Файл: Вигдорович, В. Н. Совершенствование зонной перекристаллизации.pdf

Скачать файл (9,05Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 62

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


ричеСкой мешалкой	объемом 2 см3 (табл. 16) масса слива очищенной
сурьмы составляла	в среднем 14,24 г (±7%); при использовании
усеченной цилиндрической мешалки объемом 3,6		см3 — 25 г ( ± 6%)
и при использовании цилиндрической мешалки		объемом 5 см3 —

34,50 г и (± 6,6%). Расплав, обогащенный примесями последней зоны, полностью сливался и заменялся сурьмой исходного состава. Расстояние между сливными отверстиями составляло 470 мм.

Получению предельно чистого (для данного аппарата) продукта постоянного химического состава предшествовал выход на устано вившийся режим, после достижения которого сливаемые очищенный и загрязненный продукты имели постоянный химический состав. При скорости движения зоны 90 мм/ч состав очищенной сурьмы стабилизировался после пятнадцати проходов зоны, при скорости 180 мм/ч — после двадцати проходов. Содержание примесей в очи щенной сурьме и отношения исходных концентраций примесей к их концентрациям в очищенном материале приведены в табл. 17. Можно видеть, что по всем анализируемым примесям сурьма, очи щенная методом колонной зонной перекристаллизации, чище сурьмы марки Су-«экстра». Единственным исключением явилась примесь мышьяка для случая использования в качестве исходного материала сурьмы марки Су 0. Однако из сурьмы марки Су 000, полученной гидролизом и зонной перекристаллизацией, содержание примеси мышьяка в которой составило 5- 10~4%, получен более чистый материал, чем это следует по РЭ ТУ 1290—65 для Су-«экстра».

Во время исследования очистки сурьмы в аппарате колонной зонной перекристаллизации особое внимание было уделено изуче нию особенностей поведения отдельных примесей.

Если через h обозначить количество вещества в загрузке на длине ее, равной длине одной зоны, то концентрацию очищенного материала

Сп,

получаемого при n-ном проходе зоны, можно найти из выражения

Cn = \

n_i (0; К),

(V.51)

где

М п_г — количество примеси

загрузке

последнего

(п — 1)-го

(0; h)

прохода зоны на участке от х =

0 до х

= h (х — коли

чество материала в загрузке, отсчитываемое от точки

слива очищенного материала).

Величина М п_г (0; h) находится по формуле

п-1

Мп (х-

х + h) =

a fin4+1 (х -l ih) +

bnC0,

(V.52)

i —l

где C0 и

С,г_,Ч1 (x + ih) — соответственно исходная

концентрация

примеси и концентрация примеси в точке

л: +

после п — i

l-ro

прохода;

а1 и Ьп — коэффициенты:

a ~ ( kh V' 1 f l

kh ,

i ( t + l)

( k h \ 2 1

1 \

l ) i! L

t + l

/ +

(i + l ) ( i + 2 ) \

l )

J ’

163

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК СУРЬМЫ ЗОННОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ СКОРО

Скорость

Марка перекрис сурьмы таллиза

ции *, мм/мин

		И с х о д н а я
С у	0	—
С у	00	—
С у	00
С у	0 0 0	—
	5 — 6 - й п р о х о д ы
С у	0	3 , 0
С у	0	1,5
С у	0 0	3 , 0
С у	0 0 0	1,5
	10— 11-й п р о х о д ы
С у	0	3 , 0
С у	0	1,5
С у	0 0	3 , 0
С у	0 00	1,5
	1 4 - 1 5 - й п р о х о д ы
С у	0	3 , 0
С у	0	1,5
С у	0 0	3 , 0
	18— 20 - й п р о х о д ы
С у	0	3 , 0
С у	0	1,5
С у	00	З .о

Ч у в с т в и те л ь н о ст ь м е то ди к а н а л и з а Состав м ар ки

Су - «экстра»

