Способ определения растворимости металла в солевом или шлаковом расплаве

 

Изобретение относится к спектральному анализу. Цель - распространение способа на элементы, концентрация которых в паре при данной температуре ниже предела их обнаружения. Растворимость определяют по величине поглощения излучения. Измерение поглощения проводят на линии элемента, катионы которого присутствуют в расплаве, если константа равновесия вытеснения этих элементов растворяющимся металлом не менее 10<SP POS="POST">-8</SP> Па.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (5)) 4 G 01 N 21/74

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР

1. (21) 4293196/22-25 (22) 03.08.87 (46) 23.09.89. Бкл. Р 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (72) А. Х. P атнер, В. Г. Кр авцов, Э. А. Тропп и В.Ю. Алешин (53) 543. 42 (088. 8) (56) Смирнова М.В., Циявкина А,А., Че бы кин а В. В .. Т ер модин амич е ски е свойства растворов щелочных металлов в их расплавленных галогенидов (системы Na-NaC1 и Y-I%1) — Журнал прикл. химии, 1978, т. 51, 1(10, с. 2186-2190.

Николаев Г.И., Немец А.И, Атомноабсорбционная спектроскопия в исследовании испарения металлов. Y..: Металлургия, 1982, с. 107.

Изобретение относится к спектральному анализу и к физической химии и может быть использовано для определения растворимости металла в расплавах.

Целью изобретения является распространение способа на элементы, концентрация которых в паре при данной температуре ниже предела их обнаружения ° Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно, исходя из химического состава исследуемого расплава, по справочным данным для индивидуальных веществ рассчитываются константы равновесия реакций

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТВОРИМОСТИ Г(ЕТАПЛА В СОЛЕВОМ ИЛИ ПШАКОВОМ

P ACIUIABF. (57) Изобретение относится к спектральному анализу. Цель - распространение способа на элементы, концентрация которых в паре при данной температуре ниже предела,их обнаружения.

Растворимость определяют по величине поглощения излучения. Измерение поглощения проводят по линии элемента, катионы которого присутствуют в расплаве, если константа равновесия вытеснения этих элементов растворяю-8 щимся металлом не менее 10 Па.

2 табл.

СА + Мт. М + А,1. (1) где А — растворяющийся металла;

Гп. — компонент расплава (М— катион, L — анион);

С вЂ” стехиометрический коэффициент.

Исходя из значений констант выбираются элементы, на спектральных линиях которых проводится измерение поглощения. В качестве источника электромагнитного излучения используют источники линейного спектра, спектр излучения которых совпадает со спектром поглощения соответствующего элемента, например соответствующие лампы полого катода (ЛПК).

150969

Приготовляют ряд смесей металлсоль (шлак), заданного состава. С помощью известных приемов (работа в сухом бюксе, продувка аргоном, сушка, вакуумирование) достигается глубокая очистка смесей от кислорода и воды, могущих вступить s побочные реакции с растворяющимся металлом, и исключается их попадание в смесь в 10 дальнейшем. Смеси по очереди помещают в герметиэируемую кювету с прозрачными окнами, например из оптического кварца, в зависимости от материала кюветы и химического состава cMe" 15 сей или, насыпая непосредственно на дно кюветы, или в тигле из инертного материала. Кювету термостатируют и измеряют степень поглощения электромагнитного излучения дпя соответству- >О

\ ющих спектральных линий.

Используя результаты измерения поглощения дпя ряда смесей, строят зависимость поглощения от.содержания металла. Искомому значению раствори" мости соответствует содержание металла в смеси, начиная с которого величина поглощения остается постоянной.

Предлагаемый способ основан иа том, что согласно известному выражению для константы равновесия (К) реакции (1)

Р а с 1

aZ a A

35 где Pì

- равновесное давление элемента К; при котором удается построить эа" висимость величины поглощения излучения от содержания в смеси метапла, а с j

aA — активности соответственно 40

AcLz NLz> А, в расплавах, не насыщенных металлом . А, с ростом его концентрации и, соответственно, активности растет давление элемента M. При достижении насыщения а становится равным едини45 це, а при дальнейшем увеличении содержания метапла в смеси этот метапл выделяется в виде отдельной фазы и а остается постбянной величиной.

Соответственно, с увеличением .содержания металла в смеси величина Р@ и соответственно степень поглощения света растут до достижения насыщения и далее остаются постоянными.

Минимапьное значение давления, 1 4 определяемое разрешающей способностью спектрометров, составляет порядка 10 Па.

