Xét riêng h các kim lo i có trong b t vàng thô, thành ph n % các kim lo i trong h đ c trình bày trong b ng 2.1.
B ng 2.1 Thành ph n % các kim lo i trong b t vàng thô
Nguyên t Au Ag Fe Cu Zn Thành ph n (%) trong b t qu ng 4,11 2,17 8,39 10,94 6,01 Thành ph n (%) trong h kim lo i 13 6,86 26,53 34,60 19,01
Kh o sát m t s gi n đ tr ng thái c a các kim lo i nh sau:
a) H Au - Ag - Cu: B ng 2.2 Thành ph n % h Au – Ag - Cu Nguyên t Au Ag Cu Thành ph n (%) trong h kim lo i 13 6,86 34,60 Thành ph n (%) trong h Au-Ag-Cu 23,87 12,60 63,53 Thành ph n mol 0,121 0,116 0,993
Hình 2.2 Gi n đ tr ng thái h 3 c u t Au - Ag - Cu
T gi n đ tr ng thái và thành ph n mol trong h 3 c u t Au-Ag-Cu ta th y nhi t đ nóng ch y c a h kho ng 1000 oC. b) H Ag – Au – Zn: B ng 2.3 Thành ph n % h Au – Ag - Zn Nguyên t Au Ag Zn Thành ph n (%) trong h kim lo i 13 6,86 19,01 Thành ph n (%) trong h Au-Ag-Zn 33,44 17,65 48,91 Thành ph n mol 0,17 0,16 0,75
Hình 2.3 Gi n đ tr ng thái h 3 c u t Au - Ag – Zn
T gi n đ tr ng thái và thành ph n mol c a h 3 c u t Au-Ag-Zn ta th y nhi t đ nóng ch y c a h nh h n 700 oC, khi thành ph n Zn t ng lên thì nhi t đ nóng ch y c a h càng gi m. Do v y trong quá trình ph i li u đ n u luy n, ngoài thành ph n x ta có th cho thêm Zn đ cho nhi t đ nóng ch y c a h th p h n.
c) H Au – Ag – Pb:
T ng t , kh o sát gi n đ tr ng thái 3 c u t Au - Ag – Pb ta th y Pb c ng đóng vai trò làm cho nhi t đ nóng ch y c a h gi m. Trong b t vàng thô c a chúng ta kh o sát không có chì, tuy nhiên khi n u luy n ta c ng có th cho thêm Pb đ làm gi m nhi t đ nóng ch y và làm ch t m i đ t p h p kim lo i khi nóng ch y.
Hình 2.4 Gi n đ tr ng thái h 3 c u t Au - Ag – Pb d) H Cu – Zn: Vùng kh o sát 950 0C
B ng 2.4 Thành ph n % h Cu - Zn Nguyên t Cu Zn Nguyên t Cu Zn Thành ph n (%) trong h kim lo i 34,60 19,01 Thành ph n (%) trong h Au- Ag-Zn 64,54 35,46 T i vùng kh o sát có nhi t đ nóng ch y kho ng 950 0C.
T gi n đ tr ng thái Cu – Zn ta c ng nh n th y khi Zn t ng s làm cho nhi t đ nóng ch y c a h gi m xu ng th p.
e) H Cu – Fe:
B ng 2.5 Thành ph n % h Cu - Fe Nguyên t Cu Fe Thành ph n (%) trong h kim lo i 34,60 26,53 Thành ph n (%) trong h Au- Ag-Zn 56,23 43,77
T gi n đ tr ng thái Cu – Fe ta nh n th y khi hàm l ng Fe càng cao thì nhi t đ nóng ch y c a h càng cao. h ch y hoàn toàn thì nhi t đ t i thi u là g n 1100
oC. Do đó ta ph i b sung thêm thành ph n Zn ho c Pb đ làm gi m hàm l ng Fe trong h xu ng, t đó làm gi m nhi t đ nóng ch y c a h .
