Ընդհանուր քիմիական տեխնոլոգիա լաբորատոր աշխատանքների ձեռնարկ

ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՏԵԽՆՈԼՈԳԻԱ

Հայկ Խաչատրյան Տարիել Ղոչիկյան Ռոմիկ Հարությունյան

Ընդհանուր քիմիական տեխնոլոգիա Ուսումնական ձեռնարկ

ԵՐԵՎԱՆԻ ՊԵՏԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

Հ. Լ. Խաչատրյան, Տ. Վ. Ղոչիկյան, Ռ. Ս. Հարությունյան

Ընդհանուր քիմիական տեխնոլոգիա (լաբորատոր աշխատանքների ձեռնարկ)

Երևան ԵՊՀ հրատարակչություն

ՀՏԴ 66.0(07) ԳՄԴ 35ց7 Խ 282 Հրատարակության է երաշխավորվել ԵՊՀ դեղագիտության և քիմիայի ֆակուլտետի գիտխորհրդի որոշմամբ Գրախոսներ՝ քիմ. գիտ. դոկտոր, պրոֆ. Օ. Քամալյան քիմ. գիտ. դոկտոր, պրոֆ. Գ. Թորոսյան տեխ. գիտ. դոկտոր, պրոֆ. Ն. Կնյազյան Հ. Լ. Խաչատրյան, Տ. Վ.Ղոչիկյան, Ռ. Ս. Հարությունյան Խ 282 Ընդհանուր քիմիական տեխնոլոգիա լաբորատոր աշխատանքների ձեռնարկ/Հ. Լ. Խաչատրյան, Տ. Վ.Ղոչիկյան, Ռ. Ս. Հարությունյան: -Եր., ԵՊՀ հրատ., 2017, 224 էջ: Քիմիական տեխնոլոգիաների լաբորատոր աշխատանքների ձեռնարկում քննարկվում են ջերմաստիճանի չափման, հանքանյութերի մանրացման և հարստացման, լուծահանմամբ աղերի անջատման, ապակիների և կերամիկական նյութերի ու նուրբ թաղանթների ստացման եղանակներն ու հատկությունները, այրման տեխնոլոգիաների, սուլֆիդային հանքանյութերի բովման եղանակներն ու գործընթացները: Մանրամասն քննարկված են որոշ օրգանական նյութերի ստացման տեխնոլոգիական եղանակները և գործընթացները, ներկայացված են կոնկրետ տեխնոլոգիաների առանձնահատկությունները և գործընթացների մանրամասները: Աշխատանքը կազմված է տեսական և փորձնական (լաբորատոր) մասերից: Նախատեսված է բուհերի ուսանողների, մագիստրոսների, ասպիրանտների, դասախոսների և բոլոր նրանց համար, ովքեր հետաքրքրվում են «քիմիական տեխնոլոգիա» առարկայով: ՀՏԴ 66.0(07) ԳՄԴ 35ց7

1Տ8N 978-5-8084-2220-9 Օ ԵՊՀ հրատ., 2017 Օ Հեղ. խումբ, 2017

Լաբորատոր աշխատանք 1 1.1. Ջերմաստիճանի չափման եղանակները Մոտավորապես մինչև 1550 թ. ջերմաստիճանի և ջերմության քանակի միջև հստակ բաժանում գոյություն չուներ, իսկ «ջերմաստիճան» հասկացությունը` որպես չափելի մեծություն, ձևավորվել է մոտավորապես 1600 թ., երբ պատրաստվեց առաջին ջերմաչափը (հավանաբար Գալիլեյի կողմից): Մոտավորապես 1726 թ. Ֆարենհայտի կողմից ներմուծվեց գործնականում կիրառելի ջերմաստիճանային սանդղակ, որը հիմնված էր երկու ջերմաստիճանների գրանցման և դրանց միջև համապատասխան միջարկման (ինտերպոլյացիայի) կիրառման վրա: Այս ամենը տեսական իմաստավորում ստացավ միայն մեկ դար անց, երբ 1849 թ. Վիլյամ Թոմսոնը ձևակերպեց թերմոդինամիկայի հիմունքները: Ներկայումս ջերմաստիճանը չափվում է, այսպես կոչված, «միջազգային գործնական ջերմաստիճանային սանդղակի» (ՄԳՋՍ-68, 1P՛Տ-68) հիման վրա: Վերջինս հիմնված է տասնմեկ վերարտադրելի ջերմաստիճանների վրա (հենանիշային կետեր, տե՛ս աղ. 1.1), որոնց վերագրված են որոշակի թվային արժեքներ, ինչպես նաև երեք ստանդարտ միջարկման ջերմաչափների վրա, որոնք աստիճանավորված են մեկ կամ մի քանի հենանիշային կետերով և գրանցում են միջանկյալ ջերմաստիճաններն ըստ տրվող օրենքի: Ջերմաստիճանի չափման եղանակները բաժանվում են երկու մեծ խմբերի՝ հպումային և ոչ հպումային: Առաջին դեպքում չափող սարքը պետք է հպված լինի չափվող առարկային և դրա հետ գտնվի ջերմային հավասարակշռության մեջ: Երկրորդ դեպքում ջերմաստիճանը չափվում է հեռավորության վրա` չափող սարքի և չափվող առարկայի միջև հպման բացակայությամբ: Սույն

աշխատանքում դիտարկվում են ջերմաստիճանի չափման մի շարք հպումային և ոչ հպումային եղանակներ: Պատմականորեն առաջինը լայն կիրառություն գտած հեղուկային ջերմաչափներից լավագույններն ունեն Ցելսիուսի աստիճանի մեկ հազարերորդականի ճշտություն, բայց այդպիսի մեծ ճշտություն ստանալը պահանջում է մանրակրկիտ աստիճանավորում, չափումների հաշվման ճշգրիտ եղանակ և մեծ թվով ուղղումներ: Հազվադեպ են հանդիպում այնպիսի ջերմաչափներ, որոնք կարող են չափել մինչև 200օC (լցված են պենտանով) և մինչև 600օC (բարձր ճնշման տակ գտնվող սնդիկ): Սակայն առավել ճշգրիտ հեղուկային ջերմաչափների օգտագործումը սովորաբար սահմանափակվում է -40:400օC ջերմաստիճանային տիրույթով: Հայտնի է, որ հեղուկային ջերմաչափների կիրառությունը գնալով նվազում է, քանի որ ներկայումս մատչելի են ջերմաստիճանի չափման ավելի հուսալի և ճշգրիտ եղանակներ: Այս աշխատանքում հիմնականում դիտարկվում են ջերմաստիճանի չափման այն եղանակներն ու սարքերը, որոնց աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է էլեկտրական չափումների վրա: Աղյուսակ 1.1. Հենանիշային կետեր

Ne-ի եռակի կետ: N2-ի եռակի կետ N2-ի եռման կետը Օ2-ի եռակի կետ Օ2-ի եռման կետը Էջ-ի պնդեցման կետը Է2Օ-ի սառեցման կետը Է2Օ-ի եռակի կետ Է2Օ-ի եռման կետը

՛, Կ

՛, օC

24.555 54.361 63.148 27.102 77.348 194.674 234.288 273.16 373.15

-248.595 -218.789 -210.002 -246.048 -195.802 -78.476 -38.862 0.01

մ՛/մP, Կ/մթն

8.5 3.3 9.6 0.0054 -0.007 -0.007 28.0

Պնդեցման կետեր 1ո Տո 8i

429.784 505.1181 544.3592

156.634 231.9681 544.3319

0.0049 0.0033 0.0035

Cմ PԵ Էջ-ի եռման կետը Տ-ի եռման կետը Cս-Ճ1 էվտետիկա ՏԵ Ճ1 Ճջ Ճս Cս Ni Cօ Pմ Pt Rհ Օr Մ

594.258 600.652 629.81 717.824 821.38 903.89 933.52 1235.08 1337.58 1357.6

321.108 327.502 356.66 444.674 548.23 630.74 660.37 961.93 1064.43 1084.45 1454.85 1493.85 1553.85 1771.85 1962.85 2446.85 3386.85

0.0062 0.0080 0.00085

«Եռակի կետ է կոչվում այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում գոյություն ունեն հեղուկ, պինդ և տվյալ հեղուկի հագեցած գոլորշի այլ գազերի բացակայության պայմաններում: Ջրի համար այդ ջերմաստիճանը 273.16 Կ է:

1. 2. Ջերմաէլեկտրական երևույթների վրա հիմնված ջերմաչափներ Ջերմաէլեկտրականության վրա հիմնված ջերմաչափները` ջերմազույգերը, կիրառվում են Ճ1Ճ դարից սկսած: Ջերմազույգի կառուցվածքը բավական պարզ է. այն կազմված է երկու տարբեր մետաղների հաղորդալարերից և միլիվոլտմետրից: Համապատասխան նյութի ընտրության դեպքում ջերմազույգերը հնարավորություն են ընձեռում չափումներ կատարելու 4:3000Կ ջերմաստիճանային տիրույթում՝ ապահովելով մեծ ճշտություն (երբեմն մինչև 0.01օC) և բարձր զգայունություն (մինչև 100 մկՎ/օC` մետաղական զույգերի համար և մի քանի մկՎ/օC՝ կիսահաղորդիչների համար): Եթե ջերմազույգերի համար ընտրված նյութերը մաքուր են, համասեռ և իզոտրոպ ու շահագործման ընթացքում ֆիզիկաքիմիական փոխարկումների չեն ենթարկվում, ապա ջերմազույգերի էլշուի կախվածությունը ջերմաստիճանից ամբողջությամբ վերարտադրելի է:

1.2.1. Հիմնական օրինաչափությունները Ջերմաէլեկտրական երևույթներ (էֆեկտներ): Ջերմազույգերի օգնությամբ ջերմաստիճանի չափումը հիմնված է երեք ջերմաէլեկտրական երևույթների վրա: ա) Զեեբեկի երևույթ: Երկու տարբեր տարանուն հաղորդիչներից կազմված փակ շղթայում, որոնց զոդված ծայրերը գտնվում են տարբեր ջերմաստիճաններում, առաջանում է հոսանք, ընդ որում՝ հոսանքի ուղղությունը փոխվում է, եթե զոդված ծայրերի ջերմաստիճանների հարաբերակցությունը փոխվում է: բ) Պելտյեի երևույթ: Եթե տարասեռ հաղորդիչներից կազմված շղթայում անցկացվի հոսանք, ապա զոդված ծայրերում

կկլանվի կամ կանջատվի ջերմություն: Եթե հոսանքի մի ուղղության դեպքում զոդված մասում ջերմությունն անջատվում է, ապա հոսանքի ուղղությունը փոխելիս կկլանվի: Փորձնականորեն ապացուցված է, որ ջերմության կլանման կամ անջատման արագությունը համեմատական է հոսանքի ուժին և կախված է հաղորդիչ նյութի բնույթից: գ) Թոմսոնի երևույթ: Եթե համասեռ ոչ հավասարաչափ տաքացված հաղորդչով անցնում է 1 հոսանք, ապա հաղորդչի յուրաքանչյուր մասում ջերմությունը կլանվում կամ անջատվում է այնպիսի արագությամբ, որը համեմատական է այդ տեղամասում անցնող հոսանքի ուժին և ջերմաստիճանների տարբերությանը: Կարևոր է նշել Թոմսոնի և Պելտյեի երևույթների ու էլեկտրական հաղորդիչում ջոուլյան ջերմության անջատման միջև տարբերությունը: Առաջին երկու երևույթները թերմոդինամիկորեն դարձելի են, մինչդեռ ջոուլյան ջերմությունը, որը համեմատական է հոսանքի ուժի քառակուսուն, կախված չէ դրա ուղղությունից և դարձելի չէ (էլեկտրական հոսանք անցնելիս ջոուլյան ջերմությունը անջատվում է, սակայն հաղորդչի տաքացման ժամանակ Ջոուլի հոսանք չի առաջանում):

1.2.2. Ջերմազույգերի աստիճանավորում Տիպիկ ջերմազույգերը կազմված են երկու տարբեր մետաղական լարերից, որոնք տեղադրված են ոչ հաղորդիչ պատյանի մեջ: Դրանց ծայրերի մի զույգը (կոչվում է տաք կամ աշխատող մաս) զոդում են միմյանց հետ, իսկ մյուս զույգը (կոչվում է սառը մաս) միացնում են պղնձե լարերին: Պղնձի հետ զոդված ջերմազույգի մասը տեղադրում են սառույց պարունակող թերմոստատում, իսկ մյուս լարերի ծայրերը միացնում են լարումը չափող սարքին: Ջերմաստիճանի ճշգրիտ չափման համար պետք է համապա7

տասխան ճշտությամբ չափվի ԷՃ8 էլշուի կախվածությունը ջերմաստիճանից: ԷՃ8-ի կախումը ջերմաստիճանից սովորաբար բավարար ճշտությամբ ներկայացվում է քառակուսի եռանդամի տեսքով. (1.1) ԷՃ8- a+Ե՛+օ՛2: Այս դեպքում սկզբունքորեն բավարար է միայն երեք կետում չափել ջերմաստիճանը լրիվ աստիճանավորման համար: Ստորև բերված են ջերմաստիճանային տարբեր միջակայքերում աստիճանավորման ընդունված եղանակները: 1) –250:630օC չափելու համար ջերմազույգի աշխատող մասը պլատինային դիմադրության ջերմաչափի հետ ընկղմում են ղեկավարվող ջերմաստիճանով հավասարաջերմ (իզոթերմ) միջավայր: Այնուհետև չափում են ջերմազույգի էլշուի կախվածությունը ջերմաստիճանից` ելնելով պլատինային դիմադրության ջերմաչափի ցուցումներից: 2) 500:1500օC միջակայքում օգտագործում են նույն սկզբունքը, սակայն դիմադրության ջերմաչափը փոխարինվում է նախօրոք աստիճանավորած ստուգանմուշային ջերմազույգով (սովորաբար Pt 10Rհ/Pt, որտեղ 10-ը ռոդիումի տոկոսային պարունակությունն է): 3) 1064:3000օC ջերմաստիճանային միջակայքում որպես ստուգանմուշային սարք օգտագործում են օպտիկական հրաչափ: Այս դեպքում աստիճանավորումն ավելի դժվար է և պակաս ճշգրիտ: 4) Հենանիշային կետերով աստիճանավորման դեպքում ջերմազույգը պատում են շատ մաքուր մետաղով (տե՛ս աղ. 1.1), տեղադրում հալքանոթում (տիգելում), այնուհետև հալքանոթը տեղադրում վառարանում մեջ ու գրանցում էլշուն ըստ մետաղի հալման կամ պնդեցման կետի: Սովորաբար վերցնում են պնդեցման կետը, քանի որ այս դեպքում առավել մեծ ճշտությամբ կարելի է ապահովել ջերմաստիճանային դաշտի համասեռությունը:

Արտադրական և հետազոտական լաբորատորիաներում ջերմազույգերը աստիճանավորում են տրված միջակայքում մի քանի ջերմաստիճանների համար, որից հետո ընտրում են համապատասխան հավասարումը, որն առավելագույնս համապատասխանում է տրված աստիճանավորմանը:

1.2.3. Սխալները ջերմազույգերի կիրառման դեպքում Սխալը կարող է պայմանավորված լինել. 1. Ջերմազույգի թրծումով: Ջերմաստիճանի ճշգրիտ չափումը հնարավոր չէ, եթե ջերմազույգը թրծված չէ համապատասխան ձևով: Թրծումը հեռացնում է մշակման կամ մխման հետևանքով առաջացած լարվածությունները, իսկ երբեմն նաև ապահովում է խառնուրդների այրումը: Սխալ թրծումը կարող է հանգեցնել մեծ անճշտությունների (տասնյակ օC-ով): 2. Ջերմազույգում խառնուրդների և անհամասեռությունների առկայությամբ: Յուրաքանչյուր մաքուր հաղորդիչ ունի սեփական ջերմաէշլու: Հաղորդիչում նույնիսկ փոքր քանակությամբ խառնուրդի առկայությունը հանգեցնում է սխալի: Խառնուրդի հետ մեկտեղ հաղորդիչներում առկա են կառուցվածքային արատներ: Եթե հաղորդիչում խառնուրդները և արատները բաշխված են անհավասարաչափ, ապա դրանք ջերմազույգի ներսում առաջացնում են փոքրիկ ջերմազույգեր: Վերջիններս չափման ընթացքում կարող են ունենալ զգալի ներդրում, ինչի հետևանքով ստացվող արդյունքները կարող են շեղվել իրական պատկերից: 3. Ջերմազույգի համաձուլվածքների բաղադրությամբ: Ջերմազույգերի լարերից մեկը կամ երկուսն էլ մեծ մասամբ պատրաստված են ոչ թե մաքուր մետաղներից, այլ համաձուլվածքներից: Համաձուլվածքների բաղադրության փոքր փոփոխությունը բերում է ջերմաէշլուի զգալի փոփոխության:

4. Ջերմազույգի մետաղների անիզոտրոպիայով: Շատ անիզոտրոպ բյուրեղներում ջերմաէշլուի գործակիցը փոխվում է՝ կախված բյուրեղագիտական ուղղությունից: Բազմաբյուրեղ հաղորդիչների դեպքում դա տեղի չի ունենում, սակայն էական է կիսահաղորդչային նյութերից կազմված ջերմազույգերի համար: 5. Ջերմազույգի ջերմահաղորդականությամբ: Շատ դեպքերում ջերմազույգերի հետ աշխատելիս առաջանում է ջերմության հոսք կամ ջերմազույգի զոդված մասից կամ էլ դեպի զոդված մասը, որն ազդում է ջերմաստիճանի չափման ճշտության վրա: 6. Ջերմազույգի անկայունությամբ: Կախված շահագործման պայմաններից՝ ժամանակի ընթացքում կարող է տեղի ունենալ ջերմազույգի աստիճանավորման փոփոխություն: Այն կարող է ի հայտ գալ մի շարք պատճառներով, այդ թվում՝ մետաղի ցնդելիությամբ (հատկապես բարձր ջերմաստիճաններում), օքսիդացումով և այլն:

1.2.3. Տիպական ջերմազույգեր Սկզբունքորեն ցանկացած երկու տարբեր հաղորդիչներ կարող են առաջացնել ջերմազույգ, սակայն ընտրվում են այնպիսի նյութեր, որոնք հարաբերականորեն կայուն են ֆիզիկական և քիմիական ազդեցությունների նկատմամբ, և որոնցով գրանցված արժեքները վերարտադրելի են: Ակնհայտ է, որ ջերմազույգի բաղադրության մեջ մտնող նյութերի հալման ջերմաստիճանը պետք է լինի ավելի բարձր, քան չափելի ջերմաստիճաններն են: Անհրաժեշտ է նաև, որ ջերմաէլշուն կախված լինի ջերմաստիճանից: I. Ոչ ազնիվ մետաղներից և դրանց համաձուլվածքներից պատրաստված ջերմազույգեր: Արտադրությունում օգտագործվող ջերմազույգերի ճնշող մեծամասնությունը պատրաստված է ոչ ազնիվ մետաղներից և դրանց համաձուլվածքներից:

1. Պղինձ-կոնստանտանային* ջերմազույգ: Ջերմաստիճանային չափման իր միջակայքում (-200:350օC) մյուս ոչ ազնիվ մետաղների համեմատ այս ջերմազույգը համարվում է համեմատաբար ճշգրիտ: -200օC-ից ցածր ջերմաստիճանում էլշուի գործակիցն ընկնում է ջերմաստիճանի անկման հետ և դառնում է շատ զգայուն պղնձի մեջ երկաթի առկայության կամ կոնստանտանի ոչ համասեռության նկատմամբ: 350օC-ով սահմանափակումը պայմանավորված է պղնձի օքսիդացմամբ: 2. Երկաթ-կոնստանտանային ջերմազույգ: Հաճախակի օգտագործվում է մատչելի գնի, բարձր զգայնության, օքսիդիչ և վերականգնիչ միջավայրերի նկատմամբ ցուցաբերած համեմատաբար բարձր կայունության շնորհիվ: Սակայն այս ջերմազույգը կարող է ցուցաբերել որոշ անճշտություններ, որոնք պայմանավորված են դրա ոչ բավարար մաքրությամբ (ստացվում է ոչ այնքան մաքուր, ինչքան պղինձը): Այս ջերմազույգը հազվադեպ է կիրառվում 0-ից ցածր ջերմաստիճաններում: Դրա վերին սահմանը 750օC է օքսիդիչ միջավայրում և 950օC` վերականգնիչ միջավայրում: 3. Քրոմել-ալյումել: Այս ջերմազույգը ոչ ազնիվ մետաղների մեջ ունի ամենալայն աշխատանքային ջերմաստիճանային տիրույթը (-200:1100օC): Թերևս 0օC-ից ցածր ջերմաստիճանների համար առավել նախընտրելի է դառնում պղինձ-կոնստանտան ջերմազույգի օգտագործումը: Մինչև 600օC այն կարող է փոխարինել երկաթ-կոնստանտան ջերմազույգին (չնայած մի փոքր զիջում է իր զգայնությամբ, սակայն առավել մեծ է գծայնության տիրույթը): Քրոմել-P համաձուլվածքը կազմված է 902 Ni և 102 Cr, ալյումելի մոտավոր բաղադրությունը հետևյալն է` 942 Ni, 32Խո, 22Ճ1, 12 Տi: Նիկելի մեծ պարունակության շնորհիվ այս ջերմազույգը ցուցաբերում է ամենամեծ կայունությունն օքսիդացման նկատմամբ: Թերությունն այն է, որ զգայուն է անհամասեռության և մեխանիկական ձևափոխումների (դեֆորմացիաների)

նկատմամբ (հատկապես սառը մշակման ընթացքում), որը բերում է անկայունության: Կոնստանտանը պղնձի և նիկելի համաձուլածքների ընհանուր անվանումն է, որոնցում բաղադրիչների պարունակությունը փոփոխվում է 50 Շս-50իi-ից մինչև 75Շս-25իi: Համաձուլվածքները պարունակում են ոչ մեծ քանակության դոպանտներ: Ջերմազույգերի համար նախատեսված համաձուլվածքներն ունեն 57Շս-43իi մոտավոր բաղադրություն: Բարձր ջերմաստիճաններում ի հայտ են գալիս փխրունության հետ կապված դժվարություններ, որոնք կարող է հանգեցնել ջերմազույգի շարքից դուրս գալուն: Բարակ ջերմազույգն առավել զգայուն է օքսիդացման նկատմամբ, որը հանգեցնում է աստիճանավորման արագ խախտման: Այդ ջերմազույգի աստիճանավորման տվյալները բերված են աղյուսակ 1.2-ում: Աղյուսակ 1.2. Քրոմել-ալյումել ջերմազույգի աստիճանավորման տվյալները Է, oC

Մվոլտ

4.1 8.13 12.21 16.39 20.64

-0.39 0.4 4.51 8.53 12.62 16.82 21.07

-0.77 0.8 4.92 8.93 13.04 17.24 21.49

-1.14 1.2 5.33 9.34 13.45 17.66 21.92

-1.5 1.61 5.73 9.74 13.87 18.08 22.34

-1.86 2.02 6.13 10.15 14.29 18.5 22.77

2.53 6.43 10.56 14.71 18.93 23.2

2.85 6.93 10.97 15.13 19.0 23.62

3.26 7.33 11.38 15.55 19.78 24.05

3.68 7.73 11.8 15.97 20.21 24.48

24.9 25.33 25.75 26.18 26.6 27.03 27.45 27.87 28.29 28.72 29.14 29.56 29.99 30.4 30.82 31.23 31.65 32.07 32.48 32.9

