaktsiya tezligi uchun tenglamani eng oddiy shaklda yozish mumkin:

qayerda k f va k r - to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezlik konstantalari. Agar oltingugurtning temir va kaltsiy sulfididagi eritmalari va shlakdagi vustit eritmalarini cheksiz suyultirilgan deb hisoblash mumkin bo'lsa va bu reagentlar uchun reaktsiya tartiblari birlikka yaqin bo'lsa, bu nisbat qondiriladi. Ko'rib chiqilayotgan reaksiyaning qolgan reagentlarining tarkibi shunchalik yuqoriki, ular o'zaro ta'sir davomida deyarli doimiy bo'lib qoladi va ularning konsentratsiyasini konstantalarga kiritish mumkin. k f va k r

Boshqa tomondan, agar oltingugurtni yo'qotish jarayoni muvozanatdan uzoq bo'lsa, u holda teskari reaktsiya tezligini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Keyin oltingugurtni yo'qotish tezligi metalldagi oltingugurt konsentratsiyasiga mutanosib bo'lishi kerak. Eksperimental ma'lumotlar tavsifining ushbu versiyasi oltingugurtni yo'qotish tezligining logarifmi va metalldagi oltingugurt kontsentratsiyasining logarifmi o'rtasidagi munosabatni tekshirish orqali tekshirilishi mumkin. Agar bu munosabatlar chiziqli bo'lsa va bog'liqlik qiyaligi birlikka yaqin bo'lishi kerak bo'lsa, bu jarayonning diffuziya rejimi foydasiga dalildir.

2.3.2 Jarayonning matematik modeli

Bir nechta anodik bosqichlarning yuzaga kelishi ehtimoli ko'plab aralashmalarni o'z ichiga olgan po'latni oltingugurtdan tozalash jarayonlarining matematik tavsifini juda murakkablashtiradi. Shu munosabat bilan, modelga ba'zi soddalashtirishlar kiritildi, xususan, biz turli vaqtlarda kinetik qiyinchiliklarni e'tiborsiz qoldirdik.

Temir va kislorod o'tishning yarim reaktsiyalari uchun, diffuziyani boshqarish bo'yicha qabul qilingan cheklov bilan bog'liq holda, munosabatlar ancha sodda ko'rinadi:

(15.7)

Tashqi manbadan oqim bo'lmaganda elektr betarafligi holatiga muvofiq, individual elektrod yarim reaktsiyalarida oqimlar o'rtasidagi munosabat oddiy munosabat bilan ifodalanadi:

Elektrodning haddan tashqari kuchlanishidagi farqlar () 1-2 va 1-3 reaktsiyalar uchun tegishli faoliyat mahsulotlari va muvozanat konstantalari nisbati bilan belgilanadi:

Metalldagi oltingugurt kontsentratsiyasining vaqt hosilasi tenglamaga muvofiq birinchi elektrodning yarim reaksiya oqimi bilan aniqlanadi:

(15.12)

Bu yerda i 1 , i 2 - elektrod jarayonlarining oqim zichligi, ē 1, ē 2 - ularning polarizatsiyasi, i n – cheklovchi zarracha diffuziya oqimlari ј - qandaydir i o - kinetik bosqichning almashinuv oqimi, C[s] - metalldagi oltingugurt konsentratsiyasi, a - uzatish koeffitsienti, P, K p - faollik mahsuloti va oltingugurtni yo'qotish reaktsiyasining muvozanat konstantasi; S metall va cüruf orasidagi interfeys maydoni; V Men - metall hajmi, T- harorat, F Faraday doimiysi, R universal gaz doimiysi.

Elektrokimyoviy kinetika qonunlariga muvofiq (15.6) ifoda shlakdagi temir ionlarining tarqalishini inhibe qilishni hisobga oladi, chunki eksperimental ma'lumotlarga ko'ra, bu zarrachalarning zaryadsizlanishi-ionlanish bosqichi cheklanmagan. Ifoda (15.5) - shlak va metallda oltingugurt zarralari tarqalishining kechikishi, shuningdek, oltingugurt ionlanishining interfeysdagi kechikishi.

Ifodalarni (15.6 - 15.12) birlashtirib, tanlangan shartlar uchun metalldagi oltingugurt kontsentratsiyasining o'z vaqtida bog'liqligini raqamli usullar bilan olish mumkin.

Model quyidagi parametrlardan foydalanadi:

3)
Oltingugurt ion almashinuvi oqimi:

4) Oltingugurtsizlanish reaksiyasining muvozanat konstantasi ( TO R):

5) Interfeys maydonining metall hajmiga nisbati

7) Konvektiv doimiy (b):

Model sanab o'tilgan omillarning desulfurizatsiya tezligi va to'liqligiga ta'sirini tahlil qilish, shuningdek, diffuziya va kinetik inhibisyonlarning jarayonning umumiy qarshiligiga qo'shgan hissasini baholash imkonini beradi.

2.3.3 Ish tartibi

Simulyatsiya dasturi tomonidan yaratilgan rasm rasmda ko'rsatilgan. . O'lchangan miqdorlarning tanlangan raqamli qiymatlari panelning yuqori qismida berilgan, jarayonni simulyatsiya qilish paytida olingan barcha qiymatlar grafikda ko'rsatiladi. Metall va cüruf eritmalarining tarkibiy qismlarini belgilashda metallurgiya adabiyotida qabul qilingan qo'shimcha belgilar qo'llaniladi. Kvadrat qavslar komponentning metall eritmasiga, yumaloq qavslar esa cürufga tegishli ekanligini ko'rsatadi. Komponent belgilaridagi ko'paytirgichlar faqat chizmachilik uchun ishlatiladi, qiymatlarni sharhlashda ularni hisobga olmaslik kerak. Model ishlayotgan vaqtda har qanday vaqtda faqat o'lchangan qiymatlardan birining qiymati ko'rsatiladi. 6 soniyadan so'ng u yo'qoladi va keyingi qiymatning qiymati paydo bo'ladi. Ushbu vaqt oralig'ida keyingi qiymatni yozib olish uchun vaqt kerak bo'ladi. Vaqtni tejash uchun doimiy raqamlarni, masalan, harorat qiymatidagi etakchi birlikni yozmaslik tavsiya etiladi.

O'lchovlar boshlanganidan besh daqiqa o'tgach, sozlash panelining yuqori o'ng burchagidagi soat bo'yicha, va [#] tugmachalarini bir vaqtning o'zida bosib, bu erda # - sozlash raqami, fazalarni aralashtirish tezligini kuchaytiring.

2.3.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

Simulyatsiya dasturi tomonidan yaratilgan o'lchov natijalari jadvali quyidagi hisoblangan ustunlar bilan to'ldirilishi kerak:

Jadval 1. Eksperimental ma'lumotlarni statistik qayta ishlash natijalari

Birinchi ustundagi jadvalda jarayon boshlanganidan beri vaqtni daqiqalarda hisoblashingiz kerak.

Keyingi ishlov berish grafik chizilgandan so'ng amalga oshiriladi - ishlov berishning birinchi bosqichida haroratning vaqtga bog'liqligini hisoblash va oltingugurtning o'tishi asosan temirning o'tishi bilan birga bo'lganda ma'lumotlar diapazonini baholash kerak. Ushbu diapazonda bir xil aralashtirish tezligiga ega bo'lgan ikkita mintaqa ajratiladi va eng kichik kvadratlar usuli yordamida shakldagi ko'phadlarni yaqinlashish koeffitsientlari topiladi:

belgilangan sharoitda (15.5) tenglamadan kelib chiqadi. Olingan koeffitsient qiymatlarini taqqoslab, jarayon rejimi va tizimni muvozanat holatiga yaqinlashish darajasi haqida xulosalar chiqariladi. E'tibor bering, (15.13) tenglamada erkin muddat yo'q.

Tajriba natijalarini tasvirlash uchun oltingugurt kontsentratsiyasining vaqtga bog'liqligi va shlakdagi kaltsiy sulfid konsentratsiyasiga desulfurizatsiya tezligining grafiklari chizilgan.

Natijalarni qayta ishlash tartibi

2. Metalldagi oltingugurt konsentratsiyasidan oltingugurtni tozalash jarayoni tezligini, tezlik va oltingugurt konsentratsiyasining logarifmlarini hisoblang.

3. Alohida varaqlarda haroratning birlikdagi vaqtga nisbatan, shlak massasining vaqtga nisbatan, oltingugurtdan tozalash tezligi va vaqti, oltingugurt kontsentratsiyasining logarifmiga nisbatan oltingugurtdan tozalash tezligining grafiklarini chizing.

4. Eng kichik kvadratlar usulidan foydalanib, oltingugurt kontsentratsiyasi bo'yicha tenglama () va reaktsiya tartibiga muvofiq oltingugurtni yo'qotish jarayonining kinetik xususiyatlarini har xil aralashtirish tezligi uchun alohida baholang.

Sinov natijalari:

1. Desulfurizatsiya jarayoni tezligining bog'liqligi va bu qiymatning vaqt bo'yicha logarifmining to'g'ri ishlab chiqilgan grafiklari, barcha kerakli belgilar imzolari bilan elektron jadvallarning alohida varag'ida.

2. O'lchamlarni (va xatolarni) ko'rsatuvchi jarayonning barcha variantlarida desulfurizatsiya jarayonining kinetik xususiyatlarining qiymatlari.

3. Ish yuzasidan xulosalar.

Nazorat savollari

1. Metallni cüruf bilan eng to'liq oltingugurtdan tozalash uchun qanday shartlar zarur?

2. Oltingugurtni olib tashlash bilan qanday anodik jarayonlar hamroh bo'lishi mumkin?

3. Oltingugurtning interfeys orqali o’tishi qanday bosqichlardan iborat?

4. Desulfurizatsiyaning diffuziya yoki kinetik rejimi qanday hollarda amalga oshiriladi?

5. Ish tartibi qanday?

2.4 Tabiiy karbonatlarning dissotsilanish jarayonlarini termografik o`rganish (16-sonli ish).

2.4.1 Karbonat dissotsiatsiyasining umumiy qonuniyatlari

Termogramma - namuna haroratining vaqtga bog'liqligi. Moddalarning termal parchalanish jarayonlarini o'rganishning termografik usuli bunday bog'liqliklarning xarakterli belgilari: "harorat to'xtashlari" va "qiyalik harorat zonalari" ochilgandan keyin keng tarqaldi.

1.4

Shakl 3. Termogramma tasviri:

nuqtali egri chiziq - bu dissotsilanish sodir bo'lmaydigan faraziy mos yozuvlar namunasining termogrammasi; qattiq chiziq ikki bosqichli dissotsiatsiyaga ega haqiqiy namunadir.

Bular qaramlikning xarakterli bo'limlari bo'lib, ular ichida harorat bir muncha vaqt () doimiy bo'lib qoladi (T \u003d const) yoki doimiy tezlikda (T /) oz miqdorda (T) ortadi. Raqamli yoki grafik farqlashdan foydalanib, haroratni to'xtatishning boshlanishi va oxirining vaqt va harorat momentlarini yaxshi aniqlik bilan aniqlash mumkin.

Taklif etilayotgan laboratoriya ishida bunday qaramlik tabiiy material kaltsitni doimiy ravishda isitish orqali olinadi, uning asosiy komponenti kaltsiy karbonatdir. Asosan kaltsitdan tashkil topgan jinsga ohaktosh deyiladi. Ohaktosh metallurgiyada ko'p miqdorda ishlatiladi.

Endotermik reaksiya bilan ohaktoshni qovurish (issiqlik bilan ishlov berish) natijasida

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

ohak (CaO) olinadi - shlak eritmasining zarur komponenti. Jarayon ohaktosh va ohakning erish nuqtalaridan past haroratlarda amalga oshiriladi. Ma'lumki, karbonatlar va ulardan hosil bo'lgan oksidlar deyarli o'zaro erimaydi, shuning uchun reaktsiya mahsuloti yangi qattiq faza va gazdir. Muvozanat konstantasining ifodasi, umumiy holatda, quyidagi ko'rinishga ega:

Bu yerda a qattiq reagentlarning faoliyatidir, gazsimon reaksiya mahsulotining qisman bosimi. Dolomit deb ataladigan boshqa jins ham metallurgiyada keng qo'llaniladi. U asosan bir xil nomdagi mineraldan iborat bo'lib, u CaMg(CO 3) 2 karbonat kislotasining qo'sh tuzi hisoblanadi.

Kaltsit, har qanday tabiiy mineral singari, asosiy komponent bilan bir qatorda turli xil aralashmalarni o'z ichiga oladi, ularning miqdori va tarkibi tabiiy resurs koniga va hatto ma'lum bir tog'-kon uchastkasiga bog'liq. Nopok birikmalarning xilma-xilligi shunchalik kattaki, ularni u yoki bu holatda muhim bo'lgan ba'zi bir xususiyatga ko'ra tasniflash kerak. Termodinamik tahlil uchun muhim xususiyat bu aralashmalarning reagentlar bilan eritmalar hosil qilish qobiliyatidir. Biz mineralda o'rganilayotgan sharoitlarda (bosim va harorat) o'zlari yoki asosiy komponenti yoki uning parchalanish mahsuloti o'rtasida har qanday kimyoviy reaktsiyaga kirishadigan aralashmalar yo'q deb taxmin qilamiz. Amalda, bu shart to'liq qondirilmaydi, chunki, masalan, kaltsitda boshqa metallarning karbonatlari bo'lishi mumkin, ammo keyingi tahlil nuqtai nazaridan, bu reaktsiyalarni hisobga olish yangi ma'lumot bermaydi, lekin keraksiz bo'ladi. tahlilni murakkablashtiradi.

Boshqa barcha aralashmalarni uch guruhga bo'lish mumkin:

1. Kaltsiy karbonat bilan eritma hosil qiluvchi aralashmalar. Bunday aralashmalar, albatta, termodinamik tahlilda va, ehtimol, jarayonning kinetik tahlilida hisobga olinishi kerak.

2. Reaksiya mahsulotida eriydigan aralashmalar - oksid. Ushbu turdagi aralashmalarni hisobga olish muammosini hal qilish ularning qattiq reaktsiya mahsulotida qanchalik tez erishiga va ushbu turdagi aralashmalarning tarqalishi bilan chambarchas bog'liq bo'lgan savolga bog'liq. Agar qo'shimchalar nisbatan katta hajmga ega bo'lsa va ularning erishi sekin sodir bo'lsa, ular termodinamik tahlilda hisobga olinmasligi kerak.

3. Asl karbonat va uning parchalanish mahsulotida erimaydigan aralashmalar. Termodinamik tahlilda bu aralashmalar umuman mavjud bo'lmagandek hisobga olinmasligi kerak. Ba'zi hollarda ular jarayonning kinetikasiga ta'sir qilishi mumkin.

Tahlilning eng oddiy (qo'pol) versiyasida bir xil turdagi barcha aralashmalarni birlashtirish va ularni qandaydir umumlashtirilgan komponent sifatida ko'rib chiqish mumkin. Shu asosda biz uchta komponentni ajratamiz: B1, B2 va B3. Ko'rib chiqilayotgan termodinamik tizimning gaz fazasi ham muhokama qilinishi kerak. Laboratoriya ishlarida dissotsiatsiya jarayoni xonaning atmosferasi bilan aloqa qiladigan ochiq o'rnatishda amalga oshiriladi. Bunday holda, termodinamik tizimdagi umumiy bosim doimiy bo'lib, bir atmosferaga teng, gaz fazasida esa gazsimon reaktsiya mahsuloti - karbonat angidrid (CO2) va havo muhitining tarkibiy qismlari, soddalashtirilgan shaklda - kislorod va azot mavjud. Ikkinchisi tizimning boshqa tarkibiy qismlari bilan o'zaro ta'sir qilmaydi, shuning uchun ko'rib chiqilayotgan holatda kislorod va azotni ajratib bo'lmaydi va biz ularni neytral gazsimon komponent B deb ataymiz.

Harorat to'xtash joylari va platformalar termodinamik tushuntirishga ega. Fazalarning ma'lum tarkibi bilan termodinamik usullar bilan to'xtash haroratini taxmin qilish mumkin. Bundan tashqari, teskari masalani yechish mumkin - fazalar tarkibini ma'lum haroratlardan aniqlash. U ushbu tadqiqotga kiritilgan.

Haroratni to'xtatish va platformalar faqat jarayonning kinetikasiga oid ma'lum talablar bajarilgan taqdirdagina amalga oshirilishi mumkin. Bu reaksiya joyidagi fazalarning amalda muvozanatli kompozitsiyalari va diffuziya qatlamlaridagi arzimas darajada kichik gradientlarning talablari ekanligini kutish tabiiy. Bunday shartlarga rioya qilish, agar jarayonning tezligi ichki omillar (diffuziyaga qarshilik va kimyoviy reaktsiyaning o'ziga qarshilik) bilan emas, balki tashqi omillar - reaktsiya joyiga issiqlik ta'minoti tezligi bilan boshqarilsa mumkin. Jismoniy kimyoda aniqlangan geterogen reaksiyaning asosiy usullari: kinetik va diffuziyaga qo'shimcha ravishda, jarayonning bu rejimi termal deb ataladi.

E'tibor bering, qattiq fazali dissotsiatsiya jarayonining termal rejimi katta miqdordagi issiqlikni talab qiladigan reaktsiyaning o'ziga xos xususiyati tufayli mumkin bo'ladi va shu bilan birga u etkazib berish bosqichlarini o'z ichiga olmaydi. boshlang'ich moddalarni reaktsiya joyiga (bir modda parchalanganligi sababli) va qattiq reaktsiya mahsulotini chegara fazasini ajratishdan olib tashlash (chunki bu chegara harakat qiladi). Faqat ikkita diffuziya bosqichi qoladi: gaz fazasi orqali CO2 ning chiqarilishi (ko'rinishidan, juda kam qarshilik bilan) va CO2 ning oksid orqali tarqalishi, bu avval uchuvchi karbon monoksit bilan egallangan hajmni to'ldiradigan oksidning yorilishi bilan sezilarli darajada osonlashadi.

Harorat to'xtash joyidan past haroratlarda termodinamik tizimni ko'rib chiqing. Avval karbonatda birinchi va ikkinchi turdagi aralashmalar yo'q deb faraz qilaylik. Uchinchi turdagi nopoklikning mumkin bo'lgan mavjudligi hisobga olinadi, ammo faqat buning oldini olish mumkinligini ko'rsatish uchun. Faraz qilaylik, o'rganilayotgan chang kaltsit namunasi radiusli bir xil sferik zarrachalardan tashkil topgan. r 0 . Termodinamik tizim chegarasini uning radiusiga nisbatan kichik bo'lgan kaltsit zarralaridan birining yuzasidan ma'lum masofada chizamiz va shu bilan gaz fazasining ma'lum hajmini tizimga kiritamiz.

Ko'rib chiqilayotgan tizimda 5 ta modda mavjud: CaO, CaCO3, B3, CO2, B va ularning ba'zilari bitta reaktsiyada ishtirok etadilar. Ushbu moddalar to'rtta fazada taqsimlanadi: CaO, CaCO3, B3, gaz fazasi, ularning har biri turli xil xususiyatlarning o'ziga xos qiymatlari bilan tavsiflanadi va boshqa fazalardan ko'rinadigan (hech bo'lmaganda mikroskop ostida) interfeys bilan ajratiladi. B3 fazasining ko'p tarqalgan dispers zarrachalar bilan ifodalanganligi tahlilni o'zgartirmaydi - barcha zarralar xossalari bo'yicha deyarli bir xil va ularni bir faza deb hisoblash mumkin. Tashqi bosim doimiy, shuning uchun faqat bitta tashqi o'zgaruvchi qoladi - harorat. Shunday qilib, erkinlik darajalari sonini hisoblash uchun barcha shartlar ( Bilan) aniqlanadi: Bilan = (5 – 1) + 1 – 4 = 1.

Olingan qiymat shuni anglatadiki, harorat (bir parametrning) o'zgarganda, tizim bir muvozanat holatidan ikkinchisiga o'tadi va fazalarning soni va tabiati o'zgarmaydi. Tizim holatining parametrlari o'zgaradi: karbonat angidrid va neytral gazning harorati va muvozanat bosimi B ( T , R CO2 , R B).

To'g'risini aytganda, aytilganlar harorat to'xtash darajasidan past bo'lgan har qanday harorat uchun emas, balki faqat kinetik rejimda dastlab sodir bo'lgan reaktsiya issiqlik rejimiga o'tgan vaqt oralig'i uchun to'g'ri keladi va haqiqatan ham yaqinlik haqida gapirish mumkin. tizim parametrlarini muvozanat parametrlariga. Pastroq haroratlarda tizim asosan muvozanatda emas, lekin bu hech qanday tarzda namuna haroratining vaqtga bog'liqligi xarakteriga ta'sir qilmaydi.

Tajribaning boshidanoq xona haroratida tizim muvozanat holatida bo'ladi, lekin faqat unda o'zaro ta'sir qila oladigan moddalar yo'qligi sababli. Bu shunday sharoitlarda (atmosferadagi karbonat angidridning qisman bosimi taxminan 310-4 atm, muvozanat bosimi 10-23 atm) karbonlashtirilishi mumkin bo'lgan kaltsiy oksidiga tegishli. Reaksiya uchun izoterm tenglamasiga ko'ra, kondensatsiyalangan moddalarning faolligi birga teng bo'lgan muvozanat konstantasining (16.1) ifodasini hisobga olgan holda yoziladi:

Gibbs energiyasining o'zgarishi musbat, ya'ni reaksiya teskari yo'nalishda borishi kerak, lekin bu mumkin emas, chunki tizimda kaltsiy oksidi boshlash uchun mavjud emas.

Haroratning oshishi bilan dissotsilanishning elastikligi (CO2 ning karbonat ustidagi muvozanat bosimi) izobar tenglamasidan quyidagicha oshadi:

chunki reaksiya issiqligi noldan katta.

Faqat taxminan 520 C haroratda dissotsilanish reaktsiyasi termodinamik jihatdan mumkin bo'ladi, lekin u oksid fazasining yadrolanishi uchun zarur bo'lgan sezilarli vaqt kechikishi (inkubatsiya davri) bilan boshlanadi. Dastlab, reaksiya kinetik rejimda davom etadi, ammo avtokataliz tufayli kinetik bosqichning qarshiligi shunchalik tez pasayadiki, reaksiya termal rejimga o'tadi. Aynan shu paytdan boshlab yuqoridagi termodinamik tahlil kuchga kiradi va namunaning harorati dissotsiatsiya sodir bo'lmaydigan faraziy mos yozuvlar namunasi haroratidan orqada qola boshlaydi (3-rasmga qarang).

Ko'rib chiqilgan termodinamik tahlil dissotsilanish elastikligi 1 atm ga yetguncha o'z kuchini saqlab qoladi. Shu bilan birga, 1 atm bosim ostida namuna yuzasida doimiy ravishda karbonat angidrid chiqariladi. U havoni itarib yuboradi va uni almashtirish uchun namunadan yangi qismlar keladi. Karbonat angidridning bosimi bir atmosferadan tashqariga ko'tarilishi mumkin emas, chunki gaz atrofdagi atmosferaga erkin chiqib ketadi.

Tizim tubdan o'zgaradi, chunki hozir namuna atrofida gaz fazasida havo yo'q va tizimda bitta kamroq komponent mavjud. Bunday tizimdagi erkinlik darajalari soni c \u003d (4 - 1) + 1 - 4 \u003d 0

nolga teng bo'lib chiqadi va undagi muvozanatni saqlab turganda, hech qanday holat parametrlari, shu jumladan harorat o'zgarmaydi.

Endi shuni ta'kidlaymizki, agar B3 komponenti hisobga olinmasa, barcha xulosalar (erkinlik darajalari sonini hisoblash va boshqalar) o'z kuchini saqlab qoladi, bu ham moddalar sonini, ham fazalar sonini bittaga oshiradi, bu o'zaro bog'liqdir. kompensatsiya qilingan.

Barcha kiruvchi issiqlik faqat dissotsiatsiya jarayoniga sarflanganda, harorat to'xtashi keladi. Haroratning kichik tasodifiy o'zgarishi dissotsilanish tezligining teskari yo'nalishda o'zgarishiga olib kelganda, bu haroratni avvalgi qiymatiga qaytarganda, tizim juda yaxshi harorat sozlagichi sifatida ishlaydi. Tartibga solishning yuqori sifati bunday tizimning amalda inertialsiz ekanligi bilan izohlanadi.

Dissotsiatsiya jarayonining rivojlanishi bilan reaksiya fronti namunaga chuqurroq kirib boradi, o'zaro ta'sir yuzasi pasayadi va qattiq reaksiya mahsulotining qalinligi oshadi, bu esa karbonat angidridning reaktsiya joyidan namuna yuzasiga tarqalishiga to'sqinlik qiladi. Vaqtning bir nuqtasidan boshlab, jarayonning issiqlik rejimi aralash rejimga, keyin esa diffuziyaga o'tadi. Aralash rejimda allaqachon tizim mohiyatan nomutanosiblikka aylanadi va termodinamik tahlildan olingan xulosalar amaliy ma'nosini yo'qotadi.

Dissotsiatsiya jarayoni tezligining pasayishi tufayli kerakli issiqlik miqdori shunchalik kamayadiki, kiruvchi issiqlik oqimining bir qismi yana tizimni isitish uchun sarflana boshlaydi. Shu paytdan boshlab haroratning to'xtashi to'xtaydi, garchi dissotsilanish jarayoni karbonat to'liq parchalanmaguncha davom etadi.

Ko'rib chiqilayotgan eng oddiy holat uchun to'xtash haroratining qiymatini tenglamadan topish mumkinligini taxmin qilish oson.

TDHT ma'lumotlar bazasidan foydalangan holda ushbu tenglama yordamida termodinamik hisoblash toza kaltsit uchun 883 ° C va sof aragonit uchun 834 ° S haroratni beradi.

Endi tahlilni murakkablashtiramiz. Kaltsit o'z ichiga 1 va 2 turdagi aralashmalarning dissotsiatsiyasi paytida, agar karbonat va oksidning faolligini birlikka teng deb hisoblash mumkin bo'lmasa, tegishli holat yanada murakkablashadi:

Agar aralashmalar miqdori past bo'lsa va natijada olingan eritmalar cheksiz suyultirilgan deb hisoblansa, oxirgi tenglamani quyidagicha yozish mumkin:

qayerda - mol fraktsiyasi mos keladigan nopoklik.

Agar moyil harorat maydoni va ikkala harorat ( T 2 > T 1) sof kaltsiy karbonat uchun to'xtash haroratidan yuqori - K R (T 1) > 1 va K R (T 2) > 1 bo'lsa, ikkinchi turdagi aralashmalar yo'q yoki ular eritishga vaqtlari yo'q () va boshida 1-toifa aralashmalar kontsentratsiyasini taxmin qilish oqilona bo'ladi.

va harorat oxirida to'xtash

Birinchi turdagi nopoklik reaksiya fronti harakatlanayotganda CaCO3-B1 eritmasida ma'lum darajada to'planishi kerak. Bunday holda, sayt qiyalikning burchak koeffitsienti nisbati bilan ifodalanadi:

bu erda 1 - B1 komponentining sof shaklda ajratilganda asl fazaga qaytgan nisbati; V S- kaltsitning molyar hajmi; v C karbonat dissotsilanish tezligi; to'xtash haroratida dissotsilanish reaktsiyasining termal ta'siri; r 0 - kaltsit zarrasining boshlang'ich radiusi.