А1		Bi	Fe	Si
4 - 1 0“ 6		4 - 1 0 “ 4	4 - 1 0 “ 3	М 0 “ 4
3 - 1 0 “ 5		2 - 10“ 6	4 - 1 0“ 3	3 - 1 0 “ 4
2 - 1 0“ 4		2 - 1 0“ 6	4 - 10“ 4	3 - 1 0“ 4
4 - 1 0“ 5		5 - 10“ 5	3 - 1 0“ 3	_
< 2 - 1 0 ” 5		2 - 1 0 “ 6	5 - 1 0“ в	—
< 2 - 1 0 ” 5		2 - 1 0 “ 6	5 - 1 0“ в
< 2 - 1 0“ 5 < 2 - 1 0“ 8			1 - 1 0“ 4	2 - 1 0“ 4
1 • 1 0“ 4	<	2 - 10“ 6	4 - 1 0“ 5	1 ■ 1 0“ 4
3 - 1 0 “ 6		2 - 1 0“ 8	9 - 1 0“ 4	_
< 2 - 1 0“ 5	<	2 - 1 0“ 6	2 - 10“ 5	—
< 2 - 1 0“ 5 < 2 - 1 0 “ 6			4 - 1 0 “ 5	1 • 1 0 “ 4
1 - 1 0 “ 4	<	2 - 1 0“ 6	2 - 1 0 “ б	1 - 10“ 4
< 2 - 1 0 “ 8 < 2 - 1 0“ 8			М О ' 4	— '
< 2 - 1 0 “ 6 « 2 - 1 0“ 6			2 - 1 0 “ 6	—
< 2 - 1 0 “ 6	« 2 - 1 0 “ 5		4 - 10“ 6	1 - 1 0 “ 4
« 2 - 1 0 “ 8 < 2 - 1 0 “ 5			3 - 1 0 ' 6	—
« 2 - 1 0 “ 8 < 2 - 1 0 “ 8 \| < 2 - 1 0 “ 5				—
« 2 - 1 0 “ 5 < 2 - 1 0 “ 8 \|			3 - 1 0 “ 5 < М 0 “ 4
2 - 1 0 “5		2 - 1 0 “ б	2 - 1 0 “ 6	1 • 1 0“ 4
	=£2- 10“ 5		~ : 2 - 1 0 “ 4	< 3 - 1 0“ 4

Концентрация примесей

Mg Си

3 - 1 0“ б	8 - 1 0 “ 3
3 - 1 0 “ в	4 • 1 0 “ 3
2 - 10“ 5	2 - 1 0“ 6
3 - 1 0 “ 8	2 - 1 0“ 3
2 - 10“6	2 - 1 0 “ 6
2 - 1 0 “ 8	8 - 1 0 “ °
< 2 - 1 0“ 6	6 - 1 0 “ °
2 - 1 0“ 5	4 - 1 0“ 5
< 2 - 1 0 “ 8	3 - 1 0 “ 8
< 2 - 1 0 “ 6	5 - 1 0 “ G
< 2 - 1 0“ 6	4 - 1 0 “ °
<7 2 - 1 0 “ 6	4 - 1 0 “ 0
« 2 - 1 0 “ 6	3 - 1 0 “ °
« 2 - 1 0 “ 6	I - 1 0 “ °
< 2 - 1 0“ 6	3 - 1 0“ 8
< 2 - 1 0“ 5	2 - 1 0“ 6
< 2 - 1 0“ 8	1 • 1 0 “ 6
2 - 1 0 ' 8	1■ 1 0“ 8

г = £ б - 10 “ 6 ^ 1 - 1 0 - 5

Ь,	^kh_Y+ 1	1		п	kh	+
Ь,	(«+!)!			• и +	2 2	+
,	п (п + 1).	/ kh \ 2	1		1
	(п + 2) (п + 3)	\ I )	2 !	7	"""J ’
Концентрации определяются по формулам:
С,г (х) = с п (х — h) -f -у- [М„_х (х;		* -ф /г) — М„ (х — /г;				а:)] при х ф О
и						(V.53)
и
	Сц(0) = -уМ „.1 (0;			/г).		(V.54)

Таблица 17

ОТ ПРИМЕСЕЙ В ОДНОСЕКЦИОННОМ АППАРАТЕ КОЛОННОЙ СТИ ВРАЩЕНИЯ МЕШАЛКИ 100 об/мин

в сурьме, % (по м^ссе)

РЬ

1 - 10“ 2

1 - 1 0 - 2

4 ■ 10“ 4

7 -

10“ 2

8 - 10“ 8

4 -

10“ 4

4 - 10“ 4

5 - 10“

1 - 1 0 - 3

3 -

10“ 3 .