33.31 37.36 41.31 45.14 48.85 52.41

33.71 37.76 41.7 45.52 49.21 -

34.12 38.16 42.08 45.89 49.57 -

34.54 38.56 42.47 46.27 49.95

38.96 38.94 42.86 46.64 50.29

35.35 39.35 43.24 47.01 50.65

35.75 39.75 43.62 47.38

36.16 40.14 47.75 51.36

36.56 40.53 44.38 48.12 51.71

36.96 40.92 44.76 48.43 52.06

4. Քրոմել-կոնստանտանային ջերմազույգ: Չնայած այս ջերմազույգը լայնորեն չի կիրառվում ինչպես նախորդը, սակայն այն ցանկալի է օգտագործել այն դեպքերում, երբ հարկավոր է ստանալ ջերմաէլշուի բարձր գործակից (25մկՎ/օC` -200օC համար և մինչև 80մկՎ/օC` 700օC-ի համար) կամ ապահովել ցածր ջերմահաղորդականություն: Դրա աշխատանքային ջերմաստիճանի վերին սահմանը օքսիդիչ միջավայրում կազմում է մոտ 1000օC: II. Ազնիվ մետաղներից պատրաստված ջերմազույգեր: Ապացուցված է, որ ազնիվ մետաղներից պատրաստված ջերմազույգերն ունեն մեծ ճշտություն, կայունություն և վերարտադրելիություն: Չնայած դրանց ջերմաէլշուի գործակիցը առավել փոքր է, քան ոչ ազնիվ մետաղներից պատրաստված ջերմազույգերինը: Այս անփոխարինելի հատկությունները մեծապես պայմանավորված են քիմիական չեզոքությամբ (իներտությամբ) և բարձր մաքրություն ապահովելու հնարավորությամբ: 1. Պլատին-ռոդիումային ջերմազույգեր: Այս ջերմազույգերը բավականին կայուն են օքսիդացման նկատմամբ: Սակայն բարձր ջերմաստիճաններում ի հայտ է գալիս թերություն, որը բնութագրական է պլատինի պարունակությամբ բոլոր ջերմազույգերին, այն է` բարձր ջերմաստիճաններում պլատինը դանդաղ փոխարկվում է ցնդող օքսիդի: Վերջինս ավելի ցածր ջերմաստիճանում կարող է վերականգնվել (մի քանի հարյուր ժամում) մինչև մետաղական պլատին` սովորաբար առաջացնելով թելանման բյուրեղներ: Նման երևույթը կարող է հանգեցնել ջերմազույգի աստիճանավորման խախտման: Այս ջերմազույգերը հուսալի են վակուումում աշխատանքի ժամանակ, սակայն չեզոք և վերականգնիչ միջավայրերում ցուցաբերում են ոչ մեծ կայունություն: Նշված խմբում լայնորեն տարածված տարատեսակ է Pt 10Rհ-Pt (ինչպես նաև Pt 13Rհ-Pt) ջերմազույգը: Այն կարող է օգտագործվել օդում կամ վակուումում անընդհատ չափումների համար 1400-1600օC և 1750օC ջերմաստիճաններում, բայց կարճ

ժամանակով: Այս ջերմազույգի ջերմաէլշուն սովորաբար դանդաղորեն ընկնում է ժամանակի ընթացքում ռոդիումի գոլորշացմամբ կամ դեպի պլատին տեղաշարժի (միգրացիայի) դեպքում, որը չափազանց զգայուն է աղտոտման նկատմամբ: Վերջերս մշակված բարձր ջերմաստիճանային ջերմազույգերից են Pt 20Rհ-Pt 5Rհ և Pt 30Rհ-Pt 6Rհ, որոնք կարող են բաց օդում անընդհատ չափել մինչև 1700օC ջերմաստիճան: Մինչև 1850օC հնարավոր է չափումներ կատարել Pt 40Rհ-Pt 20Rհ ջերմազույգով: 2.Իրիդիում-ռոդիումային ջերմազույգ: (1r60Rհ-1r, 1r40Rհ-1r, 1r 50Rհ-1r) Օգտագործվում է ավելի բարձր ջերմաստիճանների չափման համար, ինչը հնարավոր չէ ապահովել պլատինառոդիումային ջերմազույգերի միջոցով: Սրանք օգտագործվում են վակուումում, օքսիդիչ և չեզոք միջավայրերում (բայց ոչ վերականգնիչ) մինչև մոտ 2200օC: 3.Պլատինել*- տարբեր ազնիվ մետաղներից կազմված ջերմազույգ է, ջերմաէլեկտրական հատկություններով շատ նման քրոմել-ալյումելային ջերմազույգին, սակայն կարելի է օգտագործել ավելի բարձր ջերմաստիճաններում և ավելի երկար ժամանակ: Կարելի է օգտագործել վերականգնիչ միջավայրում մինչև 1000օC չափումներ կատարելու համար: 4. Պլատին-իրիդիումային ջերմազույգեր: Ավելի հաճախ օգտագործվում է Pt 151r-Pմ ջերմազույգը: Կայուն է օքսիդիչ միջավայրերում և աշխատում է բարձր ջերմաստիճաններում (1500օC): Ունեն բարձ ջերմաէլշուի գործակից: Սակայն մեխանիկական կայունությունը բարձր չէ:

«

Հայտնի է պլատինել տեսակի երկու ջերմազույգ՝ պլատինել –IՐPd 14P1 34ս/4ս 35Pd կազմով և պլատինել-IIՐ IՐPd 13P1 144ս/4ս 35Pd: Վերջինս բնութագրվում է մեխանիկական բարձր տվյալներով:

III. Դժվարահալ մետաղներից պատրաստված ջերմազույգեր: Սրանցից տարածված են Մ, Խօ, Re, ՛a և NԵ-ից պատրաստված ջերմազույգերը: 1. W-Rօ ջերմազույգ: Այս ջերմազույգերն ընդունակ են աշխատելու մինչև 2600:3000օC ջերմաստիճանային միջակայքում: Դրանք կիրառվում են չեզոք, ջրածնային և վակուումային միջավայրերում, բայց ոչ թթվածնային միջավայրում: Անկայունություն է դիտվում ածխաջրածնային միջավայրում աշխատելիս հատկապես վոլֆրամի համար, քանի որ 2000օC-ից բարձր ջերմաստիճանում առաջանում է վոլֆրամի կարբիդ: Ջերմազույգում Մ-Re հարաբերությունը փոխվում է շատ լայն միջակայքում: Չնայած այն հանգամանքին, որ ռենիումն ունի ավելի բարձր կայունություն, այդուհանդերձ սովորաբար օգտագործվում է դրա համաձուլվածքը` Մ26Re, քանի որ Մ-Մ26Re ջերմազույգի ջերմաէլշուի ջերմաստիճանային կախվածությունը ցուցաբերում է ավելի բարձր գծայնություն, քան Մ-Re ջերմազույգը, իսկ 1500օC-ից բարձր ջերմաստիճաններում այս ջերմազույգն ունի ելքի հոսանքի ավելի մեծ գործակից: Սենյակային ջերմաստիճանում վոլֆրամե լարերն ունեն բավարար առաձգականություն, որն ապահովում է ձևախախտումային կայունություն: Սակայն բարձր ջերմաստիճաններում (>1300օC) տեղի է ունենում վերաբյուրեղացում, ինչի հետևանքով սառչելուց հետո վոլֆրամը դառնում է չափազանց փխրուն: Վերջինս հանգեցնում է ջերմազույգի շարքից դուրս գալուն: Ռենիումի անգամ փոքր քանակները (Մ5Re) հանգեցնում են վոլֆրամի վերաբյուրեղացման ջերմաստիճանի բարձրացման (մոտ 2300օC): Այս ջերմաստիճանին չհասնելու դեպքում ջերմազույգը մնում է բավարար առաձգական: Այդ ջերմազույգի աստիճանավորման համար տվյալները բերված են աղյուսակ 1.3-ում:

Աղյուսակ 1.3. Վոլֆրամ-ռենիումային ջերմազույգի աստիճանավորման տվյալները Մվոլտ

t, 0Ը

1.337 2.901 4.57 6.279 7.996 9.706 11.397 13.063 14.695 16.287 17.831 19.326 20.769 22.163 23.509 24.808 26.052 27.226 28.32

0.118 1.486 3.065 4.74 6.451 8.163 9.876 11.565 13.228 14.857 16.444 17.983 19.472 20.911 22.3 23.642 24.935 26.173 27.9

0.241 1.637 3.229 4.91 6.623 8.339 10.046 11.733 13.392 15.017 16.6 18.134 19.618 21.052 22.436 23.773 25.061 26.293 27.4 28.48

0.367 1.798 3.395 5.08 6.794 8.511 10.215 11.9 13.557 15.177 16.755 18.285 19.764 21.192 22.572 23.904 25.187 26.412

0.497 1.944 3.561 5.251 6.966 8.682 10.385 12.067 13.72 15.337 16.911 18.435 19.909 21.332 22.707 24.035 25.312 26.531

0.63 2.1 3.728 5.422 7.138 8.853 10.554 12.234 13.882 15.497 17.065 18.585 20.054 21.472 22.842 24.165 25.437 26.649 27.64

0.766 2.258 3.896 5.593 7.31 9.024 10.723 12.4 14.057 15.656 17.22 18.734 20.198 21.611 22.977 24.294 25.561 26.766

0.905 2.417 4.063 5.764 7.481 9.194 10.892 12.566 14.21 15.814 17.373 18.883 20.341 21.75 23.11 24.424 25.685 26.882

1.047 2.577 4.232 5.936 7.653 9.365 11.061 12.732 14.372 15.972 17.526 19.031 20.484 21.888 23.244 24.552 25.808 26.998

1.191 2.739 4.401 6.107 7.825 9.535 11.229 12.898 14.534 16.13 17.679 19.179 20.627 22.026 23.377 24.68 25.93 27.112 28.29 29.27

28.57

28.9

2. W-1o ջերմազույգ: Այն արդյունավետ աշխատում է վերականգնիչ միջավայրում, սակայն դրա բաղադրիչներն ունեն լուրջ թերություններ. բարձր ջերմաստիճաններում ցուցաբերում են փխրունություն, ինչպես նաև այս զույգն ունի ջերմաէլշուի փոքր գործակից: Դրա ջերմաէլշուն 1200օC-ի մոտ փոխում է հոսանքի բևեռները, հետևաբար տարօրինակ չէ, որ այս ջերմազույգը չունի լայն տարածում:

3. W-Ir ջերմազույգ: Ջերմազույգի հիմնական առավելությունն է մեծ և գրեթե հաստատուն ջերմաէլշուի գործակիցը: Այն բավականին կայուն է. ջերմաստիճանի վերին սահմանը 2200օC է և կիրառվում է վակուումում կամ չեզոք միջավայրում չափումների համար: Ստորև բերված են որոշ ջերմազույգեր՝ ըստ եվրոպական չափանիշների: IV. Ջերմազույգեր ցածր ջերմաստիճանների համար: Ցածր ջերմաստիճաններում չափումներ կատարվում են բացարձակ և դիֆերենցիալ եղանակներով: Այս պայմաններում մաքուր մետաղների ջերմաէշլուն դառնում է խիստ զգայուն խառնուրդների և կառուցվածքային արատների նկատմամբ: Այդ պատճառով ջերմազույգի նյութի ընտրությանը մեծ ուշադրություն է դարձվում: Մինչև վերջերս որպես ցածրջերմաստիճանային ջերմազույգերի դրական բաղադրիչ օգտագործվում էր պղինձը կամ արծաթի համաձուլվածքը ոսկու հետ (Ճջ0.37Ճս), քանի որ նշված նյութերը հնարավոր է ստանալ շատ մաքուր և համասեռ: Բացասական բաղադրիչի դերում հաճախ հանդես է գալիս կոնստանտանը (80Կ-ից բարձր): Ավելի ցածր ջերմաստիճանում ցանկալի է օգտագործել 2Ճս.1Cօ համաձուլվածքը, չնայած այն ավելի փխրուն է: Առավել նպատակահարմար կարող է լինել Ճս0.03Իe համաձուլվածքը, որը մեծ համասեռությամբ օժտված պինդ լուծույթ է: Աղյուսակ 1.4-ում բերված են մի շարք ջերմազույգերի բնութագրեր: Ջերմազույգի տեսակը B

Աղյուսակ 1.4. Մի շարք ջերմազույգերի բնութագրերը: Նյութերի անունները Շահագործման ջերմաստիճանային տիրույթը Պլատին 302 Ռոդիում (+) 1370-1700 օC Պլատին 62 Ռոդիում (-)

Ը

J K Պ R Տ T

Մ5Re Վոլֆրամ 52 Ռենիում Մ26Re Վոլֆրամ 262 Ռենիում (-) Քրոմել (+) Կոնստանտան (-) Երկաթ (+) Կոնստանտան (-) Քրոմել (+) Ալյումել (-) Նիքրոզիլ (+) Նիզիլ (-) Պլատին 132 Ռոդիում (+) Պլատին (-) Պլատին 102 Ռոդիում (+) Պլատին (-) Պղինձ (+) Կոնստանտան (-)