2.3 L a ch n h x c b n cho quá trình n u luy n
2.3.1 Tính ch t c b n c a x luy n kim
X là s n ph m đ c t o thành trong quá trình luy n kim. Do đ c hình thành ch y u t các oxit và t p ch t khác nhau nên x có thành ph n và c u trúc c ng nh các tính ch t hoá lý vô cùng ph c t p. Theo thành ph n hoá h c, x th ng đ c chia ra làm 2 lo i:
- X axit ch a c u t ch y u là SiO2 >50 - 60%.
- X baz ch a các oxit ki m nh CaO, MgO... tr i h n.
Trong m t s tr ng h p ng i ta s d ng lo i x trung tính, x này ch a l ng oxit ki m và oxit axit g n b ng nhau.
Trong luy n kim x có vai trò vô cùng quan tr ng. Các tính ch t hoá - lí c a x có nh h ng r t l n đ n ti n đ c a quá trình n u luy n và nh h ng tr c ti p đ n ch t l ng s n ph m kim lo i. Trong nhi u tr ng h p, đ kh ng ch thành ph n và tính ch t c a kim lo i, khi n u luy n ng i ta ph i thông qua đi u ch nh thành ph n và tính ch t c a x . Trong quá trình luy n kim ng i ta đòi h i x ph i đáp ng nh ng yêu c u h t s c khác nhau, th m chí trong m t ph ng pháp n u luy n x c ng ph i đáp
đáp ng đ c nh ng đòi h i khác nhau và đ c bi t là đi u ch nh đ c các tính ch t hoá lí c a x theo mong mu n, c n thi t ph i n m v ng các tính ch t c a x nh : nhi t đ nóng ch y, đ nh t, đ đ ng đ u, khuynh h ng sôi, đ d n nhi t, đ d n đi n, s c c ng m t ngoài và kh n ng b c x c a b m t x .
Trong lu n v n này tôi xin trình bày 4 tính ch t r t quan tr ng c a x đó là nhi t đ nóng ch y, t tr ng c a x , đ s t c a x và s c c ng m t ngoài c a x .
a) Nhi t đ nóng ch y c a x .
Nhi t đ nóng ch y c a x là nhi t đ mà t i đó x có chuy n bi n tr ng thái hay còn đ c g i là nhi t đ bi n đ i pha. Vì x là m t h n h p ph c t p g m nhi u ph n t khác nhau, nên x không có m t dung đi m xác đ nh và c ng không có m t nhi t đ nh t đnh nào đ ng th i ng v i c hai tr ng thái r n và l ng. Do x có quá trình k t tinh dài nên nhi t đ nóng ch y c a x th ng n m trong m t kho ng khá r ng. V c u trúc có th cho r ng, nhi t đ nóng ch y c a x là nhi t đ mà t i đó tr ng thái thù hình đ ng h ng c a x b t đ u xu t hi n k t tinh b t đ ng h ng.
Nhi t đ nóng ch y là m t tính ch t v t lí quan tr ng c a x , có nh h ng đ n t t c các quá trình luy n kim, nên đã đ c xác đnh b ng nhi u ph ng pháp khác nhau, ví d ph ng pháp Seiger, ph ng pháp gi t n m, ph ng pháp tôi, ph ng pháp phân tích nhi t.
- Xác đ nh nhi t đ nóng ch y c a x b ng ph ng pháp tháp Seiger. Tr n b t x c n xác đnh v i ch t dính k t r i ép l i theo các kh i tháp chóp nh hình 4.3 A.