7 -

10“ 3

2 -

10“ 4

3 -

10“ 4

5 - 10“ 4

2 - 10“ 5

10“ 4

4 -

10“ 5

■ 10“

М 0 “ 4

3 - 10“ 3

10“ 4

10“ 3

10“ 5

8 -

10“

2 -

10“ 4

7 - 10“

8 - 10“ 6

8 -

10“ 6

10“ 4

10“ 6

10“

М 0 “ 4

5 - 10“

7 • 10“ 6

1 ■ 10“ 3

10“ 5

М 0 “ 3

10“

1 -

10“

2 - 10“ 5

- 10“ 5

М 0 “ 6

< 1

■ 10“ 6

1 - 10“ 4

М 0 “ 4

2 -

10“ 4

10“ 3

10“ 5

1 0 - 6

1 -

10“ 4

7 - 10“

2 - 10“ 6

10“ 6

•

10“ б

10“ 5

< 1

10“

1 -

10“ 4

5 - 10“

2 - 10“ 5

10“ 3

1 -

10“ 6

- 10“ 4

М 0 “

1 -

10“ 4

й= 2 - 10“ 6

- 10“ 6

М 0 “ 8

« 1

■ 10“ 6

М 0 “

2 - 10“ 6

• 10“ 4

- 10“ 4

- 10“ 6

М 0 “

6 - 10“

2 - 10“ 6

10“ 5

М 0 “ 5

10“ 8

1 '

10“

1 -

10“

5 - 10“ 4

2 - 10“ 8

М О " 3

< 1

- Ю“ б

М 0 “ 8

1 -

10“ 4

2 - 10“ 5

- Ю“ 5

10“ 5

< 1

•

10“

1 -

10“

5 - 10“ 3

2 - 10“ 8

10“ 6

10“ 5

- 10“ 5

10“ в

« 1

• 10“

5 - 10“ 4

2 - 10“ 5

- 10“ 4

10“ 5

М 0 “ 6

М 0 “

5 - 10“

2 - 10“ б

3 -

10“ 5

1 -

10“ 5

5 - 10“ 8

10“

1 -

10“ 4

<g 5 - 10“

й£ 3 - 10“ 6

s £ l

■ 10“ 4

<g 2 -

10“ 5

s c 2

- 10“ 4

10“

1 - 10“ 4

На рис. 69 приведены расчетные зависимости концентраций очищенного (а) и загрязненного (б) материалов от числа проходов зоны для наиболее реальных коэффициентов распределения приме сей в сурьме. Концентрации Сп отнесены к исходной концентрации С0. Можно видеть, что постоянство состава очищенного продукта достигается быстрее для тех примесей, у которых коэффициент рас пределения ближе к единице; при k ^ 0,6 для достижения устано вившегося режима практически достаточно пятнадцати проходов. Если при k = 0,1 концентрации очищенного материала с измене нием числа проходов уменьшаются более чем на семь порядков, то при этом же коэффициенте распределения концентрация загряз ненного материала уменьшается лишь в пределах одного порядка. Для остальных рассмотренных коэффициентов пределы изменения

164

165

концентраций еще меньше. Функция Сп — / (п) для загрязненного материала с увеличением п приближается к значению С0.

Огибающая штриховая линия на рис. 69, б охватывает область концентраций примесей в загрязненном материале, максимально достигаемых для данного числа проходов зоны, что может предста вить интерес при последующем использовании загрязненного ма териала.

Сетки кривых на рис. 69 были применены для определения коэф фициентов распределения примесей в сурьме в процессе ее очистки

Рис. 69. Расчетные зависимости концентраций очищенного (а) и за грязненного примесями материалов (б) от числа проходов зоны (п) при различных значениях коэффициентов распределения, обозначенных цифрами над кривыми

по результатам анализа очищенного и загрязненного материалов. При этом отбор проб не нарушал процесса зонной перекристалли зации.

Результаты определения концентраций очищенного материала по различным анализируемым примесям показаны на рис. 70. Точ ками обозначены экспериментальные концентрации, сплошные ли нии нанесены в соответствии с рис. 69, штрих-пунктирными линиями обозначены уровни исходных концентраций примесей в сурьме, подвергаемой перекристаллизации.

Примесь мышьяка имела коэффициент распределения, близкий к единице (k = 0,8), поэтому очистка сурьмы марки Су 0 от этой при меси мало эффективна (рис. 70, а)\ очистку сурьмы Су 000 от мышьяка проконтролировать не удалось, так как в исходном материале со держание этой примеси было на пределе чувствительности химичес кого анализа.

166

Поведение примеси олова в сливах очищенной сурьмы схема тично показано на рис. 70, б. Кривая 1 соответствует очистке сурьмы марки Су 000 при скорости 1,5 мм/мин; кривая 2 — сурьмы марки Су 0 при скорости 3,0 мм/мин, кривая 3 — сурьмы марки Су 0 при скорости 1,5 мм/мин. Коэффициент распределения понижается с уменьшением исходной концентрации примесей и скорости пере мещения зоны, при этом улучшается очистка сурьмы от этой при меси .