1650-2315 օC

95-900 օC 95-760 օC 95-1260 օC 650-1260 օC 870-1450 օC 980-1450 օC -200-350 օC

1.2.4. Ոչ մետաղական ջերմազույգեր Այս ջերմազույգերն ունեն մի շարք անժխտելի առավելություններ՝ համեմատած մետաղական ջերմազույգերի հետ, այն է՝ ջերմաէլշուի մեծ գործակից, տարբեր միջավայրերում քիմիական և ֆիզիկական մեծ կայունություն, ինչպես նաև աշխատանքային ջերմաստիճանները մինչև 3000օC բարձրացնելու հնարավորություն: Որպես ջերմազույգեր հեռանկարային են համարվում որոշ կարբիդներ, բորիդներ, նիտրիդներ և սիլիցիդներ:

1.2.5. Ջերմազույգերի կառուցվածքը Այսպես կոչված դասական կառուցվածքով ջերմազույգը բաղկացած է երկու տարբեր լարերից` պաշտպանված երկու միանցքանի կամ մեկ երկանցքանի էլեկտրամեկուսիչ խողովակներով (кембрик): Լարերի երկու ծայրերը միացված են՝ առաջացնելով աշխատանքային (տաք) զոդվածք: Անհրաժեշտության դեպքում ջերմազույգը պատում են պաշտպանիչ պատյանով կամ թաղանթով, որի համար օգտագործում են ալյումինի կամ բորի նիտրիդներ:

1.3. Դիմադրության ջերմաչափներ Բոլոր տեսակի էլեկտրահաղորդիչ նյութերի էլեկտրահաղորդականությունը փոխվում է ջերմաստիճանի փոփոխման հետ, և այդ հատկությունը վաղուց օգտագործվում է ջերմաստիճանի չափման համար: Առաջին դիմադրության ջերմաչափները գլխավորապես մետաղական էին, և ներկայումս այս տեսակը ամենատարածվածն է: Սակայն այժմ սկսում են լայն տարածում ստանալ նաև կիսահաղորդչային և միջմետաղական դիմադրության ջերմաչափները: Ամենատարածված դիմադրության ջերմաչափներից են գերմանիումային և ածխածնայինները, որոնք նախատեսված են շատ ցածր ջերմաստիճանների համար (1-20Ճ), պարկուճի տեսքով պլատինային ջերմաչափներ` 10Ճ-450Ճ (որոշ դեպքերում կարող են չափել մինչև 650օC), նոր տեսակի` շատ փոքր դիմադրությամբ պլատինային ջերմաչափներ (400:1100օC) (նկ.1.1): Որոշ դեպքերում օգտագործվում են նաև պղինձը, նիկելը, վոլֆրամը և մի շարք համաձուլվածքներ, որոնք ունեն դիմադրության բարձր ջերմաստիճանային գործակից:

Նկար 1.1. Պլատինային դիմադրության ջերմաչափներ

Դիմադրության ջերմաչափները ամենաճշգրիտն են, ամենազգայունը և ամենակայունը հայտնի ջերմաչափների շարքում: Ճշտությունը պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ չափող բջիջն ամբողջությամբ գտնվում է չափվող միջավայրում, և ստացված արդյունքը կախված չէ առարկայի ու շրջակա միջավայրի միջև առկա ջերմաստիճանային բաշխվածությունից: Զգայնությունը պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ ջերմաստիճանի նկատմամբ զգայուն պարամետր է հանդիսանում այնպիսի էլեկտրական մեծություն, որը հնարավոր է չափել մեծ ճշգրտությամբ: Կայունությունն ապահովվում է պաշտպանիչ թաղանթի միջոցով, որը պահպանում է չափող բջիջը մեխանիկական և քիմիական ազդեցություններից:

1.3.1. Կիսահաղորդչային դիմադրության ջերմաչափներ Մետաղական դիմադրության ջերմաչափների նման կիսահաղորդչային դիմադրության ջերմաչափները, որոնց բնութագրական ներկայացուցիչները ջերմառեզիստորներն են կամ ջերմիստորները, որոնք ջերմաստիճանը նույնպես չափում են նյութի էլեկտրական դիմադրության հատկության հիման վրա: Սակայն ի

տարբերություն դիմադրության ջերմաչափների, որտեղ որպես ջերմաստիճան չափող բջիջ օգտագործվում են մետաղական բնույթի նյութեր, այստեղ չափող բջիջը հիմնականում կիսահաղորդչային (մեծ մասամբ օքսիդային, օրինակ՝ NiՕ, Խո2Օ3, Cօ2Օ3, կամ օքսիդային պինդ լուծույթներ` ԽջCr2Օ4, Իe3Օ4) միացություններ են: Ջերմառեզիստորների կարևոր տարբերությունը դիմադրության ջերմաչափներից այն է, որ այստեղ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ դիտվում է դրա էլեկտրական դիմադրության նվազում (դիմադրության ջերմաչափներում, ընդհակառակը, դիմադրությունը մեծանում է): Ջերմառեզիստորի էլեկտրական դիմադրության կախվածությունը ջերմաստիճանից կոչվում է ջերմառեզիստորի ջերմաստիճանային բնութագիր: Նշված կախվածությունը կիսահաղորդչային դիմադրությունների համար, որոնք ունեն բացասական ջերմաստիճանային գործակից, մեծ մոտավորությամբ նկարագրվում է հետևյալ արտահայտությամբ. ,

(1.2)

որտեղ ՛-բացարձակ ջերմաստիճանն է, Ճ-ն, 81-ը, 8-ն հաստատուններ են՝ կախված կիսահաղորդչային նյութի բնույթից ու կառուցվածքային ձևավորումից: Քանի որ 81..1, այդ իսկ պատճառով շատ գործնական հաշվարկներում օգտագործվում է ավելի պարզ արտահայտություն. (1.3) Այս հավասարման մեջ տեղադրելով ՛-∞՝ կստանանք (1.4) Ընդգծելու համար, որ Ճ-ն ջերմառեզիստորի դիմադրությունն է անվերջ մեծ ջերմաստիճանների դեպքում, (1.3)-ը գրվում է այսպիսի տեսքով.

(1.5) Ջերմառեզիստորի ջերմաստիճանային բնութագիրը կառուցվում է դրա դիմադրության և միջավայրի ջերմաստիճանի անուղղակի չափման արդյունքների հիման վրա: Այս դեպքում հարկավոր է պահպանել ջերմաստիճանային հավասարակշռությունը ջերմառեզիստորի և միջավայրի միջև, ինչի դերում սովորաբար հանդես է գալիս ջերմապահպանված (թերմոստատացված) օդը: Դիմադրության ածանցյալն ըստ ջերմաստիճանի ոչ գծայնության հետևանքով կախված է ջերմաստիճանից. , որտեղ

(1.6)

մեծությունը բնութագրում է ջերմաս-

տիճանի փոփոխման նկատմամբ ջերմառեզիստորի զգայունությունը և կոչվում է դիմադրության ջերմաստիճանային գործակից: Ջերմառեզիստորների տեխնիկական տվյալները հրատարակվում են հատուկ տեղեկատու ուղեցույցներում: Դրանցից օգտվելու դեպքում հարկավոր է ուշադրություն դարձնել ջերմառեզիստորի այնպիսի պարամետրերի վրա, ինչպիսիք են՝ դիմադրության արժեքը (Օհմ), դիմադրության ջերմաստիճանային կախվածությունը, շահագործման ջերմաստիճանային տիրույթը, խոնավության նկատմամբ զգայունությունը և այլն: Ստորև բերված են մի շարք ջերմառեզիստորների տեխնիկական տվյալները և շահագործման ջերմաստիճանային տիրույթները: Տեսակը՝ KMT-44, MMT-44 Նախատեսված են ջերմաստիճանի չափման և կարգավորման, ինչպես նաև էլեկտրական շղթայում տարրերի ջերմային փոխհատուցման համար, որոնք ունեն դիմադրության ջերմաստիճանային գործակցի դրական արժեք:

Շահագործման պայմանները Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը՝ -60-ից մինչև +85 0C: Շրջակա միջավայրի հարաբերական խոնավությունը՝ +40±2 C-ում մինչև 982: Մթնոլորտային ճնշումը՝ 2մմ սնդ. սյունից մինչև 10մթն: Հիմնական տեխնիկական բնութագրերը 1. 8 հաստատունի արժեքը ՃԽ՛-4Է......................................................3600 Կ-ից ոչ պակաս ԽԽ՛-4Է.....................................................2060 Կ-ից ոչ պակաս 2. Երկարակեցությունը..........................................10 000 ժամ (2000 ժամ՝ +70ից +85 0C ջերմաստիճանային տիրույթում) Աղյուսակ 1.5-ում բերված են ՃԽ՛-4Է և ԽԽ՛-4Է ջերմառեզիստորների մի քանի բնութագրեր:

Ջերմառեզիստորի տեսակը

ՃԽ՛-4Է ԽԽ՛-4Է

Աղյուսակ 1.5. K11-44 և 111-44 ջերմառեզիստորների մի քանի բնութագրեր Անվանական Հզորություն դիմադրության Առավելա- Նվազա+85 0C-ում արժեքների գույն, գույն, մՎտ նշված սահմանները մՎտ Վտ արժեքներից +20 0C-ում ոչ ավելի 22 կՕհմ0.4-0.5 0.2 1 Օհմ 1 կՕհմ0.4-0.5 0.4 220 Օհմ

ԸT1-30 Շահագործման պայմանները Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը՝ +60-ից մինչև +85 0C: Շրջակա միջավայրի հարաբերական խոնավությունը՝ +40 C-ում մինչև 982: Մթնոլորտային ճնշումը՝ 400 մմ սնդ. սյունից մինչև 15մթն:

Հիմնական տեխնիկական բնութագրերը 1. Ջերմազգայուն տարրի նվազագույն դիմադրությունը .....200 Օհմ 2. Տաքացուցիչի դիմադրությունը..............................................................100 Օհմ 3. 8 հաստատունի արժեքը....................................4000Կ±102 4. Ժամանակի հաստատունը................................6-12 վրկ

1.4. Ջերմաստիճանի որոշումը ոչ հպումային եղանակով (օպտիկական ջերմաչափներ) Եթե ճառագայթող միջավայրը կարող է բավականին լավ մոտավորությամբ հասնել թերմոդինամիկական հավասարակշռության, ապա հնարավոր է միջավայրի ջերմաստիճանը չափել՝ հիմնվելով ճառագայթի համապատասխան վերլուծության վրա: Այս եղանակի հիմնական առավելությունն այն է, որ գրանցող սարքը հնարավոր է տեղադրել չափվող միջավայրից բավականին հեռու: Սահմանափակող է համարվում այն գործոնը, որ տվիչը պետք է «տեսնի» առարկային: Բացի այդ՝ նշված եղանակի կիրառությունը կախված է նաև նյութի բնույթից, առարկայի և տվիչի միջև օպտիկական թափանցելիությունից: Այս եղանակը մեծապես օգտագործվում է բարձր ջերմաստիճանների չափման համար, որտեղ ջերմազույգերի օգտագործումը սահմանափակված է: Որևէ մարմնի ջերմաստիճանի չափումը, ըստ դրա ճառագայթման, հիմնված է ճառագայթման օրենքների վրա: Համաձայն վերջիններիս՝ այս եղանակը կարելի է ստորաբաժանել երկու մեծ դասերի. 1. սպեկտրազննական (սպեկտրոսկոպիական) ջերմաչափություն,

2. օպտիկական ջերմաչափություն: Սպեկտրազննական ջերմաչափությունը սովորաբար գործ է ունենում սպեկտրային գծերի կամ շերտերի ուժգնության չափման հետ, որոնք բնութագրում են գոլորշիների կամ պլազմայի կողմից ճառագայթումը 3000-100 000Ճ տիրույթում: Այն հիմնված է ջերմաստիճանից կախված նշված գծերի ուժգնացման և լայնացման երևույթի վրա: Չնայած այս եղանակն իր ճշտությամբ զիջում է վերը նշվածներին, այդուհանդերձ այն անփոխարինելի է բարձր ջերմաստիճանային չափումների համար: Օպտիկական ջերմաչափությունը հիմնված է ջերմային ճառագայթման անընդհատ սպեկտրի չափման վրա: Այս եղանակով հնարավոր է մարմնի ջերմաստիճանը չափել. ա) դրա սպեկտրային պայծառությունը համեմատելով նախօրոք աստիճանավորած չափանմուշի պայծառության հետ (պայծառային հրաչափություն, яркостная пирометрия), բ) աստիճանավորված գրանցող սարքով լրիվ ճառագայթման խտության չափման միջոցով (գումարային ճառագայթման հրաչափություն կամ ճառագայթային հրաչափություն (пирометрия суммарного излучения)), գ) տարբեր երկարությամբ ալիքների սպեկտրային ուժգնությունների հարաբերակցությամբ (գունային հրաչափություն (цветовая пирометрия)): Այս մոտեցումների մեջ ամենաճշգրիտը պայծառաչափական հրաչափությունն է: Ճառագայթային հրաչափությունը ունի ավելի մեծ կիրառություն: Գունային հրաչափությունը նկատելի առավելություն չունի պայծառային հրաչափության նկատմամբ, այս դեպքում կիրառվող սարքավորումն ավելի բարդ է, ինչի հետևանքով այն լայն տարածում չի ստացել: Հրաչափների մի քանի տեսակ բերված են նկար1.2-ում:

Նկար 1.2 Հրաչափներ

1.5. Գազային ջերմաչափներ Բոլոր տեսակի գազային ջերմաչափները հիմնված են իդեալական գազերի վիճակի հավասարման վրա.

