yandex.metrica
Основы сталеплавильных процессов

Распределение компонентов между контактирующими фазами

Если две или несколько контактирующих фаз системы находятся во взаимном равновесии, то составы фаз такой гетерогенной системы также находятся во взаимной зависимости одна от другой. В металлур­гии имеют дело с практически не смешивающимися жидкостями — металлом и шлаком. Если вещество растворяется в двух несмешивающихся жидкостях, то, согласно закону распределения, соотноше­ние концентраций (активностей) растворенного в этих жидкостях ве­щества при данной температуре есть величина постоянная.

Растворенное вещество должно иметь одну и ту же молярную форму в обоих растворителях. При постоянной температуре соотно­шение активностей компонента в разных фазах неизменно. Допус­тим, что FеО распределено между металлом и шлаком — фазами, на­ходящимися в равновесии. Тогда при постоянной температуре

a (FеО)/a[FеО⌉ =  соnst = LFеО,

LFеО — коэффициент распределения  FеО.

Для случая распределения в металле и шлаке  FеS получим: a (FеS)/a[FеS⌉ =  LFеS.

Если активность сульфида в шлаковой фазе равна молярной доле, а в металле — его процентному содержанию,то      N(FеS)/[FеS, %⌉ =  LFеS.

При этом степень точности уравнения зависит от пропорциональ­ности между единицами активности и концентрации.

Закон распределения помогает объяснить процессы взаимодейст­вия компонентов в контактирующих фазах.

Скорости перехода веществ определяются диффузионными про­цессами и зависят от температуры, а также от интенсивности переме­шивания фаз. Скорости взаимодействия веществ  зависят от их концентрации. Если скорость взаимодействия веществ  весьма велика по сравнению со скоростью диффузии веществ, то ре­акция заканчивается в тонком слое на поверхности раздела, так как количество молекул А и В, поступающих к поверхности раздела, не­велико, а скорость их взаимодействия достаточно большая.

Скорость образования вещества  зависит от интенсивности под­вода реагирующих веществ к поверхности раздела фаз и от скорости от­вода продуктов реакции. Для оценки перехода вещества из одной фазы в другую путем испарения, растворения, кристаллизации, химического взаимодействия используют понятие химического потенциала, являю­щегося, по существу, движущей силой при переходе массы из одной фазы в другую, из одного состояния в другое. Условием фазового рав­новесия (равновесия в многофазной системе), помимо равенства тем­пературы и давления всех фаз, является равенство химических потен­циалов каждого компонента во всех фазах (правило фаз Гиббса).

Химический потенциал иногда сравнивают с температурой, кото­рая является движущей силой при передаче тепла от тела с более вы­сокой температурой к телу с более низкой температурой. Аналогич­но этому перенос массы вещества протекает самопроизвольно от ве­щества с большим химическим потенциалом к веществу с меньшим потенциалом до тех пор, пока значения химических потенциалов не сравняются. Если, например, химический потенциал газа в свобод­ном состоянии больше, чем его потенциал в растворе, то процесс растворения будет продолжаться до выравнивания концентраций данного газа в газовой фазе и в растворе, т.е. до достижения системой состояния равновесия.

Если химический потенциал газа в растворе больше, чем в свобод­ном состоянии, то газ будет до момента установления равновесия вы­деляться из раствора. Если форма существования частиц примеси в фа­зах (в металле и шлаке) не одинакова и зависит от концентрации при­меси, то коэффициент распределения изменяется с изменением концентрации примеси. В системе металл—шлак подобным свойством обладает фосфор. Коэффициент распределения фосфора LР =  (Р205)/[Р] колеблется в пределах 50-300 при первоначальном содер­жании фосфора в металле ≤0,15% и возрастает до 400—1000 при 0,3-0,45% Р.

0

Нажмите здесь, чтобы оставить комментарий