Рис.

Изменение концентраций примесей мышьяка {а), олова

(б),

свинца

(б),

железа (г), меди (д), серы (е, кривая 1 3 ) , теллура

(е, кривая 1 4 ) ,

никеля

{ж ,

кривые 1 5 и 16) и серебра ( ж ,

кривые 1 7 и 1 8 )

в сливах очищенной сурьмы

в зависимости от числа проходов

зоны.

Исходные материалы: сурьма марки

Су 000 (кривые 1, 4, 7

и 10 ) и сурьма марки Су 0 (остальные,

кроме

1 3

и 14).

Скорости движения зоны, мм/мин:

3,0 (кривые 2,

5 , 8 ,

1 1 , 1 3 ,

1 4 ,

18 )

и 1,5

(остальные кривые).

Полученные значения коэффициентов распределенйя

k : / — 0,45;

—

0,75;

3 ~

0,60;

4 , 7, 10, 12

— 0,10;

5 ,

13 — 0,40; 6, 9,

1 5 ,

18 — 0,20;

— 0,50 —

0,60;

11, 14

— 0,30; 16

— 0,50;

1 7 — 0,15

Аналогичные данные получены для примесей свинца (рис. 70, в), железа (рис. 70, г) и меди (рис. 70, д). Следует отметить, что при дости

жении в	сурьме концентраций указанных примесей Ь 10~3 —
— 1-10"4%	(по массе) происходит отклонение хода очистки от на

блюдавшегося в области более высоких концентраций. По видимому, это объясняется тем, что при достигнутых малых концентрациях

становится ощутимым переход примесей в	очищенный материал
из графитового контейнера (использовался	графит марки МГ по
ТУ 643—65).

Характер оттеснения серы и теллура в сурьме исследован на спе

циально	приготовленных образцах с исходным содержанием серы
4-10~3%,	теллура 1,5-10“ 3%	и пятнадцати остальных примесей
с общим содержанием 0,03%.		На рис. 70, е видно, что эффективная

очистка сурьмы от серы (k = 0,4) и теллура (k -- 0,3) происходит даже при довольно высокой скорости перемещения зоны (3,0 мм/мин).

167'

Кристаллизационная очистка сурьмы от примесей никеля и серебра (рис. 70, ж) протекает без затруднения.

Анализ очищенного материала в случае использования исходной сурьмы марки Су 000 ограничен возможностями аналитических измерений: концентрации примесей после пяти—шести проходов зоны оказываются за пределами чувствительности определения. В связи с этим для нахождения коэффициентов распределения более

рациональным явилось использование обогащенных примесями

ма

териалов последней зоны. На

рис.

сопоставляются

кривые,

построенные

по

результатам

анализа загрязненного мате

риала

при

перекристаллизации

сурьмы

марки

Су 000,

расчетными

кривыми

на рис. 69, б. По данным изменения кон

центраций примесей меди, свинца, железа,

олова и алюминия в зависимости от числа

проходов зоны

установлены значения

их

коэффициентов распределения, нанесенные

на соответствующие кривые рис.- 71. Сле

дует отметить, что экспериментальные

значения

концентраций

примесей с уве

личением числа

проходов приближаются

к значениям, отличающимся от исходных

концентраций. Эти отклонения нельзя

объяснить только ошибками анализа, они

мо'гут

быть

следствием

неравномерности

Рис. 71. Изменение

концентра

состава

исходной

загрузки

и колебаний

ции примесей меди (/), свинца

(2), олова (3), железа

(4) и

от прохода к проходу количества

сливае

алюминия (5)

в сливах

загряз

мого

материала.

ненной примесями

сурьмы в

степени чистоты была

зависимости от числа

проходов

Сурьма высокой

зоны для различных значений k :

получена при использовании

качестве

Л 2, 4 — 0,1; з — 0,45; 5 — 0,8;

штрих-пунктирными

линиями

исходного материала сурьмы

марки Су.000

указаны уровни исходных кон

центраций

в процентах

(табл. 18). Содержание большинства сопут

проходов

зоны

ствующих примесей после пяти-шести

уменьшилось

до

концентраций

ниже

чувстви

тельности используемых методов анализа, а после десяти-одиннад цати проходов сурьма была очищена до состава, значительно, более чистого, чем это регламентировано техническими условиями для сурьмы марки Су-«экстра» (по РЭ ТУ 1290—65). Следует от

метить, что для сурьмы с исходным содержанием				примесей
железа	и меди, равным	соответственно	4-10" 4 и	2-10_5%
(по массе), после трех-четырех проходов			зоны эффективная
очистка	прекратилась и в	сливах чистого	материала	наблюда

лось присутствие указанных примесей в количествах, равных их

исходной концентрации (см.	рис.	70).	Отмеченные	отклонения
от закономерного распределения примесей			меди и железа		прояв
ляются и при колонной зонной		очистке сурьмы		технических
марок Су 0 и Су 000, однако в	этом случае они ощутимы на				10—20
проходах.