PV  R7 ,

(1.7) որտեղ P-ն և Մ-ն համապատասխանաբար, որոշակի զանգվածով գազի ճնշումն ու ծավալն են, ՛-ն՝ թերմոդինամիկական ջերմաստիճանը: Ցածր ճնշումների դեպքում (0.01-1 մթն.) իդեալական գազերի և իրական գազերի միջև տարբերությունները շոշափելի չեն և լավ հայտնի են, ինչը և օգտագործվում է գազային ջերմաչափներում՝ ջերմաստիճանը ճշգրիտ չափելու համար: Չափման ճշտությունը կազմում է 0.01-0.1 Ճ, իսկ լիցքավորվող գազը, որպես կանոն, հելիումն է:

Նկար 1.3 Գազային ջերմաչափներ

Հայտնի են գազային ջերմաչափների երեք տեսակներ: 1. Հաստատուն ծավալով գազային ջերմաչափներ (նկ. 1.4). սարքը բաղկացած է երկու անոթներից (երկանոթային ջերմաչափներ): Առաջին անոթն ունի ՄԵ ծավալ, որը գտնվում է չափվող ջերմաստիճանում, իսկ մյուսը` Մտ (որի ծավալը շատ անգամ ավելի մեծ է), գտնվում է հենքային ջերմաստիճանում: Ջերմաստիճանի չափումը իրականացվում է ճնշման փոփոխության գրանցման միջոցով: Նման ջերմաչափի գծապատկերը բերված է նկար 1.4-ում: 2. Հաստատուն ճնշումով գազային ջերմաչափներ (հաստատուն ճնշման պայմաններում գրանցվող ծավալի փոփոխությունը վերահաշվարկվում է ըստ ջերմաստիճանի՝ ելնելով իդեալական գազերի ջերմային ընդարձակման հայտնի օրենքից):

Նկար 1.4. Հաստատուն ծավալով գազային ջերմաչափ

3. Հաստատուն ջերմաստիճանով գազային ջերմաչափներ: Այն բաղկացած է հայտնի ծավալներով երկու անոթներից, որոնցից մեկը գտնվում է չափվող ջերմաստիճանում, իսկ մյուսը` հենքային (опорная температура): Ջերմաստիճանի չափումն իրականացվում է ճնշման փոփոխության միջոցով, որն առաջանում է մի տարայից դեպի մյուսը գազի շարժման հետևանքով:

1.6. Փորձնական մաս Աշխատանքի նպատակն է պատրաստել տարբեր ջերմազույգեր, աստիճանավորել և դրանց միջոցով չափել ու կառուցել էլեկտրական սալօջախի ստացիոնար ջերմային դաշտը, ինչպես նաև չափել տարբեր նյութերի այրման հետևանքով առաջացած բոցի ջերմաստիճանային բաշխվածությունը:

1.6.1. Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ Պղնձի, քրոմել և ալյումին, վոլֆրամ-ռենիում 5 և վոլֆրամռենիում 20 համաձուլվածքի լարեր, լարեր զոդող սարք՝ էլեկտրական կամ գազային զոդիչ, միլիվոլտմետր, ջերմաչափ մինչև 300օC, էլեկտրական սալօջախ, լուցկի, մոմ, սպիրտայրոց, յուղային կամ ավազե բաղնիք:

Փորձի նախապատրաստում Ջերմազույգեր պատրաստելու համար վերցնել 15-20 սմ երկարությամբ լարեր (Cr/Ճ1, Մ/Re5-Մ/Re20), մի ծայրը փաթաթել և տեղադրել զոդիչ սարքի մեջ՝ ներկայացնող պահանջներին համաձայն: Զոդել փաթաթված ծայրը, հանել և խոշորացույցի տակ ստուգում առաջացած գնդիկի որակը: Չզոդելու դեպքում նորից կրկնել վերոհիշյալ գործողությունները մինչև ստացվի զոդված լավ գնդիկ: Պատրաստված ջերմազույգը միացնել միլիվոլտմետրին և կատարել ջերմազույգի աաստիճանավորում: Պատրաստի ջերմազույգը աստիճանավորելու համար դրա սառը մասը միացնում ենք պղնձե հաղորդալարին: Այդ մասը տեղադրում են 0օC թերմոստատում (սովորաբար այն մեկուսացվում է ապակե կամ կերամիկական մազախողովակով և ընկղմվում է սառցաջրի մեջ ), իսկ պղնձի մյուս ծայրերը միացնում են լարումը չափող սարքին: Հայտնի երեք տարբեր ջերմաստիճաններում չափում են ջերմազույգի էլշուները և կառուցում ջերմաէլշուջերմաստիճան կախվածությունը: Հաստատուն ջերմաստիճաններ ստանում են յուղային կամ ավազե բաղնիքի օգնությամբ, որի ջերմաստիճանը որոշվում է բարձրաջերմաստիճանային ջերմաչափով: Աստիճանավորման գրաֆիկը կառուցելուց հետո կարելի է ջերմազույգը օգտագործել որպես ջերմաչափ: Այս ձևով պատրաստված ջերմաչափները (Cr/Ճ1, Մ/Re5-Մ/Re20) տեղադրել սալօջախի վրա տարբեր բարձրությունների և դիրքերի վրա՝ կառուցելով ջերմային դաշտի պատկերը: Նույն ձևով կառուցել մոմի, սպիրտայրոցի և լուցկու բոցերի ջերմային դաշտերի պատկերներ: Համեմատել տարբեր ջերմազույգերի տված արդյունքները:

Լաբորատոր աշխատանք 2

Հանքանյութի մանրացումն ու դրա հատիկային չափսի որոշումը: Մանրացնող սարքեր

2.1. Մետաղների հանքանյութերի հարստացում Մետաղական հանքերի մեծամասնությունը համեմատաբար աղքատ բազմամետաղական ապարներ են: Շատ հազվադեպ են լինում այնպիսի հանքանյութեր, որոնց անմիջականորեն հնարավոր է ենթարկել քիմիական մշակման: Հանքանյութը նախ հարստացնում են, այսինքն՝ տասնյակ և հարյուրավոր անգամ մեծացնում են անհրաժեշտ բաղադրիչի կոնցենտրացիան հումքի մեջ, ընդ որում՝ մշակման ընթացքում հաճախ կորզվում են նաև մի շարք այլ արժեքավոր մետաղներ ևս: Գունավոր մետալուրգիայում հարստացման գործընթացն ունի մեծ նշանակություն: Այսպես՝ հումքում մետաղի պարունակությունից են կախված մետաղամշակման գործարանի արտադրողականությունը, աշխատանքի, ջերմության ու էլեկտրաէներգիաի ծախսերը և օժանդակ միջոցները, կորզվող մետաղի կորուստները և այս ամենի արդյունքում ստացվող վերջանյութի ինքնարժեքը: Որպես օրինակ կարող են ծառայել աղյուսակ 2.1-ում ներկայացված տվյալները, որոնք բնութագրում են կապարի հումքում մետաղի պարունակության ազդեցությունը դրա ցուցանիշների վրա: Ինչպես երևում է բերված տվյալներից, հումքում կապարի պարունակության նվազմանը զուգընթաց փոքրանում է արտադրողականությունը, կապարի կորզման աստիճանը, մեծանում է կորուստը և կոքսի ծախսը:

Աղյուսակ 2.1. Կապարի ցուցանիշերը հումքում կապարի տարբեր պարունակության պայմաններում Հումքում PԵ-ի պարունակությունը, 2

Գործարանի հարաբերական արտադրող., 2

≈100

1 տ կապարի Կապարի Կապարի ստացման համար կորուստը, կորզման կոքսի ծախսը, տ աստիճաը, 2

2.6 11.4

8.8

91.2

Հումքում մետաղի հարստացումն իրականացվում է դատարկ (փուչ) ապարի հեռացմամբ: Եթե հումքը պարունակում է մի քանի մետաղներ, ապա հարստացման գործողությունն ընդլայնվում է: Այս ընթացում դատարկ ապարի հեռացման հետ լուծվում է նաև տարբեր մետաղների բաժանման հարցը մինչև առանձին արգասիքներ, որոնք հնարավոր են օգտագործել այս կամ այն մետաղի ստացման համար: Հարստացման այս եղանակը կոչվում է ընտրողական: Հումքի հարստացումն հիմնականում իրականացվում է մեխանիկական մշակման միջոցով, որի ժամանակ միներալի բաղադրությունը մնում է անփոփոխ: Հարստացման ընթացքում փոփոխվում է միայն հումքում պարունակվող օգտակար բաղադրիչի և դատարկ ապարի հարաբերակցությունը: Բայց հարստացման գործընթացում կարող է մտնել նաև սկզբնական մետաղագործական մշակումը, որի դեպքում հանքի կորզումն իրականացվում է քիմիական փոխազդեցության միջոցով: Այդպիսի «քիմիական» հարստացման օրինակ կարող են լինել կավահողի (Ճ12Օ3) ստացումը կավային հումքից, վոլֆրամի անհիդրիդի (ՄՕ3) կորզումը վոլֆրամային հումքից և այլն: Մեխանիկական հարստացման բազմաթիվ եղանակներ հիմնված են միներալների տարբեր ֆիզիկական հատկությունների վրա՝ խտություն, հատիկի չափս, ձև, գույն և փայլ, թրջելիություն, մագնիսական ձգողականություն և այլն:

Հումքի հարստացումից առաջ, որպես կանոն, այն բերում են այնպիսի վիճակի, որի դեպքում դրանում պարունակվող միներալները հնարավորինս ազատվեն միմյանց նկատմամբ խնամակցությունից: Դրան հասնում են հանքանյութի ջարդման ու մանրացման միջոցով և մանրացված նյութի տեսակավորմամբ` ըստ հատիկի չափսի կամ դասի: Պետք է հաշվի առնել նաև, որ ջարդումն ու մանրացումը, ինչպես նաև տեսակավորումն ըստ հատիկի չափսի, լայնորեն օգտագործում են նաև մետաղագործական արդյունաբերության մեջ նախապատրաստական և օժանդակ մշակումների ժամանակ: Արժի նաև հիշատակել, որ ելանյութի (փոշու) տեսակարար մակերեսը մեծ նշանակություն ունի նաև այնպիսի տեխնոլոգիական ցիկլերի ժամանակ, երբ փոշուց հարկավոր է ստանալ ամփոփ նյութ: Մասնավորապես փոշեմետաղագործությունում և կերամիկայի փոշեմշակման ժամանակ ելային հատիկի չափսի նկատմամբ դրվում են խիստ պահանջներ: Փոշու տեսակարար մակերեսի մեծությունը առանցքային նշանակություն ունի նաև պինդ ֆազի ներկայությամբ ընթացող ռեակցիաներում: Պետք է նշել, որ քիմիական տեխնոլոգիայում ռեակցիաները հիմնականում տարասեռ բնույթ ունեն, հետևաբար ելային ազդանյութերի հատիկայնությունը չունի խիստ կարևոր նշանակություն: Ելնելով նշված խնդիրներից՝ մշակվել են պինդ նյութի (այդ թվում՝ հանքանյութի) մանրացման բազմաթիվ եղանակներ:

2.2. Հանքանյութի ջարդում և մանրացում Պինդ նյութի մանրացման ցանկացած ձև բարդ գործընթաց է և պահանջում է մի շարք պարամետրերի բարենպաստացումը, որը նպատակ է հետապնդում ստանալ պահանջվող ֆազը, մասնիկների չափսը կամ միկրոկառուցվածքը: Դա կախված է բազ32