Предложенный предел относится к случаю двухкомпонентного расплава, содержащего 1 мол.7 соли растворяющегося металла. Согласно справочным данным, предельный коэффициент ак-з тивности составляет не менее 10

Т аким о бр аз ом

l0 10 10

К . "- — — — — 10 Па

-8 ь

При K(10 Па всегда Р„с 10 Па, растворимость металла в расплаве определить предложенным способом не удается, П р и м.е р 1. Определение растворимости железа в расплавленном KCl, содержащем 1 мол.7 FeC1 при 1000 К. Исходный солевой состав получали, пропуская HCl через расплав KCI (200 г) содержащий 1,5 г порошка металлического железа марки хч до прекращения выделения водорода и далее еще в течение 15 мин. Исследуемые образцы получали смешением навески (порядка

25 r) получившегося ппава с навеской железного порошка. Взвешивание и смешение проводили в сухом боксе в атмосфере аргона. Смесь в корундовом стакане помещали в оптическую кювету специапьной конструкции, термостатировали в течение 30 мин и измеряли величину поглощения света калиевой ЛПК на волне 766,5 нм. !

Зависимость поглощения света паром над смесью железо — расплав KCl от состава смеси приведена в табл.1.

Таким образом, можно утверждать, что насыщение расплава железом наступает при концентрации железа 0,350 65 мас._#_. Константа равновесия реакции

КС1 + 1/2 Fe 1/2 FeClq + К при 1000 К равно 6,3 ° 10 Па.

Растворимость железа а данном расппаве, измеренная другими способами, колеблется от 0,05 до 3,8Х Среднее

0,47Ф0,35Х. Данный пример соответствует предельному значению константы равновесия, Пример 2. Определение растворимости никеля в расплавленном KCl

5 15096 при 1000 К. Исследовалось поглощение света калиевой лампы на волне 766„ нм паром над расплавом КСI в контакте с никелевым прутом. Поглощение света, избыточного по сравнению с поглощением в отсутствие прута, обнаружить не удалось.

Дпя реакции

Формула из обретения

25

Иэ табл.2 видно, что зависимость интенсивности поглощения от содержания алюминия в смеси претерпевает 40 излом при содержании алюминия 0,53Х, Это и есть растворимость алюминия в отработанном электролите. РаствориТаблица1

24,8 26,8 25,9 24,3 24,0 25,2 27,0

Навеска плава, r

Навеска желе0,0547 0,072 0,091 0,157 0,187 0,201 0,3146 за, г

Содержание железа в смеси, мас.7.

Поглощение света,Ж

0,22 0,2? 0,35 0,65 0,78 0,80 1,17

1 1

2 2 2

KCl + 1/2 Ni = 1/2 NiC1< t К константа равновесия составляет 9,7ç

- f01

x I 0 Па.

Примеры 1 и 2 показывают, что значение К 10 Па действительно является критическим для реализации приведенного способа.

Пример 3, Растворимость алюминия в отработанном электролите хлоридного способа получения алюминия °

Электролит содержит примерно 1,5Х

AICI и в основном состоит из хлоЭ ристого натрия. Константа равновесия ре акции

NaCl + 1/3 Al = 1/3 А1С1э + Na при 1000 К составляет 2,2 10 Па.

Поглощение света натриевой лампы полого катода определяли на волне

589,0 нм.

Зависимость поглощения света паром над смесью алюминий — отработанный электролит от состава смеси приведена в табл.2.

91 6 мость алюминия в данном расппаве, измеренная другими способами, колеблется от 0,07 до I 6X (среднее 0,53t .0,37X).

Таким образом, способ позволяет определить растворимость металлов в паре при данной температуре ниже предела их обнаружения.

Способ определения растворимости метапла в солевом или шлаковом расплаве, содержащем не менее двух типов катионов, в том.числе катионы металла, растворимость которого определяется, включающий приготовление смесей металл. — соль известного состава, изоляцию этих смесей от атмосферы, термостатирование при заданной температуре до достижения равновесия расплав — пар, измерение поглощения паром над расплавом электромагнитного излучения в видимой или ультрафиолетовой области спектра и построение зависимости поглощения от содержания металла, по которой определяют растворимость метапла, о т л ич а ю шийся тем, что, с цельб распространения способа на элементы, концентрация которых в паре при данной температуре ниже предела их обна-, ружения, измерения поглощения ведут на линиях, соответствующих собственному излучению паров одного или нескольких элементов, катионы которых присутствуют в расплаве и константа равновесия вытеснения которых растворяющимся металлом в пересчете на моль элемента в стандартном состоянии - пар, составляет не менее

10 Па.

1509691

Т абл ица2

26 28 27 27 27

9 17

Редактор В, Данко

Заказ 5797/36 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Навеска злектролита, r.

Навеска алюминия, r

Содержание алюминия в смеси, мас.Х

По гл още ние св ет а,7.

239 221 212 248 219 216 255

0,0417 0,0744 0,1095 0,1348 0,1576 0,1939 0,2555

О, 17 0,34 0,52 0,54 0,72 0,90 1,00

Составитель В. Беляев

Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар