CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA XỈ VÀ KIM LOẠI LỎNG MỞ ĐẦU • Xỉ sản phẩm tạo thành trình luyện kim Do hình thành chủ yếu từ oxit tạp chất khác nên xỉ có thành phần cấu trúc tính chất hố lý vơ phức tạp Những cơng trình nghiên cứu gần rằng: xỉ luyện kim chứa hàng trăm khống chất khác nhau, khoảng 70% silicát, aluminium silicat, phốt phát, ferit sunfua, khoảng 14% spinen, 4% oxit tự 9% khống chất cịn lại Theo thành phần hoá học, xỉ thường chia làm loại: - Xỉ axit chứa cấu tử chủ yếu SiO2, 50 - 60% - Xỉ bazơ chứa oxit kiềm CaO, MgO trội • Trong số trường hợp người ta sử dụng loại xỉ trung tính, xỉ chứa lượng oxit kiềm oxit axit gần • Các oxit phân chia thành loại: oxit kiềm: CaO, MgO, FeO, MnO, oxit axit: SiO2, P2O5 oxit lưỡng tính hay trung tính: Al2O3, Fe2O3 • Theo hàm lượng FeO xỉ người ta phân biệt xỉ oxy hoá với hàm lượng FeO > 1,5% xỉ hoàn nguyên (khử oxy) với hàm lượng FeO < 1% • Theo phương pháp sản xuất, xỉ cịn trình bày theo bảng • Trong luyện kim xỉ có vai trị vơ quan trọng Các tính chất hố - lí xỉ có ảnh hưởng lớn đến tiến độ trình nấu luyện ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm kim loại Trong nhiều trường hợp, để khống chế thành phần tính chất kim loại, nấu luyện người ta phải thông qua điều chỉnh thành phần tính chất xỉ Trong trình luyện kim người ta địi hỏi xỉ phải đáp ứng yêu cầu khác nhau, chí phương pháp nấu luyện xỉ phải đáp ứng yêu cầu phức tạp Bảng 1: Thành phần hoá học số xỉ luyện kim, % Loại xỉ CuO SiO2 MgO Al2O3 FeO MnO P2O5 S Xỉ lò cao 35 - 50 35 - 40 - 17 - 17 0,3 - 0,7 0,1 - - 0,3 - 2,5 Lò thổi oxy 20 - 40 25 - 30 2-5 1-2 22 - 30 - 10 3-5 - Lò Mactanh 40- 45 18 - 25 - 12 4-7 - 10 6-8 1-2 0,05 - 0,112 Lò điện 50 - 60 12- 18 - 15 2-4 0,2 - 1,5 0,2 - 0,5 0,1 - 0,1- 0,4 • Ví dụ, luyện thép lị điện thời kì oxi hố, xỉ phải chuyển vận oxy nhanh, khử phốt tốt, có nghĩa bên cạnh yếu tố khác, xỉ phải có độ chảy lỗng tốt Mặt khác thời kì hồn nguyên, để khử oxi cuối mẻ nấu, xỉ phải bảo vệ thép lỏng trước mơi trường oxi hố Do xỉ lại phải có độ chảy lỗng vừa phải Trong nhiều trường hợp khác, ví dụ khử oxi khuếch tán xỉ phải có độ chảy lỗng tốt khả thu nhận oxit cao từ kim loại lỏng Tương tác xỉ kim loại xác định mức độ tinh luyện kim loại khỏi O, S, P, khí thể tạp chất phi kim loại khác • Để đáp ứng địi hỏi khác đặc biệt điều chỉnh tính chất hố lí xỉ theo mong muốn, cần thiết phải nắm vững tính chất xỉ như: nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt, độ đồng đều, khuynh hướng sôi, độ dẫn nhiệt, độ dẫn điện, sức căng mặt khả xạ bề mặt xỉ • Nhiệm vụ xỉ luyện kim tóm tắt sau: a) Xỉ phải tạo điều kiện thuận lợi cho trình nấu luyện để đạt tiêu kinh tế - kĩ thuật cao b) Xỉ phải tạo mơi trường tốt để thực phản ứng hố học nhằm khử bỏ tạp chất có hại chuyển vào kim loại nguyên