Malumot ma'lumotlaridan foydalanib, ushbu formuladan hisoblash uchun foydalanish mumkin v C- erish tezligi

kaltsitdagi reniy komponenti B1.

2.4.2 O'rnatish sxemasi va ish usuli

Maqolada kaltsiy karbonat va dolomitning turli fraksiyalarning dissotsiatsiyasi o'rganiladi.

Eksperimental o'rnatish sxemasi 4-rasmda ko'rsatilgan.

4-rasm - Karbonatlarning dissotsilanish termogrammalarini o'rganish uchun o'rnatish sxemasi:

1 - korund trubkasi, 2 - karbonat, 3 - termojuft, 4 - o'choq,

5 - avtotransformator, 6 - ADC platali shaxsiy kompyuter

Termojuft (3) va kaltsiy karbonatning sinov namunasi (2) bo'lgan korund nay (1) 1200 K gacha qizdirilgan pechga (4) o'rnatiladi. Monitor ekranida shaxsiy kompyuter namunaning termogrammasini kuzating. Izotermik qismdan o'tgandan so'ng, tajriba boshqa karbonat fraktsiyasi bilan takrorlanadi. Dolomitni o'rganishda isitish ikkita harorat to'xtashi aniqlanmaguncha amalga oshiriladi.

Olingan termogrammalar "harorat - vaqt" grafigida keltirilgan. Taqqoslash qulayligi uchun barcha termogrammalar bitta grafikda ko'rsatilishi kerak. Undan jarayonning intensiv rivojlanish harorati aniqlanadi va u termodinamik tahlil natijasida topilgan harorat bilan taqqoslanadi. Termogrammaning tabiatiga haroratning ta'siri, karbonatning tabiati, uning tarqalish darajasi haqida xulosalar chiqariladi.

2.4.3 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

Ish natijalariga ko'ra quyidagi jadval to'ldirilishi kerak:

Jadval 1. Kaltsiy karbonat (dolomit) ning dissotsilanish jarayonini o'rganish natijalari.

Birinchi ikkita ustun ma'lumotlar fayli ochilganda qiymatlar bilan to'ldiriladi, ikkinchisini hisoblash kerak. Besh nuqtada tekislash, qo'shimcha silliqlash bilan tekislangan ma'lumotlarni sonli farqlash besh nuqtada ham amalga oshiriladi. Ish natijalariga ko'ra ikkita alohida bog'liqlik diagrammasi tuzilishi kerak: t- va d t/d- t .

Olingan haroratning to'xtash qiymati ( Ts) sof kaltsit uchun xarakterli qiymat bilan solishtirish kerak. Agar kuzatilgan qiymat yuqoriroq bo'lsa, ikkinchi turdagi aralashmalar yo'q deb hisoblagan holda (16.7) tenglama bo'yicha birinchi turdagi ifloslanishning minimal tarkibini taxminan taxmin qilish mumkin. Agar teskari munosabat kuzatilsa, ikkinchi turdagi aralashmalar asosiy ta'sirga ega degan xulosaga kelishimiz va birinchi turdagi aralashmalar bo'lmasa, ularning minimal tarkibini baholashimiz mumkin. (16.6) tenglama ikkinchi holatda shuni bildiradi

Qo'llanmada tasvirlangan usuldan foydalangan holda TDHT ma'lumotlar bazasidan foydalangan holda muvozanat konstantasining qiymatini hisoblash maqsadga muvofiqdir. Ekstremal holatda, siz kaltsiy karbonatning harorat bilan dissotsilanish reaktsiyasida Gibbs energiyasining o'zgarishiga bog'liqligini taxmin qiluvchi tenglamadan foydalanishingiz mumkin:

G 0 = B 0 + B bir · T + B 2 · T 2 ,

koeffitsientlarning qiymatlarini teng qabul qilish: B 0 = 177820, J/mol; B 1 \u003d -162,61, J / (mol K), B 3 \u003d 0,00765, J mol -1 K -2.

Eslatma . Agar “Fizik kimyo” kursida talabalar TDHT ma’lumotlar bazasi bilan tanish bo’lmasa va amaliy mashg’ulotlarda tegishli hisob-kitoblarni bajarmagan bo’lsa, Shvartsman-Temkin tenglamasidan va ma’lumotnomadagi ma’lumotlardan foydalanish kerak.

Natijalarni qayta ishlash tartibi

1. Elektron jadval fayliga ma'lumotlarni qo'lda yozib olish natijalarini kiriting.

2. Haroratni tekislashni amalga oshiring.

3. Haroratning vaqtga nisbatan grafigini alohida varaqda tuzing.

4. Harorat qiymatlarini o'z vaqtida 5 ball bilan tekislash bilan farqlang.

5. Alohida varaqda haroratning vaqt hosilasining haroratga bog'liqligi grafigini tuzing, uchastkalarning xususiyatlarini aniqlang.

Sinov natijalari:

1. Ko'rib chiqish uchun taqdim etilgan elektron jadval kitobining "Natijalar" deb nomlangan birinchi sahifasida quyidagi ma'lumotlar ko'rsatilishi kerak:

a. "A1" katagida - haroratni to'xtatish qiymati (qiyalik platforma uchun o'rtacha), "B1" katakchasida - o'lchov birliklari;

b. "A2" katakda - haroratni to'xtatish muddati, "B2" katakchasida - o'lchov birliklari;

c. "A3" katakchasida - uchastkaning qiyaligi, "B3" katakchasida - o'lchov birliklari;

d. "A4" katakchasida - nopoklik turi yoki aralashmalar mavjudligi aniqlanmagan bo'lsa, "0";

e. "A5" katagida - nopoklikning mol ulushi;

f. “A7” katagidan boshlab ishning xulosalari aniq ifodalanishi kerak.

A1, A3 va A5 katakchalari raqamli qiymatlarning o'zi emas, balki taqdim etilgan natijani olish uchun hisob-kitoblar amalga oshirilgan elektron jadval kitobining boshqa varaqlaridagi kataklarga havola bo'lishi kerak! Agar ushbu talab bajarilmasa, tekshirish dasturi "Ma'lumot taqdimoti xatosi" xabarini beradi.

2. Elektron jadvallarning alohida varaqlarida barcha kerakli sarlavhalar va belgilar bilan harorat va vaqt, harorat va harorat va vaqtga nisbatan to'g'ri tuzilgan grafiklar.

3. To'xtash haroratini baholash qiymatlari va ularning davomiyligi.

4. Ish yuzasidan xulosalar.

Nazorat savollari

1. Karbonat havoda ajrala boshlagan harorat nimaga bog'liq?

2. Nima uchun karbonit dissotsilanishning elastikligi harorat ortishi bilan ortadi?

3. CaO, CO 2, CaCO 3 moddalari o'rtasida muvozanat o'rnatilgan tizimning erkinlik darajalari soni qancha?

4. Agar dissotsilanish mahsuloti boshlang'ich material bilan qattiq eritmalar hosil qilsa, termogrammaning tabiati qanday o'zgaradi?

5. Geterogen karbonat dissotsilanish reaksiyasining qaysi rejimi termogrammaning izotermik qismiga mos keladi?

6. Polidispers karbonat dissotsilanish jarayonida termogramma shakli qanday o'zgaradi?

7. Umumiy bosim 101,3 kPa va 50 kPa da olingan termogrammalar orasidagi farq nima?

2.5 Oksid eritmalari yopishqoqligining haroratga bog'liqligini o'rganish (17-sonli ish).

2.5.1 Oksid eritmalarining yopishqoq qarshiligining tabiati

Yopishqoqlik shlakli eritmalarning eng muhim fizik-kimyoviy xususiyatlaridan biridir. Bu ionlarning diffuziya harakatchanligiga, shuning uchun metallning cüruf bilan o'zaro ta'siri kinetikasiga, metallurgiya birliklarida issiqlik va massa almashish jarayonlarining tezligiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Yopishqoqlikning haroratga bog'liqligini o'rganish oksidli eritmalardagi strukturaviy o'zgarishlar va murakkab anionlar parametrlarining o'zgarishi haqida bilvosita ma'lumot beradi. Tarkibi va shuning uchun yopishqoqligi cürufning maqsadiga bog'liq. Shunday qilib, masalan, metall va shlak o'rtasidagi oksidlanish-qaytarilish o'zaro ta'sirining diffuziya bosqichlarini kuchaytirish uchun (desulfurizatsiya, defosforizatsiya va boshqalar) shlakning tarkibi uning yopishqoqligi past bo'lishi uchun tanlanadi. Aksincha, vodorod yoki azotning po'latga o'tishiga yo'l qo'ymaslik uchun gaz fazasidan shlak orqali viskozitesi yuqori bo'lgan cüruf kiritiladi.

Yopishqoqlikning miqdoriy tavsiflaridan biri dinamik yopishqoqlik koeffitsienti (ē) bo'lishi mumkin, bu Nyutonning ichki ishqalanish qonunida proportsionallik koeffitsienti sifatida belgilanadi.

qayerda F ikki qoʻshni suyuqlik qatlami orasidagi ichki ishqalanish kuchi, grad y – tezlik gradienti, S qatlamlarning aloqa yuzasi maydonidir. SIda dinamik yopishqoqlik birligi: [ē] = N s / m 2 = Pa s.

Ma'lumki, suyuqlik oqimi zarrachalarning qo'shni barqaror pozitsiyaga bir qator sakrashidir. Jarayon faollashtirish xarakteriga ega. Sakrashlarni amalga oshirish uchun zarracha o'rtacha qiymatiga nisbatan etarli energiya zaxirasiga ega bo'lishi kerak. Harakatlanuvchi zarrachaning kimyoviy bog'larini uzish va u o'tadigan eritma hajmida bo'sh joy (bo'shliq) hosil qilish uchun ortiqcha energiya kerak bo'ladi. Haroratning oshishi bilan zarrachalarning o'rtacha energiyasi ortadi va ularning ko'pi oqimda ishtirok etishi mumkin, bu esa viskozitenin pasayishiga olib keladi. Bunday "faol" zarralar soni Boltsmanning eksponensial taqsimot qonuniga ko'ra harorat bilan ortadi. Shunga ko'ra, yopishqoqlik koeffitsientining haroratga bog'liqligi eksponensial shaklga ega

Bu erda ē 0 - haroratga ozgina bog'liq bo'lgan koeffitsient, Eē - yopishqoq oqimning faollashuv energiyasi. Bu oqimda ishtirok eta oladigan faol zarrachalar molining minimal kinetik energiyasini tavsiflaydi.

Oksid eritmalarining tuzilishi yopishqoqlik koeffitsientiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Elektr maydoni ta'sirida ionlar harakatidan farqli o'laroq, yopishqoq oqimda barcha suyuqlik zarralari harakat yo'nalishi bo'yicha ketma-ket harakatlanadi. Eng sekin bosqich - ē qiymatiga eng katta hissa qo'shadigan yirik zarrachalarning harakati. Natijada, yopishqoq oqimning faollashuv energiyasi elektr o'tkazuvchanligidan kattaroq bo'ladi ( E η > E).

Si, P, B oksidlarini o'z ichiga olgan kislotali shlaklarda zanjirlar, halqalar, tetraedrlar va boshqa fazoviy tuzilmalar ko'rinishidagi yirik murakkab anionlarning kontsentratsiyasi yuqori (masalan,

Va h.k.). Katta zarrachalarning mavjudligi eritmaning viskozitesini oshiradi, chunki. ularni ko'chirish kichiklarga nisbatan ko'p energiya talab qiladi.

Asosiy oksidlarning (CaO, MgO, MnO) qo'shilishi eritmada oddiy kationlar (Ca 2+, Mg 2+, Mn 2+) kontsentratsiyasining oshishiga olib keladi. Kiritilgan O2-anionlar eritmaning depolimerizatsiyasiga yordam beradi; murakkab anionlarning parchalanishi, masalan,

Natijada, cürufning viskozitesi pasayadi.

Harorat va tarkibga qarab, metallurgiya shlaklarining viskozitesi juda keng diapazonda (0,01 - 1 Pa s) o'zgarishi mumkin. Ushbu qiymatlar suyuq metallarning yopishqoqligidan yuqori bo'lgan buyurtmalardir, bu cüruflarda nisbatan katta oqim birliklarining mavjudligi bilan bog'liq.

ē ning kamaytirilgan eksponensial bog'liqligi T(17.2) 35 mol dan kam bo'lgan asosiy shlaklar uchun eksperimental ma'lumotlarni yaxshi tasvirlaydi. % SiO 2. Bunday eritmalarda viskoz oqimning faollashuv energiyasi Eē doimiy va kichik qiymatga ega (45 – 80 kJ/mol). Haroratning pasayishi bilan ē unchalik katta bo'lmagan darajada o'zgaradi va faqat qattiqlashgandan keyin tez o'sishni boshlaydi.

Murakkab tarkibiy qismlarning yuqori konsentratsiyasi bo'lgan kislotali shlaklarda faollashuv energiyasi harorat oshishi bilan kamayishi mumkin: E η = E 0 / T, bu isitish vaqtida murakkab anionlarning parchalanishidan kelib chiqadi. Bu holda eksperimental ma'lumotlar koordinatalarda chiziqli qilingan " lnē – 1/ T 2".

2.5.2 Yopishqoqlikni o'rnatish va o'lchash tartibining tavsifi

Ishda viskozite koeffitsientini o'lchash uchun aylanma viskozimetr ishlatiladi (5-rasm). Ushbu qurilmaning qurilmasi va ishlash printsipi quyidagicha. Tekshiriluvchi suyuqlik (2) silindrsimon shakldagi tigelga (1) joylashtiriladi, uning ichiga elastik ipga (5) osilgan shpindel (4) botiriladi. Tajriba davomida elektr dvigateldan (9) aylanish momenti diskka (7), undan ip orqali shpindelga uzatiladi.

Oksid eritmasining yopishqoqligi kattaligi shkala (8) bo'yicha aniqlanadigan ipning burilish burchagi bilan baholanadi. Shpindel aylanganda suyuqlikning yopishqoq qarshiligi kuchlarning tormozlanish momentini hosil qiladi, ipning elastik deformatsiyasi momenti yopishqoq qarshilik kuchlari momentiga teng bo'lgunga qadar ipni buradi. Bunday holda, disk va milning aylanish tezligi bir xil bo'ladi. Bunday holatga mos keladigan holda, ipning burilish burchagi (∆ph) o'qning (10) o'lchovga nisbatan o'rnini solishtirish orqali o'lchanishi mumkin: boshlang'ich - elektr motorini yoqishdan oldin va barqaror - yoqilgandan keyin. Ko'rinib turibdiki, ipning burilish burchagi ∆ph qanchalik katta bo'lsa, suyuqlikning yopishqoqligi ē shunchalik katta bo'ladi. Agar ip deformatsiyalari chegaraviy qiymatlardan oshmasa (Guk qonunining amal qilishiga to'g'ri keladi), u holda ∆ph qiymati ē ga proportsional bo'ladi va biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:

Tenglama omili k, viskozimetr konstantasi deb ataladi, tigel va shpindelning o'lchamiga, shuningdek, ipning elastik xususiyatlariga bog'liq. Ip diametri kamayishi bilan viskozimetrning sezgirligi ortadi.

5-rasm - Yopishqoqlikni o'lchash uchun o'rnatish sxemasi:

1 – tigel, 2 – sinov eritmasi, 3 – shpindel boshi,

4 - shpindel, 5 - tor, 6 - o'rnatishning yuqori qismi, 7 - disk,

8 - shkala, 9 - elektr motor, 10 - o'q, 11 - o'choq, 12 - transformator,

13 - haroratni nazorat qilish moslamasi, 14 - termojuft.

Viskozimetr konstantasini aniqlash uchun k qovushqoqligi ma'lum bo'lgan suyuqlik - transformator moyidagi rozin eritmasi tigelga joylashtiriladi. Bunda xona haroratida tajribada ∆ph0 aniqlanadi. Keyin, ma'lum bir haroratda etalon suyuqlikning yopishqoqligini (ē0) bilib, hisoblang k formula bo'yicha:

Qiymat topildi k oksid eritmasining yopishqoqlik koeffitsientini hisoblash uchun ishlatiladi.

2.5.3 Ish tartibi

Metallurgiya shlaklarining yopishqoq xususiyatlari bilan tanishish uchun ushbu laboratoriya ishida Na 2 O · 2B 2 O 3 eritmasi o'rganiladi. O'lchovlar 850-750 o S harorat oralig'ida amalga oshiriladi. Dastlabki haroratga (850 o C) erishgandan so'ng, viskozimetr ko'rsatkichi nolga o'rnatiladi. Keyin elektr motorini yoqing va ipning statsionar burilish burchagini mahkamlang ∆ph t . Viskozimetrni o'chirmasdan, boshqa haroratlarda ∆ph t ni o'lchashni takrorlang. Ipning burilish burchagi 720 o dan osha boshlaganda tajriba to'xtatiladi.

2.5.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

O'lchov natijalariga ko'ra, quyidagi jadvalni to'ldiring.

Jadval 1. Yopishqoqlikning haroratga bog'liqligi

Jadvalda dastlabki ikkita ustunlar monitor ekranidagi harorat ko'rsatkichlarini qo'lda yozish natijalari va viskozimetr shkalasi bo'yicha ipning burish burchagi bo'yicha to'ldiriladi. Qolgan ustunlar hisoblab chiqiladi.

Yopishqoqlik koeffitsientining harorat (17.2) bilan o'zgarishining eksponensial qonunining maqsadga muvofiqligini tekshirish uchun “Ln (ē) - 10 3 / koordinatalarida grafik chiziladi. T". Faollashtirish energiyasi LINEST() (OpenOffice.Calc) yoki LINEST() (MicrosoftOffice.Exel) funksiyalari yordamida, ularni jadvalning beshinchi va oltinchi ustunlariga qo'llash orqali topiladi.

Xulosalarda ē va E ē uchun olingan ma'lumotlar metallurgiya shlaklari uchun ma'lum bo'lganlar bilan taqqoslanadi va yopishqoqlikning haroratga bog'liqligi tabiati va uning eritmadagi tarkibiy o'zgarishlar bilan bog'liqligi ko'rib chiqiladi.

Natijalarni qayta ishlash tartibi

1. Kalibrlash katakchasida o'lchovlarni amalga oshiring va sozlash konstantasini hisoblang

2. Elektron jadval fayliga axborotni qo'lda yozib olish natijalarini kiriting.

3. Yopishqoqlik qiymatlarini hisoblang.

4. Yopishqoqlikning haroratga nisbatan grafigini alohida varaqda tuzing.

5. Barcha o'lchovlar majmuasi uchun yopishqoqlik va teskari mutlaq haroratning logarifmini hisoblang.

6. Eng kichik kvadratlar koeffitsientlarini toping b 0 , b Yopishqoqlik logarifmini o'zaro haroratga bog'liqligini taxmin qiluvchi 1 tenglama va aktivlanish energiyasini hisoblang.

7. Yopishqoqlik logarifmining o'zaro haroratga bog'liqligi grafigini alohida varaqda tuzing va taqribiy bog'liqlikni bering. Sinov natijalari:

1. Ko'rib chiqish uchun taqdim etilgan elektron jadval kitobining "Natijalar" deb nomlangan birinchi sahifasida quyidagi ma'lumotlar ko'rsatilishi kerak:

a. "A1" katakda - boshlang'ich harorat, "B1" katakda - o'lchov birliklari;

b. "A2" katakda - yakuniy harorat, "B2" katakchada - o'lchov birliklari;

c. "A3" katagida - past haroratlarda yopishqoq oqimning faollashuv energiyasi, "B3" katakchasida - o'lchov birliklari;

d. "A4" katagida - past haroratlarda elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi formulasida eksponentdan oldingi omil, "B4" katakchasida - o'lchov birliklari;

e. "A5" katakda - yuqori haroratlarda yopishqoq oqimning faollashuv energiyasi, "B5" katakchasida - o'lchov birliklari;

f. "A6" katakda - yuqori haroratlarda elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi formulasida eksponentdan oldingi omil, "B6" katakchasida - o'lchov birliklari;

g. “A7” katagidan boshlab ishning xulosalari aniq ifodalanishi kerak.

A1-A6 kataklarida raqamli qiymatlarning o'zi emas, balki taqdim etilgan natijani olish uchun hisob-kitoblar amalga oshirilgan elektron jadval kitobining boshqa varaqlaridagi kataklarga havolalar bo'lishi kerak! Agar ushbu talab bajarilmasa, tekshirish dasturi "Ma'lumot taqdimoti xatosi" xabarini beradi.

2. Eksperimental ma'lumotlardan (nuqtalardan) olingan va ko'phad (chiziq) bilan yaqinlashtirilgan yopishqoqlikning haroratga bog'liqligi va yopishqoqlikning logarifmining haroratga bog'liqliklarining to'g'ri tuzilgan grafiklari barcha kerakli belgilar imzolari bilan elektron jadvallarning alohida varaqlarida. Nazorat savollari

1. CaO, Na 2 O, SiO 2, B 2 O 3, Al 2 O 3 dan tashkil topgan oksid eritmasining tarkibiy qismlari qanday shaklda bo'ladi?

2. Yopishqoqlik koeffitsienti deb nimaga aytiladi?

3. Shlak qovushqoqligining haroratga bog’liqligi unga asosli oksidlar qo’shilganda qanday o’zgaradi?

4. Yopishqoqlik qanday birliklarda o'lchanadi?

5. Viskozimetr konstantasi qanday aniqlanadi?

6. Yopishqoq oqimning aktivlanish energiyasi nima bilan belgilanadi?

7. Harorat ortishi bilan qovushqoqlikning kamayishi sababi nimada?

8. Yopishqoq oqimning aktivlanish energiyasi qanday hisoblanadi?

2.6 Marganetsni oksid eritmasidan po'latga qaytarish

(Ish №18)

2.6.1 Metall va cürufning elektrokimyoviy o'zaro ta'sirining umumiy qonuniyatlari

Suyuq metallning erigan cüruf bilan o'zaro ta'sir qilish jarayonlari katta texnik ahamiyatga ega va ko'plab metallurgiya birliklarida sodir bo'ladi. Ushbu birliklarning mahsuldorligi, shuningdek, tayyor metallning sifati asosan ma'lum elementlarning fazalar chegarasi orqali o'tish tezligi va to'liqligi bilan belgilanadi.

Turli fazalarda bir vaqtning o'zida sezilarli miqdordagi fizik va kimyoviy jarayonlarning sodir bo'lishi, yuqori haroratlar, gidrodinamik va issiqlik oqimlarining mavjudligi ishlab chiqarish va laboratoriya sharoitida fazalarning o'zaro ta'siri jarayonlarini eksperimental o'rganishni qiyinlashtiradi. Bunday murakkab tizimlar ko'rib chiqilayotgan ob'ektning individual, lekin eng muhim tomonlarini aks ettiruvchi modellar yordamida o'rganiladi. Ushbu ishda metall-shlak interfeysida sodir bo'ladigan jarayonlarning matematik modeli tarkibiy qismlarning hajm konsentratsiyasining o'zgarishini va ularning fazalararo chegaradan o'tish tezligini vaqt funktsiyasi sifatida tahlil qilish imkonini beradi.

Marganetsning oksid eritmasidan qaytarilishi elektrokimyoviy yarim reaksiyaga ko'ra sodir bo'ladi:

(Mn 2+) + 2e =

Yordamchi jarayonlar oksidlanish jarayonlari bo'lishi kerak. Shubhasiz, bu temir oksidlanish jarayoni bo'lishi mumkin.

= (Fe2+) + 2e

yoki po'lat tarkibidagi aralashmalar, masalan, kremniy. To'rt zaryadlangan kremniy ioni cürufda bo'lishi mumkin emasligi sababli, bu jarayon elektrokimyoviy yarim reaksiyaga muvofiq silikon-kislorod tetraedrining shakllanishi bilan birga keladi:

4(O 2-) \u003d (SiO 4 4-) + 4e

Berilgan elektrod yarim reaksiyalaridan faqat bittasining mustaqil oqimi mumkin emas, chunki bu fazalar chegarasida elektr er-xotin qatlamda zaryadlarning to'planishiga olib keladi, bu esa moddaning o'tishini oldini oladi.

Ularning har biri uchun muvozanat holati muvozanat elektrod potensiali bilan tavsiflanadi ()

standart potentsial qayerda, moddaning oksidlangan va qaytarilgan shakllarining faolligi; z elektrod jarayonida ishtirok etadigan elektronlar soni, R universal gaz doimiysi, F Faraday doimiysi, T- harorat.

Marganetsning cürufdan metallga qisqarishi kamida ikkita elektrod yarim reaksiyalarining birgalikda yuzaga kelishi natijasida amalga oshiriladi. Ularning tezligi interfeysda zaryadlar to'planib qolmasligi uchun o'rnatiladi. Bunday holda, metallning potentsiali statsionar qiymatni oladi, bunda elektronlarning hosil bo'lish va assimilyatsiya qilish tezligi bir xil bo'ladi. Haqiqiy o'rtasidagi farq, ya'ni. statsionar, potentsial va uning muvozanat qiymati, elektrodning polarizatsiyasi (ortiqcha kuchlanish) deb ataladi, . Polarizatsiya tizimni muvozanatdan olib tashlash darajasini tavsiflaydi va elektrokimyoviy kinetika qonunlariga muvofiq komponentlarning fazalar chegarasi orqali o'tish tezligini aniqlaydi.

Klassik termodinamika nuqtai nazaridan, marganetsni shlakdan temirda erigan kremniy bilan qaytarish jarayonlari tizimda u yoki bu yo'nalishda sodir bo'ladi:

2(MnO) + = 2 + (SiO 2) H = -590 kJ / mol

va erituvchining o'zi (marganetsning shlakdagi temir oksidi bilan oksidlanishi

(MnO)+=+(FeO)=. H = 128 kJ/mol

Rasmiy kinetika nuqtai nazaridan, masalan, kinetik rejimda muvozanatdan uzoqda bo'lgan metall tarkibidagi kremniy miqdorining o'zgarishi bilan aniqlangan birinchi reaktsiya tezligi marganets oksidi konsentratsiyasining mahsulotiga bog'liq bo'lishi kerak. ma'lum darajada metallda cüruf va kremniy. Diffuziya rejimida reaktsiya tezligi diffuziyaga to'sqinlik qiladigan komponentning konsentratsiyasiga chiziqli bog'liq bo'lishi kerak. Shunga o'xshash mulohazalarni ikkinchi reaktsiya uchun ham qilish mumkin.

Faoliyatlar bilan ifodalangan reaksiya muvozanat konstantasi

faqat harorat funktsiyasidir.

Marganetsning shlak va metalldagi muvozanat konsentrasiyalarining nisbati

marganetsning tarqalish koeffitsienti deb ataladi, bu esa, aksincha, fazalar tarkibiga bog'liq va bu elementni cüruf va metall o'rtasida taqsimlashning miqdoriy xarakteristikasi bo'lib xizmat qiladi.

2.6.2 Jarayon modeli

Simulyatsiya modeli CaO - MnO - FeO - SiO 2 - Al 2 O 3 oksidi eritmasi va tarkibida Mn va Si bo'lgan suyuq temir o'rtasida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan uchta elektrod yarim reaktsiyasini aralashmalar sifatida ko'rib chiqadi. Ularning oqimining diffuziya rejimi haqida faraz qilinadi. Shlakdagi Fe 2+ zarralari, metalldagi kremniy va marganetsning har ikki fazada tarqalishini inhibe qilish hisobga olinadi. Modelni tavsiflovchi umumiy tenglamalar tizimi shaklga ega

qayerda υ ј elektrodning yarim reaksiya tezligi, ē j- qutblanish, men j cheklovchi diffuziya oqimining zichligi, D j- diffuziya koeffitsienti, b - konvektiv doimiy, Cj- diqqat.

Simulyatsiya modeli dasturi (18.4) - (18.8) tenglamalar tizimini echishga imkon beradi, bu esa metallning cüruf bilan o'zaro ta'sirida vaqt o'tishi bilan tarkibiy qismlarning hajm konsentratsiyasi va ularning o'tish tezligi qanday o'zgarishini aniqlash imkonini beradi. Hisoblash natijalari ko'rsatiladi. Monitor ekranidan olingan ma'lumotlar asosiy komponentlarning kontsentratsiyasi, ularning joriy qiymatlari, shuningdek, harorat qiymatlari va konveksiya konstantalaridagi o'zgarishlarning grafik tasvirini o'z ichiga oladi (8-rasm).

Metall va cürufning o'zaro ta'sirini simulyatsiya modeli uchun dasturning blok diagrammasi 7-rasmda ko'rsatilgan. Dastur belgilangan simulyatsiya vaqti o'tgandan keyingina to'xtaydigan tsiklda ishlaydi (taxminan 10 minut).

7-rasm - Simulyatsiya modeli dasturining blok diagrammasi

2.6.3 Ish tartibi

Simulyatsiya dasturi tomonidan yaratilgan tasvir 8-rasmda (o'ng panelda) ko'rsatilgan. O'lchangan miqdorlarning tanlangan raqamli qiymatlari panelning yuqori qismida berilgan, jarayonni simulyatsiya qilish paytida olingan barcha qiymatlar grafikda ko'rsatiladi. Metall va cüruf eritmalarining tarkibiy qismlarini belgilashda metallurgiya adabiyotida qabul qilingan qo'shimcha belgilar qo'llaniladi. Kvadrat qavslar komponentning metall eritmasiga, yumaloq qavslar esa cürufga tegishli ekanligini ko'rsatadi. Komponent belgilaridagi ko'paytirgichlar faqat chizmachilik uchun ishlatiladi, qiymatlarni sharhlashda ularni hisobga olmaslik kerak. Model ishlayotgan vaqtda har qanday vaqtda faqat o'lchangan qiymatlardan birining qiymati ko'rsatiladi. 6 soniyadan so'ng u yo'qoladi va keyingi qiymatning qiymati paydo bo'ladi. Ushbu vaqt oralig'ida keyingi qiymatni yozib olish uchun vaqt kerak bo'ladi. Vaqtni tejash uchun doimiy raqamlarni, masalan, harorat qiymatidagi etakchi birlikni yozmaslik tavsiya etiladi.

8-rasm. Jarayonlarning turli bosqichlarida 18-sonli ishni bajarish paytida monitor ekranining tasviri.

O'rnatish boshlanganidan keyin to'rt-besh daqiqadan so'ng, shlakga oldindan qizdirilgan marganets oksidi qo'shing, bu Alt tugmachasini va asosiy klaviaturadagi raqam tugmachasini bir vaqtning o'zida o'rnatishingiz raqami bilan bosish orqali amalga oshiriladi. Natijalarni qayta ishlash tartibi:

1. Elektron jadval fayliga ma'lumotlarni qo'lda yozib olish natijalarini kiriting.

2. 1400 kg metall eritmasi massasi bo'lgan cürufga marganets oksidi qo'shilishidan oldin va keyin elementlarning fazalararo chegaradan o'tish jarayonlari tezligini va bu qiymatlarning logarifmlarini hisoblang.

3. Haroratning vaqtga bog'liqligi, marganetsning vaqt bo'yicha o'tish tezligi, kremniyning metalldagi kremniy konsentratsiyasining logarifmi bo'yicha o'tish tezligining logarifmi bo'yicha grafiklarning alohida varaqlari bo'yicha chizma.

4. Eng kichik kvadratlar usuli yordamida kremniy o'tish jarayonining kinetik xususiyatlarini baholang.

Sinov natijalari:

1. Oldingi bo'limda sanab o'tilgan to'g'ri ishlab chiqilgan jadvallar, barcha kerakli imzolar va belgilar bilan alohida jadvallar varag'ida.

2-rasm. Xatolarni ko'rsatadigan marganets oksidi kiritilishidan oldin va keyin kremniy oksidlanish reaktsiyasi tartibining qiymatlari.

3. Ish yuzasidan xulosalar.

Nazorat savollari

1. Nima uchun po'lat ishlab chiqarish jarayonlarini modellashtirish kerak?

2. Metall va cüruf o'rtasidagi o'zaro ta'sirning tabiati qanday va u qanday namoyon bo'ladi?

3. Qanday potensial statsionar deyiladi?

4. Qanday potensial muvozanat deyiladi?

5. Elektrod polarizatsiyasi (ortiqcha kuchlanish) deb nimaga aytiladi?

6. Marganetsning metall va shlak o'rtasida taqsimlanish koeffitsienti qanday?

7. Metall va shlak orasidagi marganetsning tarqalish konstantasi nima bilan belgilanadi?

8. Diffuziya rejimida marganetsning metalldan shlakga o'tish tezligiga qanday omillar ta'sir qiladi?

Adabiyotlar ro'yxati

1. Linchevskiy, B.V. Metallurgiya tajribasi texnikasi [Matn] / B.V. Linchevskiy. - M.: Metallurgiya, 1992. - 240 b.

2. Arsentiev, P.P. Metallurgiya jarayonlarini o'rganishning fizik-kimyoviy usullari [Matn]: universitetlar uchun darslik / P.P. Arsentiev, V.V. Yakovlev, M.G. Krasheninnikov, L.A. Pronin va boshqalar - M .: Metallurgiya, 1988. - 511 p.

3. Popel, S.I. Eritilgan metallning gaz va cüruf bilan o'zaro ta'siri [Matn]: darslik / S.I. Popel, Yu.P. Nikitin, L.A. Barmin va boshqalar - Sverdlovsk: ed. UPI ularni. SM. Kirova, 1975, - 184 b.

4. Popel, S.I. Metallurgiya jarayonlari nazariyasi [Matn]: darslik / S.I. Popel, A.I. Sotnikov, V.N. Boronenkov. - M.: Metallurgiya, 1986. - 463 b.

5. Lepinskix, B.M. Metall va cüruf eritmalarining transport xususiyatlari [Matn]: Qo'llanma / B.M. Lepinskix, A.A. Belousov / Pod. ed. Vatolina N.A. - M.: Metallurgiya, 1995. - 649 b.

6. Belay, G.E. Metallurgiya tajribasini tashkil etish [Matn]: darslik / G.E. Belay, V.V. Dembovskiy, O.V. Sotsenko. - M.: Kimyo, 1982. - 228 b.

7. Panfilov, A.M. Yuqori haroratlarda termodinamik xususiyatlarni hisoblash [Elektron resurs]: barcha ta'lim shakllarining metallurgiya va fizika muhandislik fakultetlari talabalari uchun o'quv qo'llanma / A.M. Panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: USTU-UPI, 2009. - 33 p.

8. Panfilov, A.M. Excel elektron jadvallarida termodinamik hisoblar [Elektron resurs]: ko'rsatmalar barcha ta'lim shakllarining metallurgiya va fizik-texnika fakultetlari talabalari uchun / A.M.Panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: UGTUUPI, 2009. - 31 p.

9. Fizikaviy va kimyoviy miqdorlarning qisqacha ma'lumotnomasi / ostida. ed. A.A. Ravdel va A.M. Ponomarev. L.: Kimyo, 1983. - 232 b.

Kazachkov E.A. Metallurgiya jarayonlari nazariyasi bo'yicha hisob-kitoblar (Hujjat)

Goldstein N.L. Metallurgiya jarayonlari nazariyasidan qisqa kurs (Hujjat)

Dildin A.N., Sokolova E.V. Metallurgiya jarayonlari nazariyasi (Hujjat)

Krivandin V.A. Filimonov Yu.P. Metallurgiya pechlarini loyihalash nazariyasi va hisoblari 1-jild (hujjat)

Dudnikov I.A. Metallurgiya jarayonlari nazariyasi asoslari (Hujjat)

Sharoglazov B.A., Farafontov M.F., Klementiev V.V. ICE: nazariya, modellashtirish va ish oqimlarini hisoblash (Hujjat)

Lukanin V.N., Morozov K. A., Xachiyan A.S. va boshqalar. Ish oqimi nazariyasi (hujjat)

Glinkov G.M., Makovskiy V.A. Qora metallurgiyadagi APCS (Hujjat)

Gikhman I.I., Skoroxod A.V. Stokastik jarayonlar nazariyasiga kirish (hujjat)

Konovalov A.V., Nerovniy V.M., Kurkin A.S., Payvandlash jarayonlari nazariyasi. Universitetlar uchun darslik (hujjat)

n1.doc

FGOU VPO

SIBIR UNIVERSITETI FEDERALI

RANGLI METALLAR INSTITUTI

VA MATERIALILIK

METALLURGIYA JARAYONLAR NAZARIYASI

MAXSISLIK TALABLARI UCHUN MA'RUZALAR XULOSASI

Jismoniy injener

KRASNOYARSK, 2008 yil

UDC 669.541

BBC 24.5

Sharhlovchi
O'quv qo'llanma sifatida tasdiqlangan
I.I.Kopach
K 55 Metallurgiya jarayonlari nazariyasi: Proc. "Muhandis-fizik" / SibFU mutaxassisligi bo'yicha qo'llanma. Krasnoyarsk, 2008. - 46 p.

ISBN 5-8150-0043-4
Qo'llanmada metallurgiya ishlab chiqarishining asosiy jarayonlari, masalan: dissotsiatsiya, oksidlanish-qaytarilish jarayonlari, tozalashning kimyoviy va fizik usullari, metallurgiya ishlab chiqarish shlaklari va sulfidli metallurgiyaning nazariy qoidalari ko'rsatilgan.
Sibir Federal universiteti, 2008 yil

Kirish qismida

1. 
   KIMYOVIY BIRIKMALARNING DISSOTSIYALANISHI
2. 
   YUQORI HARORATDAGI GAZ FAZASINING TARKIBI VA XUSUSIYATLARI.
3. 
   KISARISH JARAYONLARI.
   1. 
      Vodorodni kamaytirish
   2. 
      Qattiq uglerod bilan qayta tiklash
   3. 
      CO gaz bilan qayta tiklash
   4. 
      Metall bilan tiklash

4. METALLARNI TOZLASH

4.1. Pirometallurgik tozalash usullari

4.2. Jismoniy tozalash usullari

1. 
   joylashish
2. 
   Kristallanish
3. 
   vakuumli tozalash

5. SULFID MATERIALLARNI QAYTA QILISH.

1. 
   Ajratish eritmasi.
2. 
   Mat konvertatsiya.

6. METALLURGIK SHLAK.

1. 
   Shlakli eritmalarning tuzilishi

B E D E N I E

Metallurgiya jarayonlari nazariyasi - 800 dan 2500 K gacha va undan yuqori haroratlarda kimyoviy reaksiyaga kirishuvchi tizimlarning harakatini tavsiflovchi fizik kimyo.

Insoniyatning jadal rivojlanishi odamlar metallardan foydalanishni o'rganganlaridan keyin boshlandi. Mamlakatning rivojlanish darajasi hali ham ko'p jihatdan metallurgiya, kimyo va tog'-kon sanoatining rivojlanish darajasi bilan belgilanadi. Hozirgi vaqtda ekstensiv rivojlanish yo'llari amalda tugatilib, ishlab chiqarishning barcha tarmoqlarini, jumladan, metallurgiyani intensiv rivojlantirish masalasi birinchi o'ringa chiqdi. So'nggi o'n yilliklar barchaga sifat jihatidan yangi yondashuvlar bilan tavsiflanadi ishlab chiqarish jarayonlari, bu:

1. 
   energiya va resurslarni tejash,
2. 
   xom ashyo va texnogen chiqindilarni chuqur qayta ishlash;
3. 
   ishlab chiqarishda fanning eng yangi yutuqlaridan foydalanish,
4. 
   mikro va nanotexnologiyalardan foydalanish;
5. 
   ishlab chiqarish jarayonlarini avtomatlashtirish va kompyuterlashtirish;
6. 
   ga zararli ta'sirlarni minimallashtirish muhit.

Ushbu (va boshqa ko'plab) talablar zamonaviy muhandisning fundamental va maxsus tayyorgarligi darajasiga yuqori talablarni qo'yadi.

Metallurgiya jarayonlari nazariyasi bo'yicha tavsiya etilgan darslik intizomni murakkablikning birinchi, eng past darajasida taqdim etishga urinishdir, ya'ni. matematik dalillarsiz, dastlabki pozitsiyalarni minimal asoslash va olingan natijalarni tahlil qilish bilan. Qo‘llanma 6 bobdan iborat bo‘lib, ruda va kontsentratlardan metallar olishning deyarli butun jarayonini o‘z ichiga oladi.

Birinchidan, maktab kimyo kursidan ma'lum bo'lgan temir rudasi yoki temir javhari kontsentratlaridan temir eritishning yuqori o'choq jarayonini eslaylik. Yuqori pechda uchta faza mavjud:

1. 
   CO, CO 2 gazlari, metall bug'lari va oksidlaridan tashkil topgan gaz fazasi,
2. 
   erigan oksidlar CaO, SiO 2, Al 2 O 3, FeO, MnO va boshqalardan tashkil topgan cüruf fazasi.
3. 
   suyuq temir va unda erigan aralashmalardan, masalan, uglerod, marganets, kremniy, fosfor, oltingugurt va boshqalardan tashkil topgan metall faza.

Barcha uch faza kimyoviy va fizik jihatdan o'zaro ta'sir qiladi. Temir oksidi shlak fazasida kamayadi va metall fazaga o'tadi. Shlak fazasida erigan kislorod metall fazaga o'tadi va undagi aralashmalarni oksidlaydi. Metall fazada oksid tomchilari suzadi, metall tomchilari esa shlak fazasida joylashadi. Komponentlarning bir fazadan ikkinchisiga o'tishi ularning fazalar chegaralari orqali o'tishi bilan bog'liq, shuning uchun metallurgiya muhandisi ko'p komponentli, heterojen, kimyoviy reaksiyaga kirishuvchi tizimlar bilan ishlaydi.

Hozirgi vaqtda metallurgiya 70 ga yaqin metallarni oladi, ular odatda rangli va qora metallarga bo'linadi. Ikkinchisiga faqat 4 ta metal kiradi: temir, marganets, vanadiy va xrom. Rangli metallar guruhi ko'proq, shuning uchun u quyidagi kichik guruhlarga bo'linadi.

1. 
   Og'ir: mis, qo'rg'oshin, sink, nikel, qalay, simob, jami 18 ta element.
2. 
   Yengil metallar: alyuminiy, magniy, titanium, kremniy, gidroksidi va ishqoriy tuproq metallari, jami 12 ta element.
3. 
   Noble: oltin, kumush, platina va boshqalar, faqat 8 ta element, ular kislorodga yaqinlik yo'qligi sababli o'z nomlarini oldilar, shuning uchun tabiatda ular erkin (oksidlanmagan) holatda.
4. 
   Noyob metallar: o'tga chidamli - 5 element, noyob tuproq - 16 element va radioaktiv - 16 element.

Ishlab chiqarish usuliga ko'ra metallarni olish jarayonlari uch guruhga bo'linadi:

pirometallurgiya,

gidrometallurgiya va

elektrometallurgiya jarayonlari.

Ulardan birinchisi 1000 - 2500 K darajasidagi haroratlarda, komponentlar esa erigan va erigan holatda bo'ladi.

Ikkinchisi suvda, kamroq tez-tez organik erituvchilarda, 300-600 K haroratda davom etadi. Ko'pgina gidrometallurgiya jarayonlari ham yuqori bosimlarda, ya'ni. avtoklavlarda.

Elektrometallurgiya jarayonlari elektrodlarda ham suvli eritmalarda, ham turli haroratlarda tuz eritmalarida sodir bo'ladi. Masalan, aluminaning kriolit-alyuminiy eritmasida elektrolizi 1230 K da, suvli elektrolitdan platinaning elektrolizi esa 330 K da sodir bo'ladi.

Ko'pgina metallar ishlab chiqarish uchun xom ashyo, birinchi navbatda, oksidlangan rudalar bo'lib, ulardan alyuminiy, temir, xrom, marganets, titan, qisman mis, nikel, qo'rg'oshin olinadi. Kamroq tarqalgan sulfidli rudalardan mis, qoʻrgʻoshin, nikel, kobalt, asil metallar kabi metallar olinadi. Magniy, kaltsiy va ishqoriy metallar xlorid rudalaridan (dengiz va ko'llar suvlaridan) olinadi.

Metallurgiya ishlab chiqarishi atrof-muhitga zararli ta'sir ko'rsatadi, xususan:

1. 
   CO, SO 2, SO 3, Cl, CS 2 va boshqa ko'plab gazlar kabi reaktsiya gazlarining emissiyasi,
2. 
   har xil o'lchamdagi va kompozitsiyadagi qatlamli va suyuq zarralar,
3. 
   suv havzalarini, shu jumladan ichimlik suvi ta'minotini ifloslantiradigan katta hajmdagi sanoat suvlarini oqizish.
4. 
   issiqxonalarni isitish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan ortiqcha, kam qiymatli energiyaning katta tashlanishi va boshqalar.

Bu omillar salbiy ta'sir ko'rsatadi. Avvalo, korxonalar xodimlariga, shuningdek, yaqin atrofdagi shahar va qishloqlarga. Shuning uchun ham muhandisning eng muhim vazifalaridan biri ishlab chiqarishni atrof-muhitga zararli ta'sirni minimallashtiradigan tarzda tashkil etish va rejalashtirishdir. Ekologik muammolar nafaqat ijtimoiy ishlab chiqarishda, balki har bir shaxsning shaxsiy o'zini o'zi cheklashda, shaxsiy transportdan to'liq yoki qisman voz kechish, energiya resurslarini haddan tashqari iste'mol qilish va boshqalar shaklida birinchi o'rinda turishi kerak.

Taxminiy hisob-kitob shuni ko'rsatadiki, odam ishlashga ketmoqda jamoat transporti, Dvigatel hajmi bir necha litr bo'lgan mashinada yolg'iz sayohat qiladigan konforni sevuvchilar bilan solishtirganda, taxminan bir daraja kamroq yoqilg'i va kislorod iste'mol qiladi. Insoniyatning kelajagi tafakkur jamiyati sifatida tovarlar, xizmatlar va pirovard natijada energiya resurslarini iste’mol qilish sohasida o‘zini-o‘zi ongli ravishda cheklash yo‘lidan bormoqda.

Federal ta'lim agentligi

GOU VPO "Ural davlat texnika universiteti - UPI"

A.M. Panfilov

O'quv elektron matn nashri

Metallurgiya jarayonlari nazariyasi kafedrasi tomonidan tayyorlangan

Ilmiy muharrir: prof., dr. kimyo. Fanlar M.A. Spiridonov

Metallurgiya mutaxassisliklari bo‘yicha barcha ta’lim shakllari talabalari uchun “Metallurgiya tizimlari va jarayonlari fizik kimyosi”, “Metallurgiya jarayonlari nazariyasi” fanlaridan laboratoriya ishlari bo‘yicha uslubiy ko‘rsatmalar.

TMP kafedrasining “Metallurgiya jarayonlari nazariyasi” ustaxonasida ishni tashkil etish qoidalari (ixtisoslashtirilgan auditoriya)

Mt-431 im. O.A. Yesin). Laboratoriya ishlarini bajarish metodologiyasi va tartibi tavsiflangan, amaldagi GOSTlarga muvofiq laboratoriya ishlari bo'yicha hisobotlarning mazmuni va dizayniga qo'yiladigan talablar va ularni amalga oshirish bo'yicha tavsiyalar berilgan.

© GOU VPO USTU-UPI, 2008

Yekaterinburg

Kirish ................................................. . ................................................ .. ................................................ 4

1 Metallurgiya jarayonlari nazariyasi fanidan laboratoriya ustaxonasida ishlarni tashkil etish ............... 4

1.1 Laboratoriyaga tayyorgarlik................................................. .......................... ................................... ......................... .. 5 1.2 O'lchov natijalarini qayta ishlash va hisobotni loyihalash bo'yicha tavsiyalar ............ ................................ 5

1.3.1 Chizma ................................................. ...................... ................................................ ............ ................... 5

1.3.2 Eksperimental ma'lumotlarni tekislash...................................... ................................................................ ..... 7

1.3.5 Diskret nuqtalar to'plami bilan aniqlangan funktsiyani sonli differentsiallash.................................. 8

ba'zi ma'lumotlar to'plamini taxmin qilish ................................................ ...................... ................................. 9

1.3.7 Natijalar taqdimoti....................................... ........ ................................................ ....... ....... 10

2 Laboratoriya ishining tavsifi........................................... ........ ................................................ ....... ............. o'n bir

2.1 Temirning yuqori haroratda oksidlanish kinetikasini o'rganish (13-sonli ish) ................................. .............. 12

2.1.1 Temir oksidlanishining umumiy qonuniyatlari ...................................... ................................................................ .................... 12 2.1.2 Tajribalarni o‘rnatish va o‘tkazish tartibining tavsifi .............. .. ...................................................... .. 14

2.1.3 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish ......................................... ................. ................... 15

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ................... 17

2.2 Oksid eritmalarining elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligini o'rganish

(14-sonli ish) ......................................... ... ................................................... .. ........................................... o'n to'qqiz

2.2.1 Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligining tabiati haqida umumiy ma'lumot ................................. .......................... 19

2.2.2 O'rnatish va o'lchash tartibining tavsifi...................................... ....... ................................. 21

2.2.3 Ishni qanday bajarish kerak................................................. ...................... ................................................. ......... ..... 23

2.2.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish...................................... ................................................ 24

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ................... 25

2.3 Simulyatsiya modelida cüruf bilan metallni oltingugurtdan tozalash kinetikasini o'rganish (Ish №.

15) ............................................................................................................................................................ 26

2.3.1 Metallni cüruf bilan oltingugurtdan tozalash kinetikasi haqida umumiy ma'lumot ................................. ...................... ..... 26

2.3.2 Jarayonning matematik modeli...................................... ...... ................................................ .. 29

2.3.3 Ish tartibi ................................................ ................ ................................. ................ ...... o'ttiz

2.3.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish ......................................... ................. ................... 31

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ................ 32

2.4 Tabiiy karbonatlarning dissotsilanish jarayonlarini termografik o’rganish (16-sonli ish) 33.

2.4.1 Karbonat dissotsiatsiyasining umumiy qonuniyatlari ...................................... ................................................ 33

2.4.2 O'rnatish sxemasi va ish usuli ...................................... ...................... ......................... 39

2.4.3 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish ......................................... ................................ 39

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ................. 41

2.5 Oksid eritmalari yopishqoqligining haroratga bog'liqligini o'rganish (17-ish) .............. 42

2.5.1 Oksid eritmalarining yopishqoq qarshiligining tabiati ...................................... ...................... 42

2.5.2 Yopishqoqlikni o'rnatish va o'lchash tartibining tavsifi ...................................... ...................... ................. 43

2.5.3 Ish tartibi ................................................ ................ ................................. ................ ...... 45

2.5.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish ......................................... ................. ................... 45 Xavfsizlik savollari ........... ................................ ........................... ................................................................ ............. 46

2.6 Oksid eritmasidan marganetsni po'latga aylantirish (18-sonli ish).

2.6.1 Metall va cürufning elektrokimyoviy o'zaro ta'sirining umumiy qonuniyatlari ............... 47

2.6.2 Jarayon modeli................................................. ................................................................ ................................................ 49

2.6.3 Ish tartibi ................................................ ................................................................ ...................... 50

Nazorat savollari...................................... ................................................ . ............................ 52 Adabiyotlar ................... ................................................................ .......................... ................................. .......................... ...... 53

STP USTU-UPI 1-96	Korxona standarti. Diplom va kurs loyihalarini (ishlarini) loyihalash uchun umumiy talablar va qoidalar.
GOST R 1.5-2002	GSS. Standartlar. Qurilish, taqdimot, dizayn, mazmun va belgilanish uchun umumiy talablar.
GOST 2.105-95	ESKD. Matnli hujjatlarga qo'yiladigan umumiy talablar.
GOST 2.106-96	ESKD. Matnli hujjatlar.
GOST 6.30 2003 yil	USD. Tashkiliy va ma'muriy hujjatlarning yagona tizimi. Hujjatlarga qo'yiladigan talablar.
GOST 7.32-2001	SIBID. Tadqiqot hisoboti.
GOST 7.54-88	SIBID. Ilmiy-texnik hujjatlarda moddalar va materiallarning xossalari to'g'risidagi raqamli ma'lumotlarni aks ettirish. Umumiy talablar.
GOST 8.417-2002	GSOEI. Birliklar

Belgilar va qisqartmalar

	Sobiq SSSR davlat standarti yoki davlatlararo standart (hozirda).
	Rossiya Federatsiyasining Standartlashtirish va metrologiya davlat qo'mitasi (Rossiya Davlat standarti) yoki Rossiya Federatsiyasining uy-joy va qurilish siyosati davlat qo'mitasi (Rossiya Davlat qurilishi) tomonidan qabul qilingan standart.
	Davlat standartlashtirish tizimi.
	O'lchovlarning bir xilligini ta'minlashning davlat tizimi.
	Axborot texnologiyalari
	Eng kichik kvadrat usuli
	Shaxsiy kompyuter
	Korxona standarti
	Metallurgiya jarayonlari nazariyasi

Kirish

Metall-shlaklar tizimidagi xossalarni va metallurgiya birliklarida sodir bo'ladigan jarayonlarni o'rganish bo'yicha laboratoriya ishlarini bajarish fizik-kimyoviy tahlil usulining imkoniyatlarini yaxshiroq tushunish va uni amaliy qo'llash ko'nikmalariga ega bo'lish imkonini beradi. Bundan tashqari, talaba individual fizik-kimyoviy xossalarni va umuman metallurgiya jarayonlarini eksperimental va namunaviy tadqiq qilishning ayrim usullarini amalga oshirish bilan tanishadi, eksperimental ma'lumotlarni qayta ishlash, tahlil qilish va taqdim etish ko'nikmalariga ega bo'ladi.