մաթիվ, հաճախ չղեկավարվող, ֆիզիկական և քիմիական պարամետրերից, ինչպիսիք են դինամիկական պայմանները, տեղային ջերմաստիճանը, գազային միջավայրի բնույթը, փոշեխառնուրդի քիմիական կազմը և այլն: Բացի այդ՝ գործընթացի այս բոլոր պարամետրերը լիովին անկախ չեն մեկը մյուսից: Օրինակ՝ մանրացման օպտիմալ տևողությունը կախված է աղացի տեսակից, մանրացվող նյութի չափսից, մանրացման ջերմաստիճանից ու փոշեխառնուրդ - գունդ հարաբերությունից և այլն: Հարստացման ֆաբրիկա մուտք գործող հումքը սովորաբար խոշոր հատիկայնությամբ (200-300-ից մինչև 1500մմ և ավել չափսով) կտորներ են, որոնցում միներալները սերտաճած են միմյանց և դատարկ ապարի հետ: Դրանք միմյանցից բաժանելու համար հումքը պետք է մանրացնել: Խիստ սերտաճած միներալների դեպքում դրանց մանրացնում են մինչև 0.2մմ և ավելի փոքր հատիկայնությամբ փոշու ստացումը: Մանրացման աստիճանը (ձ) ամենամեծ կտորների տրամագծի (D) հարաբերությունն է մանրացված վերջնանյութի փոշու հատիկի տրամագծին (մ). k-D/մ: Հումքի ջարդումը և մանրացումը սովորաբար իրականացվում է մի քանի փուլերով՝ օգտագործելով տարբեր տեսակի ջարդիչներ և աղացներ: Ջարդման և մանրացման ընդհանուր բնութագիրը բերված է աղյուսակ 2.2-ում:

Փուլ Առաջնային մանրացում Միջին մանրացում

Աղյուսակ 2.2.Հանքի ջարդման ու մանրացման բնութագրական փուլերը Մասնիկի չափս, մմ Օգտագործվող Ճ սարքավորումներ ելային մանրացված Ծնոտային, կոնային, 300-1500 100-300 3-6 հարվածային ջարդիչներ Ծնոտային, կոնային 100-300 10-50 3-8 ջարդիչներ

Վերջնական մանրացում

10-50

3-10

3-8

Նուրբ մանրացում

3-10

0.05-2 և մանր

20100

Կարճ-կոնային, գլանահաստոցային,գլ անային աղացներ Գլանային, գնդային, մոլորակային և թրթռային աղացներ

Մանրացման եղանակները կարող են դասակարգվել ըստ մանրացման գործողության: Գոյություն ունեն մեխանիկական մանրացման մի շարք եղանակներ, այդ թվում՝ 1. մանրացում ճզմամբ (раздавливание, օrստհ), որի հիմքում ընկած է մասնիկների մանրացումը մամլման միջոցով, 2. քերամաշում (истирать, aԵraմe). այս դեպքում մասնիկները սեղմվում են մաշակայուն մանրացնող մակերևույթների միջև և խուզվում» (տհear) են, 3. մանրացում հարվածով (удар, iոքaօt), 4. մանրացում ճեղքելով (раскалывать, տք1it): Մանրացման փուլը հարստացման մեջ ամենածախսատարն է: Մանրացման վրա ծախսը կազմում է ստացվող վերջանյութի ինքնարժեքի մոտ 502-ը: Մանրացնող գործիքների արտադրողականության մեծացման համար նվազեցվի աշխատատարությունն ու էլեկտրաէներգիայի ծախսը մանրացումն իրականացնում են մի քանի փուլերով. ամեն մի փուլից առաջ մանր մասնիկները հեռացնում են, որպեսզի խուսափեն դրանց լրացուցիչ մանրացումից: Մանրացման եղանակի և սարքի ընտրությունը կախված են մանրացվող նյութի ֆիզիկական բնույթից, ելային հումքի հատիկի չափսից և վերջանյութի հատիկի պահանջվող չափսից: Ամուր նյութի համար առավել արդյունավետ են ճզմամբ, հարվածով և

քերմաշմամբ մանրացումները, իսկ կպչուն նյութերի համար` հարվածով մանրացումը: Փափուկ նյութերի մանրացման համար նպատակահարմար է օգտագործել ճեղքումով մանրացումը: Մանրացման համար օգտագործվող սարքերից ամենատարածվածներից են «այտավոր» ջարդիչ (щековая дробилка, յaw օrստհer), կոնաձև աղացները, գլանահաստոցային աղացները (валковый, rօ11iոջ-ոi11), թրթռաաղացները, գնդաղացները, մուրճային աղացները (молотковые, հaոոer) և այլն, որոնց մի մասի աշխատանքի սկզբունքը հակիրճ ներկայացված է ստորև:

2.2.1. «Այտավոր» ջարդիչներ Այդտեղ հումքի մանրացումը տեղի է ունենում չշարժվող և շարժվող «ծնոտների» միջոցով: Կողային պատերի հետ միասին «ծնոտները» առաջացնում են աղացի աշխատող տարածությունը:

Նկար 2.1. «Այտավոր» ջարդիչի գծապատկերը (ձախից) և իրական տեսքը (աջից)

Շարժվող այտը ամրացված է առանցքի վրա և տատանվում է ծնկաձև լիսեռի օգնությամբ: Շարժվող այտի ճնշումը մեծանում է հատուկ զսպանակի միջոցով: Ծնկաձև լիսեռի պտտման ժամանակ շարժաթևը (шатун, օօոոeօtiոջ-rօմ) շարժվում է ներքև և վերև: Շարժաթևը, վերև բարձրանալով, ճնշում է գործադրում շարժվող այտի սալիկի վրա` մոտեցնելով դրան անշարժին: Այդ պահին տեղի է ունենում այտերի միջև հայտնված նյութի ճզմում: Շարժաթևի ներքև շարժվելու դեպքում այտը հեռանում է, և առաջանում է խոռոչ: «Այտավոր» ջարդիչները պարբերաբար աշխատող սարքավորումներ են: Նյութի մանրացումն ընթանում է բեռնավորման և բեռանաթափման փուլերով: Սա այդ տեսակի աղացների հիմնական թերությունն է, որոնք ունեն ավելի փոքր արտադրողականություն՝ համեմատած անընդհատ աշխատող կոնաձև աղացների:

2.2.2. Գնդաղացներ Հայտնի են գնդաղացների մի շարք տեսակներ. ատրիտորային, որոնցում մանրացումը տեղի է ունենում հորիզոնական ուղղությամբ պտտվող պտուտակների միջոցով (250 պտ/րոպե), որոնք ապահովում են գնդերի և փոշեխառնուրդի շարժումը (նկ. 2.3), գլանային (նկ. 2.4), մոլորակային և թրթռաղացներ, արտաքին մագնիսական դաշտով ղեկավարվող աղացներ և գնդային թմբուկային աղացներ:

Նկար 2.3. Ատրիտորային աղաց. ա) գծապատկերը, բ) “Uոioո Pro6օ55” մակնիշի ատրիտորի տեսքը

Նկար 2.4.Գլանային աղացների գծապատկերը

2.2.3. Գնդային թմբուկային աղացները Ամենապարզ սարքավորումը գնդաղացն է, որը գլանաձև թմբուկ է: Այն պտտվում է առանցքի շուրջը, որի ընթացքում դրանում գտնվող մետաղական կամ կերամիկական գնդիկները հարվածում են մանրացվող նյութի հատիկներին (նկ. 2.5): Թմբուկի տարողությունը կարող է փոփոխվել 1լ-ից մինչև մի քանի

հազար լիտր: Թմբուկում գունդ - փոշի հարաբերությունը կարող է փոփոխվել 4-10 տիրույթում: Այս աղացներն ունեն մի շարք առավելություններ, այդ թվում՝ կառուցվածքի և կիրառման պարզություն, բաղադրիչների լավ խառնում (անհամասեռության գործակիցը կազմում է 3-52): Թերություններից կարելի է նշել՝ գործընթացի երկարատևությունը (կարող է հասնել մինչև 100 ժամ), լիցքավորման ոչ մեծ գործակիցը (40-452), մանրացվող նյութերի հատիկների չափսի բաշխվածության կորը ունի բավականին փռված տեսք (1-150 մկմ), իսկ մանրացված վերջանյութը սովորաբար ունի տձև կառուցվածք: Մանրացումը հնարավոր է իրականացնել ինչպես խոնավ, այնպես էլ չոր պայմաններում: Խոնավ մանրացման դեպքում զգալիորեն նվազում է եռակալման վտանգը: Այս եղանակի հիմնական թերությունը վերջանյութի աղտոտումն է, որը կարող է առաջանալ մանրացնող միջավայրից աղտոտող նյութերի անցումով դեպի մանրացվող նյութին: Այդ իսկ պատճառով թմբուկի ցանկացած մաս, եթե հնարավոր է, պետք է պատրաստել այն նյութից, որն անհրաժեշտ է մանրացնել: Հաճախ օգտագործվող (հետևաբար ամենատարածված աղտոտիչները) միջավայրերից են վոլֆրամի կարբիդը (ՄC), պողպատը, ցիրկոնիումի օքսիդը (2rՕ2 - «կերամիկական պողպատ»), կորունդը (Ճ12Օ3), ագաթը (ՏiՕ2): Այլընտրանքային տարբերակ է պոլիմերային թաղանթով (ռետին և պոլիուրետան) թմբուկի ներսի երեսապատումը, որն այրվում և հեռանում է մշակման հետագա փուլերում: Մանրացման ժամանակ գնդաղացի պտտման արագությունը ընտրվում է (0.78:0.80) ոպտտ. առնչության միջոցով, որտեղ ո-42.3D, իսկ D-ն գնդաղացի տրամագիծն է: Դա համապատասխանում է մոտ 60-100 պտտ-րոպե պտտման արագության տիրույթին: 0.40.6 արժեքի դեպքում գնդիկները հավաքվում են թմբուկների ներքևում (նկ. 2.5ա), և այս դեպքում մանրացումը հիմնականում տեղի է ունենում քերամաշմամբ (attritiօո, трение):

Նկար 2.5 ա. Պտտման փոքր արագությունների դեպքում գնդիկները պտտվում են, և մանրացումը տեղի է ունենում քերամաշման միջոցով: V Մ (0.4 - 0.6) ոպտտ

Նկար 2.5 բ. Պտտման միջին արագությունների դեպքում գնդիկները և՛ պտտվում են, և՛ ընկնում: Մանրացումը տեղի է ունենում քերամաշման և հարվածի միջոցով: V Մ (0.78 - 0.8) ոպտտ

Նկար 2.4 գ. Պտտման մեծ արագությունների դեպքում կենտրոնախույս ուժի ազդեցությամբ գնդիկները կպչում են պատերին, և մանրացում գրեթե տեղի չի ունենում: V > 0.8 ոպտտ

(0.78:0.80) ոպտտ. արժեքի դեպքում գնդիկները բարձրանում են դեպի վեր, ապա վայր ընկնում: Այս դեպքում քերամաշումով մանրացմանը միանում է նաև հարվածներով մանրացումը (նկ. 2.5բ): 0.8-ից մեծ արժեքի դեպքում կենտրոնախույս ուժի ազդեցության տակ թմբուկում առկա փոշեխառնուրդը և գնդիկները կպչում են թմբուկի պատերին (նկ. 2.5գ):

Մանրացումը ազդում է նաև մասնիկի ձևի վրա: Մանրացված փոշին փխրունության պատճառով սովորաբար լինում է անկյունավոր, չնայած դրանք շփման հետևանքով կարող են կլորավուն տեսք ունենալ: Հարկ է նկատել, որ մանրացման դեպքում առկա է «մանրացման սահման», որից հետո մասնիկների չափսի փոքրացում կարող է տեղի չունենալ: Մանրացման գործընթացը շարունակելու դեպքում փոշին անգամ կարող է եռակալել: Մասնիկները, որոնցում չկան խոռոչներ, կարող են ենթարկվել առաձգական ձևափոխման (օր.՝ մետաղների մոտ), ինչը կարող է հանգեցնել տեղախախտումների (դիսլոկացիաների) առաջացմանը և դասավորվածության (տtaօkiոջ) սխալների: Հարկ է նշել, որ մանրացման ընթացքում կարող են տեղի ունենալ նաև բազմաձևային փոխարկումներ (օր.՝ քառանկյունից (t) մոնոկլինային (ո) 2rՕ2), ամորֆացում (անգամ ալյումինի), տեղախախտումներ և ֆազային փոփոխություններ (Տi3N4 և ՏiC մասնիկները օքսիդանում են՝ առաջացնելով ՏiՕ2-ի առաջացումով):