tố có lợi Cr, Ni, Ti c) Thông qua xỉ điều chỉnh q trình vận chuyển oxi từ pha khí vào pha kim loại bảo vệ bề mặt kim loại trước oxi hoá xâm nhập tạp chất khí d) Đảm bảo truyền nhiệt từ khí lò vào kim loại với tốc độ cần thiết, khử oxy tạp chất khác khỏi kim loại đồng hoá chúng e) Bảo vệ thể xây nồi lò trường hợp tăng nhiệt nhanh g) Xỉ phải có tính chất thích hợp để sử dụng tuần hoàn để sản xuất vật liệu xây dựng CẤU TRÚC CỦA XỈ LỎNG • Cấu trúc xỉ lỏng định tính chất nó, hàng chục năm qua người ta cố gắng nghiên cứu kĩ lưỡng lĩnh vực Biết cấu trúc xỉ lỏng biết chế tượng hố -lí xảy pha kim loại - xỉ - khí q trình luyện kim, điều khiển trình theo chiều hướng mong muốn Tuy vậy, xỉ lỏng có cấu trúc so với kim loại lỏng muối nóng chảy phức tạp nhiều, đến cịn nhiều vấn đề chưa giải thích rõ ràng có cịn mâu thuẫn, cần phải tiếp tục nghiên cứu Sau nghiên cứu hai học thuyết phổ biến xỉ: Thuyết phân tử thuyết ion Lí thuyết phân tử xỉ: •Thuyết phân tử cho rằng: xỉ lỏng tập hợp oxit liên kết oxit tự do, có oxit tự tham gia phản ứng hoá học Cơ sở thuyết phân chia oxit làm loại: bazơ, axit lưỡng tính Cụ thể là: - Oxit kiềm: CaO, Na2O, K2O, MgO, FeO, MnO, BaO, ZnO - Oxit axit: SiO2, P2O5, Cr2O3, WO3, V2O5, MoO3 - Oxit lưỡng tính: Al2O3, Fe2O3 •Theo ngun tắc, xỉ lỏng oxit kiềm kết hợp với oxit axit tạo thành hợp chất 3CaO.P 2O5, 2FeO.SiO2 từ ứng dụng số cân bằng, phân ly, hoạt độ •Cũng từ phân chia mà thực tế thường xuyên đánh giá theo tỉ số % CaO/%SiO2 gọi độ kiềm tiếp đó, nhà nghiên cứu luyện kim sử dụng loạt độ kiềm khác (xem bảng 2) Bảng 2: Một số phương pháp tính độ kiềm theo thuyết phân tử 1– 2– 3– 4– 5– 6– 7– 8– %CaO  %SiO2  %CaO  % MgO %SiO2  %CaO  %SiO2 )  %( Al2O3  %CaO  %SiO2 )  %( P2O5  ( MeO)  3( P2O5 ) ( SiO2 ) %CaO  1,4%( MgO) % SiO2  0,84.% P2O5 MeO 1 ( SiO2 )  2( P2O5 )  ( Al2O3 )  ( Fe2O3 ) 2 CaO  4( P2O5 ) SiO2  - %(CaO) - 1,86% (SiO2) - 1,19%(P2O5) 10 - (MeO) - 2(SiO2) - 4(P2O5) - 2(Al2O3) - (Fe2O3) 11 - (CaO) + 2/3(MgO) - (SiO2) - (Al2O3) CaO  ( MgO) 12 - ( SiO2 )  ( Al 2O3 ) • Đầu tiên người ta cho rằng: xỉ luyện kim dung dịch lí tưởng phân tử phức hợp không phân li Quan niệm tồn thời gian dài bất lực khơng giải thích số tượng thực tế luyện kim Ví dụ, đo hoạt độ FeO hệ xỉ FeO - CaO - SiO luôn bị sai lệch dương so với dung dịch lí tưởng, hay dung dịch oxit sắt tương ứng với thành phần hóa học 2FeO.SiO khơng có tác dụng hố học khơng có FeO tự nên hoạt độ FeO không, thực tế lại mà a FeO = 0,7 • Tiếp nhà nghiên cứu giả sử chứng minh phần tử phức hợp xỉ luyện kim CaO.SiO 2, 2FeO.SiO2, 2MnO.SiO2, 2CaO.Fe3O4, 4CaO.P2O5, 2MgO.FeO.SiO2, 2CaO.Al2O3.SiO2 bị phân ly phần Sự phân li phần tử có quy luật phụ thuộc vào nhiệt độ Ví dụ, số cân phân li K 2FeO.SiO biểu thị sau:  % FeO  (% SiO2 ) K (2FeO.SiO2) ⇋ 2(FeO) + (SiO2), (%2 FeO.SiO2 )