1 Metallurgiya jarayonlari nazariyasi fanidan laboratoriya ustaxonasida ishlarni tashkil etish

Metallurgiya jarayonlari nazariyasi bo'yicha laboratoriya ustaxonasida asosiy narsa eksperimental ma'lumotlarni kompyuterda yig'ishdir. Bu ishni tashkil etishning bir qator xususiyatlarini aniqlaydi:

Har bir talaba individual topshiriq oladi, butun tajribani yoki uning belgilangan qismini bajaradi va olingan ma'lumotlarni qayta ishlaydi. Ish natijasi o'rganilayotgan hodisaning olingan raqamli tavsiflarini va ularni aniqlashdagi xatolarni, aniqlangan xususiyatlarni aks ettiruvchi grafiklarni va barcha ma'lumotlar to'plamidan olingan xulosalarni o'z ichiga oladi. Talabalar hisobotlarida berilgan ishning miqdoriy natijalarining nazorat baholari bilan solishtirganda tafovut 5% dan oshmasligi kerak.

Natijalarni taqdim etishning asosiy varianti - Microsoft.Excel yoki OpenOffice.Calc elektron jadvallarida eksperimental ma'lumotlarni qayta ishlash, grafiklarni tuzish va xulosalarni shakllantirish.

O'qituvchining ruxsati bilan grafik qog'ozda tayyorlangan kerakli rasmlar va grafiklar bilan qo'lda yozilgan hisobotni topshirishga vaqtincha ruxsat beriladi.

Tugallangan laboratoriya ishi to'g'risida hisobot laboratoriya ustaxonasiga rahbarlik qiluvchi o'qituvchiga keyingi laboratoriya ishidan oldingi ish kunidan kechiktirmay topshiriladi. O'tkazish tartibi (elektron pochta orqali, tanaffus paytida hozir dars o'tayotgan har qanday o'qituvchi yoki laborantga) o'qituvchi tomonidan belgilanadi.

Oldingi ish yuzasidan hisobotni o‘z vaqtida topshirmagan va kollokviumdan (sinovdan) o‘tmagan talabalar keyingi laboratoriya ishiga kiritilmaydi.

Laboratoriya ishlarini bajarishga faqat laboratoriya ustaxonasida xavfsiz ishlash choralari bo'yicha kirish brifingidan o'tgan va brifing varag'iga imzo qo'ygan talabalar ruxsat etiladi.

Isitish va o'lchash elektr asboblari, kimyoviy shisha idishlar va reagentlar bilan ishlash laboratoriyada xavfsizlik qoidalariga muvofiq amalga oshiriladi.

Ishni tugatgandan so'ng, talaba ish joyini tartibga soladi va uni laborantga topshiradi.

1.1 Laboratoriyaga tayyorgarlik

Darsga tayyorgarlik ko‘rishda asosiy manbalar sifatida ushbu qo‘llanma, o‘qituvchi tomonidan tavsiya etilgan darslik va o‘quv qo‘llanmalar, ma’ruza matnlari hisoblanadi.

Laboratoriya ishiga tayyorgarlik ko'rayotganda, talaba darsdan oldingi hafta davomida o'rganilayotgan hodisaga oid materialni o'qishi va tushunishi, o'rnatish va o'lchash texnikasini loyihalashda va ularning natijalarini qayta ishlashda qo'llanmadagi sxemalarni tushunishi kerak. Qiyinchiliklar bo'lsa, tavsiya etilgan adabiyotlar va laboratoriya mashg'ulotlarini olib boradigan o'qituvchi va o'qituvchilarning maslahatlaridan foydalanish kerak.

Talabaning ishni bajarishga tayyorligi o'qituvchi tomonidan har bir talabaning individual so'rovi yoki kompyuterda test o'tkazish orqali nazorat qilinadi. Tayyorgarligi yetarli bo‘lmagan talaba dars davomida ushbu ish bilan bog‘liq materialni o‘rganishi, qayta tekshirilgandan so‘ng ishning tajriba qismini qo‘shimcha darsda bajarishi shart. Takroriy mashg'ulotlarni o'tkazish vaqti va tartibi maxsus jadval bilan tartibga solinadi.

1.2 O'lchov natijalarini qayta ishlash va hisobot berish bo'yicha tavsiyalar

GOST 7.54-88 ga muvofiq, eksperimental raqamli ma'lumotlar sarlavhali jadvallar shaklida taqdim etilishi kerak. Har bir laboratoriya uchun namuna jadvallari taqdim etiladi.

O'lchov natijalarini qayta ishlashda statistik ishlov berishdan foydalanish kerak: eksperimental ma'lumotlarni tekislashni qo'llash, bog'liqlik parametrlarini baholashda eng kichik kvadratlar usulini qo'llash va hokazo. va olingan qiymatlarning xatosini baholashni unutmang. Bunday qayta ishlashni amalga oshirish uchun elektron jadvallar maxsus statistik funktsiyalarni ta'minlaydi. Kerakli funktsiyalar to'plami ilmiy (muhandislik) hisob-kitoblar uchun mo'ljallangan kalkulyatorlarda ham mavjud.

1.3.1 Chizma tuzish

Tajribalarni bajarishda, qoida tariqasida, bir vaqtning o'zida bir nechta parametrlarning qiymatlari belgilanadi. Ularning munosabatlarini tahlil qilib, kuzatilgan hodisa haqida xulosa chiqarish mumkin. Raqamli ma'lumotlarning vizual tasviri ularning o'zaro bog'liqligini tahlil qilishni sezilarli darajada osonlashtiradi - shuning uchun ma'lumot bilan ishlashda syujet yaratish juda muhim qadamdir. Ruxsat etilgan parametrlar orasida har doim kamida bitta mustaqil o'zgaruvchi borligini unutmang - qiymati o'z-o'zidan (vaqt) o'zgarib turadigan yoki eksperimentator tomonidan o'rnatiladigan qiymat. Qolgan parametrlar mustaqil o'zgaruvchilarning qiymatlari bilan aniqlanadi. Grafiklarni tuzishda siz ba'zi qoidalarga amal qilishingiz kerak:

Mustaqil o'zgaruvchining qiymati abscissa (gorizontal o'q) bo'ylab, funktsiya qiymati esa ordinata (vertikal o'q) bo'ylab chiziladi.

O'qlar bo'ylab shkalalar grafik maydonidan iloji boricha informatsion foydalanish uchun tanlangan bo'lishi kerak - bunda eksperimental nuqtalar va funktsional bog'liqlik chiziqlari bo'lmagan bo'sh joylar kamroq bo'lishi kerak. Ushbu talabni bajarish uchun ko'pincha koordinata o'qining boshida nolga teng bo'lmagan qiymatni ko'rsatish kerak bo'ladi. Bunday holda, barcha tajriba natijalari grafikda ko'rsatilishi kerak.

O'qlar bo'ylab qiymatlar, qoida tariqasida, ba'zi bir butun sonning (1, 2, 4, 5) ko'paytmalari bo'lishi va bir tekisda joylashgan bo'lishi kerak. O'qlarda aniq o'lchovlar natijalarini ko'rsatish qat'iyan qabul qilinishi mumkin emas. Tanlangan o'lchov birliklari juda kichik yoki juda katta bo'lmasligi kerak (bir nechta bosh yoki keyingi nollardan iborat bo'lmasligi kerak). Ushbu talabni ta'minlash uchun siz eksa belgilashda chiqarilgan 10 X shaklidagi masshtab koeffitsientidan foydalanishingiz kerak.

Funktsional bog'liqlik chizig'i to'g'ri chiziq yoki silliq egri chiziq bo'lishi kerak. Tajriba nuqtalarini siniq chiziq bilan ulash faqat dastlabki tahlil bosqichida joizdir.

Elektron jadvallar yordamida chizma tuzishda ushbu talablarning ko'pchiligi avtomatik ravishda qondiriladi, lekin odatda hammasi emas va to'liq hajmda emas, shuning uchun siz deyarli har doim natijada tasvirni sozlashingiz kerak bo'ladi.

Elektron jadvallar maxsus xizmatiga ega - Grafik ustasi (Asosiy menyu: Diagramma qo'shish). Unga kirishning eng oddiy usuli, avvalo, argumentni ham, funksiyani ham (bir nechta funksiyalarni) o‘z ichiga olgan katak maydonini tanlash va sichqoncha yordamida standart paneldagi “Chart Wizard” tugmasini faollashtirishdir.

Bu sizga hali ham ishlashingiz kerak bo'lgan diagramma shablonini beradi, chunki ko'pgina standart diagramma opsiyalarini avtomatik tanlash barcha talablaringizga javob bermasligi mumkin.

Avvalo, o'qlardagi raqamlarning o'lchamini va o'qlardagi harflarni va afsonadagi funktsiya yorliqlarini tekshiring. Shrift o'lchami hamma joyda bir xil bo'lishi ma'qul, kamida 10 va 14 nuqtadan oshmasligi kerak, lekin siz har bir yozuv uchun qiymatni alohida belgilashingiz kerak bo'ladi. Buni amalga oshirish uchun kursorni qiziqtirgan ob'ektga (o'q, yorliq, afsona) qo'ying va sichqonchaning o'ng tugmasini bosing. Ko'rsatilgan kontekst menyusida "Format (element)" ni tanlang va "Shrift" yorlig'i bilan varaqadagi yangi menyuda kerakli qiymatni tanlang. O'qni formatlashda siz qo'shimcha ravishda "Mashtab" va "Raqam" yorliqlari bilan varaqlardagi qiymatlarni ko'rib chiqishingiz va o'zgartirishingiz kerak. Agar siz taklif qilingan tanlov qanday o'zgarishlarga olib kelishini tushunmasangiz, har qanday variantni sinab ko'rishdan qo'rqmang, chunki siz har doim Ctrl + Z tugmalarini bosib yoki Asosiy menyuning "Tahrirlash" bandini tanlab, kiritilgan o'zgarishlarni bekor qilishingiz mumkin - Bekor qilish yoki standart asboblar panelidagi "Bekor qilish" tugmasini bosish orqali.

Agar nuqtalar ko'p bo'lsa va tarqalish kichik bo'lsa va chiziq juda silliq ko'rinsa, u holda nuqtalarni chiziqlar bilan bog'lash mumkin. Buning uchun kursorni grafikning istalgan nuqtasiga olib boring va sichqonchaning o'ng tugmasini bosing. Ko'rsatilgan kontekst menyusida "Ma'lumotlar seriyasini formatlash" -ni tanlang. "Ko'rish" yorlig'i bo'lgan qog'oz varag'idagi yangi oynada siz tegishli rang va chiziq qalinligini tanlashingiz kerak va shu bilan birga nuqtalarning rangi, o'lchami va shaklini tekshirishingiz kerak. Aynan shu tarzda eksperimental ma'lumotlarga yaqinlashadigan bog'liqliklar quriladi. Agar yaqinlashish to'g'ri chiziq bo'lsa, u holda argument diapazonining chekkalarida ikkita nuqta etarli. Elektron jadvallarga o'rnatilgan "tekislashtirilgan egri chiziq" opsiyasidan foydalanish tekislash parametrlarini sozlashning iloji yo'qligi sababli tavsiya etilmaydi.

1.3.2 Eksperimental ma'lumotlarni tekislash

Yuqori haroratli eksperimental qurilmalarda olingan eksperimental ma'lumotlar katta tasodifiy o'lchash xatosi bilan tavsiflanadi. Bu, asosan, kuchli isitish moslamasining ishlashidan elektromagnit shovqin bilan aniqlanadi. Natijalarni statistik qayta ishlash tasodifiy xatolikni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. Ma'lumki, normal qonun bo'yicha taqsimlangan tasodifiy o'zgaruvchi uchun o'rtacha arifmetik xatolikdan aniqlanadi. N qadriyatlar, in N Bitta o'lchov xatosidan ½ marta kamroq. Ko'p sonli o'lchovlar bilan, agar ma'lumotlarning kichik oraliqda tasodifiy tarqalishi qiymatning muntazam o'zgarishidan sezilarli darajada oshib ketgan deb taxmin qilish mumkin bo'lsa, samarali tekislash usuli o'lchangan qiymatning keyingi qiymatiga o'rtacha arifmetik qiymatni belgilashdir. atrofidagi nosimmetrik oraliqdagi bir nechta qiymatlardan hisoblab chiqilgan. Matematik jihatdan bu quyidagi formula bilan ifodalanadi:

(1.1)

va elektron jadvallarda amalga oshirish juda oson. Bu yerda y i - o'lchov natijasi, va Y i - buning o'rniga foydalanish uchun tekislangan qiymat.

Raqamli ma'lumotlarni yig'ish tizimlari yordamida olingan eksperimental ma'lumotlar tasodifiy xato bilan tavsiflanadi, ularning taqsimlanishi odatdagi qonundan sezilarli darajada farq qiladi. Bunday holda, o'rtacha arifmetik o'rniga medianani qo'llash samaraliroq bo'lishi mumkin. Bunday holda, intervalning o'rtasida o'lchangan qiymatga o'rtacha arifmetik qiymatga eng yaqin bo'lgan o'lchangan qiymatning qiymati tayinlanadi. Algoritmdagi kichik farq natijani sezilarli darajada o'zgartirishi mumkindek tuyuladi. Masalan, o'rtacha baho versiyasida ba'zi eksperimental natijalar umuman ishlatilmasligi mumkin, ehtimol haqiqatda bo'lgan natijalar.

ayniqsa katta xato bilan "popping" qiymatlari.

1.3.5 Diskret nuqtalar to'plami bilan aniqlangan funksiyani sonli differentsiallash

Eksperimental nuqtalarni qayta ishlashda bunday operatsiyaga ehtiyoj juda tez-tez paydo bo'ladi. Masalan, konsentratsiyaning vaqtga bog'liqligini farqlash orqali jarayon tezligining vaqtga va reaktiv konsentratsiyasiga bog'liqligi topiladi, bu esa, o'z navbatida, reaktsiya tartibini taxmin qilish imkonini beradi. Funktsiyani raqamli farqlash operatsiyasi uning qiymatlari to'plami bilan belgilanadi ( y) tegishli argument qiymatlari to'plamiga mos keladigan ( x), funktsiyaning differentsialini uning yakuniy o'zgarishini argumentning yakuniy o'zgarishiga nisbati bilan taxminiy almashtirishga asoslanadi:

(1.2)

Raqamli farqlash asl ma'lumotlardagi noaniqliklar, qator a'zolarini olib tashlash va hokazolar natijasida yuzaga kelgan xatolarga sezgir va shuning uchun ehtiyotkorlik bilan bajarilishi kerak. Loyini () baholashning aniqligini oshirish uchun ular birinchi navbatda eksperimental ma'lumotlarni hech bo'lmaganda kichik segmentda tekislashga harakat qilishadi va shundan keyingina farqlashni amalga oshiradilar. Natijada, eng oddiy holatda, teng masofadagi tugunlar uchun (argumentning qiymatlari bir xil x miqdorida bir-biridan farq qiladi) quyidagi formulalar olinadi: birinchisidagi hosila uchun ( X 1) nuqta:

boshqa barcha nuqtalarda hosila uchun ( x), oxirgisidan tashqari:

oxirgi hosila uchun ( x) nuqta:

Agar eksperimental ma'lumotlar juda ko'p bo'lsa va bir nechta ekstremal nuqtalarni e'tiborsiz qoldirish joiz bo'lsa, unda kuchliroq tekislash formulalaridan foydalanish mumkin, masalan, 5 ball uchun:

yoki 7 ball bilan:

Tugunlarning notekis joylashishi uchun biz o'zgartirilgan formuladan (1.3) foydalanishni tavsiya qilish bilan cheklanamiz.

(1.8)

va lotinni boshlang'ich va oxirgi nuqtalarda hisoblamang.

Shunday qilib, raqamli farqlashni amalga oshirish uchun erkin ustunning kataklariga mos formulalarni joylashtirish kerak. Masalan, teng bo'lmagan intervalli argument qiymatlari 2 dan 25 gacha bo'lgan kataklardagi "A" ustuniga, funktsiya qiymatlari esa mos keladigan katakchalardagi "B" ustuniga joylashtiriladi. Hosilning qiymatlari "C" ustuniga joylashtirilishi kerak. Keyin "C3" katagiga formulani (5) quyidagi shaklda kiritishingiz kerak:

= (B4 - B2) / (A4 - A2)

va C4:C24 diapazonidagi barcha yacheykalarga nusxa ko'chiring (cho'zing).

1.3.6 Polinom koeffitsientlarining eng kichik kvadratlari usuli bilan aniqlash,

ba'zi ma'lumotlar to'plamini taxmin qilish

Raqamli ma'lumotlarni grafik tasvirlashda ko'pincha eksperimental nuqtalar bo'ylab chiziq chizish zarurati paydo bo'ladi, bu esa olingan bog'liqlikning xususiyatlarini ochib beradi. Bu ma'lumotni yaxshiroq idrok etish va o'lchash xatolari tufayli bir oz tarqalgan ma'lumotlarni keyingi tahlil qilishni osonlashtirish uchun amalga oshiriladi. Ko'pincha, o'rganilayotgan hodisani nazariy tahlil qilish asosida, bu chiziq qanday shaklga ega bo'lishi kerakligi oldindan ma'lum. Masalan, ma'lumki, kimyoviy jarayon tezligining bog'liqligi ( v) harorat bo'yicha eksponent bo'lishi kerak, ko'rsatkich mutlaq shkala bo'yicha haroratning o'zaro nisbatini ifodalaydi:

Bu shuni anglatadiki, grafikda koordinatalarda ln v- 1/T to'g'ri chiziqqa ega bo'lishi kerak,

Kimning qiyalik faollashuv energiyasini tavsiflaydi ( E) jarayon. Tajriba nuqtalari orqali, qoida tariqasida, turli qiyaliklarga ega bo'lgan bir nechta to'g'ri chiziqlar chizish mumkin. Muayyan ma'noda, ularning eng yaxshisi eng kichik kvadratlar usuli bilan aniqlangan koeffitsientli to'g'ri chiziq bo'ladi.

Umumiy holatda, yaqinlashuvchi bog'liqlik koeffitsientlarini topish uchun eng kichik kvadratlar usuli qo'llaniladi. y (x 1 , x 2 ,…x n) ko‘rinishdagi ko‘phad

qayerda b va m 1 …m n doimiy koeffitsientlardir va x 1 …x n mustaqil argumentlar to‘plamidir. Ya'ni, umumiy holatda, usul bir nechta o'zgaruvchining funktsiyasini taxmin qilish uchun ishlatiladi, lekin u bir o'zgaruvchining murakkab funktsiyasini tavsiflash uchun ham qo'llaniladi. x. Bunday holda, odatda, shunday deb taxmin qilinadi

va yaqinlashuvchi ko'phad ko'rinishga ega

Taxminlovchi ko'phadning darajasini tanlashda n u o'lchangan qiymatlar sonidan kam bo'lishi kerakligini yodda tuting x va y. Deyarli barcha holatlarda u 4 dan oshmasligi kerak, kamdan-kam hollarda 5 ta bo'lishi kerak.

Ushbu usul shunchalik muhimki, Excel elektron jadvallarida kerakli koeffitsientlarning qiymatlarini olish uchun kamida to'rtta variant mavjud. Agar siz Microsoft Office-da Excel elektron jadvallarida ishlayotgan bo'lsangiz, LINEST() funksiyasidan yoki OpenOffice-dagi Calc elektron jadvallarida LINEST() funksiyasidan foydalanishni tavsiya qilamiz. Ular statistik funktsiyalar ro'yxatida keltirilgan, matritsa deb ataladigan funktsiyalar sinfiga kiradi va shuning uchun bir qator amaliy xususiyatlarga ega. Birinchidan, u bitta katakka emas, balki darhol hujayralar oralig'iga (to'rtburchaklar maydoni) kiritiladi, chunki funktsiya bir nechta qiymatlarni qaytaradi. Mintaqaning gorizontal o'lchami yaqinlashuvchi polinomning koeffitsientlari soni bilan belgilanadi (ko'rib chiqilayotgan misolda ulardan ikkitasi bor: ln v 0 va E/R) va tahlilingiz uchun qancha statistik ma'lumot kerakligiga qarab, vertikal ravishda birdan beshgacha qatorlarni ajratish mumkin.

1.3.7 Natijalarni taqdim etish

Ilmiy-texnik hujjatda raqamli ma'lumotlarni taqdim etishda ularning ishonchliligi baholanishi va tasodifiy va tizimli xatolar ta'kidlanishi kerak. Berilgan ma'lumotlar xatolari GOST 8.207-76 ga muvofiq taqdim etilishi kerak.

Kuzatish natijalari guruhiga statistik ishlov berishda quyidagi amallarni bajarish kerak: kuzatish natijalaridan ma’lum tizimli xatolarni bartaraf etish;

O'lchov natijasi sifatida qabul qilingan tuzatilgan kuzatish natijalarining o'rtacha arifmetik qiymatini hisoblang; o'lchov natijasining standart og'ishini baholashni hisoblash;

O'lchov natijasining tasodifiy xatosining (xatoning tasodifiy komponenti) ishonch chegaralarini hisoblang;

O'lchov natijasining chiqarib tashlanmaydigan tizimli xatosi (tizimli xatoning chiqarib tashlanmaydigan qoldiqlari) chegaralarini hisoblash; o'lchov natijasi xatosining ishonch chegaralarini hisoblash.

O'lchov natijasi xatosining ishonch chegaralarini, ishonch ehtimolini aniqlash uchun R 0,95 ga teng bo'lsin. Nosimmetrik ishonch xatosi bilan o'lchash natijalari quyidagi shaklda taqdim etiladi:

bu erda o'lchov natijasi, ∆ - o'lchov natijasining xato chegarasi, R ishonch darajasi hisoblanadi. O'lchov natijasining raqamli qiymati xato qiymati ∆ bilan bir xil raqamning raqami bilan tugashi kerak.

2 Laboratoriya ishining tavsifi

Muayyan laboratoriya ishlariga bag'ishlangan bo'limlarning har birining birinchi qismida fazalarning tarkibi va tuzilishi, faza ichida yoki uning qo'shni fazalar bilan aloqasida sodir bo'ladigan jarayonlarning mexanizmi, fazaning mohiyatini tushunish uchun zarur bo'lgan minimal ma'lumotlar keltirilgan. asarda o‘rganilgan hodisa. Agar taqdim etilgan ma'lumotlar etarli bo'lmasa, ma'ruza matnlari va tavsiya etilgan adabiyotlarga murojaat qilish kerak. Bo'limning birinchi qismini tushunmasdan turib, ish jarayonida o'rganilayotgan tizimda nima sodir bo'lishini tasavvur qilish, olingan natijalar asosida xulosalarni shakllantirish va tushunish mumkin emas.

Har bir bo'limning keyingi qismi haqiqiy o'rnatish yoki kompyuter modelining apparat yoki dasturiy ta'minotiga bag'ishlangan. U ishlatiladigan uskunalar va qo'llaniladigan algoritmlar haqida ma'lumot beradi. Ushbu bo'limni tushunmasdan, xato manbalarini va ularning ta'sirini minimallashtirish uchun qanday harakatlar qilish kerakligini baholash mumkin emas.

Oxirgi qism o'lchovlarni bajarish va ularning natijalarini qayta ishlash tartibini tavsiflaydi. Bu savollarning barchasi ish oldidan kollokviumga yoki kompyuter testiga topshiriladi.

2.1 Temirning yuqori haroratda oksidlanish kinetikasini o'rganish (13-sonli ish).

2.1.1 Temir oksidlanishining umumiy qonuniyatlari

Transformatsiyalar ketma-ketligi printsipiga ko'ra A.A. Baykovning taʼkidlashicha, berilgan sharoitda termodinamik barqaror boʻlgan barcha oksidlar temir yuzasida uning atmosfera kislorodi bilan yuqori haroratli oksidlanishi jarayonida hosil boʻladi. 572 ° C dan yuqori haroratlarda shkala uchta qatlamdan iborat: vustit FeO, magnetit Fe 3 O 4, gematit Fe 2 O 3. Temirga eng yaqin bo'lgan vustit qatlami butun shkala qalinligining taxminan 95% ni tashkil qiladi. p-yarim o'tkazgichning xususiyatlari. Bu shuni anglatadiki, FeO ning katyonik pastki panjarasida temir temir vakantlarining sezilarli kontsentratsiyasi mavjud va elektr betarafligi temir temir zarralari bo'lgan elektron "teshiklar" paydo bo'lishi bilan ta'minlanadi. Vuestitning manfiy zaryadlangan O2- ionlaridan tashkil topgan anion pastki panjarasi amalda nuqsonsizdir, katyonik pastki panjarada boʻshliqlar mavjudligi Fe2+ zarralarining vuestit orqali diffuziya harakatchanligini sezilarli darajada oshiradi va uning himoya xususiyatlarini pasaytiradi.

Magnititning oraliq qatlami stexiometrik tarkibning oksidi bo'lib, u kristall panjarada kichik konsentratsiyali nuqsonlarga ega va natijada himoya xususiyatlarini oshiradi. Uning nisbiy qalinligi o'rtacha 4% ni tashkil qiladi.

O'lchovning tashqi qatlami - gematit n-tipli o'tkazuvchanlikka ega. Anion pastki panjarasida kislorod vakansiyalarining mavjudligi temir kationlari bilan solishtirganda u orqali kislorod zarralarining tarqalishini osonlashtiradi. Fe 2 O 3 qatlamining nisbiy qalinligi 1% dan oshmaydi .

572 ° C dan past haroratlarda vustit termodinamik jihatdan beqaror, shuning uchun shkala ikki qatlamdan iborat: magnetit Fe 3 O 4 (qalinligining 90%) va gematit Fe 2 O 3 (10%).

Temir yuzasida doimiy himoya plyonkasi hosil bo'lishi uning havo atmosferasidan ajralishiga olib keladi. Metallning keyingi oksidlanishi reagentlarning oksid plyonkasi orqali tarqalishi tufayli amalga oshiriladi. Ko'rib chiqilayotgan geterogen jarayon quyidagi bosqichlardan iborat: gaz fazasi hajmidan oksid bilan chegaragacha molekulyar yoki konvektiv diffuziya orqali kislorod etkazib berish; Oksid yuzasida O2 adsorbsiyasi; O 2- anionlarning hosil bo'lishi bilan kislorod atomlarining ionlanishi; oksid fazadagi kislorod anionlarining metall bilan chegarasiga tarqalishi; temir atomlarining ionlanishi va ularning kationlar shaklida shkalaga o'tishi; oksiddagi temir kationlarining gaz bilan chegarasiga tarqalishi; oksid fazasining yangi qismlarini hosil qilishning kristallokimyoviy harakati.

Metall oksidlanishning diffuziya rejimi, agar eng kechiktirilgan bosqich Fe 2+ yoki O 2- zarralarini shkala orqali tashish bo'lsa, amalga oshiriladi. Gaz fazasidan molekulyar kislorod bilan ta'minlash nisbatan tezdir. Kinetik rejimda zarrachalarning adsorbsiya yoki ionlashuv bosqichlari, shuningdek, kristall kimyoviy o'zgarish akti cheklovchi hisoblanadi.