2.2.4. Մոլորակային գնդային աղացներ Նման աղացներից կարելի է նշել գերմանական «Իritտօհ» արտադրության P5 կամ P7 տեսակի աղացները, որոնցում տարաներն ամրացվում են պտտվող սկավառակի վրա և պտտվում են սկավառակի պտտման հակառակ ուղղությամբ (նկ. 2.6): Հայտնի է նաև Օ5 (կամ P4) տեսակի աղացը, որն աշխատում է նույն սկզբունքով, սակայն այս տեսակի աղացում հնարավոր է միմյանցից անկախ փոփոխել տարաների և սկավառակի պտտման արագությունները: Երկու դեպքում էլ պտտման արագությունները կազմում են րոպեում մոտ մի քանի հարյուր պտույտ:

Նկար 2.6. Մոլորակային գնդաղացի գծապատկերը (ձախից) և իրական տեսքը (աջից)

2.2.5.Թրթռաղացներ Նման աղացներից է Տքe2 8000, որում տարաները 3 փոխուղղահայաց ուղղությամբ տատանվում են մոտ 20 Հց հաճախականությամբ: Գնդերը միմյանց բախվում են մի քանի մ/վ արագությամբ, իսկ բախումների հաճախությունը կազմում է մի քանի հարյուր Հերց (նկ. 2.7): Թրթռաղացների առավելություններից կարելի է ընդգծել լիցքավորման բարձր գործակիցը (80-852), մանրացման համար պահանջվում է նկատելիորեն քիչ ժամանակ (0.1-2 ժամ): Թերություններից է խառնման ժամանակ բաՆկար 2.7. վականին բարձր անհամասեռությունը Թրթռաղացի տեսքը (Մանհ.>152): 2.2.6. Մանրազտիչ, փխրիչ աղացներ Նման աղացներում (նկ. 2.8) փոշենման նյութը լիցքավորման բունկերից կառավարվող արագությամբ (կարգավորվում է թողիչ

անցքի միջոցով) լցվում են հակառակ ուղղություններով բարձր արագությամբ պտտվող սկավառակների վրա (օգտագործվող շարժիչների պտտման անկյունային արագությունը կազմում է մոտ 50000 պտտ/րոպե և ավելի): Նշված պտուտակների վրա կան հատուկ կարծր մատեր կամ թիակներ: Յուրաքանչյուր հատիկ բախվում է նշված ելունդների հետ, հետևաբար մինչ դուրս գալը անցնելով բոլոր պտույտները՝ հատիկները ունենում են առավելագույն գծային արագություն, ինչի շնորհիվ ենթարկվում են առավելագույն բարձր էներգիական ազդեցության: Այս եղանակով մանրացումը հանգեցնում է ոչ միայն փոշու մանրացվածության աճին, այլ նաև փոշին ենթարկվում է հավելյալ մեխանիկական Նկար 2.8. ակտիվացման, ինչը նպաստում է ստացդեզինտեգրատովող փոշու հետագա եռակալմանը կամ րային աղացի արագացնում է պինդ ֆազային ռեակցիագծապատկերը ները:

2.3. Պինդ նյութի դասակարգում՝ ըստ հատիկների չափսի: Փոշու հատիկային չափսի որոշումը Որոշակի հատիկայնությամբ նյութի ստացման համար պահանջվում է իրականացնել տեսակավորում ըստ հատիկի չափսի: Փոշու հատիկային չափսի (հատիկաչափսային բաղադրություն) ասելով՝ հասկանում են փոշենման նյութում մասնիկների կշռային բաժինները՝ ըստ դրանց չափսերի: Սովորաբար փոշու հատիկային չափսը ներկայացվում է հիստոգրամների, գրաֆիկների կամ աղյուսակների տեսքով: Նման կախումները լինում են ընդհատ կամ անընդհատ: Ընդհատ բաշխման դեպքում վերցվում են առանձին ընդհատ միջակայքեր, և ցույց է տրվում տվյալ միջակայքում պարունակվող մասնիկների քանակը: Անընդհատ բնույթի կախումը ներկայացվում է բաշխման կորի տեսքով: Տեխնոլոգիայում կիրառվում է փոշիների հատիկային չափսի որոշման երկու հիմնական եղանակ՝ նստեցման (հեղուկաբախշական (հիդրավլիկ) կամ սեդիմենտացման) և մաղային: Նստեցման եղանակով հիմնականում բաժանում են 40 մկմ-ից փոքր չափս ունեցող մանր փոշիները, իսկ 40 մկմ-ից խոշոր փոշիները բաժանում են մաղային անալիզի միջոցով:

Նկար 2.9. Մաղեր և մաղող սարք

Որոշ փոշիների համար մշակվել և հաստատվել են հատիկաչափային բաղադրության հատուկ չափորոշիչներ: Աղյուսակ 2.3ում բերված են ստանդարտ հղկող փոշիների (արհեստական ալմաստ, կորունդ, կարբորունդ և այլն) հատիկաչափական արժեքներն ըստ համապատասխան չափանիշի (ГОСТ –ի): Աղյուսակ 2.3. Փոշու հատիկների միջին չափսերի արժեքները և դրանց նշանակումները Հատիկների միջին չափսը, մմ Նշանակումն ըստ ГОСТ-ի 0,35—0,25 0,25—0,20 0,20—0,12 0,12—0,08 0,08—0,06 0,04 0,028 0,02 0,014 0,01 0,007

Nօ.25 Nօ.20 Nօ.12 Nօ.8 Nօ.6 Խ40 Խ28 Խ20 Խ14 Խ10 Խ7

2.3.1. Նստեցման անալիզ Նստեցումը երևույթ է, երբ կախույթում հատիկները ծանրության, կենտրոնախույս կամ էլեկտրամագնիսական ուժի ազդեցության տակ ձգտում են նստել: Նստեցումը վերաբերում է տարբեր չափսի մասնիկներին, այդ թվում՝ քարի մեծ կտորին, որը ընկնում է ջրի մեջ, փոշու կախույթին կամ բջջային կախույթներին, որոնք պարունակում են այնպիսի միամոլեկուլներ, ինչպիսիք են սպիտակուցները: Անգամ

փոքր մոլեկուլներ, ինչպիսին է, օրինակ, ասպիրինը, հնարավոր է նստեցնել, չնայած այս դեպքում բավականին դժվար է օգտագործել համապատասխան ուժ` լրիվ նստեցման համար: Նստեցման անալիզը հնարավորություն է ընձեռում գնահատելու ինչպես հատիկների միջին մանրասփռվածությունը (a7eraջe օհaraօteriտtiօտ օք tհe մiտքerտiօո), այնպես էլ մասնիկների հատիկների չափսի բաշխվածությունն ըստ զանգվածի կամ չափսի: Նստեցման անալիզի ժամանակ որոշում են նստեցման արագությունը և նստեցման-դիֆուզման կամ նստեցման հավասարումը: Ձգողականության դաշտով նստեցման անալիզը օգտագործում են այնպիսի կախույթների և էմուլսիաների համար, որոնցում հատիկի չափսը տատանվում է 10-2:10-4 սմ տիրույթում: Այս դեպքում սովորաբար գնահատում են նստեցման արագությունը: Բարձր մանրասփռվածությամբ համակարգերը, որոնցում հատիկների չափսը փոքր է 10-4 սմ-ից, նորմալ ձգողության պայմաններում չեն ենթարկվում նստեցման: Այս դեպքում նստեցման անալիզը իրականացնում են կենտրոնախույս ուժի ազդեցության տակ: Նստեցման համար կենտրոնախույս ուժի օգտագործումը առաջին անգամ առաջարկվել է Ա. Վ. Դումանսկու կողմից 1912 թ.: Կենտրոնախուսակի (ցենտրիֆուգ) օգտագործման դեպքում հնարավոր է ստանալ տասնյակ ու հարյուր հազարավոր անգամ ավելի մեծ ուժ, քան սովորական ծանրության ուժն է: Այս դեպքում հնարավոր է ոչ միայն նստեցնել նուրբ կոլոիդային համակարգերը, այլ նաև մեծ մոլեկուլային զանգված ունեցող մոլեկուլները: Նստեցման հաստատունը, որը նստեցման արագության հարաբերությունն է կենտրոնախույս ուժի դաշտի արագացմանը, օգտագործվում է դիսպերս համակարգի հատիկների բնութագրման համար: Նստեցման հաստատունի չափման միավորը սվերդբերգն է (Տ7eմԵerջ, 10-13 վ): Այս հաստատունը կախված է հատիկի զանգվածից ու ձևից և սպիտակուցների համար տատանվում է 1-ից 200 սվերդբերգի տիրույթում: Կենտրոնախուսակներում նստեցման

արագությունը կամ նստեցման հավասարումը որոշվում է օպտիկական եղանակով: Այս դեպքում գրանցվում է կոլոիդ համակարգի լուծույթի անդրադարձող (reքraօti7e) կամ անցնող (traոտոittaոօe) ինդեքսի փոփոխությունը: Ծանրության ուժի ազդեցությամբ նստեցման անալիզը օգտագործվում է հողի և փոշու (նաև արդյունաբերական փոշու) հատիկների չափսի, իսկ կենտրոնախույս ուժի ազդեցությամբ նստեցման անալիզը` տարբեր պոլիմերների, այդ թվում՝ նաև կենսապոլիմերների մոլեկուլային զանգվածի և համասեռության որոշման համար:

2.3.2. Մաղային անալիզ Սույն բաժինը նպատակ ունի ծանոթացնելու փոշիների հատիկաչափսային բաղադրության որոշման մաղային եղանակին: Այս եղանակը հնարավորություն է տալիս հետազոտվող փոշին բաժանելու առանձին ընդհատ մասնաբաժինների` մաղերի ստանդարտ հավաքածուների միջոցով: Յուրաքանչյուր հավաքածու կարող է պարունակել մեկ տասնյակից ավելի տարբեր չափսի անցքերով մաղեր:

2.4.Փորձնական մաս 2.4.1. Հանքանյութի փոշու հատիկաչափսային բաղադրության որոշումը Անհրաժեշտ նյութեր և սարքեր՝  հանքանյութ (քվարցային ավազ),  տեխնիկական կշեռք,

 գնդաղաց,  մաղերի հավաքածու: Փորձի իրականացում Քվարցային ավազից կշռել 0.3 կգ, կատարել հատիկաչափական անալիզ և տեղափոխել նախօրոք լավ մաքրված չժանգոտվող պողպատից պատրաստված գնդաղացի թմբուկի մեջ: Ավելացնել պողպատյա գնդիկներ, որոնք պետք է նախապես խնամքով մաքրել: Գունդ-փոշի հարաբերակցությունը պետք է կազմի 4:1: Յուրաքանչյուր 0.5 ժ-ը մեկ հանել թմբուկը, բացել, փոշին առանձնացնել գնդիկներից և փոշուց վերցնել 50գ` հատիկաչափային անալիզի ենթարկելու համար:

2.4.2. Հատիկաչափական անալիզ Վերցնել մաղերի 021 տեսակի հավաքածու, մաղերը դասավորել փոքրից մեծ հաջորդականությամբ և ներքևում դնել թասը: Մանրացրած փոշին լցնել վերևի մաղի վրա, փակել բերանը կափարիչով և տեղափոխել թափահարող սարքի վրա: Տասը րոպե թափահարելուց հետո սարքն անջատել, մաղերն առանձնացնել և կշռել յուրաքանչյուր մաղի վրայի մնացած փոշին: Հաշվարկել յուրաքանչյուր մասնաբաժնի կշռային բաժինը ըստ տրված ձևի՝ Ըստ մաղերի ցանցերի չափսերի՝ Մասնաբաժինը Քանակը, զանգ. 2 005 - 01 01 - 02 02 - 0315 0315 - 04 04 - 1,0 1,0 -1,6

1,6 - 2,5 > 2,5 Ստացված տվյալներից ելնելով՝ համակարգչի ԽՏ Է2օe1 կամ գրաֆիկական այլ ծրագրի օգնությամբ կառուցել հանքանյութի հատիկաչափական բաղադրության հիստոգրամը, տպագրել և անցկացնել աշխատանքային տետր: Գնահատել մանրացման աստիճանի կախվածությունը ժամանակից:

Լաբորատոր աշխատանք 3 Հումքի հարստացման եղանակները: Ֆլոտացում Օգտակար բաղադրիչների պարունակությունը բնական հումքում արդյունավետ օգտագործման համար հաճախ լինում է անբավարար: Այդ իսկ պատճառով կատարվում է հումքի նախնական հարստացում, այսինքն՝ դրա մեջ արժեքավոր բաղադրիչի տոկոսային պարունակության բարձրացում կամ հումքի բաժանում տարբեր բաղադրիչների, որոնք կարող են տարբեր արտադրությունների համար հանդիսանալ հումք: Հարստացման համար կիրառվում են տարբեր եղանակներ և սարքավորումներ: Պինդ նյութերի հարստացման համար կիրառվում են մեխանիկական եղանակներ, որոնցից են նյութերի մաղումը, որն անվանում են քարային մաղում, թաց և չոր ձգողականության (գրավիտացային) եղանակը, էլեկտրամագնիսական հարստացումը, էլեկտրաստատիկ հարստացման եղանակը և ֆլոտացման եղանակը: Նկար 3.1-ում տրված է ձգողականության եղանակով հանքանյութի բաժանման գծապատկերը.

