Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

4.3. Исследование фазового состава продуктов фильтрации гартцинка

Для снижения выхода цинка в фильтростатки необходимы сведения о фактическом фазовом составе соединений железа в цинке и фильтростатках.

Для исследования фаз продуктов рафинирования гартцинка отобраны пробы взятые при центробежной фильтрации, которые ниже приведены в табл. 13. Пробы образцов анализировалась химическим и атомно адсобционным методом на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой IRIS Intrepid компании INTERTECH Corporation.

Фазовый состав некоторых образцов определялся в институе ИХТИМС СО РАН методом РФА на дифрактометре ДРОН-3, с рентгеновской трубкой БСВ с медным анодом. Спектр пробы 5 дроссов изображен на рис. 26.

26.tif

Рис. 26. Рентгенограмма образца 5 дроссов. Состав образца 5: Fe – 10,94 %; Al – 8,7 %; остальное Zn

Рентгенограмма на рис. 26 показывает, что проба образца 5, (содержащая Fe – 10,94; Al – 8,7) отобрана от расплава, в котором реакции взаимодействия алюминия с железом не закончены, так как наряду с кристаллами Zn, ZnFe содержат и фазы AlFe и Fe2Al5 [25.4].

Кроме того образцы от фильтрации гартцинка в разных условиях исследованы РСМА и ЯГР спектроскопией. При измерении мессбауровских спектров ЯГР железа использовали источник кобальт-57 в матрице палладия. В качестве эталона для калибровки шкалы скоростей и измерения химических сдвигов применяли металлическое железо. На рис. 27. приведены спектры эталонов сплавов железа с алюминием и цинком.

27.tif

Рис. 27. Сравнение спектра ЯГР дроссов с индивидуальными сплавами. Пробы образцов: 1 – сплав Zn + 4,37 % Fe; δ = 0,27; Г = 0,41 мм/с; 2 – дроссы 8,04 % Fe; 0,22 % Al; δ = 0,45; Г = 0,79 мм/с; 3 – дроссы 11,2 % Fe; 17,36 % Al; δ = 0,5; Г = 0,45 мм/с; 4 – сплав Al + 11 % Fe; δ = 0,21; Г = 0,32 мм/с

Мессбауэровский спектр спла- ва желез с цинком (эталон проба 1) при содержании железа 4,37 % являются одиночной линией с химическим сдвигом 0,27 мм/с и шириной 0,41 мм/с (рис. 27). Мессбауэровский спектр эталона (проба 4 железа с алюминием) при содержании железа в сплаве 10,98 % является суперпозицией квадрупольного дублета с химическим сдвигом 0,21 мм/с и квадрупольным расщеплением 0,32 мм/с и слабоинтенсивных линий, относящихся к магнитной фазе. Мессбауэровские спектры дроссов пробы образца 2 с пренебрежимо малым количеством алюминия является слабоинтенсивным и очень широкими линиями с центром тяжести при 0,45 мм/с и шириной 0,79 мм/с. Это свидетельствует, что в железо-цинковых дроссах присутствует две формы железа разной стехиометрии со связями Fe–Zn. Спектр дроссов образца 3 является ассиметричными (правая компонента более широкая) квадрупольными дублетами, которые приписываются предварительно соединению FeAl2, со средним значением химического сдвига и квадрупольного расщепления 0,5 и 0,45 мм/с, что свидетельствует о существовании двух состояний железа.

Для уточнения указанных положений о составе фаз пробы фильтрации исследованы методом РСМА. Часть образцов сыпучих дроссов заливали сплавом Вуда и готовили шлифы в институте геологии СО РАН. Шлифы проб исследованы в ИНХ СО РАН методом РСМА на спектрометре Camebax SX-50 (фирмы CAMECA) с растровым электронным микроскопом и рентгеновским микроанализатором. Диаметр зонта 0,2–0,3 мкм в стандартном режиме с ускоряющим напряжением 15 кV и током 40 mA. Шаг перемещения образца 1 мкм. В качестве эталонов использованы чистые металлы. Микрозонодовое сканирование выполнено пакетом ADV_CIPP Фирмы САМЕСА. Файлы фото получены с помощью оригинальной программы визуализации данных микрозондового сканирования (автор В. Перевозкин) [26].

В табл. 13 приведены данные количественного анализа выполненные для трех элементов: Zn, Fе, А1. Измерения распределения элементов по поверхности дают cхожие результаты по концентрации цинка от 96 до 97,5 %. Под оптическим микроскопом это голубоватая поверхность цинка с вкраплением серых выпуклых частиц неправильной формы размерами 5–50 мкм. Состав частиц практически одинаков и соответствует FеА1(2,1–2,4) [27].

Таблица 13

Сравнение анализов образцов с исследованием РСМА твердых фаз

Номер проб

Характеристика участка

Fe

Zn

Al

Al/Fe

Zn/Fe

Фаза

1

2

3

4

5

6

7

8

6

T = 530 °С

Анализ исходного металла, вес, %

6,7

87,4

5,85

0,87

 

атом %

7,19

79,9

12,88

1,78

поверхность

4,5

75,7

19,8

4,4

16,8

 

Кристалл 1

25,7

13,6

63,8

2,48

0,53

 

Кристаллы 2,3

26,7

12,6

59,5

2,23

0,47

 

Кристалл 4

4,3

86,9

5,5

1,28

20,2

FeAl1,3

Кристаллы 5,6 30 мкм

27,7

11,4

58,8

2,12

0,41

 

7

Т = 480 °С

Анализ брызг вес, %

0,12

99,6

0,28

2,33

 

атом, %

0,14

99,2

0,67

4,82

Кристалл 1

26,9

11,5

62,7

2,33

0,43

 

Кристалл 2

26,6

11,9

64,3

2,42

0,45

 

1

2

3

4

5

6

7

8

8

Т = 480 °С

Анализ металла, вес, %

1,65

96,5

1,85

1,12

 

атом, %

1,87

93,8

4,33

2,31

Кристалл 1

27,5

12,3

61,9

2,25

0,45

 

поверхность Zn

0,2

97,3

0,5

2,5

487

Fe2Al5

Кристалл 2

27,3

12,1

60,6

2,22

0,44

 

9

Т = 490 °С

Анализ пены вес, %

2

96,4

1,63

0,82

 

атом, %

2,27

93,9

3,82

1,68

поверхность Zn – 1, 2, 3

8,1

84,5

5,1

0,63

10,4

FeZn10

Кристалл 5

27,5

13,5

59,3

2,16

0,49

 

поверхность Zn 4,5

7,9

85,5

5,1

0,65

10,8

FeZn11

Кристалл 6

27,6

12,8

59

2,14

0,46

 

Кристалл 7,8

27

12,6

61,9

2,29

0,47

 

10

Т = 480 °С

Анализ дроссов вес, %

2,81

95

2,24

0,8

 

атом, %

3,16

91,6

5,2

1,64

поверхность Zn 1

8,5

86,9

3,8

0,45

10,2

FeZn10

Кристалл 3

29,1

11,8

55,6

1,91

0,41

 

поверхность Zn 2

7,9

86,1

4,2

0,53

10,9

FeZn11

Кристалл 4,5

26,6

11,9

58,6

2,2

0,45

 

Кристалл 6,7

21,4

27,7

49,5

2,31

1,29

 

Примечание: пробы сыпучих дроссов заливали расплавом Вуда для шлифовки образцов.

Сравнение исходных анализов образцов, приведенных в табл. 13, с результатами исследования состава фаз в этих образцах показывает, что фазовый состав более разнообразней, чем термодинамически предполагалось в первом разделе главы.

В исходном металле проба 6 с Fe – 6,7 % на основном поле исходного металла с кристаллами FeZn10 наблюдаются кристаллы не только состава Fe2Al5∙Zn0,5, но и составов FeAl(2,2–2,3)∙Zn0,5 и FeAl1,3.

По ходу фильтрации металла при T = 480 °С с промежуточным содержанием в ванне Fe – 1,8 % отобрана проба 7 брызг металла из фильтра, которая содержала Fe = 0,12 % в форме FeAl(2,3–2,4)∙Zn0,5. В то время как проба 8 показала, что в ванне осталось 1,65 % Fe в форме Fe2Al5.

В течение фильтрации металла при T = 490 °С с содержанием 3 % Fe на поверхности металла скапливается пена (проба 9), cодержащая 2 % Fe с соотношением Al/Fe = 1,65, в которой железо в основном в форме FeZn(10–11) с кристаллами FeAl(2,1–2,3)∙Zn0,5.

В пробе 10 дроссов из фильтра от фильтрации металла при T = 480 °С с содержанием Fe = 0,6 %, содержится 2,81 % Fe, в форме FeAl2,3∙Zn0,5, и FeAl2∙Zn0,5, но в дроссах содержится и фаза FeZn10.

На рис. 28 представлено изображение участка поверхности образца 11 на основе регистрации сигнала отраженных электронов в виде сине-фиолетовых чаcтиц фазы Fе–А1.

28.tif

Рис. 28. Фото участка поверхности образца 11

На рис. 28 фото шлифа пробы 11 в окне на фоне множества красных точек FeZn и коричневых точек FeAl можно выделить более крупные кристаллы FeAl.

Таблица 14

Структура диссперсности фаз поля шлифа образца 11

Штук

Размер, мм

мкм

S, мкм2

Ssum

Доля, %

18

< 4

15

175

3159

29,1

11

4-6

23

413

4539

41,8

2

6-12

45

1579

3159

29,1

На поле фазы FeZn10 отмечается высокая доля 70,9 % фракций менее 23 мкм фаз соединений Fe2Al5∙Zn0,5, FeAl1,3, FeAl(2,1–2,3)∙Zn0,5.


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

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252