12.03.2013

Beata Kozak

Monika Machał

Monika Olech

Metalurgia III rok

Grupa 2, zespół 1

Sprawozdanie

Układ równowagi Cu-Fe-S

Wstęp teoretyczny.

Siarczkowe rudy miedzi po uprzednim kruszeniu i mieleniu poddaje się procesowi flotacji, którego celem jest oddzielenie od koncentratu skały płonnej. Koncentrat po wysuszeniu kieruje się do procesu wytapiania kamienia miedziowego. W wyniku tego procesu uzyskuje się dwie fazy: siarczkową i tlenkową. Fazę siarczkową stanowi kamień miedziowy, a fazę tlenkową żużel. Rozdział tych faz następuje na zasadzie różnicy gęstości, przy czym górną warstwę stanowi żużel, a dolną kamień. Do kamienia miedziowego przechodzi praktycznie cała miedź zawarta w koncentracie (przy zawartości 40℅ Cu w kamieniu miedziowym, zawartość Cu w żużlu wynosi ok. 0,4℅).

Kamień miedziowy jest stopem siarczku miedzi z siarczkiem żelaza (Cu₂S z FeS) oraz pewnej ilości trudno rozpuszczalnych domieszek tj.: Fe₃O₄, Au, Ag, As, Sb, Bi, oraz wielu innych. Zawartość miedzi w kamieniu miedziowym waha się w granicach 10÷60℅.

Skład kamieni miedziowych można wyznaczyć z układu potrójnego Cu-Fe-S przy założeniu, że w kamieniu występują tylko te trzy składniki:

Koncentraty poddawane procesowi wytopu kamienia miedziowego zawierają w sobie zawsze większą niż to jest konieczne ilość siarki. Naddatek ten zostaje jednak odprowadzony w trakcie procesu. Zawartość siarki nie może, więc przekraczać, linii Cu₂S-FeS.

Ze względu na ograniczoną rozpuszczalność w stanie ciekłym Cu₂S w czystym Cu w powyższym układzie potrójnym występuje obszar dwóch niemieszających się cieczy, z których pierwszą stanowi roztwór Cu-Fe, a drugą roztwór Cu₂S-FeS. Z przesyconego roztworu Cu-Fe może wytrącić się żelazo w postaci stałej ze względu na swą wysoką temperaturę topnienia (1539^oC).

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z właściwościami układu Cu-Fe-S.

Przebieg doświadczenia.

1. Przygotowano próbki o masie 5g z następujących składników: Cu₂S, FeS, Cu, Fe wg. Wyznaczonych punktów układu Cu-Fe-S podanych przez prowadzącego ćwiczenia.

2. Przygotowane próbki umieszczono w tyglu grafitowym i stopiono pod przykryciem w temperaturze 1200-1300^OC.

3. Po stopieniu i ostudzeniu przełamano próbki na pół, aby sprawdzić czy utworzyły się rozwarstwienia.

Wyniki.

M_Cu=63,5

M_Cu2S=159

M_Fe=55,9

M_FeS=87,9

M_S=32

Nr próbki	Cu [%]	Fe [%]	S [%]	Cu2S [g]	FeS [g]	Cu [g]	Fe [g]
1	50	25	25	2,68	1,96	0,36	-
2	70	18	12	2,98	-	1,12	0,9

Przykładowe obliczenia dla próbki 1:

55,9 [g/mol] - 87,9 [g/mol]

1,25 [g] - x [g]

x=1,96 [g] FeS

32[g/mol] - 87,9 [g/mol]

X [g] - 1,96 [g]

X=0,71 [g] tyle siarki jest zawarte w 1,96g FeS

1,25[g]-0,71[g]=0,54 [g]

Należy jeszcze dodać 0,54g S w postaci związku Cu₂S

0,54 [g] - x[g]

32[g/mol] - 159 [g/mol]

X=2,68 [g] Cu₂S

159[g/mol] - 127[g/mol]

2,68 [g] - x [g]

X=2,14 [g] Cu jest zawarte w 2,68g Cu₂S

2,5[g]-2,14[g]=0,36[g] Cu

Obserwacja wyglądu próbek po stopieniu ich w piecu.

Skład próbki nr 1 znajdował się na prostej Cu₂S-FeS. Z roztworu wykrystalizowała się miedź, co jest spowodowane jej dużą zawartością. Nie obserwujemy rozwarstwienia, ponieważ skład tego roztworu występuje poza obszarem ograniczonej rozpuszczalności.

Skład próbki nr 2 znajdował się w obszarze ograniczonej rozpuszczalności. W tym przypadku obserwujemy rozwarstwienie, w którym górną fazę stanowi mieszanina siarczków, a dolną stop Cu-Fe. Rozdział tych faz jest możliwy ze względu na różnice gęstości, i tak faza o większej gęstości znajduje się na dole.

Wnioski.

Układ Cu-Fe-S pozwala na określenie rodzaju produktów powstałych w procesie wytopu kamienia miedziowego. Praktyczny skład kamieni miedziowych jest zbliżony do składu próbki nr 1. Natomiast ograniczona rozpuszczalność, która ma miejsce w składzie próbki nr 2 jest wykorzystywana podczas procesu konwertorownia kamienia miedziowego, który jest kolejnym etapem w szeregu operacji mających na celu uzyskanie miedzi metalicznej o jak najniższej zawartości zanieczyszczeń.