Uch qavatli shkala uchun temir oksidlanish jarayoni uchun kinetik tenglamani olish juda qiyin. Agar biz shkalani tarkibida bir hil deb hisoblasak va u orqali faqat Fe 2+ kationlarining tarqalishini hisobga olsak, yakuniy xulosalarni o'zgartirmasdan, uni sezilarli darajada soddalashtirish mumkin.

tomonidan belgilang D shkaladagi Fe 2+ zarralarining diffuziya koeffitsienti, k temir oksidlanish tezligi konstantasi, C 1 va BILAN Temir kationlarining 2 ta muvozanat kontsentratsiyasi mos ravishda metall va havo bilan chegarada, h oksid plyonkasi qalinligi, S namuna sirt maydoni, oksid zichligi, M uning molyar massasi. Keyin, rasmiy kinetik qonunlariga muvofiq, namunaning birlik yuzasiga temirning kislorod bilan o'zaro ta'sirining o'ziga xos tezligi ( vr) munosabat bilan aniqlanadi:

Statsionar holatda u Fe 2+ zarrachalarining diffuziya oqimining zichligiga teng.

Geterogen oksidlanish jarayonining umumiy tezligi uning massasining o'sish tezligiga mutanosib ekanligini hisobga olsak.

(13.3)

istisno qilish mumkin C(13.1) va (13.2) tenglamalardan 2 ni aniqlang va shkala massasining vaqtga bog'liqligini oling:

(13.4)

Oxirgi munosabatdan ko'rinib turibdiki, jarayonning kinetik rejimi, qoida tariqasida, oksidlanishning dastlabki momentida, oksid plyonkasi qalinligi kichik bo'lganda va uning diffuziya qarshiligini e'tiborsiz qoldirish mumkin bo'lganda amalga oshiriladi. Shkala qatlamining o'sishi reaktivlarning tarqalishini sekinlashtiradi va jarayon rejimi vaqt o'tishi bilan diffuziyaga o'tadi.

Vagner tomonidan metallarning yuqori haroratli oksidlanishining ion-elektron nazariyasida ishlab chiqilgan yanada qat'iy yondashuv oksidlarning elektr o'tkazuvchanligi bo'yicha mustaqil tajribalar ma'lumotlaridan foydalangan holda plyonka o'sishi parabolik qonunining tezlik konstantasini miqdoriy jihatdan hisoblash imkonini beradi:

qaerda ∆ G metall oksidlanish reaktsiyasi uchun Gibbs energiyasining o'zgarishi, M- oksidning molyar massasi, uning elektr o'tkazuvchanligi; t i ion o'tkazuvchanligi nisbati, z metallning valentligi, F Faraday doimiysi.

Juda yupqa hosil bo'lish kinetikasini o'rganishda ( h < 5·10 –9 м) пленок необходимо учитывать также скорость переноса электронов через слой оксида путем туннельного эффекта (теория Хауффе и Ильшнера) и ионов металла под действием электрического поля (теория Мотта и Кабреры). В этом случае окисление металлов сопровождается большим самоторможением во времени при замедленности стадии переноса электронов, чему соответствует логарифмический закон роста пленок h = K ln( a τ+ B), shuningdek kub h 3 = K t (oksidlar - yarim o'tkazgichlar p-turi) yoki teskari logarifmik 1/ h = C K ln(t) ( n- o'tkazuvchanlik turi) metall ionlarini uzatish bosqichining sekinligida.

2.1.2 Tajribalarni o'tkazish va o'tkazish tartibining tavsifi

Temir oksidlanish kinetikasi gravimetrik usul yordamida o'rganiladi, bu tajriba davomida vaqt o'tishi bilan namuna massasining o'zgarishini aniqlash imkonini beradi. O'rnatish sxemasi 1-rasmda ko'rsatilgan.

1-rasm - Eksperimental o'rnatish sxemasi:

1 – o‘rganilayotgan temir namunasi; 2 – elektr qarshilik pechi; 3 – mexanoelektrik transduser E 2D1; 4 - ADC platali shaxsiy kompyuter.

E 2D1 mexanoelektrik konvertorning (3) roker qo'liga nikrom zanjirida osilgan metall namunasi (1) vertikal elektr qarshilik quvurli pechga (2) joylashtiriladi. Namuna massasining o'zgarishiga mutanosib bo'lgan E 2D1 chiqish signali o'rnatishning bir qismi sifatida kompyuterning ADC platasiga beriladi. Pechdagi haroratning doimiyligi avtomatik regulyator tomonidan saqlanadi, tajribaning kerakli harorati o'qituvchi ko'rsatmasi bo'yicha pechning asboblar panelidagi tegishli regulyator tomonidan o'rnatiladi (800 - 900 ° C).

Ish natijalariga ko'ra, temir oksidlanish reaktsiyasining tezlik konstantasi va uning ionlarining oksid plyonkasidagi diffuziya koeffitsienti va iloji bo'lsa, kimyoviy reaktsiya va diffuziyaning faollashuv energiyalari aniqlanadi. Vaqti-vaqti bilan namuna massasi va oksidlanish jarayoni tezligining o'zgarishiga bog'liqligini grafik tarzda ko'rsating.

2.1.3 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

Mexanoelektrik o'zgartirgich o'lchov ob'ekti massasining bir qismi spiral buloq bilan qoplanadigan tarzda ishlab chiqilgan. Uning qiymati noma'lum, ammo o'lchovlar davomida u doimiy bo'lib qolishi kerak. O'lchov jarayonining tavsifidan kelib chiqqan holda, oksidlanish jarayonining boshlanishining aniq vaqti (0) noma'lum, chunki namuna oksidlanish jarayonining rivojlanishi uchun etarli haroratni qachon olishi noma'lum. Namuna oksidlanishni boshlagunga qadar uning massasi asl metallning massasiga teng ( m 0). Biz butun massani emas, balki faqat uning kompensatsiyalanmagan qismini o'lchaganimiz masalaning mohiyatini o'zgartirmaydi. Namunaning joriy massasi o'rtasidagi farq ( m) va metallning dastlabki massasi masshtabning massasini ifodalaydi, shuning uchun haqiqiy tajriba sharoitlari uchun formula (13.4) quyidagicha ko'rsatilishi kerak:

(13.6)

qaysi ichida m namuna massasining qolgan kompensatsiyalanmagan qismining o'lchangan qiymati, m0- namunaning past haroratida oksidlanish jarayoni boshlanishidan oldin xuddi shunday. Ushbu munosabatdan ko'rinib turibdiki, namuna massasining vaqtga eksperimental bog'liqligi quyidagi shakldagi tenglama bilan tavsiflanishi kerak:

, (13.7)

olingan o'lchov natijalaridan eng kichik kvadratlar usuli yordamida koeffitsientlarini topish mumkin. Bu rasmdagi odatiy grafik bilan ko'rsatilgan. Nuqtalar o'lchov natijalari bo'lib, chiziq 13.7 tenglama bo'yicha ma'lumotlarni yaqinlashtirish orqali olinadi.

Xoch bilan belgilangan nuqtalar chetga chiqadi va 13.7- tenglamaning koeffitsientlarini eng kichik kvadratlar usuli yordamida hisoblashda hisobga olinmasligi kerak.

(13.6) va (13.7) formulalarni taqqoslab, topilgan koeffitsientlarni ularni aniqlaydigan fizik va kimyoviy miqdorlar bilan bog'lash oson:

(13.8)

Berilgan misolda m0 qiymati - y o'qi bo'yicha = 0 bo'lgan qiymat 18,1 mg bo'lib chiqdi.

Tajribaga tayyorgarlik jarayonida olingan ushbu qiymatlardan foydalanib, namunaning maydoni qiymati ( S) va adabiyotdan olingan wustitning zichligi (= 5,7 g / sm 3) bo'lishi mumkin.

Oksidlanish jarayonining diffuziya koeffitsienti va tezlik konstantasi nisbatini baholang:

(13.13)

Bu nisbat diffuziya tezligi konstantasi metall oksidlanish kimyoviy reaktsiyasining tezligi konstantasiga teng bo'lgan shkala plyonka qalinligini tavsiflaydi, bu qat'iy aralash reaktsiya rejimining ta'rifiga mos keladi.

Ish natijalariga ko'ra barcha qiymatlar formulalar yordamida aniqlanishi kerak (13.7, 13.11 - 13.13): b 0 , b 1 , b 2 , m 0 , 0 va D /K. Natijalarni tasvirlash uchun bog'liqlik grafigi berilishi kerak. m– . Eksperimental qiymatlar bilan bir qatorda, taxminiy egri chiziqni berish maqsadga muvofiqdir.

O'lchov natijalariga ko'ra quyidagi jadvalni to'ldirish kerak:

Jadval 1. Temir oksidlanish jarayonini o'rganish natijalari.

Jadvalda dastlabki ikkita ustun ma'lumotlar fayli ochilgandan so'ng to'ldiriladi, qolganlari esa hisoblanadi. Silliqlash 5 nuqtada amalga oshiriladi. Taxminlovchi ko'phadning koeffitsientlarini aniqlashda bir vaqtning o'zida birinchi, uchinchi va to'rtinchi ustunlar qo'llaniladi. Oxirgi ustunda eng kichik kvadratlar usuli bilan topilgan koeffitsientlardan foydalangan holda (13.7) polinom bo'yicha yaqinlashish natijalari bo'lishi kerak. Grafik birinchi, uchinchi va beshinchi ustunlarga qurilgan.

Agar ishni bir nechta talaba bajarsa, ularning har biri o'z haroratida tajriba o'tkazadi. Qattiq aralash rejimda shkala qatlamining qalinligini baholash natijalarini birgalikda qayta ishlash () diffuziya va kimyoviy reaktsiyaning faollashuv energiyalari o'rtasidagi farqni baholashga imkon beradi. Darhaqiqat, aniq formula bu erda amal qiladi:

(13.14)

Koeffitsientlarga o'xshash ishlov berish b 2 diffuziya faollashuv energiyasini taxmin qilish imkonini beradi. Mana to'g'ri formula:

(13.15)

Agar o'lchovlar ikkita haroratda amalga oshirilgan bo'lsa, u holda hisob-kitoblar to'g'ridan-to'g'ri (13.4) va (13.15) formulalar bo'yicha amalga oshiriladi, agar harorat qiymatlari ikkitadan ortiq bo'lsa, funktsiyalar uchun eng kichik kvadratlar usuli qo'llanilishi kerak. ln () – 1/T va ln (b 2) – 1/T. Olingan qiymatlar yakuniy jadvalda keltirilgan va xulosalarda muhokama qilinadi.

Ish natijalarini qayta ishlash tartibi

2. Alohida varaqda qaramlik grafigini tuzing m– , qalqib chiquvchi qiymatlarni vizual tarzda aniqlash va olib tashlash.

3. O'lchangan vazn qiymatlarini tekislang.

4. Massa o'zgarishi kvadratlarini hisoblang

5. Eng kichik kvadratlar koeffitsientlarini toping b 0 , b 1 , b Vaqt o'tishi bilan massa o'zgarishiga bog'liqligini taxmin qiluvchi 2 ta tenglama.

6. Taxminiy tenglama bo'yicha o'lchovlar boshida massa bahosini hisoblang.

7. Saralash yordamida yaqinlashtirish natijalarini tahlil qiling va noto'g'ri qiymatlarni yo'q qiling

8. Bog‘liqlik grafigida yaqinlashish natijalarini ko‘rsating m – .

9. Tizim va jarayon xarakteristikalarini hisoblang: m 0 , 0 , D /K .

Sinov natijalari:

a. "A1" katakda - namunaning sirt maydoni, qo'shni "B1" katakchada o'lchov birliklari;

b. "A2" katakda - dastlabki namunaning massasi, "B2" katakchasida - o'lchov birliklari;

c. "A3" katakda - tajriba harorati, "B3" katakchada - o'lchov birliklari;

d. "A4" katakchada - qat'iy aralash rejimda shkala qatlamining qalinligi, "B4" katakchada - o'lchov birliklari;

e. “A10” katagidan boshlab ishning xulosalari aniq ifodalanishi kerak.

A6-A7 kataklarida raqamli qiymatlarning o'zi emas, balki taqdim etilgan natijani olish uchun hisob-kitoblar amalga oshirilgan elektron jadval kitobining boshqa varaqlaridagi kataklarga havolalar bo'lishi kerak! Agar ushbu talab bajarilmasa, tekshirish dasturi "Ma'lumot taqdimoti xatosi" xabarini beradi.

2. To'g'ri tuzilgan bog'liqlik grafigi m- , eksperimental ravishda olingan (nuqtalar) va ko'phad (chiziq) bilan yaqinlashtirilgan, barcha kerakli imzo va belgilar bilan elektron jadvallarning alohida varag'ida.

Nazorat savollari

1. Temirning havoda yuqori haroratda oksidlanishida olingan shkala qanday tuzilishga ega?

2. Nima uchun miqyosda vustit fazasining paydo bo'lishi temir oksidlanish tezligining keskin oshishiga olib keladi?

3. Temir oksidlanishining geterogen jarayoni qanday bosqichlardan iborat?

4. Temir oksidlanishining diffuziya rejimidan kinetikdan qanday farqi bor?

5. Ishning tartibi va uslubi qanday?

6. Oksidlanish jarayonining rejimi qanday aniqlanadi?

2.2 Oksid eritmalarining elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligini o'rganish (14-sonli ish).

2.2.1 Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligining tabiati haqida umumiy ma'lumot

Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligining ularning tarkibi va haroratiga bog'liqligini o'rganish metallurgiya uchun ham nazariy, ham amaliy jihatdan katta ahamiyatga ega. Elektr o'tkazuvchanligining qiymati po'lat ishlab chiqarish jarayonlarida metall va cüruf o'rtasidagi eng muhim reaktsiyalar tezligiga, metallurgiya birliklarining mahsuldorligiga, ayniqsa elektroshlakli texnologiyalarda yoki sintetik cürufni eritish uchun yoy pechlarida sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. issiqlik chiqishi eritmadan o'tgan elektr tokining kattaligiga bog'liq. Bundan tashqari, elektr o'tkazuvchanligi strukturaviy sezgir xususiyat bo'lib, eritmalarning tuzilishi, zaryadlangan zarrachalarning konsentratsiyasi va turi haqida bilvosita ma'lumot beradi.

Oksid eritmalarining tuzilishi haqidagi, xususan, professor O.A.Esin ilmiy maktabi tomonidan ishlab chiqilgan g'oyalarga ko'ra, ularda zaryadsiz zarralar bo'lishi mumkin emas. Shu bilan birga, eritmadagi ionlar hajmi va tuzilishi jihatidan juda farq qiladi. Asosiy oksid elementlari oddiy ionlar shaklida mavjud, masalan, Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , O 2- . Aksincha, SiO 2, TiO 2, B 2 O 3 kabi kislotali (kislotali) oksidlarni ion holida hosil qiluvchi yuqori valentlikka ega elementlarning elektrostatik maydoni shunchalik yuqoriki, ular eritmada bo‘lolmaydi. oddiy Si 4+ ionlari, Ti4+, B3+ kabi. Ular kislorod anionlarini o'zlariga shunchalik yaqinlashtiradilarki, ular bilan kovalent bog'lar hosil qiladi va eritmada murakkab anionlar shaklida bo'ladi, ulardan eng oddiylari, masalan, SiO 4 4 , TiO 4 4- , BO 3 3- , BO 4 5- . Murakkab anionlar ikki va uch o'lchovli tuzilmalarga birlashib, o'z tuzilishini murakkablashtirish qobiliyatiga ega. Masalan, ikkita kremniy-kislorodli tetraedra (SiO 4 4-) o'z cho'qqilarida bog'lanib, eng oddiy chiziqli zanjirni (Si 2 O 7 6-) hosil qilishi mumkin. Bunday holda, bitta kislorod ioni chiqariladi:

SiO44- + SiO44- = Si2O76- + O2-.

Ushbu masalalar bo'yicha batafsil ma'lumotni, masalan, o'quv adabiyotlarida topish mumkin.

Elektr qarshiligi R munosabatdan oddiy chiziqli o'tkazgichlarni aniqlash mumkin

qarshilik qayerda, L- uzunlik, S o'tkazgichning tasavvurlar maydonidir. Qiymat moddaning o'ziga xos elektr o'tkazuvchanligi deb ataladi. (14.1) formuladan kelib chiqadiki

Elektr o'tkazuvchanlik birligi Ohm -1 m -1 = Sm / m (Sm - Siemens) da ifodalanadi. Elektr o'tkazuvchanligi 1 m 2 maydonga ega va bir-biridan 1 m masofada joylashgan ikkita parallel elektrodlar orasiga o'ralgan eritma hajmining elektr o'tkazuvchanligini tavsiflaydi.

Umumiy holatda (bir xil bo'lmagan elektr maydoni) elektr o'tkazuvchanligi oqim zichligi o'rtasidagi proportsionallik koeffitsienti sifatida aniqlanadi. i Supero'tkazuvchilar va elektr potentsial gradientida:

Elektr o'tkazuvchanligining ko'rinishi elektr maydoni ta'sirida moddada zaryadlarning o'tkazilishi bilan bog'liq. Metalllarda o'tkazuvchanlik zonasining elektronlari kontsentratsiyasi amalda haroratga bog'liq bo'lmagan elektr energiyasini uzatishda ishtirok etadi. Haroratning oshishi bilan metallarning elektr o'tkazuvchanligining pasayishi sodir bo'ladi, chunki. "erkin" elektronlarning kontsentratsiyasi doimiy bo'lib qoladi va kristall panjara ionlarining issiqlik harakatining ularga inhibitiv ta'siri kuchayadi.

Yarimo'tkazgichlarda elektr zaryad tashuvchilari o'tkazuvchanlik zonasidagi kvazi-erkin elektronlar yoki elektronlarning donor sathidan yarim o'tkazgichning o'tkazuvchanlik zonasiga termal faollashtirilgan o'tishlari tufayli paydo bo'ladigan valentlik energiya zonasidagi (elektron teshiklari) bo'sh joylardir. Harorat ko'tarilgach, bunday faollashtirilgan o'tishlarning ehtimoli ortadi va shunga mos ravishda elektr toki tashuvchilarning kontsentratsiyasi va elektr o'tkazuvchanligi ortadi.

Oksid eritmalarini o'z ichiga olgan elektrolitlarda, qoida tariqasida, ionlar elektr energiyasini uzatishda ishtirok etadi: Na +, Ca 2+, Mg 2+, SiO 4 4-, BO 2 - va boshqalar. Ionlarning har biri ј -chi daraja ma'lum munosabatga muvofiq elektr toki zichligining umumiy qiymatiga hissa qo'shishi mumkin

qisman elektr o'tkazuvchanligi qayerda; D , C y , z j ionning diffuziya koeffitsienti, konsentratsiyasi va zaryadidir ј - sinf; F Faraday doimiysi; T- harorat; R

Ko'rinib turibdiki, miqdorlar yig'indisi men ј umumiy oqim zichligiga teng i barcha ionlarning harakati bilan bog'liq va butun eritmaning elektr o'tkazuvchanligi qisman o'tkazuvchanlik yig'indisidir.

Elektrolitlardagi ionlarning harakati faollashuv jarayonidir. Bu shuni anglatadiki, barcha ionlar elektr maydoni ta'sirida harakat qilmaydi, balki ularning o'rtacha darajaga nisbatan ma'lum bir ortiqcha energiyaga ega bo'lgan eng faollarigina harakat qiladi. Elektr o'tkazuvchanligini faollashtirish energiyasi deb ataladigan bu ortiqcha energiya ma'lum ionning atrof-muhit bilan o'zaro ta'sir kuchlarini engish, shuningdek, u o'tadigan bo'sh joy (bo'shliq) hosil qilish uchun zarurdir. Aktiv zarralar soni Boltsman qonuniga muvofiq o'sib boradi

haroratning eksponentsial o'sishi. Shunday qilib . Kuzatish -

Shuning uchun (14.5) ga muvofiq, elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi ko'rsatkichlar yig'indisi bilan tavsiflanishi kerak. Biroq, ma'lumki, zarrachalar hajmining oshishi bilan ularning faollashuv energiyasi ham sezilarli darajada oshadi. Shuning uchun (14.5) ga nisbatan, qoida tariqasida, katta past harakatchan ionlarning hissasi e'tiborga olinmaydi, qolganlari uchun esa qisman qiymatlar o'rtacha hisoblanadi.

Natijada, oksid eritmalarining o'ziga xos elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi quyidagi shaklni oladi:

(14.6)

eksperimental ma'lumotlar bilan yaxshi mos keladi.

CaO, SiO 2, MgO, Al 2 O 3 oksidlarini o'z ichiga olgan metallurgiya shlaklari uchun odatiy qiymatlar suyuq metallarning elektr o'tkazuvchanligidan (10) ancha past bo'lgan suyuqlik haroratiga yaqin 0,1-1,0 S sm-1 oralig'ida. 5–10 7 S sm –1). Elektr o'tkazuvchanligining faollashuv energiyasi asosiy cüruflarda haroratga deyarli bog'liq emas, lekin kislotali eritmalarda ularning depolimerizatsiyasi tufayli harorat oshishi bilan bir oz kamayishi mumkin. Odatda, qiymat eritmaning tarkibiga qarab 40-200 kJ / mol oralig'ida bo'ladi.

Temir oksidlari (FeO, Fe 2 O 3) yoki boshqa o'tish metallarining oksidlari (masalan, MnO, V 2 O 3, Cr 2 O 3) ko'tarilgan (10% dan ortiq) shlaklarning elektr o'tkazuvchanligining tabiati o'zgarishlar, chunki ularda ionga qo'shimcha ravishda elektron o'tkazuvchanlikning muhim qismi paydo bo'ladi. Bunday eritmalardagi o'tkazuvchanlikning elektron komponenti elektronlar yoki elektron "teshiklar" ning o'rni mexanizmi bo'yicha kichik valentlikka ega bo'lgan o'tish metall kationidan yuqori valentli kationga o'tishi bilan bog'liq. R-bu zarrachalar orasida joylashgan kislorod ionining orbitallari.

Me 2+ – O 2– – Me 3+ birikmalarida elektronlarning juda yuqori harakatchanligi, ularning nisbatan past konsentratsiyasiga qaramay, shlaklarning elektr o‘tkazuvchanligini keskin oshiradi. Shunday qilib, sof temir eritmalari uchun æ ning maksimal qiymati FeO - Fe 2 O 3 bo'lishi mumkin

10 2 S sm –1 , qolgan, ammo metallardan ancha kam.

2.2.2 O'rnatish va o'lchash tartibining tavsifi

Ushbu ishda eritilgan natriy tetraborat Na 2 O 2B 2 O 3 ning o'ziga xos elektr o'tkazuvchanligi 700 - 800 ° S harorat oralig'ida aniqlanadi. Metall-elektrolitlar interfeysining qarshiligi mavjudligi bilan bog'liq asoratlarni bartaraf etish uchun elektr o'tkazuvchanligini o'rganish interfeysning qarshiligi ahamiyatsiz darajada kichik bo'lgan sharoitlarda amalga oshirilishi kerak. Bunga to'g'ridan-to'g'ri oqim o'rniga etarlicha yuqori chastotali (≈ 10 kHz) o'zgaruvchan tokni qo'llash orqali erishish mumkin.

O'rnatishning elektr sxemasi 2-rasmda ko'rsatilgan.

Shakl 2. Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligini o'lchash uchun o'rnatishning elektr zanjirlarining sxemasi:

ZG - audio chastota generatori; Shaxsiy kompyuter - ovoz kartasiga ega shaxsiy kompyuter; Yach eritmasi va Yach sl - mos ravishda KCl yoki cürufning suvli eritmasini o'z ichiga olgan elektrokimyoviy hujayralar; R qavat - ma'lum qiymatning mos yozuvlar qarshiligi.

Ovoz chastotasi generatoridan o'zgaruvchan tok shlakni o'z ichiga olgan hujayraga va u bilan ketma-ket ulangan ma'lum qiymatdagi mos yozuvlar qarshiligiga qo'llaniladi. Kompyuterning ovoz kartasi yordamida hujayradagi kuchlanish pasayishi va mos yozuvlar qarshiligi o'lchanadi. R qavat va Yach orqali oqayotgan oqim bir xil bo'lgani uchun

(14.7)

Laboratoriya sozlamalariga texnik xizmat ko'rsatish dasturi nisbat qiymatini hisoblab chiqadi, monitor ekranida ko'rsatadi va faylga yozadi ( r) tovush generatorining chiqishidagi o'zgaruvchan tokning amplituda qiymatlari ( U zg) va o'lchash katakchasida ( U hujayra):

Buni bilib, siz hujayraning qarshiligini aniqlashingiz mumkin

hujayra konstantasi qayerda.

Aniqlash uchun K eksperimental qurilmada geometrik parametrlari bo'yicha o'rganilayotgan hujayraga o'xshash yordamchi hujayradan foydalaniladi. Ikkala elektrokimyoviy hujayra ham elektrolitli korund qayiqlaridir. Eff nisbati (L / S) barqarorligini ta'minlash uchun bir xil kesimdagi va uzunlikdagi metalldan yasalgan ikkita silindrsimon elektrodlar bir-biridan bir xil masofada joylashgan.

O'rganilayotgan hujayra Na 2 O · 2V 2 O 3 eritmasini o'z ichiga oladi va 700-800 ° S haroratda isitish pechiga joylashtiriladi. Yordamchi hujayra xona haroratida va KCl ning 0,1 N suvli eritmasi bilan to'ldirilgan, uning elektr o'tkazuvchanligi 0,0112 S sm-1. Eritmaning elektr o'tkazuvchanligini bilish va elektr qarshiligini aniqlash (14.9-formulaga qarang)

yordamchi hujayra (

2.2.3 Ish tartibi

A. Haqiqiy vaqtda o'lchash tizimi yordamida ishlash

O'lchovlarni boshlashdan oldin pechni 850 ° S haroratgacha qizdirish kerak. O'rnatish jarayoni quyidagicha:

1. Monitor ekranidagi ko'rsatmalarga muvofiq ishga tushirish jarayonini tugatgandan so'ng, pechni o'chiring, "1 - mos yozuvlar qarshiligi" kalitini "1 - Hi" holatiga o'rnating va keyingi ko'rsatmalarga amal qiling.

2. “Switch 2 – to position “Molten”” ko‘rsatkichi paydo bo‘lgandan so‘ng, unga amal qiling va “Switch 2 – to position ‘Molten”” belgisi paydo bo‘lguncha, har 5 soniyada paydo bo‘ladigan qarshilik nisbati qiymatlarini yozib oling.

3. Ikkinchi ko'rsatmalarga rioya qiling va harorat o'zgarishiga rioya qiling. Harorat 800 ° C dan past bo'lishi bilan, klaviaturaning "Xs" buyrug'i grafik displeyni yoqishi va har 5 soniyada harorat qiymatlari va qarshiliklar nisbatini yozib olishi kerak.

4. Eritma 650 °C dan past haroratgacha sovutilgandan so'ng, ushbu o'rnatishda ishni bajaradigan ikkinchi talaba uchun o'lchovlarni boshlash kerak. "1 - mos yozuvlar qarshiligi" ni "2 - Lo" holatiga o'tkazing va shu paytdan boshlab ikkinchi talaba har 5 soniyada harorat va qarshilik nisbatlarini yozishni boshlaydi.

5. Eritma 500 °C haroratgacha sovutilganda yoki qarshilik nisbati qiymati 6 ga yaqin bo'lganda, klaviaturadan "Xe" buyrug'ini berish orqali o'lchovlarni to'xtatish kerak. Shu vaqtdan boshlab, ikkinchi talaba kalit 2ni "yechim" holatiga o'tkazishi va qarshilik nisbatining o'nta qiymatini yozishi kerak.

C. Faylga avval yozilgan ma'lumotlar bilan ishlash

Dasturni faollashtirgandan so'ng, ekranda mos yozuvlar qarshiligining qiymati haqida xabar paydo bo'ladi va ketma-ket qarshiliklar nisbatining bir nechta qiymatlari ko'rsatiladi ( r) kalibrlash katakchasi. O'rtacha olingandan so'ng, bu ma'lumotlar o'rnatish doimiyligini topishga imkon beradi.

Shundan so'ng, o'lchov xujayrasi uchun harorat va qarshilik nisbatlari har bir necha soniyada ekranda paydo bo'ladi. Ushbu ma'lumot grafikda ko'rsatilgan.

Dastur avtomatik ravishda chiqadi va barcha natijalarni o'qituvchining shaxsiy kompyuteriga yuboradi.

2.2.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

O'lchov natijalariga asoslanib, jadvalni quyidagi sarlavha bilan to'ldiring:

Jadval 1. Na 2 O 2B 2 O 3 eritmasining elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi

Jadvalda dastlabki ikkita ustun ma'lumotlar fayli ochilgandan so'ng to'ldiriladi, qolganlari esa hisoblanadi. Ularga asoslanib, ln() - 10 3 /T bog'liqligini chizishingiz va faollashtirish energiyasining qiymatini aniqlash uchun eng kichik kvadratlar usulidan (OpenOffice.Calc da LINEST funktsiyasi) foydalanishingiz kerak. Grafikda taxminan to'g'ri chiziq ko'rsatilishi kerak. Bundan tashqari, haroratga nisbatan elektr o'tkazuvchanligini chizishingiz kerak. Natijalarni qayta ishlash tartibi

1. Elektron jadval fayliga o'lchov natijalarining yozuvlarini kiriting.

2. Kalibrlash xujayrasi uchun qarshilik nisbatining o'rtacha qiymatini hisoblang.

3. O'rnatish konstantasini hisoblang.

4. Syujetga bog‘liqlik r – t, qalqib chiquvchi qiymatlarni vizual tarzda aniqlash va olib tashlash. Agar ular ko'p bo'lsa, tartiblashni qo'llang.

5. O'lchov elementining qarshiligini, oksid eritmasining turli haroratlarda elektr o'tkazuvchanligini, elektr o'tkazuvchanligining logarifmini va teskari mutlaq haroratni hisoblang.

b 0 , b Elektr o'tkazuvchanligi logarifmini o'zaro haroratga bog'liqligini taxmin qiluvchi 1 tenglama va aktivlanish energiyasini hisoblang.

7. Elektr o'tkazuvchanlik logarifmining o'zaro haroratga bog'liqligi grafigini alohida varaqda tuzing va taqribiy bog'liqlikni bering. Sinov natijalari:

1. Ko'rib chiqish uchun taqdim etilgan elektron jadval kitobining "Natijalar" deb nomlangan birinchi sahifasida quyidagi ma'lumotlar ko'rsatilishi kerak:

a. "A1" katakda - boshlang'ich harorat, "B1" katakda - o'lchov birliklari;

c. "A3" katakda - elektr o'tkazuvchanlikning faollashuv energiyasi, "B3" katakchasida - o'lchov birliklari;

d. "A4" katakda - elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi formulasida eksponentdan oldingi omil, "B4" katakchasida - o'lchov birliklari;

e. “A5” katagidan boshlab ishning xulosalari aniq ifodalanishi kerak.

A1-A4 kataklarida raqamli qiymatlarning o'zi emas, balki taqdim etilgan natijani olish uchun hisob-kitoblar amalga oshirilgan elektron jadval kitobining boshqa varaqlaridagi kataklarga havolalar bo'lishi kerak! Agar ushbu talab bajarilmasa, tekshirish dasturi "Ma'lumot taqdimoti xatosi" xabarini beradi.

2. Eksperimental ma'lumotlar (nuqtalar) bo'yicha olingan va ko'phad (chiziq) bilan yaqinlashtirilgan elektr o'tkazuvchanligi logarifmini o'zaro haroratga bog'liqligining to'g'ri tuzilgan grafigi, barcha kerakli imzo va belgilar bilan elektron jadvallarning alohida varag'ida.

Nazorat savollari

1. Elektr o'tkazuvchanlik deb nimaga aytiladi?

2. Shlaklarning elektr o'tkazuvchanligini qanday zarrachalar aniqlaydi?

3. Metallar va oksid eritmalarining elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi qanday xususiyatga ega?

4. Hujayra konstantasi nimaga bog'liq va uni qanday aniqlash mumkin?

5. Aniqlash uchun nima uchun o'zgaruvchan tokdan foydalanish kerak?

6. Elektr o'tkazuvchanlikning aktivlanish energiyasi haroratga qanday bog'liq?

7. Laboratoriyani sozlashda qanday datchiklar va asboblardan foydalaniladi. Ular qanday jismoniy miqdorlarni ro'yxatdan o'tkazishga ruxsat beradi?

8. Ish natijalari bo'yicha qanday grafiklarni (qanday koordinatalarda) ko'rsatish kerak?

9. Birlamchi ma'lumotlarni qayta ishlashdan keyin qanday fizik va kimyoviy qiymatlarni olish kerak?

10. Tajriba oldidan qanday o'lchovlar o'tkazilishini, tajriba davomida qanday qiymatlar qayd etilishini, qanday ma'lumotlar birlamchi ma'lumot ekanligini, qanday ishlov berishdan o'tishini va qanday ma'lumotlarni olishini aniqlang.

2.3 Simulyatsiya modelida shlak yordamida metallni oltingugurtdan tozalash kinetikasini o'rganish (15-ish).

2.3.1 Metalllarni cüruf bilan oltingugurtdan tozalash kinetikasi haqida umumiy ma'lumot

Po'latdagi oltingugurt aralashmalari, og'irligi 0,005 dan ortiq miqdorda. %, uning mexanik, elektr, korroziyaga qarshi va boshqa xususiyatlarini sezilarli darajada kamaytiradi, metallning payvandlanishini yomonlashtiradi, qizil va sovuq mo'rtlikning paydo bo'lishiga olib keladi. Shuning uchun, ayniqsa, cüruf bilan samarali bo'lgan po'latni oltingugurtdan tozalash jarayoni yuqori sifatli metallurgiya uchun katta ahamiyatga ega.

Reaksiyaning kinetik qonunlarini o'rganish, uning mexanizmi va oqim rejimini aniqlash desulfurizatsiya tezligini samarali boshqarish uchun zarurdir, chunki metallurgiya agregatlarining real sharoitida oltingugurtning metall va cüruf o'rtasidagi muvozanat taqsimotiga odatda erishilmaydi.

Po'latdagi boshqa aralashmalardan farqli o'laroq, oltingugurtning metalldan cürufga o'tishi oksidlanish jarayoni emas, balki qaytarilish jarayonidir [S] +2e = (S 2-).

Bu shuni anglatadiki, metallda musbat zaryadlarning to'planishiga olib keladigan katod jarayonining uzluksiz sodir bo'lishi uchun metall fazaga elektronlarni berishga qodir bo'lgan boshqa zarrachalarning bir vaqtning o'zida o'tishi kerak. Bunday hamrohlik qiluvchi anod jarayonlari po'latning tarkibiga qarab, temir, uglerod, marganets, kremniy va boshqa metall aralashmalari shlaklari yoki zarralaridagi kislorod anionlarining oksidlanishi bo'lishi mumkin.

2. (O 2–) = [O] + 2e,

3. \u003d (Fe 2+) + 2e,

4. [C] + (O 2–) \u003d CO + 2e, 5. \u003d (Mn 2+) + 2e.

Katod va har qanday anodik jarayon birgalikda oltingugurtni yo'qotish reaktsiyasi uchun stexiometrik tenglamani quyidagi shaklda yozishga imkon beradi, masalan:

1-2. (CaO) + [S] = (CaS) + [O], H = -240 kJ/mol

1-3. + [S] + (CaO)= (FeO) + (CaS). H = -485 kJ/mol

Muvozanat konstantalari uchun mos ifodalar shaklga ega

(15.1)

Shubhasiz, misol sifatida tanlangan jarayonlar va shunga o'xshashlar bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi mumkin. (15.1) munosabatdan kelib chiqadiki, doimiy haroratda metallni oltingugurtdan tozalash darajasi, ya'ni. muvozanat konstantasining doimiy qiymati, oksid eritmasida erkin kislorod ioni (O 2-) kontsentratsiyasi ortishi bilan ortadi. Haqiqatan ham, maxrajdagi omilning ortishi muvozanat konstantasining doimiy qiymatiga mos kelishi uchun boshqa omilning kamayishi bilan qoplanishi kerak. E'tibor bering, erkin kislorod ionlarining tarkibi kaltsiy oksidiga boy bo'lgan yuqori asosli shlaklardan foydalanish bilan ortadi. (15.2) munosabatni tahlil qilib, oksid eritmasida temir ionlarining (Fe 2+) miqdori minimal bo'lishi kerak degan xulosaga kelishimiz mumkin, ya'ni. cüruflar minimal miqdorda temir oksidlarini o'z ichiga olishi kerak. Metallda deoksidlovchi moddalar (Mn, Si, Al, C) mavjudligi ham (Fe 2+) va [O] tarkibini kamaytirish orqali po'latni oltingugurtdan tozalashning to'liqligini oshiradi.

1-2 reaksiya issiqlik yutilishi (∆H>0) bilan birga keladi, shuning uchun jarayon davom etar ekan, metallurgiya blokidagi harorat pasayadi. Aksincha, 1-3 reaksiya issiqlik chiqishi bilan birga keladi (∆H<0) и, если она имеет определяющее значение, температура в агрегате будет повышаться.

Desulfurizatsiyaning kinetik tavsifida jarayonning quyidagi bosqichlarini hisobga olish kerak:

Oltingugurt zarralarini metallning asosiy qismidan shlak bilan chegaraga etkazib berish, birinchi navbatda konvektiv diffuziya orqali va to'g'ridan-to'g'ri metall-shlak interfeysi yaqinida molekulyar diffuziya orqali amalga oshiriladi; oltingugurt atomlariga elektron biriktirilishining elektrokimyoviy akti va S 2- anionlarning hosil bo'lishi; bu adsorbsion-kimyoviy akt bo'lib, molekulyar va keyin konvektiv diffuziya tufayli oltingugurt anionlarini cüruf hajmiga olib tashlash.

Xuddi shunday bosqichlar Fe, Mn, Si atomlari yoki O2-anionlari ishtirokidagi anodik bosqichlarga ham xosdir. Bosqichlarning har biri desulfurizatsiya jarayonining umumiy qarshiligiga hissa qo'shadi. Ushbu qarshiliklarning bir qatori orqali zarrachalar oqimining harakatlantiruvchi kuchi ularning muvozanatsiz metall-shlakli tizimdagi elektrokimyoviy potentsiallaridagi farq yoki fazalar chegarasida unga mutanosib bo'lgan haqiqiy va muvozanat elektrod potentsiallari o'rtasidagi farq deb ataladi. haddan tashqari kuchlanish .

Bir qator ketma-ket bosqichlardan iborat jarayonning tezligi eng katta qarshilikka ega bo'lgan bosqichning hissasi bilan belgilanadi - cheklovchi bosqich. Cheklovchi bosqichning borish mexanizmiga qarab, reaktsiyaning diffuziya yoki kinetik rejimi haqida gapiriladi. Agar turli xil oqim mexanizmlari bo'lgan bosqichlar mutanosib qarshiliklarga ega bo'lsa, unda aralash reaktsiya rejimi haqida gapiriladi. Har bir bosqichning qarshiligi sezilarli darajada tizimning tabiati va xususiyatlariga, reagentlarning kontsentratsiyasiga, fazalarni aralashtirish intensivligiga va haroratga bog'liq. Masalan, oltingugurtni elektrokimyoviy pasaytirish tezligi almashinuv oqimining qiymati bilan belgilanadi.

(15.3)

qayerda V harorat funksiyasi, C[S] va C(S 2–) – metall va cürufdagi oltingugurt konsentrasiyalari, a – uzatish koeffitsienti.

Oltingugurtni fazalar chegarasiga etkazish bosqichining tezligi ushbu zarrachalarning cheklovchi diffuziya oqimi bilan belgilanadi.

qayerda D[S] - oltingugurtning diffuziya koeffitsienti, b - eritmadagi konveksiya intensivligi bilan belgilanadigan konvektiv konstanta, u suyuqlikdagi konvektiv oqimlarning chiziqli tezligining kvadrat ildiziga proportsionaldir.

Mavjud eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, eritma konvektsiyasining normal sharoitida oltingugurt ionlarini tushirishning elektrokimyoviy harakati nisbatan tez davom etadi; desulfurizatsiya asosan metall yoki cürufdagi zarrachalarning tarqalishi bilan inhibe qilinadi. Biroq, metallda oltingugurt kontsentratsiyasining oshishi bilan diffuziya to'siqlari kamayadi va jarayon rejimi kinetikga o'zgarishi mumkin. Bunga temirga uglerod qo'shilishi ham yordam beradi, tk. uglerod metalli va cüruf orasidagi interfeysda kislorod ionlarining chiqishi sezilarli kinetik sekinlashuv bilan sodir bo'ladi.

Shuni yodda tutish kerakki, metallarning elektrolitlar bilan o'zaro ta'siri haqidagi elektrokimyoviy g'oyalar jarayonlarning mexanizmini aniqlashtirish, sodir bo'layotgan hodisalarni batafsil tushunish imkonini beradi. Shu bilan birga, rasmiy kinetikaning oddiy tenglamalari o'z kuchini to'liq saqlab qoladi. Xususan, sezilarli xatolar bilan olingan eksperimental natijalarni taxminiy tahlil qilish uchun 1-3 reaktsiya tezligi uchun tenglamani eng oddiy shaklda yozish mumkin:

qayerda k f va k r - to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyalarning tezlik konstantalari. Agar oltingugurtning temir va kaltsiy sulfididagi eritmalari va shlakdagi vustit eritmalarini cheksiz suyultirilgan deb hisoblash mumkin bo'lsa va bu reagentlar uchun reaktsiya tartiblari birlikka yaqin bo'lsa, bu nisbat qondiriladi. Ko'rib chiqilayotgan reaksiyaning qolgan reagentlarining tarkibi shunchalik yuqoriki, ular o'zaro ta'sir davomida deyarli doimiy bo'lib qoladi va ularning konsentratsiyasini konstantalarga kiritish mumkin. k f va k r

Boshqa tomondan, agar oltingugurtni yo'qotish jarayoni muvozanatdan uzoq bo'lsa, u holda teskari reaktsiya tezligini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Keyin oltingugurtni yo'qotish tezligi metalldagi oltingugurt konsentratsiyasiga mutanosib bo'lishi kerak. Eksperimental ma'lumotlar tavsifining ushbu versiyasi oltingugurtni yo'qotish tezligining logarifmi va metalldagi oltingugurt kontsentratsiyasining logarifmi o'rtasidagi munosabatni tekshirish orqali tekshirilishi mumkin. Agar bu munosabatlar chiziqli bo'lsa va bog'liqlik qiyaligi birlikka yaqin bo'lishi kerak bo'lsa, bu jarayonning diffuziya rejimi foydasiga dalildir.

2.3.2 Jarayonning matematik modeli

Bir nechta anodik bosqichlarning yuzaga kelishi ehtimoli ko'plab aralashmalarni o'z ichiga olgan po'latni oltingugurtdan tozalash jarayonlarining matematik tavsifini juda murakkablashtiradi. Shu munosabat bilan, modelga ba'zi soddalashtirishlar kiritildi, xususan, biz turli vaqtlarda kinetik qiyinchiliklarni e'tiborsiz qoldirdik.

Temir va kislorod o'tishning yarim reaktsiyalari uchun, diffuziyani boshqarish bo'yicha qabul qilingan cheklov bilan bog'liq holda, munosabatlar ancha sodda ko'rinadi:

(15.7)

Tashqi manbadan oqim bo'lmaganda elektr betarafligi holatiga muvofiq, individual elektrod yarim reaktsiyalarida oqimlar o'rtasidagi munosabat oddiy munosabat bilan ifodalanadi:

Elektrodning haddan tashqari kuchlanishidagi farqlar () 1-2 va 1-3 reaktsiyalar uchun tegishli faoliyat mahsulotlari va muvozanat konstantalari nisbati bilan belgilanadi:

Metalldagi oltingugurt kontsentratsiyasining vaqt hosilasi tenglamaga muvofiq birinchi elektrodning yarim reaksiya oqimi bilan aniqlanadi:

(15.12)

Bu yerda i 1 , i 2 - elektrod jarayonlarining oqim zichligi, ē 1, ē 2 - ularning polarizatsiyasi, i n – cheklovchi zarracha diffuziya oqimlari ј - qandaydir i o - kinetik bosqichning almashinuv oqimi, C[s] - metalldagi oltingugurt konsentratsiyasi, a - uzatish koeffitsienti, P, K p - faollik mahsuloti va oltingugurtni yo'qotish reaktsiyasining muvozanat konstantasi; S metall va cüruf orasidagi interfeys maydoni; V Men - metall hajmi, T- harorat, F Faraday doimiysi, R universal gaz doimiysi.

Elektrokimyoviy kinetika qonunlariga muvofiq (15.6) ifoda shlakdagi temir ionlarining tarqalishini inhibe qilishni hisobga oladi, chunki eksperimental ma'lumotlarga ko'ra, bu zarrachalarning zaryadsizlanishi-ionlanish bosqichi cheklanmagan. Ifoda (15.5) - shlak va metallda oltingugurt zarralari tarqalishining kechikishi, shuningdek, oltingugurt ionlanishining interfeysdagi kechikishi.

Ifodalarni (15.6 - 15.12) birlashtirib, tanlangan shartlar uchun metalldagi oltingugurt kontsentratsiyasining o'z vaqtida bog'liqligini raqamli usullar bilan olish mumkin.

Model quyidagi parametrlardan foydalanadi:

3)
Oltingugurt ion almashinuvi oqimi:

4) Oltingugurtsizlanish reaksiyasining muvozanat konstantasi ( TO R):

5) Interfeys maydonining metall hajmiga nisbati

7) Konvektiv doimiy (b):

Model sanab o'tilgan omillarning desulfurizatsiya tezligi va to'liqligiga ta'sirini tahlil qilish, shuningdek, diffuziya va kinetik inhibisyonlarning jarayonning umumiy qarshiligiga qo'shgan hissasini baholash imkonini beradi.

2.3.3 Ish tartibi

Simulyatsiya dasturi tomonidan yaratilgan rasm rasmda ko'rsatilgan. . O'lchangan miqdorlarning tanlangan raqamli qiymatlari panelning yuqori qismida berilgan, jarayonni simulyatsiya qilish paytida olingan barcha qiymatlar grafikda ko'rsatiladi. Metall va cüruf eritmalarining tarkibiy qismlarini belgilashda metallurgiya adabiyotida qabul qilingan qo'shimcha belgilar qo'llaniladi. Kvadrat qavslar komponentning metall eritmasiga, yumaloq qavslar esa cürufga tegishli ekanligini ko'rsatadi. Komponent belgilaridagi ko'paytirgichlar faqat chizmachilik uchun ishlatiladi, qiymatlarni sharhlashda ularni hisobga olmaslik kerak. Model ishlayotgan vaqtda har qanday vaqtda faqat o'lchangan qiymatlardan birining qiymati ko'rsatiladi. 6 soniyadan so'ng u yo'qoladi va keyingi qiymatning qiymati paydo bo'ladi. Ushbu vaqt oralig'ida keyingi qiymatni yozib olish uchun vaqt kerak bo'ladi. Vaqtni tejash uchun doimiy raqamlarni, masalan, harorat qiymatidagi etakchi birlikni yozmaslik tavsiya etiladi.

O'lchovlar boshlanganidan besh daqiqa o'tgach, sozlash panelining yuqori o'ng burchagidagi soat bo'yicha, va [#] tugmachalarini bir vaqtning o'zida bosib, bu erda # - sozlash raqami, fazalarni aralashtirish tezligini kuchaytiring.

2.3.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

Simulyatsiya dasturi tomonidan yaratilgan o'lchov natijalari jadvali quyidagi hisoblangan ustunlar bilan to'ldirilishi kerak:

Jadval 1. Eksperimental ma'lumotlarni statistik qayta ishlash natijalari

Birinchi ustundagi jadvalda jarayon boshlanganidan beri vaqtni daqiqalarda hisoblashingiz kerak.

Keyingi ishlov berish grafik chizilgandan so'ng amalga oshiriladi - ishlov berishning birinchi bosqichida haroratning vaqtga bog'liqligini hisoblash va oltingugurtning o'tishi asosan temirning o'tishi bilan birga bo'lganda ma'lumotlar diapazonini baholash kerak. Ushbu diapazonda bir xil aralashtirish tezligiga ega bo'lgan ikkita mintaqa ajratiladi va eng kichik kvadratlar usuli yordamida shakldagi ko'phadlarni yaqinlashish koeffitsientlari topiladi:

belgilangan sharoitda (15.5) tenglamadan kelib chiqadi. Olingan koeffitsient qiymatlarini taqqoslab, jarayon rejimi va tizimni muvozanat holatiga yaqinlashish darajasi haqida xulosalar chiqariladi. E'tibor bering, (15.13) tenglamada erkin muddat yo'q.

Tajriba natijalarini tasvirlash uchun oltingugurt kontsentratsiyasining vaqtga bog'liqligi va shlakdagi kaltsiy sulfid konsentratsiyasiga desulfurizatsiya tezligining grafiklari chizilgan.

Natijalarni qayta ishlash tartibi

2. Metalldagi oltingugurt konsentratsiyasidan oltingugurtni tozalash jarayoni tezligini, tezlik va oltingugurt konsentratsiyasining logarifmlarini hisoblang.

3. Alohida varaqlarda haroratning birlikdagi vaqtga nisbatan, shlak massasining vaqtga nisbatan, oltingugurtdan tozalash tezligi va vaqti, oltingugurt kontsentratsiyasining logarifmiga nisbatan oltingugurtdan tozalash tezligining grafiklarini chizing.

4. Eng kichik kvadratlar usulidan foydalanib, oltingugurt kontsentratsiyasi bo'yicha tenglama () va reaktsiya tartibiga muvofiq oltingugurtni yo'qotish jarayonining kinetik xususiyatlarini har xil aralashtirish tezligi uchun alohida baholang.

Sinov natijalari:

1. Desulfurizatsiya jarayoni tezligining bog'liqligi va bu qiymatning vaqt bo'yicha logarifmining to'g'ri ishlab chiqilgan grafiklari, barcha kerakli belgilar imzolari bilan elektron jadvallarning alohida varag'ida.

2. O'lchamlarni (va xatolarni) ko'rsatuvchi jarayonning barcha variantlarida desulfurizatsiya jarayonining kinetik xususiyatlarining qiymatlari.

3. Ish yuzasidan xulosalar.

Nazorat savollari

1. Metallni cüruf bilan eng to'liq oltingugurtdan tozalash uchun qanday shartlar zarur?

2. Oltingugurtni olib tashlash bilan qanday anodik jarayonlar hamroh bo'lishi mumkin?

3. Oltingugurtning interfeys orqali o’tishi qanday bosqichlardan iborat?

4. Desulfurizatsiyaning diffuziya yoki kinetik rejimi qanday hollarda amalga oshiriladi?

5. Ish tartibi qanday?

2.4 Tabiiy karbonatlarning dissotsilanish jarayonlarini termografik o`rganish (16-sonli ish).

2.4.1 Karbonat dissotsiatsiyasining umumiy qonuniyatlari

Termogramma - namuna haroratining vaqtga bog'liqligi. Moddalarning termal parchalanish jarayonlarini o'rganishning termografik usuli bunday bog'liqliklarning xarakterli belgilari: "harorat to'xtashlari" va "qiyalik harorat zonalari" ochilgandan keyin keng tarqaldi.

1.4

Shakl 3. Termogramma tasviri:

nuqtali egri chiziq - bu dissotsilanish sodir bo'lmaydigan faraziy mos yozuvlar namunasining termogrammasi; qattiq chiziq ikki bosqichli dissotsiatsiyaga ega haqiqiy namunadir.

Bular qaramlikning xarakterli bo'limlari bo'lib, ular ichida harorat bir muncha vaqt () doimiy bo'lib qoladi (T \u003d const) yoki doimiy tezlikda (T /) oz miqdorda (T) ortadi. Raqamli yoki grafik farqlashdan foydalanib, haroratni to'xtatishning boshlanishi va oxirining vaqt va harorat momentlarini yaxshi aniqlik bilan aniqlash mumkin.

Taklif etilayotgan laboratoriya ishida bunday qaramlik tabiiy material kaltsitni doimiy ravishda isitish orqali olinadi, uning asosiy komponenti kaltsiy karbonatdir. Asosan kaltsitdan tashkil topgan jinsga ohaktosh deyiladi. Ohaktosh metallurgiyada ko'p miqdorda ishlatiladi.

Endotermik reaksiya bilan ohaktoshni qovurish (issiqlik bilan ishlov berish) natijasida

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

ohak (CaO) olinadi - shlak eritmasining zarur komponenti. Jarayon ohaktosh va ohakning erish nuqtalaridan past haroratlarda amalga oshiriladi. Ma'lumki, karbonatlar va ulardan hosil bo'lgan oksidlar deyarli o'zaro erimaydi, shuning uchun reaktsiya mahsuloti yangi qattiq faza va gazdir. Muvozanat konstantasining ifodasi, umumiy holatda, quyidagi ko'rinishga ega:

Bu yerda a qattiq reagentlarning faoliyatidir, gazsimon reaksiya mahsulotining qisman bosimi. Dolomit deb ataladigan boshqa jins ham metallurgiyada keng qo'llaniladi. U asosan bir xil nomdagi mineraldan iborat bo'lib, u CaMg(CO 3) 2 karbonat kislotasining qo'sh tuzi hisoblanadi.

Kaltsit, har qanday tabiiy mineral singari, asosiy komponent bilan bir qatorda turli xil aralashmalarni o'z ichiga oladi, ularning miqdori va tarkibi tabiiy resurs koniga va hatto ma'lum bir tog'-kon uchastkasiga bog'liq. Nopok birikmalarning xilma-xilligi shunchalik kattaki, ularni u yoki bu holatda muhim bo'lgan ba'zi bir xususiyatga ko'ra tasniflash kerak. Termodinamik tahlil uchun muhim xususiyat bu aralashmalarning reagentlar bilan eritmalar hosil qilish qobiliyatidir. Biz mineralda o'rganilayotgan sharoitlarda (bosim va harorat) o'zlari yoki asosiy komponenti yoki uning parchalanish mahsuloti o'rtasida har qanday kimyoviy reaktsiyaga kirishadigan aralashmalar yo'q deb taxmin qilamiz. Amalda, bu shart to'liq qondirilmaydi, chunki, masalan, kaltsitda boshqa metallarning karbonatlari bo'lishi mumkin, ammo keyingi tahlil nuqtai nazaridan, bu reaktsiyalarni hisobga olish yangi ma'lumot bermaydi, lekin keraksiz bo'ladi. tahlilni murakkablashtiradi.