Hình 2.7 Xác đnh nhi t đ nóng ch y c a x b ng ph ng pháp tháp Seiger
A. Tr c khi nung; B. B t đ u bi n m m; C. Nhi t đ b t đ u ch y; D. Nhi t đ nóng ch y.
- Xác đnh nhi t đ nóng ch y c a x b ng ph ng pháp gi t n m. p x thành m nh ho c ép b t x thành viên r i đ t vào trong lò trên m t n n không có ph n
ng v i x và t t nh t là ít th m t l n nhau. C ng gi ng nh ph ng pháp trên là th ng xuyên quan sát di n bi n c a x khi t ng nhi t đ . Khi x có d ng gi t, ngh a là x đã ch y l ng hoàn toàn. Hình 2.8 Xác đnh nhi t đ nóng ch y c a x b ng ph ng pháp gi t n m. A. M u ban đ u; B. M u bi n m m. C. M u bi n m m m nh; D. M u ch y l ng C ng có th quan sát quá trình bi n m m và ch y l ng c a x m t cách chính xác b ng kính hi n vi nóng ch y theo ph ng pháp này.
Trong đ tài này tôi s d ng ph ng pháp xác đ nh nhi t đ nóng ch y c a x b ng ph ng pháp gi t n m b ng cách quan sát d i kính hi n vi nhi t c a Phòng thí nghi m công ngh v t li u, tr ng i h c Bách khoa Thành ph H Chí Minh.
- Xác đnh nhi t đ nóng ch y c a x b ng ph ng pháp phân tích nhi t.
Theo nguyên lí khi trong x t n t i 1 pha thì nhi t đ t ng hay gi m liên t c. Khi trong x đ ng th i t n t i 2 pha: l ng và r n, thì m c dù ti p t c gia nh ng nhi t đ c a h th ng v n không thay đ i, đó là do nhi t c p đã cân b ng v i nhi t đ đ ch y l ng ho c k t tinh.
Khi quá trình k t thúc thì trên đ ng bi u th quan h gi a nhi t đ m u x v i th i gian s xu t hi n các pic, n u là quá trình nóng ch y thì pic đi lên - đnh to nhi t, n u là quá trình k t tinh thì pic đi xu ng - lõm hút nhi t. Ph ng pháp xác đnh b ng phân tích nhi t đ c s d ng r ng rãi trong nghiên c u.
b) S c c ng m t ngoài c a x
Trong x l ng, các phân t (nguyên t , phân t , ion) t ng tác l n nhau, các phân t bên trong th tích có l c t ng tác cân b ng, các ph n t m t ngoài ch a đ c cân b ng l c và có l c t ng h p h ng vào trong (xem hình 2.4)
Hình 2.10 S đ bi u th l c h p d n bên trong và b m t v t ch t.
Do s m t cân b ng v l c tác d ng t ng h l n nhau c a các ph n t b m t mà phát sinh s c c ng m t ngoài hay s c c ng b m t. Nh v y khi đ a m t ph n t trong ra ngoài b m t x l ng c n ph i tiêu t n m t công. Công đ t o ra m t m t ngoài có di n tích 1 m2 g i là s c c ng m t ngoài và đ c xác đnh theo bi u th c.
S A
=
σ (J/m2
, đ n v c là erg/cm2 hay dyn/cm)
σ: S c c ng m t ngoài khi pha x ti p xúc v i pha khí A: Công, N
S: Di n tích , m2
S c c ng m t ngoài là m t trong nh ng tính ch t v t lí quan tr ng c a x nên đã và đang đ c nghiên c u k l ng. S c c ng b m t có nh h ng và nhi u khi là quy t đ nh các quá trình trong luy n kim nh t c đ và c ch quá trình oxy hoá, hoàn nguyên, th ng hoa, s t n th t c a kim lo i theo x , s h p th các t p ch t phi kim, t c đ hoà tan c a li u và tr dung c ng nh s n mòn v t li u ch u l a c a x . S c
c ng m t ngoài t l v i áp su t n i, do đó l c t ng tác gi a các ph n t trong ch t l ng càng l n thì s c c ng b m t càng cao, cao nh t là ch t l ng có liên k t ion, sau đó là liên k t có c c và liên k t đ ng hoá tr . T giá tr s c c ng m t ngoài c a các ch t nóng ch y chúng ta có th suy ra c u trúc bên trong c a chúng, ví d t giá tr s c c ng m t ngoài c a x đo đ c b ng th c nghi m th ng khá l n 300 - 500 MJ/m2 cho phép ng i ta k t lu n r ng: x l ng bao g m các ion. Chính vì l c t ng tác gi a các ion này l n nên đã bi u hi n ra s c c ng m t ngoài c a x khá l n.
Trong tr ng h p x l ng ti p xúc v i m t pha khác nh kim lo i l ng ho c t ng lò thì t i m t ti p xúc c ng xu t hi n s c c ng và đ phân bi t v i s c c ng m t ngoài nói trên, đây đ c g i là s c c ng biên gi i (xem hình 2.11)
Hình 2.11 S đ bi u th s c c ng biên gi i gi a x và kim lo i l ng
σS: S c c ng m t ngoài c a x .
σM: S c c ng m t ngoài c a kim lo i.
σMS: M c c ng biên gi i gi a 2 pha kim lo i - x
θ : Góc th m t gi a 2 pha kim lo i - x S c c ng biên gi i kim lo i - x đ c tính theo bi u th c:
θ σ σ σ σ σMS2 = M2 + S2−2 M Scos
Khi hai ch t l ng khác lo i ti p xúc nhau, ví d x và thép s xu t hi n ng su t gi a các pha, t c là n ng l ng t do gi a các pha. Nó đ c tr ng cho s bám dính, t c là s bám dính các l p b m t c a các d ch th v i nhau. Công bám dính là công c n tiêu t n đ tách m t đ n v b m t ch t l ng này kh i b m t ch t l ng khác.
Trong luy n kim s c c ng biên gi i kim lo i - x σMS th ng có giá tr l n, ngh a là công bám dính Wa gi a x và kim lo i,
th ng có giá tr nh , nên vi c tách kim lo i kh i x thu n l i. C n chú ý r ng t t c các y u t nh h ng làm t ng công bám dính Wa đ u làm cho kim lo i khó tách kh i x , làm t ng t n th t kim lo i theo x và d gây nhi m b n kim lo i b i x .
S c c ng b m t và s c c ng biên gi i thay đ i theo thành ph n và nhi t đ , khi nhi t đ t ng thì các đ i l ng này gi m.
Trong lu n v n này tôi xin trình bày cách tính s c c ng m t ngoài c a x b ng ph ng pháp gi t r i, thông qua quan sát hình d ng gi t x b ng kính hi n vi nhi t, xác đnh t l các kích th c và tính toán thông qua mô hình gi t x sau đây:
Hình 2.12 Hình d ng và thông s hình h c gi t x khi ch y l ng
Theo đnh lu t Laplace – Young:
1 2 1 1 ( ) p gz c R R σ γ Δ = + = + Trong đó: là s c c ng m t ngoài c a x ; R1, R2 là các bán kính cong t i đi m P b t k ; là t tr ng c a x ; g = 9,8 m/s2 là gia t c tr ng tr ng; p là chênh áp t i đi m đang xét. N u R là bán kính c a m t ti t di n, là góc gi a QO và PQ, b là bán kính cong t i đi m O thì công th c c a đnh lu t Laplace – Young có th đ c vi t l i nh sau:
2 1 sin ( ) 2 gb .z R x b b b γ σ Φ + = + t 2 gb γ β σ = ta có (1 sin ) 2 .z R x b b b β Φ + = + Khi = 900 thì 2 gb γ σ β =
Nh v y đ xác đnh s c c ng m t ngoài c a h x t i m t nhi t đ nào đó, ta xác đnh các thông s hình h c c a gi t x đ c quan sát b ng kính hi n vi nhi t. T đó tính đ c s c c ng m t ngoài c a x . Khi s c c ng m t ngoài này càng l n thì công bám dính Wa gi a kim lo i và x càng nh , ngh a là kim lo i càng d tách ra kh i x .
c) s t c a x :
s t là m t trong nh ng tính ch t v t lí quan tr ng c a x . s t bi u th m t m c đ tính ch y l ng c a d ch th và c u trúc bên trong c a nó. Nh ng tính ch t k