168

688

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЧИСТКИ ОТ ПРИМЕСЕЙ СУРЬМЫ КОЛОННОЙ ЗОННОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ

Содержание примесей СхЛО 6, %			(по массе), и эффективность очистки С0/С
сурьма марки Су 0		^-1» ~ 0,И)	сурьма марки Су 000		7,, и 0,003)	Чувстви
сурьма марки Су 0		^-1» ~ 0,И)	сурьма марки Су 000		7,, и 0,003)	тельность
Примесь						методик
Примесь						аналитиче
с„, кг5, %	С .10 6, %	с„/с	С„-10> %	С -10 5, %	CJC	ских
(по массе),	(по массе),	с„/с	(по массе),	(по массе),	CJC	измерений
исходная	очищенная		исходная	очищенная

Таблица 18

Состав

сурьмы Су-«экстра» по РЗ ТУ

1290—65,

(по массе)

Алюминий . . • • ■	4	2	> 2		20	10	2	2-Ю -5		s c 2 - 10“5
Висмут . . . . . .	40	2	> 2 0		2	2	—	2 - 10~5		s c 2 - 10“5
Железо .....................	400	2	> 2 0 0		40	2	20	2	- 10"5	s g 2 -10~4
Кремний ......................	< 1 0	—	—		300	10.	3	1 • ю - 4		=^3-10“4
К о б а л ь т .....................	100	< 2 0	> 5		< 2 0	—	—	2 • 10~4		—
Магний ......................	3	< 2	—		2	< 2	—	2	- 10-5	Sg6-10~5
Марганец .................	< 0 ,2	—	—		0,3	< 0 ,2	—	2 ■10-6		<=3-10"6
Медь .........................	800	0,2	>4000		2	0,4	5	М О -6		s=l • 10"5
М ы ш ьяк .....................	1000	500	2		50	< 5 0	—	5 - 10-4		==£5-10-4
Никель .....................	1000	< 2	> 5 0 0		2	< 2	—	2	- 10-5	s£ 3 -10 -5
Олово .........................	40	< 3	13		30	< 3	> 1 0	з-ю- 5		-сМ О " 4
Селен ..........................	7	—	—		< 5	—	—	5	- 10~6	s£ 5 -10 -5
С е р а ...............................	8	< 5	—		10	< 5	> 2	5 - 10“6		s g 2 -10‘ 4
Серебро .....................	40	, < 0,1	> 4 0 0		0,1	< 0,1	—	М О ’ 6		SC3-10-6
Свинец ......................	7000	1	7000		4	< 1	> 1	М О "5		s£2-10-6
Теллур ......................	50	< 1	> 5 0	•	40	< 1	> 4 0 ■	1■10-6		s g l •10-5
Цинк .........................	40	< 1 0	> 4	•	10	< ю	—	М О -4		sCl-lO -4

П р и м е ч а н и я . 1. Для мышьяка,	селена, серы и теллура приводятся данные химического анализа;	остальные примеси контролирова
лись спектральными методами.		со скоростью 90 мм/ч; для сурьмы
2. Для сурьмы марки Су 0 приведены результаты после двадцати проходов зоны, перемещаемой		со скоростью 90 мм/ч; для сурьмы
марки Су 000 приведены результаты после	десяти проходов зоны со скоростью 90 мм/ч.

Смотрите также файлы

Вопросы повышения эффективности производства сборник научных статей..pdf

Воробьев, А. М. Методы определения радиоактивных веществ в воздухе [практическое пособие].pdf

Воронков, С. Т. Тепловая изоляция энергетических установок учеб. пособие.pdf

Габуния, Л. К. Луи Долло (1857 - 1931).pdf

Глушков, В. М. Беседы об управлении.pdf

Файл: Вигдорович, В. Н. Совершенствование зонной перекристаллизации.pdf

Смотрите также файлы

Информация

Списки файлов

Дополнительно