Boshqa barcha aralashmalarni uch guruhga bo'lish mumkin:

1. Kaltsiy karbonat bilan eritma hosil qiluvchi aralashmalar. Bunday aralashmalar, albatta, termodinamik tahlilda va, ehtimol, jarayonning kinetik tahlilida hisobga olinishi kerak.

2. Reaksiya mahsulotida eriydigan aralashmalar - oksid. Ushbu turdagi aralashmalarni hisobga olish muammosini hal qilish ularning qattiq reaktsiya mahsulotida qanchalik tez erishiga va ushbu turdagi aralashmalarning tarqalishi bilan chambarchas bog'liq bo'lgan savolga bog'liq. Agar qo'shimchalar nisbatan katta hajmga ega bo'lsa va ularning erishi sekin sodir bo'lsa, ular termodinamik tahlilda hisobga olinmasligi kerak.

3. Asl karbonat va uning parchalanish mahsulotida erimaydigan aralashmalar. Termodinamik tahlilda bu aralashmalar umuman mavjud bo'lmagandek hisobga olinmasligi kerak. Ba'zi hollarda ular jarayonning kinetikasiga ta'sir qilishi mumkin.

Tahlilning eng oddiy (qo'pol) versiyasida bir xil turdagi barcha aralashmalarni birlashtirish va ularni qandaydir umumlashtirilgan komponent sifatida ko'rib chiqish mumkin. Shu asosda biz uchta komponentni ajratamiz: B1, B2 va B3. Ko'rib chiqilayotgan termodinamik tizimning gaz fazasi ham muhokama qilinishi kerak. Laboratoriya ishlarida dissotsiatsiya jarayoni xonaning atmosferasi bilan aloqa qiladigan ochiq o'rnatishda amalga oshiriladi. Bunday holda, termodinamik tizimdagi umumiy bosim doimiy bo'lib, bir atmosferaga teng, gaz fazasida esa gazsimon reaktsiya mahsuloti - karbonat angidrid (CO2) va havo muhitining tarkibiy qismlari, soddalashtirilgan shaklda - kislorod va azot mavjud. Ikkinchisi tizimning boshqa tarkibiy qismlari bilan o'zaro ta'sir qilmaydi, shuning uchun ko'rib chiqilayotgan holatda kislorod va azotni ajratib bo'lmaydi va biz ularni neytral gazsimon komponent B deb ataymiz.

Harorat to'xtash joylari va platformalar termodinamik tushuntirishga ega. Fazalarning ma'lum tarkibi bilan termodinamik usullar bilan to'xtash haroratini taxmin qilish mumkin. Bundan tashqari, teskari masalani yechish mumkin - fazalar tarkibini ma'lum haroratlardan aniqlash. U ushbu tadqiqotga kiritilgan.

Haroratni to'xtatish va platformalar faqat jarayonning kinetikasiga oid ma'lum talablar bajarilgan taqdirdagina amalga oshirilishi mumkin. Bu reaksiya joyidagi fazalarning amalda muvozanatli kompozitsiyalari va diffuziya qatlamlaridagi arzimas darajada kichik gradientlarning talablari ekanligini kutish tabiiy. Bunday shartlarga rioya qilish, agar jarayonning tezligi ichki omillar (diffuziyaga qarshilik va kimyoviy reaktsiyaning o'ziga qarshilik) bilan emas, balki tashqi omillar - reaktsiya joyiga issiqlik ta'minoti tezligi bilan boshqarilsa mumkin. Jismoniy kimyoda aniqlangan geterogen reaksiyaning asosiy usullari: kinetik va diffuziyaga qo'shimcha ravishda, jarayonning bu rejimi termal deb ataladi.

E'tibor bering, qattiq fazali dissotsiatsiya jarayonining termal rejimi katta miqdordagi issiqlikni talab qiladigan reaktsiyaning o'ziga xos xususiyati tufayli mumkin bo'ladi va shu bilan birga u etkazib berish bosqichlarini o'z ichiga olmaydi. boshlang'ich moddalarni reaktsiya joyiga (bir modda parchalanganligi sababli) va qattiq reaktsiya mahsulotini chegara fazasini ajratishdan olib tashlash (chunki bu chegara harakat qiladi). Faqat ikkita diffuziya bosqichi qoladi: gaz fazasi orqali CO2 ning chiqarilishi (ko'rinishidan, juda kam qarshilik bilan) va CO2 ning oksid orqali tarqalishi, bu avval uchuvchi karbon monoksit bilan egallangan hajmni to'ldiradigan oksidning yorilishi bilan sezilarli darajada osonlashadi.

Harorat to'xtash joyidan past haroratlarda termodinamik tizimni ko'rib chiqing. Avval karbonatda birinchi va ikkinchi turdagi aralashmalar yo'q deb faraz qilaylik. Uchinchi turdagi nopoklikning mumkin bo'lgan mavjudligi hisobga olinadi, ammo faqat buning oldini olish mumkinligini ko'rsatish uchun. Faraz qilaylik, o'rganilayotgan chang kaltsit namunasi radiusli bir xil sferik zarrachalardan tashkil topgan. r 0 . Termodinamik tizim chegarasini uning radiusiga nisbatan kichik bo'lgan kaltsit zarralaridan birining yuzasidan ma'lum masofada chizamiz va shu bilan gaz fazasining ma'lum hajmini tizimga kiritamiz.

Ko'rib chiqilayotgan tizimda 5 ta modda mavjud: CaO, CaCO3, B3, CO2, B va ularning ba'zilari bitta reaktsiyada ishtirok etadilar. Ushbu moddalar to'rtta fazada taqsimlanadi: CaO, CaCO3, B3, gaz fazasi, ularning har biri turli xil xususiyatlarning o'ziga xos qiymatlari bilan tavsiflanadi va boshqa fazalardan ko'rinadigan (hech bo'lmaganda mikroskop ostida) interfeys bilan ajratiladi. B3 fazasining ko'p tarqalgan dispers zarrachalar bilan ifodalanganligi tahlilni o'zgartirmaydi - barcha zarralar xossalari bo'yicha deyarli bir xil va ularni bir faza deb hisoblash mumkin. Tashqi bosim doimiy, shuning uchun faqat bitta tashqi o'zgaruvchi qoladi - harorat. Shunday qilib, erkinlik darajalari sonini hisoblash uchun barcha shartlar ( Bilan) aniqlanadi: Bilan = (5 – 1) + 1 – 4 = 1.

Olingan qiymat shuni anglatadiki, harorat (bir parametrning) o'zgarganda, tizim bir muvozanat holatidan ikkinchisiga o'tadi va fazalarning soni va tabiati o'zgarmaydi. Tizim holatining parametrlari o'zgaradi: karbonat angidrid va neytral gazning harorati va muvozanat bosimi B ( T , R CO2 , R B).

To'g'risini aytganda, aytilganlar harorat to'xtash darajasidan past bo'lgan har qanday harorat uchun emas, balki faqat kinetik rejimda dastlab sodir bo'lgan reaktsiya issiqlik rejimiga o'tgan vaqt oralig'i uchun to'g'ri keladi va haqiqatan ham yaqinlik haqida gapirish mumkin. tizim parametrlarini muvozanat parametrlariga. Pastroq haroratlarda tizim asosan muvozanatda emas, lekin bu hech qanday tarzda namuna haroratining vaqtga bog'liqligi xarakteriga ta'sir qilmaydi.

Tajribaning boshidanoq xona haroratida tizim muvozanat holatida bo'ladi, lekin faqat unda o'zaro ta'sir qila oladigan moddalar yo'qligi sababli. Bu shunday sharoitlarda (atmosferadagi karbonat angidridning qisman bosimi taxminan 310-4 atm, muvozanat bosimi 10-23 atm) karbonlashtirilishi mumkin bo'lgan kaltsiy oksidiga tegishli. Reaksiya uchun izoterm tenglamasiga ko'ra, kondensatsiyalangan moddalarning faolligi birga teng bo'lgan muvozanat konstantasining (16.1) ifodasini hisobga olgan holda yoziladi:

Gibbs energiyasining o'zgarishi musbat, ya'ni reaksiya teskari yo'nalishda borishi kerak, lekin bu mumkin emas, chunki tizimda kaltsiy oksidi boshlash uchun mavjud emas.

Haroratning oshishi bilan dissotsilanishning elastikligi (CO2 ning karbonat ustidagi muvozanat bosimi) izobar tenglamasidan quyidagicha oshadi:

chunki reaksiya issiqligi noldan katta.

Faqat taxminan 520 C haroratda dissotsilanish reaktsiyasi termodinamik jihatdan mumkin bo'ladi, lekin u oksid fazasining yadrolanishi uchun zarur bo'lgan sezilarli vaqt kechikishi (inkubatsiya davri) bilan boshlanadi. Dastlab, reaksiya kinetik rejimda davom etadi, ammo avtokataliz tufayli kinetik bosqichning qarshiligi shunchalik tez pasayadiki, reaksiya termal rejimga o'tadi. Aynan shu paytdan boshlab yuqoridagi termodinamik tahlil kuchga kiradi va namunaning harorati dissotsiatsiya sodir bo'lmaydigan faraziy mos yozuvlar namunasi haroratidan orqada qola boshlaydi (3-rasmga qarang).

Ko'rib chiqilgan termodinamik tahlil dissotsilanish elastikligi 1 atm ga yetguncha o'z kuchini saqlab qoladi. Shu bilan birga, 1 atm bosim ostida namuna yuzasida doimiy ravishda karbonat angidrid chiqariladi. U havoni itarib yuboradi va uni almashtirish uchun namunadan yangi qismlar keladi. Karbonat angidridning bosimi bir atmosferadan tashqariga ko'tarilishi mumkin emas, chunki gaz atrofdagi atmosferaga erkin chiqib ketadi.

Tizim tubdan o'zgaradi, chunki hozir namuna atrofida gaz fazasida havo yo'q va tizimda bitta kamroq komponent mavjud. Bunday tizimdagi erkinlik darajalari soni c \u003d (4 - 1) + 1 - 4 \u003d 0

nolga teng bo'lib chiqadi va undagi muvozanatni saqlab turganda, hech qanday holat parametrlari, shu jumladan harorat o'zgarmaydi.

Endi shuni ta'kidlaymizki, agar B3 komponenti hisobga olinmasa, barcha xulosalar (erkinlik darajalari sonini hisoblash va boshqalar) o'z kuchini saqlab qoladi, bu ham moddalar sonini, ham fazalar sonini bittaga oshiradi, bu o'zaro bog'liqdir. kompensatsiya qilingan.

Barcha kiruvchi issiqlik faqat dissotsiatsiya jarayoniga sarflanganda, harorat to'xtashi keladi. Haroratning kichik tasodifiy o'zgarishi dissotsilanish tezligining teskari yo'nalishda o'zgarishiga olib kelganda, bu haroratni avvalgi qiymatiga qaytarganda, tizim juda yaxshi harorat sozlagichi sifatida ishlaydi. Tartibga solishning yuqori sifati bunday tizimning amalda inertialsiz ekanligi bilan izohlanadi.

Dissotsiatsiya jarayonining rivojlanishi bilan reaksiya fronti namunaga chuqurroq kirib boradi, o'zaro ta'sir yuzasi pasayadi va qattiq reaksiya mahsulotining qalinligi oshadi, bu esa karbonat angidridning reaktsiya joyidan namuna yuzasiga tarqalishiga to'sqinlik qiladi. Vaqtning bir nuqtasidan boshlab, jarayonning issiqlik rejimi aralash rejimga, keyin esa diffuziyaga o'tadi. Aralash rejimda allaqachon tizim mohiyatan nomutanosiblikka aylanadi va termodinamik tahlildan olingan xulosalar amaliy ma'nosini yo'qotadi.

Dissotsiatsiya jarayoni tezligining pasayishi tufayli kerakli issiqlik miqdori shunchalik kamayadiki, kiruvchi issiqlik oqimining bir qismi yana tizimni isitish uchun sarflana boshlaydi. Shu paytdan boshlab haroratning to'xtashi to'xtaydi, garchi dissotsilanish jarayoni karbonat to'liq parchalanmaguncha davom etadi.

Ko'rib chiqilayotgan eng oddiy holat uchun to'xtash haroratining qiymatini tenglamadan topish mumkinligini taxmin qilish oson.

TDHT ma'lumotlar bazasidan foydalangan holda ushbu tenglama yordamida termodinamik hisoblash toza kaltsit uchun 883 ° C va sof aragonit uchun 834 ° S haroratni beradi.

Endi tahlilni murakkablashtiramiz. Kaltsit o'z ichiga 1 va 2 turdagi aralashmalarning dissotsiatsiyasi paytida, agar karbonat va oksidning faolligini birlikka teng deb hisoblash mumkin bo'lmasa, tegishli holat yanada murakkablashadi:

Agar aralashmalar miqdori past bo'lsa va natijada olingan eritmalar cheksiz suyultirilgan deb hisoblansa, oxirgi tenglamani quyidagicha yozish mumkin:

mos keladigan nopoklikning mol ulushi qayerda.

Agar moyil harorat maydoni va ikkala harorat ( T 2 > T 1) sof kaltsiy karbonat uchun to'xtash haroratidan yuqori - K R (T 1) > 1 va K R (T 2) > 1 bo'lsa, ikkinchi turdagi aralashmalar yo'q yoki ular eritishga vaqtlari yo'q () va boshida 1-toifa aralashmalar kontsentratsiyasini taxmin qilish oqilona bo'ladi.

va harorat oxirida to'xtash

Birinchi turdagi nopoklik reaksiya fronti harakatlanayotganda CaCO3-B1 eritmasida ma'lum darajada to'planishi kerak. Bunday holda, sayt qiyalikning burchak koeffitsienti nisbati bilan ifodalanadi:

bu erda 1 - B1 komponentining sof shaklda ajratilganda asl fazaga qaytgan nisbati; V S- kaltsitning molyar hajmi; v C karbonat dissotsilanish tezligi; to'xtash haroratida dissotsilanish reaktsiyasining termal ta'siri; r 0 - kaltsit zarrasining boshlang'ich radiusi.

Malumot ma'lumotlaridan foydalanib, ushbu formuladan hisoblash uchun foydalanish mumkin v C- erish tezligi

kaltsitdagi reniy komponenti B1.

2.4.2 O'rnatish sxemasi va ish usuli

Maqolada kaltsiy karbonat va dolomitning turli fraksiyalarning dissotsiatsiyasi o'rganiladi.

Eksperimental o'rnatish sxemasi 4-rasmda ko'rsatilgan.

4-rasm - Karbonatlarning dissotsilanish termogrammalarini o'rganish uchun o'rnatish sxemasi:

1 - korund trubkasi, 2 - karbonat, 3 - termojuft, 4 - o'choq,

5 - avtotransformator, 6 - ADC platali shaxsiy kompyuter

Termojuft (3) va kaltsiy karbonatning sinov namunasi (2) bo'lgan korund nay (1) 1200 K gacha qizdirilgan pechga (4) o'rnatiladi. Namunaning termogrammasi shaxsiy kompyuter monitorining ekranida kuzatiladi. Izotermik qismdan o'tgandan so'ng, tajriba boshqa karbonat fraktsiyasi bilan takrorlanadi. Dolomitni o'rganishda isitish ikkita harorat to'xtashi aniqlanmaguncha amalga oshiriladi.

Olingan termogrammalar "harorat - vaqt" grafigida keltirilgan. Taqqoslash qulayligi uchun barcha termogrammalar bitta grafikda ko'rsatilishi kerak. Undan jarayonning intensiv rivojlanish harorati aniqlanadi va u termodinamik tahlil natijasida topilgan harorat bilan taqqoslanadi. Termogrammaning tabiatiga haroratning ta'siri, karbonatning tabiati, uning tarqalish darajasi haqida xulosalar chiqariladi.

2.4.3 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

Ish natijalariga ko'ra quyidagi jadval to'ldirilishi kerak:

Jadval 1. Kaltsiy karbonat (dolomit) ning dissotsilanish jarayonini o'rganish natijalari.

Birinchi ikkita ustun ma'lumotlar fayli ochilganda qiymatlar bilan to'ldiriladi, ikkinchisini hisoblash kerak. Besh nuqtada tekislash, qo'shimcha silliqlash bilan tekislangan ma'lumotlarni sonli farqlash besh nuqtada ham amalga oshiriladi. Ish natijalariga ko'ra ikkita alohida bog'liqlik diagrammasi tuzilishi kerak: t- va d t/d- t .

Olingan haroratning to'xtash qiymati ( Ts) sof kaltsit uchun xarakterli qiymat bilan solishtirish kerak. Agar kuzatilgan qiymat yuqoriroq bo'lsa, ikkinchi turdagi aralashmalar yo'q deb hisoblagan holda (16.7) tenglama bo'yicha birinchi turdagi ifloslanishning minimal tarkibini taxminan taxmin qilish mumkin. Agar teskari munosabat kuzatilsa, ikkinchi turdagi aralashmalar asosiy ta'sirga ega degan xulosaga kelishimiz va birinchi turdagi aralashmalar bo'lmasa, ularning minimal tarkibini baholashimiz mumkin. (16.6) tenglama ikkinchi holatda shuni bildiradi

Qo'llanmada tasvirlangan usuldan foydalangan holda TDHT ma'lumotlar bazasidan foydalangan holda muvozanat konstantasining qiymatini hisoblash maqsadga muvofiqdir. Ekstremal holatda, siz kaltsiy karbonatning harorat bilan dissotsilanish reaktsiyasida Gibbs energiyasining o'zgarishiga bog'liqligini taxmin qiluvchi tenglamadan foydalanishingiz mumkin:

G 0 = B 0 + B bir · T + B 2 · T 2 ,

koeffitsientlarning qiymatlarini teng qabul qilish: B 0 = 177820, J/mol; B 1 \u003d -162,61, J / (mol K), B 3 \u003d 0,00765, J mol -1 K -2.

Eslatma . Agar “Fizik kimyo” kursida talabalar TDHT ma’lumotlar bazasi bilan tanish bo’lmasa va amaliy mashg’ulotlarda tegishli hisob-kitoblarni bajarmagan bo’lsa, Shvartsman-Temkin tenglamasidan va ma’lumotnomadagi ma’lumotlardan foydalanish kerak.

Natijalarni qayta ishlash tartibi

1. Elektron jadval fayliga ma'lumotlarni qo'lda yozib olish natijalarini kiriting.

2. Haroratni tekislashni amalga oshiring.

3. Haroratning vaqtga nisbatan grafigini alohida varaqda tuzing.

4. Harorat qiymatlarini o'z vaqtida 5 ball bilan tekislash bilan farqlang.

5. Alohida varaqda haroratning vaqt hosilasining haroratga bog'liqligi grafigini tuzing, uchastkalarning xususiyatlarini aniqlang.

Sinov natijalari:

1. Ko'rib chiqish uchun taqdim etilgan elektron jadval kitobining "Natijalar" deb nomlangan birinchi sahifasida quyidagi ma'lumotlar ko'rsatilishi kerak:

a. "A1" katagida - haroratni to'xtatish qiymati (qiyalik platforma uchun o'rtacha), "B1" katakchasida - o'lchov birliklari;

b. "A2" katakda - haroratni to'xtatish muddati, "B2" katakchasida - o'lchov birliklari;

c. "A3" katakchasida - uchastkaning qiyaligi, "B3" katakchasida - o'lchov birliklari;

d. "A4" katakchasida - nopoklik turi yoki aralashmalar mavjudligi aniqlanmagan bo'lsa, "0";

e. "A5" katagida - nopoklikning mol ulushi;

f. “A7” katagidan boshlab ishning xulosalari aniq ifodalanishi kerak.

A1, A3 va A5 katakchalari raqamli qiymatlarning o'zi emas, balki taqdim etilgan natijani olish uchun hisob-kitoblar amalga oshirilgan elektron jadval kitobining boshqa varaqlaridagi kataklarga havola bo'lishi kerak! Agar ushbu talab bajarilmasa, tekshirish dasturi "Ma'lumot taqdimoti xatosi" xabarini beradi.

2. Elektron jadvallarning alohida varaqlarida barcha kerakli sarlavhalar va belgilar bilan harorat va vaqt, harorat va harorat va vaqtga nisbatan to'g'ri tuzilgan grafiklar.

3. To'xtash haroratini baholash qiymatlari va ularning davomiyligi.

4. Ish yuzasidan xulosalar.

Nazorat savollari

1. Karbonat havoda ajrala boshlagan harorat nimaga bog'liq?

2. Nima uchun karbonit dissotsilanishning elastikligi harorat ortishi bilan ortadi?

3. CaO, CO 2, CaCO 3 moddalari o'rtasida muvozanat o'rnatilgan tizimning erkinlik darajalari soni qancha?

4. Agar dissotsilanish mahsuloti boshlang'ich material bilan qattiq eritmalar hosil qilsa, termogrammaning tabiati qanday o'zgaradi?

5. Geterogen karbonat dissotsilanish reaksiyasining qaysi rejimi termogrammaning izotermik qismiga mos keladi?

6. Polidispers karbonat dissotsilanish jarayonida termogramma shakli qanday o'zgaradi?

7. Umumiy bosim 101,3 kPa va 50 kPa da olingan termogrammalar orasidagi farq nima?

2.5 Oksid eritmalari yopishqoqligining haroratga bog'liqligini o'rganish (17-sonli ish).

2.5.1 Oksid eritmalarining yopishqoq qarshiligining tabiati

Yopishqoqlik shlakli eritmalarning eng muhim fizik-kimyoviy xususiyatlaridan biridir. Bu ionlarning diffuziya harakatchanligiga, shuning uchun metallning cüruf bilan o'zaro ta'siri kinetikasiga, metallurgiya birliklarida issiqlik va massa almashish jarayonlarining tezligiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Yopishqoqlikning haroratga bog'liqligini o'rganish oksidli eritmalardagi strukturaviy o'zgarishlar va murakkab anionlar parametrlarining o'zgarishi haqida bilvosita ma'lumot beradi. Tarkibi va shuning uchun yopishqoqligi cürufning maqsadiga bog'liq. Shunday qilib, masalan, metall va shlak o'rtasidagi oksidlanish-qaytarilish o'zaro ta'sirining diffuziya bosqichlarini kuchaytirish uchun (desulfurizatsiya, defosforizatsiya va boshqalar) shlakning tarkibi uning yopishqoqligi past bo'lishi uchun tanlanadi. Aksincha, vodorod yoki azotning po'latga o'tishiga yo'l qo'ymaslik uchun gaz fazasidan shlak orqali viskozitesi yuqori bo'lgan cüruf kiritiladi.

Yopishqoqlikning miqdoriy tavsiflaridan biri dinamik yopishqoqlik koeffitsienti (ē) bo'lishi mumkin, bu Nyutonning ichki ishqalanish qonunida proportsionallik koeffitsienti sifatida belgilanadi.

qayerda F ikki qoʻshni suyuqlik qatlami orasidagi ichki ishqalanish kuchi, grad y – tezlik gradienti, S qatlamlarning aloqa yuzasi maydonidir. SIda dinamik yopishqoqlik birligi: [ē] = N s / m 2 = Pa s.

Ma'lumki, suyuqlik oqimi zarrachalarning qo'shni barqaror pozitsiyaga bir qator sakrashidir. Jarayon faollashtirish xarakteriga ega. Sakrashlarni amalga oshirish uchun zarracha o'rtacha qiymatiga nisbatan etarli energiya zaxirasiga ega bo'lishi kerak. Harakatlanuvchi zarrachaning kimyoviy bog'larini uzish va u o'tadigan eritma hajmida bo'sh joy (bo'shliq) hosil qilish uchun ortiqcha energiya kerak bo'ladi. Haroratning oshishi bilan zarrachalarning o'rtacha energiyasi ortadi va ularning ko'pi oqimda ishtirok etishi mumkin, bu esa viskozitenin pasayishiga olib keladi. Bunday "faol" zarralar soni Boltsmanning eksponensial taqsimot qonuniga ko'ra harorat bilan ortadi. Shunga ko'ra, yopishqoqlik koeffitsientining haroratga bog'liqligi eksponensial shaklga ega

Bu erda ē 0 - haroratga ozgina bog'liq bo'lgan koeffitsient, Eē - yopishqoq oqimning faollashuv energiyasi. Bu oqimda ishtirok eta oladigan faol zarrachalar molining minimal kinetik energiyasini tavsiflaydi.

Oksid eritmalarining tuzilishi yopishqoqlik koeffitsientiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Elektr maydoni ta'sirida ionlar harakatidan farqli o'laroq, yopishqoq oqimda barcha suyuqlik zarralari harakat yo'nalishi bo'yicha ketma-ket harakatlanadi. Eng sekin bosqich - ē qiymatiga eng katta hissa qo'shadigan yirik zarrachalarning harakati. Natijada, yopishqoq oqimning faollashuv energiyasi elektr o'tkazuvchanligidan kattaroq bo'ladi ( E η > E).

Si, P, B oksidlarini o'z ichiga olgan kislotali shlaklarda zanjirlar, halqalar, tetraedrlar va boshqa fazoviy tuzilmalar ko'rinishidagi yirik murakkab anionlarning kontsentratsiyasi yuqori (masalan,

Va h.k.). Katta zarrachalarning mavjudligi eritmaning viskozitesini oshiradi, chunki. ularni ko'chirish kichiklarga nisbatan ko'p energiya talab qiladi.

Asosiy oksidlarning (CaO, MgO, MnO) qo'shilishi eritmada oddiy kationlar (Ca 2+, Mg 2+, Mn 2+) kontsentratsiyasining oshishiga olib keladi. Kiritilgan O2-anionlar eritmaning depolimerizatsiyasiga yordam beradi; murakkab anionlarning parchalanishi, masalan,

Natijada, cürufning viskozitesi pasayadi.

Harorat va tarkibga qarab, metallurgiya shlaklarining viskozitesi juda keng diapazonda (0,01 - 1 Pa s) o'zgarishi mumkin. Ushbu qiymatlar suyuq metallarning yopishqoqligidan yuqori bo'lgan buyurtmalardir, bu cüruflarda nisbatan katta oqim birliklarining mavjudligi bilan bog'liq.

ē ning kamaytirilgan eksponensial bog'liqligi T(17.2) 35 mol dan kam bo'lgan asosiy shlaklar uchun eksperimental ma'lumotlarni yaxshi tasvirlaydi. % SiO 2. Bunday eritmalarda viskoz oqimning faollashuv energiyasi Eē doimiy va kichik qiymatga ega (45 – 80 kJ/mol). Haroratning pasayishi bilan ē unchalik katta bo'lmagan darajada o'zgaradi va faqat qattiqlashgandan keyin tez o'sishni boshlaydi.

Murakkab tarkibiy qismlarning yuqori konsentratsiyasi bo'lgan kislotali shlaklarda faollashuv energiyasi harorat oshishi bilan kamayishi mumkin: E η = E 0 / T, bu isitish vaqtida murakkab anionlarning parchalanishidan kelib chiqadi. Bu holda eksperimental ma'lumotlar koordinatalarda chiziqli qilingan " lnē – 1/ T 2".

2.5.2 Yopishqoqlikni o'rnatish va o'lchash tartibining tavsifi

Ishda viskozite koeffitsientini o'lchash uchun aylanma viskozimetr ishlatiladi (5-rasm). Ushbu qurilmaning qurilmasi va ishlash printsipi quyidagicha. Tekshiriluvchi suyuqlik (2) silindrsimon shakldagi tigelga (1) joylashtiriladi, uning ichiga elastik ipga (5) osilgan shpindel (4) botiriladi. Tajriba davomida elektr dvigateldan (9) aylanish momenti diskka (7), undan ip orqali shpindelga uzatiladi.

Oksid eritmasining yopishqoqligi kattaligi shkala (8) bo'yicha aniqlanadigan ipning burilish burchagi bilan baholanadi. Shpindel aylanganda suyuqlikning yopishqoq qarshiligi kuchlarning tormozlanish momentini hosil qiladi, ipning elastik deformatsiyasi momenti yopishqoq qarshilik kuchlari momentiga teng bo'lgunga qadar ipni buradi. Bunday holda, disk va milning aylanish tezligi bir xil bo'ladi. Bunday holatga mos keladigan holda, ipning burilish burchagi (∆ph) o'qning (10) o'lchovga nisbatan o'rnini solishtirish orqali o'lchanishi mumkin: boshlang'ich - elektr motorini yoqishdan oldin va barqaror - yoqilgandan keyin. Ko'rinib turibdiki, ipning burilish burchagi ∆ph qanchalik katta bo'lsa, suyuqlikning yopishqoqligi ē shunchalik katta bo'ladi. Agar ip deformatsiyalari chegaraviy qiymatlardan oshmasa (Guk qonunining amal qilishiga to'g'ri keladi), u holda ∆ph qiymati ē ga proportsional bo'ladi va biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:

Tenglama omili k, viskozimetr konstantasi deb ataladi, tigel va shpindelning o'lchamiga, shuningdek, ipning elastik xususiyatlariga bog'liq. Ip diametri kamayishi bilan viskozimetrning sezgirligi ortadi.

5-rasm - Yopishqoqlikni o'lchash uchun o'rnatish sxemasi:

1 – tigel, 2 – sinov eritmasi, 3 – shpindel boshi,

4 - shpindel, 5 - tor, 6 - o'rnatishning yuqori qismi, 7 - disk,

8 - shkala, 9 - elektr motor, 10 - o'q, 11 - o'choq, 12 - transformator,

13 - haroratni nazorat qilish moslamasi, 14 - termojuft.

Viskozimetr konstantasini aniqlash uchun k qovushqoqligi ma'lum bo'lgan suyuqlik - transformator moyidagi rozin eritmasi tigelga joylashtiriladi. Bunda xona haroratida tajribada ∆ph0 aniqlanadi. Keyin, ma'lum bir haroratda etalon suyuqlikning yopishqoqligini (ē0) bilib, hisoblang k formula bo'yicha:

Qiymat topildi k oksid eritmasining yopishqoqlik koeffitsientini hisoblash uchun ishlatiladi.

2.5.3 Ish tartibi

Metallurgiya shlaklarining yopishqoq xususiyatlari bilan tanishish uchun ushbu laboratoriya ishida Na 2 O · 2B 2 O 3 eritmasi o'rganiladi. O'lchovlar 850-750 o S harorat oralig'ida amalga oshiriladi. Dastlabki haroratga (850 o C) erishgandan so'ng, viskozimetr ko'rsatkichi nolga o'rnatiladi. Keyin elektr motorini yoqing va ipning statsionar burilish burchagini mahkamlang ∆ph t . Viskozimetrni o'chirmasdan, boshqa haroratlarda ∆ph t ni o'lchashni takrorlang. Ipning burilish burchagi 720 o dan osha boshlaganda tajriba to'xtatiladi.

2.5.4 O'lchov natijalarini qayta ishlash va taqdim etish

O'lchov natijalariga ko'ra, quyidagi jadvalni to'ldiring.

Jadval 1. Yopishqoqlikning haroratga bog'liqligi

Jadvalda dastlabki ikkita ustunlar monitor ekranidagi harorat ko'rsatkichlarini qo'lda yozish natijalari va viskozimetr shkalasi bo'yicha ipning burish burchagi bo'yicha to'ldiriladi. Qolgan ustunlar hisoblab chiqiladi.

Yopishqoqlik koeffitsientining harorat (17.2) bilan o'zgarishining eksponensial qonunining maqsadga muvofiqligini tekshirish uchun “Ln (ē) - 10 3 / koordinatalarida grafik chiziladi. T". Faollashtirish energiyasi LINEST() (OpenOffice.Calc) yoki LINEST() (MicrosoftOffice.Exel) funksiyalari yordamida, ularni jadvalning beshinchi va oltinchi ustunlariga qo'llash orqali topiladi.

Xulosalarda ē va E ē uchun olingan ma'lumotlar metallurgiya shlaklari uchun ma'lum bo'lganlar bilan taqqoslanadi va yopishqoqlikning haroratga bog'liqligi tabiati va uning eritmadagi tarkibiy o'zgarishlar bilan bog'liqligi ko'rib chiqiladi.

Natijalarni qayta ishlash tartibi

1. Kalibrlash katakchasida o'lchovlarni amalga oshiring va sozlash konstantasini hisoblang

2. Elektron jadval fayliga axborotni qo'lda yozib olish natijalarini kiriting.

3. Yopishqoqlik qiymatlarini hisoblang.

4. Yopishqoqlikning haroratga nisbatan grafigini alohida varaqda tuzing.

5. Barcha o'lchovlar majmuasi uchun yopishqoqlik va teskari mutlaq haroratning logarifmini hisoblang.

6. Eng kichik kvadratlar koeffitsientlarini toping b 0 , b Yopishqoqlik logarifmini o'zaro haroratga bog'liqligini taxmin qiluvchi 1 tenglama va aktivlanish energiyasini hisoblang.

7. Yopishqoqlik logarifmining o'zaro haroratga bog'liqligi grafigini alohida varaqda tuzing va taqribiy bog'liqlikni bering. Sinov natijalari:

1. Ko'rib chiqish uchun taqdim etilgan elektron jadval kitobining "Natijalar" deb nomlangan birinchi sahifasida quyidagi ma'lumotlar ko'rsatilishi kerak:

a. "A1" katakda - boshlang'ich harorat, "B1" katakda - o'lchov birliklari;

b. "A2" katakda - yakuniy harorat, "B2" katakchada - o'lchov birliklari;

c. "A3" katagida - past haroratlarda yopishqoq oqimning faollashuv energiyasi, "B3" katakchasida - o'lchov birliklari;

d. "A4" katagida - past haroratlarda elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi formulasida eksponentdan oldingi omil, "B4" katakchasida - o'lchov birliklari;

e. "A5" katakda - yuqori haroratlarda yopishqoq oqimning faollashuv energiyasi, "B5" katakchasida - o'lchov birliklari;

f. "A6" katakda - yuqori haroratlarda elektr o'tkazuvchanligining haroratga bog'liqligi formulasida eksponentdan oldingi omil, "B6" katakchasida - o'lchov birliklari;

g. “A7” katagidan boshlab ishning xulosalari aniq ifodalanishi kerak.

A1-A6 kataklarida raqamli qiymatlarning o'zi emas, balki taqdim etilgan natijani olish uchun hisob-kitoblar amalga oshirilgan elektron jadval kitobining boshqa varaqlaridagi kataklarga havolalar bo'lishi kerak! Agar ushbu talab bajarilmasa, tekshirish dasturi "Ma'lumot taqdimoti xatosi" xabarini beradi.

2. Eksperimental ma'lumotlardan (nuqtalardan) olingan va ko'phad (chiziq) bilan yaqinlashtirilgan yopishqoqlikning haroratga bog'liqligi va yopishqoqlikning logarifmining haroratga bog'liqliklarining to'g'ri tuzilgan grafiklari barcha kerakli belgilar imzolari bilan elektron jadvallarning alohida varaqlarida. Nazorat savollari

1. CaO, Na 2 O, SiO 2, B 2 O 3, Al 2 O 3 dan tashkil topgan oksid eritmasining tarkibiy qismlari qanday shaklda bo'ladi?

2. Yopishqoqlik koeffitsienti deb nimaga aytiladi?

3. Shlak qovushqoqligining haroratga bog’liqligi unga asosli oksidlar qo’shilganda qanday o’zgaradi?

4. Yopishqoqlik qanday birliklarda o'lchanadi?

5. Viskozimetr konstantasi qanday aniqlanadi?

6. Yopishqoq oqimning aktivlanish energiyasi nima bilan belgilanadi?

7. Harorat ortishi bilan qovushqoqlikning kamayishi sababi nimada?

8. Yopishqoq oqimning aktivlanish energiyasi qanday hisoblanadi?

2.6 Marganetsni oksid eritmasidan po'latga qaytarish

(Ish №18)

2.6.1 Metall va cürufning elektrokimyoviy o'zaro ta'sirining umumiy qonuniyatlari

Suyuq metallning erigan cüruf bilan o'zaro ta'sir qilish jarayonlari katta texnik ahamiyatga ega va ko'plab metallurgiya birliklarida sodir bo'ladi. Ushbu birliklarning mahsuldorligi, shuningdek, tayyor metallning sifati asosan ma'lum elementlarning fazalar chegarasi orqali o'tish tezligi va to'liqligi bilan belgilanadi.

Turli fazalarda bir vaqtning o'zida sezilarli miqdordagi fizik va kimyoviy jarayonlarning sodir bo'lishi, yuqori haroratlar, gidrodinamik va issiqlik oqimlarining mavjudligi ishlab chiqarish va laboratoriya sharoitida fazalarning o'zaro ta'siri jarayonlarini eksperimental o'rganishni qiyinlashtiradi. Bunday murakkab tizimlar ko'rib chiqilayotgan ob'ektning individual, lekin eng muhim tomonlarini aks ettiruvchi modellar yordamida o'rganiladi. Ushbu ishda metall-shlak interfeysida sodir bo'ladigan jarayonlarning matematik modeli tarkibiy qismlarning hajm konsentratsiyasining o'zgarishini va ularning fazalararo chegaradan o'tish tezligini vaqt funktsiyasi sifatida tahlil qilish imkonini beradi.

Marganetsning oksid eritmasidan qaytarilishi elektrokimyoviy yarim reaksiyaga ko'ra sodir bo'ladi:

(Mn 2+) + 2e =

Yordamchi jarayonlar oksidlanish jarayonlari bo'lishi kerak. Shubhasiz, bu temir oksidlanish jarayoni bo'lishi mumkin.

= (Fe2+) + 2e

yoki po'lat tarkibidagi aralashmalar, masalan, kremniy. To'rt zaryadlangan kremniy ioni cürufda bo'lishi mumkin emasligi sababli, bu jarayon elektrokimyoviy yarim reaksiyaga muvofiq silikon-kislorod tetraedrining shakllanishi bilan birga keladi:

4(O 2-) \u003d (SiO 4 4-) + 4e

Berilgan elektrod yarim reaksiyalaridan faqat bittasining mustaqil oqimi mumkin emas, chunki bu fazalar chegarasida elektr er-xotin qatlamda zaryadlarning to'planishiga olib keladi, bu esa moddaning o'tishini oldini oladi.

Ularning har biri uchun muvozanat holati muvozanat elektrod potensiali bilan tavsiflanadi ()

standart potentsial qayerda, moddaning oksidlangan va qaytarilgan shakllarining faolligi; z elektrod jarayonida ishtirok etadigan elektronlar soni, R universal gaz doimiysi, F Faraday doimiysi, T- harorat.

Marganetsning cürufdan metallga qisqarishi kamida ikkita elektrod yarim reaksiyalarining birgalikda yuzaga kelishi natijasida amalga oshiriladi. Ularning tezligi interfeysda zaryadlar to'planib qolmasligi uchun o'rnatiladi. Bunday holda, metallning potentsiali statsionar qiymatni oladi, bunda elektronlarning hosil bo'lish va assimilyatsiya qilish tezligi bir xil bo'ladi. Haqiqiy o'rtasidagi farq, ya'ni. statsionar, potentsial va uning muvozanat qiymati, elektrodning polarizatsiyasi (ortiqcha kuchlanish) deb ataladi, . Polarizatsiya tizimni muvozanatdan olib tashlash darajasini tavsiflaydi va elektrokimyoviy kinetika qonunlariga muvofiq komponentlarning fazalar chegarasi orqali o'tish tezligini aniqlaydi.

Klassik termodinamika nuqtai nazaridan, marganetsni shlakdan temirda erigan kremniy bilan qaytarish jarayonlari tizimda u yoki bu yo'nalishda sodir bo'ladi:

2(MnO) + = 2 + (SiO 2) H = -590 kJ / mol

va erituvchining o'zi (marganetsning shlakdagi temir oksidi bilan oksidlanishi

(MnO)+=+(FeO)=. H = 128 kJ/mol

Rasmiy kinetika nuqtai nazaridan, masalan, kinetik rejimda muvozanatdan uzoqda bo'lgan metall tarkibidagi kremniy miqdorining o'zgarishi bilan aniqlangan birinchi reaktsiya tezligi marganets oksidi konsentratsiyasining mahsulotiga bog'liq bo'lishi kerak. ma'lum darajada metallda cüruf va kremniy. Diffuziya rejimida reaktsiya tezligi diffuziyaga to'sqinlik qiladigan komponentning konsentratsiyasiga chiziqli bog'liq bo'lishi kerak. Shunga o'xshash mulohazalarni ikkinchi reaktsiya uchun ham qilish mumkin.

Faoliyatlar bilan ifodalangan reaksiya muvozanat konstantasi

faqat harorat funktsiyasidir.

Marganetsning shlak va metalldagi muvozanat konsentrasiyalarining nisbati

marganetsning tarqalish koeffitsienti deb ataladi, bu esa, aksincha, fazalar tarkibiga bog'liq va bu elementni cüruf va metall o'rtasida taqsimlashning miqdoriy xarakteristikasi bo'lib xizmat qiladi.

2.6.2 Jarayon modeli

Simulyatsiya modeli CaO - MnO - FeO - SiO 2 - Al 2 O 3 oksidi eritmasi va tarkibida Mn va Si bo'lgan suyuq temir o'rtasida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan uchta elektrod yarim reaktsiyasini aralashmalar sifatida ko'rib chiqadi. Ularning oqimining diffuziya rejimi haqida faraz qilinadi. Shlakdagi Fe 2+ zarralari, metalldagi kremniy va marganetsning har ikki fazada tarqalishini inhibe qilish hisobga olinadi. Modelni tavsiflovchi umumiy tenglamalar tizimi shaklga ega

qayerda υ ј elektrodning yarim reaksiya tezligi, ē j- qutblanish, men j cheklovchi diffuziya oqimining zichligi, D j- diffuziya koeffitsienti, b - konvektiv doimiy, Cj- diqqat.

Simulyatsiya modeli dasturi (18.4) - (18.8) tenglamalar tizimini echishga imkon beradi, bu esa metallning cüruf bilan o'zaro ta'sirida vaqt o'tishi bilan tarkibiy qismlarning hajm konsentratsiyasi va ularning o'tish tezligi qanday o'zgarishini aniqlash imkonini beradi. Hisoblash natijalari ko'rsatiladi. Monitor ekranidan olingan ma'lumotlar asosiy komponentlarning kontsentratsiyasi, ularning joriy qiymatlari, shuningdek, harorat qiymatlari va konveksiya konstantalaridagi o'zgarishlarning grafik tasvirini o'z ichiga oladi (8-rasm).

Metall va cürufning o'zaro ta'sirini simulyatsiya modeli uchun dasturning blok diagrammasi 7-rasmda ko'rsatilgan. Dastur belgilangan simulyatsiya vaqti o'tgandan keyingina to'xtaydigan tsiklda ishlaydi (taxminan 10 minut).

7-rasm - Simulyatsiya modeli dasturining blok diagrammasi

2.6.3 Ish tartibi

Simulyatsiya dasturi tomonidan yaratilgan tasvir 8-rasmda (o'ng panelda) ko'rsatilgan. O'lchangan miqdorlarning tanlangan raqamli qiymatlari panelning yuqori qismida berilgan, jarayonni simulyatsiya qilish paytida olingan barcha qiymatlar grafikda ko'rsatiladi. Metall va cüruf eritmalarining tarkibiy qismlarini belgilashda metallurgiya adabiyotida qabul qilingan qo'shimcha belgilar qo'llaniladi. Kvadrat qavslar komponentning metall eritmasiga, yumaloq qavslar esa cürufga tegishli ekanligini ko'rsatadi. Komponent belgilaridagi ko'paytirgichlar faqat chizmachilik uchun ishlatiladi, qiymatlarni sharhlashda ularni hisobga olmaslik kerak. Model ishlayotgan vaqtda har qanday vaqtda faqat o'lchangan qiymatlardan birining qiymati ko'rsatiladi. 6 soniyadan so'ng u yo'qoladi va keyingi qiymatning qiymati paydo bo'ladi. Ushbu vaqt oralig'ida keyingi qiymatni yozib olish uchun vaqt kerak bo'ladi. Vaqtni tejash uchun doimiy raqamlarni, masalan, harorat qiymatidagi etakchi birlikni yozmaslik tavsiya etiladi.

8-rasm. Jarayonlarning turli bosqichlarida 18-sonli ishni bajarish paytida monitor ekranining tasviri.

O'rnatish boshlanganidan keyin to'rt-besh daqiqadan so'ng, shlakga oldindan qizdirilgan marganets oksidi qo'shing, bu Alt tugmachasini va asosiy klaviaturadagi raqam tugmachasini bir vaqtning o'zida o'rnatishingiz raqami bilan bosish orqali amalga oshiriladi. Natijalarni qayta ishlash tartibi:

1. Elektron jadval fayliga ma'lumotlarni qo'lda yozib olish natijalarini kiriting.

2. 1400 kg metall eritmasi massasi bo'lgan cürufga marganets oksidi qo'shilishidan oldin va keyin elementlarning fazalararo chegaradan o'tish jarayonlari tezligini va bu qiymatlarning logarifmlarini hisoblang.

3. Haroratning vaqtga bog'liqligi, marganetsning vaqt bo'yicha o'tish tezligi, kremniyning metalldagi kremniy konsentratsiyasining logarifmi bo'yicha o'tish tezligining logarifmi bo'yicha grafiklarning alohida varaqlari bo'yicha chizma.

4. Eng kichik kvadratlar usuli yordamida kremniy o'tish jarayonining kinetik xususiyatlarini baholang.

Sinov natijalari:

1. Oldingi bo'limda sanab o'tilgan to'g'ri ishlab chiqilgan jadvallar, barcha kerakli imzolar va belgilar bilan alohida jadvallar varag'ida.

2-rasm. Xatolarni ko'rsatadigan marganets oksidi kiritilishidan oldin va keyin kremniy oksidlanish reaktsiyasi tartibining qiymatlari.

3. Ish yuzasidan xulosalar.

Nazorat savollari

1. Nima uchun po'lat ishlab chiqarish jarayonlarini modellashtirish kerak?

2. Metall va cüruf o'rtasidagi o'zaro ta'sirning tabiati qanday va u qanday namoyon bo'ladi?

3. Qanday potensial statsionar deyiladi?

4. Qanday potensial muvozanat deyiladi?

5. Elektrod polarizatsiyasi (ortiqcha kuchlanish) deb nimaga aytiladi?

6. Marganetsning metall va shlak o'rtasida taqsimlanish koeffitsienti qanday?

7. Metall va shlak orasidagi marganetsning tarqalish konstantasi nima bilan belgilanadi?

8. Diffuziya rejimida marganetsning metalldan shlakga o'tish tezligiga qanday omillar ta'sir qiladi?

Adabiyotlar ro'yxati

1. Linchevskiy, B.V. Metallurgiya tajribasi texnikasi [Matn] / B.V. Linchevskiy. - M.: Metallurgiya, 1992. - 240 b.

2. Arsentiev, P.P. Metallurgiya jarayonlarini o'rganishning fizik-kimyoviy usullari [Matn]: universitetlar uchun darslik / P.P. Arsentiev, V.V. Yakovlev, M.G. Krasheninnikov, L.A. Pronin va boshqalar - M .: Metallurgiya, 1988. - 511 p.

3. Popel, S.I. Eritilgan metallning gaz va cüruf bilan o'zaro ta'siri [Matn]: darslik / S.I. Popel, Yu.P. Nikitin, L.A. Barmin va boshqalar - Sverdlovsk: ed. UPI ularni. SM. Kirova, 1975, - 184 b.

4. Popel, S.I. Metallurgiya jarayonlari nazariyasi [Matn]: darslik / S.I. Popel, A.I. Sotnikov, V.N. Boronenkov. - M.: Metallurgiya, 1986. - 463 b.

5. Lepinskix, B.M. Metall va cüruf eritmalarining transport xususiyatlari [Matn]: Qo'llanma / B.M. Lepinskix, A.A. Belousov / Pod. ed. Vatolina N.A. - M.: Metallurgiya, 1995. - 649 b.

6. Belay, G.E. Metallurgiya tajribasini tashkil etish [Matn]: darslik / G.E. Belay, V.V. Dembovskiy, O.V. Sotsenko. - M.: Kimyo, 1982. - 228 b.

7. Panfilov, A.M. Yuqori haroratlarda termodinamik xususiyatlarni hisoblash [Elektron resurs]: barcha ta'lim shakllarining metallurgiya va fizika muhandislik fakultetlari talabalari uchun o'quv qo'llanma / A.M. Panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: USTU-UPI, 2009. - 33 p.

8. Panfilov, A.M. Excel elektron jadvallarida termodinamik hisoblar [Elektron resurs]: barcha ta'lim shakllarining metallurgiya va fizika-texnika fakultetlari talabalari uchun ko'rsatmalar / A.M.Panfilov, N.S. Semenova - Yekaterinburg: UGTUUPI, 2009. - 31 p.

9. Fizikaviy va kimyoviy miqdorlarning qisqacha ma'lumotnomasi / ostida. ed. A.A. Ravdel va A.M. Ponomarev. L.: Kimyo, 1983. - 232 b.

Qidiruv natijalarini toraytirish uchun siz qidiruv uchun maydonlarni belgilash orqali so'rovni aniqlashtirishingiz mumkin. Maydonlar ro'yxati yuqorida keltirilgan. Masalan:

Bir vaqtning o'zida bir nechta maydonlarni qidirishingiz mumkin:

mantiqiy operatorlar

Standart operator hisoblanadi VA.
Operator VA Hujjat guruhdagi barcha elementlarga mos kelishi kerakligini anglatadi:

tadqiqot ishlab chiqish

Operator YOKI hujjat guruhdagi qiymatlardan biriga mos kelishi kerakligini anglatadi:

o'rganish YOKI rivojlanish

Operator EMAS ushbu elementni o'z ichiga olgan hujjatlar bundan mustasno:

o'rganish EMAS rivojlanish

Qidiruv turi

So'rovni yozishda siz iborani qidirish usulini belgilashingiz mumkin. To'rtta usul qo'llab-quvvatlanadi: morfologiyaga asoslangan qidiruv, morfologiyasiz, prefiksni qidirish, iborani qidirish.
Odatiy bo'lib, qidiruv morfologiyaga asoslanadi.
Morfologiyasiz qidirish uchun iboradagi so'zlardan oldin "dollar" belgisini qo'yish kifoya.

$ o'rganish $ rivojlanish

Prefiksni qidirish uchun so'rovdan keyin yulduzcha qo'yish kerak:

o'rganish *

So'z birikmasini qidirish uchun so'rovni qo'sh tirnoq ichiga qo'shishingiz kerak:

" tadqiqot va ishlanmalar "

Sinonimlar bo'yicha qidirish

Qidiruv natijalariga so'zning sinonimlarini kiritish uchun xesh belgisini qo'ying " # " so'zdan oldin yoki qavs ichidagi iboradan oldin.
Bitta so'zga qo'llanilganda, uning uchta sinonimi topiladi.
Qavs ichidagi iboraga qo'llanganda, agar topilgan bo'lsa, har bir so'zga sinonim qo'shiladi.
Morfologiyasiz, prefiks yoki iboralarsiz qidiruvlar bilan mos kelmaydi.

# o'rganish

guruhlash

Qavslar qidiruv iboralarini guruhlash uchun ishlatiladi. Bu sizga so'rovning mantiqiy mantiqini boshqarish imkonini beradi.
Masalan, siz so'rov qilishingiz kerak: muallifi Ivanov yoki Petrov bo'lgan hujjatlarni toping va sarlavhada tadqiqot yoki ishlanma so'zlari mavjud:

Taxminiy so'z qidirish

Uchun taxminiy qidiruv siz tilda qo'yishingiz kerak " ~ " iboradagi so'z oxirida. Masalan:

brom ~

Qidiruv "brom", "rom", "prom" kabi so'zlarni topadi.
Siz qo'shimcha ravishda belgilashingiz mumkin maksimal miqdor mumkin bo'lgan tahrirlar: 0, 1 yoki 2. Masalan:

brom ~1

Standart - 2 ta tahrir.

Yaqinlik mezoni

Yaqinlik bo'yicha qidirish uchun tilda qo'yish kerak " ~ " ibora oxirida. Masalan, tadqiqot va ishlanma so'zlari 2 so'z ichida bo'lgan hujjatlarni topish uchun quyidagi so'rovdan foydalaning:

" tadqiqot ishlab chiqish "~2

Ifodaning dolzarbligi

Qidiruvda alohida iboralarning ahamiyatini o'zgartirish uchun "belgisidan foydalaning. ^ " iboraning oxirida, so'ngra ushbu iboraning boshqalarga nisbatan tegishlilik darajasini ko'rsating.
Daraja qanchalik baland bo'lsa, berilgan ifoda shunchalik mos keladi.
Masalan, bu iborada “tadqiqot” so‘zi “rivojlanish” so‘zidan to‘rt barobar ko‘proq o‘rin tutadi:

o'rganish ^4 rivojlanish

Odatiy bo'lib, daraja 1. Yaroqli qiymatlar ijobiy haqiqiy sondir.

Interval ichida qidirish

Ba'zi maydonning qiymati bo'lishi kerak bo'lgan intervalni belgilash uchun siz operator tomonidan ajratilgan qavslar ichida chegara qiymatlarini ko'rsatishingiz kerak. TO.
Leksikografik saralash amalga oshiriladi.

Bunday so'rov muallif bilan Ivanovdan boshlab Petrov bilan yakunlangan natijalarni qaytaradi, ammo Ivanov va Petrov natijaga kiritilmaydi.
Qiymatni intervalga kiritish uchun kvadrat qavslardan foydalaning. Qiymatdan qochish uchun jingalak qavslardan foydalaning.