Նկար 3.1. Ձգողականության եղանակով հանքանյութի բաժանման գծապատկերը

3.1. Ֆլոտացում Ֆլոտացումը անհամասեռ փոքրիկ պինդ մասնիկների խառնուրդի բաժանումն է՝ հիմնված ջրով տարբեր թրջելիության վրա: Ընդ որում՝ վատ թրջվող մասնիկները մղվում են հեղուկի մակերևույթ՝ օդի պղպջակների հետ առաջացնելով «հանքայնացված» փրփուր (նկ. 3.2): Ֆլոտացումը տարածված եղանակ է հանքահարստացման, բազմամիներալային հումքը ըստ բաղադրիչների բաժանման և քիմիական տեխնոլոգիական գործընթացներում պինդ ֆազի բաժանման համար: Ջրավախ (հիդրոֆոբ) և ջրասեր (հիդրոֆիլ) մասնիկների բաժանումը տեղի է ունենում երկու ֆազերի (հեղուկ/գազ) բաժանման մակերևույթին դրանց տարբեր կպչողականության հաշվին: Ավելի տարածված է փրփուրային ֆլոտացումը որի դեպքում համակարգի ջրավախ մասնիկները կպչում են օդի պղպջակներին և միասին բարձրանում ֆազերի բաժանման մակերևույթ՝ հավաքվելով փրփուրի մեջ (փրփուրային արգասիք)::

Նկար 3.2. «Հանքայնացված» փրփուրի տեսքը :

Մյուս ֆազը արդյունաբերության մեջ անվանում են խույս (պուլպ), որը չոր խտանյութի և ջրի 1:3 (ջրի պարունակությունը կարող է լինել ավելի շատ) հարաբերակցությամբ խառնուրդն է:

Ջրով լավ թրջվող ջրասեր մասնիկները կախույթի ձևով մնում են ֆլոտացման խցում (խցիկային արգասիք): Փրփուրային արգասիքը անվանում են ֆլոտացման խտանյութ, որի մեջ գտնվում է օգտակար (նպատակային) միներալը, իսկ խցիկային արգասիքները՝ ֆլոտացման պոչեր: Որոշ դեպքերում փրփուրի մեջ անցնում են պոչերը, իսկ խտանյութը անջատում են խցիկային կախույթից: Հնարավոր է նաև ընտրողական ֆլոտացում, որի ժամանակ ոչ միայն խտանյութն անջատվում է պոչերից, այլ նաև այն բաժանվում է մի քանի բաղադրիչների: Գոյություն ունեն ֆլոտացման նաև այլ եղանակներ՝ թաղանթային, յուղային, նստվածքային, իոնային: Ֆլոտացման եղանակներից ամենակիրառվողը փրփրայինն է: Պինդ մասնիկների կպչումը օդի պղպջակներին ինքնաբերաբար ընթացող գործընթաց է, որի ժամանակ փոքրանում է մակերևույթի Գիբսի էներգիան (∆Օ): ∆Օ-ի նվազումը հաշված նոր առաջացող պինդ ֆազգազ (պ-գ) բաժանման մակերևույթի 1սմ2 համար արտահայտվում է հետևյալ հավասարումով. ∆Օ- (հ-գ{|( Տհ-գ- Տ’հ-գ)/Տպ-գ)-օօտ2} ,

(3.1)

որտեղ (հ-գ-ն հեղուկ-գազ բաժանման 1սմ2 մակերևույթի Գիբսի էներգիան է, Տհ-գ և Տ’հ-գ-ն հեղուկ-գազ բաժանման մակերևույթի մակերեսներն են պինդ մասնիկները պղպջակին կպչելուց առաջ և հետո, Տպ-հ-պինդ-գազ բաժանման մակերևույթի մակերեսն է, 2-ը՝ թրջման եզրային անկյունը: Թերմոդինամիկական հավասարակշռության դեպքում (3.2) (հ-գ օօտ2-k((պ-գ-(պ-հ) , որտեղ k-ն իրական և թվացյալ մակերևույթների հարաբերությունն է: Քանի որ մասնիկների չափսերը պղպջակի չափսերի համեմատ շատ փոքր են և (Տհ-գ- Տ’հ-գ)≈ Տպ-գ, ապա (3.1) հավասարումը կարելի է փոխարինել (3.3) մոտավոր հավասարումով. (3.3) ∆Օ- (հ-գ(1- օօտ2)

Այստեղից հետևում է, որ մասնիկը ջրով լրիվ թրջվելիս պետք է 2-0, և հետևապես ∆Օ-0: Նշանակում է, որ մասնիկի կպչելը պղպջակին հնարավոր է, եթե 2>0: Ինչքան մասնիկը ջրավախ է, այնքան արագ և ամուր է կպչում պղպջակին: 2-ի մեծ արժեք ունեցող նյութերը բնականից ֆլոտացվող են: Օրինակ՝ ծծումբը, որի համար 2-85:880: Անօրգանական նյութերի մեծամասնության համար ջրով թրջման եզրային անկյունը մեծ չէ, օրինակ՝ CaCՕ3-ի համար այն 35-45օ է, ՏiՕ2-ի համար՝ 21-26օ, ԻeՏ2-ի համար՝ 30օ և այլն: Նման նյութերի ֆլոտացումը իրականացվում է միայն հատուկ նյութերի օգնությամբ: Եզրային անկյունը կարող է տարբեր լինել նույնիսկ նույն նյութի տարբեր նմուշների համար, որը պայմանավորված է դրանց մակերևույթի վիճակով և միջավայրից: Եզրային անկյունը, որն անհրաժեշտ է մասնիկը պղպջակին ամրացնելու համար, կախված է մասնիկի զանգվածից և պղպջակի չափսերից: Այդ կախվածությունը տրվում է հետևյալ մոտավոր հավասարմամբ. 2-k / , (3.4) որտեղ ո-ը մասնիկի կշիռն է ջրում, r-ը պղպջակի շառավիղը, k-ն գործակից է: Ֆլոտացման արդյունավետությունը էապես կախված է մասնիկների զանգվածից և չափսերից: Պարզված է, որ մեծ արագությամբ և օժանդակ նյութերի քիչ ծախսով ֆլոտացվում են 20-100 մկմ չափսերով մասնիկները: Մասնիկի փոքր խտությունը հանգեցնում է դրա չափսերի փոքրացման, իսկ ջրավախության (հիդրոֆոբության) աճը՝ չափսի մեծացման: Չափսը մեծանում է դրա ջրավախության աճով և փոքրանում խտության փոքրացումով: Հանքանյութերի ֆլոտացման համար մշակված է երկու հիմնական եղանակ.  Լուծված գազի եղանակ, շարժաթիակով խառնում (Diտտօ17eմ ջaտ, растворённый газ, iոքe11er aջitatiօո)- գազը ճնշման տակ ներմղվում է տարայի հատակ, որտեղ շարժաթիակը արագ

միախառնում է բարձրացող պղպջակները մասնիկների հետ (նկ. 3.3 ա):  Ինքնահարուցված գազի եղանակ, շարժաթիակով խառնում (Տe1ք-iոմսօeմ, iոքe11er aջitaiօո) - շարժաթիակը տեղադրվում է հեղուկի մեջ այնպես, որ դրա պտտման ժամանակ միջավայրի գազը ներմղվում է հեղուկի մեջ և առաջացնում պղպջակներ, որոնք հպվում են շարժաթիակի կողմից խառնված մասնիկների հետ գործընթացի առավել դինամիկ հատվածում (նկ. 3.3 բ):

Նկար 3.3. Ֆլոտացման լուծված գազի (ա) և ինքնահարուցված գազի (բ) եղանակների գծապատկերները

Մասնիկների պղպջակների նկատմամբ խնամակցությունը մեծացնելու համար օգտագործվում են ազդանյութեր, որոնք ստորաբաժանվում են հինգ խմբերի` 1. հավաքողներ (օօ11eօtiօո), 2. կարգավորիչներ (օօոմitiօոiոջ), 3. փրփրագոյացնողներ (քrօtհiոջ), 4. ակտիվացնողներ (1e7itatiօո), 5. ճնշողներ (մeքreտտaոt): Յուրաքանչյուր խմբին պատկանող նյութերը երբեմն կարող են ունենալ մեկից ավելի նշանակություն:

3.1.1. Փրփրագոյացնողներ Սրանք նյութեր են, որոնց մոլեկուլները միաժամանակ պարունակում են բևեռային և ոչ բևեռային խմբեր: Փրփուրների հիմնական նպատակը միներալային պղպջակների կրելն է մինչև ֆլոտացման մեքենան այն կհեռացնի ավազանից (նկ 3.4): Սովորաբար որպես փրփրագոյացնողներ օգտագործում են սպիրտներ, սոճու խեժ (piոe oil, хвойное масло, скипидар), կրեզոլաթթու (cոe5ylic ճcid5, крезиловая кислота), նիվենու խեժ (eսcճՆկար 3.4. ֆլոտացման ընթացքում lyp1ս5 oil, эвкалиптовое ավազանից փրփուրին հեռացնող масло) և քափուրայուղ թմբուկի ընդլայնական կտրվածքը (կամֆարայի յուղ) (cճmp/oո oil, камфорное масло), որը թեթևակիորեն լուծվում է ջրում: Որպես լուծվող փրփրագոյացնողներ՝ մեծ մասամբ օգտագործում են պրոպիլենի ալկիլ և ֆենիլ եթերներն ու պոլիպրոպիլենի գլիկոլը:

3.1.2. Հավաքիչներ Սրանք նյութեր են, որոնք ընտրողաբար նստում են ֆլոտացվող հիդրոֆոբ մասնիկների (wճ1eո-ոepelliոջ ճջeո1, гидрофобная добавка) վրա և ամուր կպչում օդի պղպջակներին: Հավաքիչները սովորաբար ստորաբաժանում են` կատիոնային, անիոնային և ոչ-իոնային: Որպես օրինակ կարող են լինել քսանտատները

(xճո1/ճ1e5- ճ 5ճl1 oո e51eո oր xճո1/ic ճcid), դիթիոֆոսֆատները (di1/iop/o5p/ճ1e5), թիոկարբոնիլիդները (1/iocճոօoոilide5, тиокарбанилид) և թիոնոկարբոնատները (1/ioոo-cճոօoոճ1e5), որոնք անիոնային հավաքիչներ են: Ճարպաթթուն և օճառը նույնպես անիոնային հավաքիչներ են, ամինային աղերը` կատիոնային հավաքիչներ, իսկ օքսիէթիլացված սպիրտները, պարզ ու բարդ եթերները, նիտրոմիացությունները ոչ իոնային հավաքիչներ են:

3.1.3. Ճնշողներ Որպես ճնշողներ՝ հիմնականում օգտագործում են անօրգանական աղերը, որոնք հավաքիչների հետ մրցում են սուլֆիդային մակերևույթի վրա կլանվելու համար: Սա հնարավորություն է տալիս բաժանելու մի սուլֆիդային հանքը մյուսից: Օրինակ՝ հիմնային լուծույթում NaCN-ի ավելացումը կանխում է քսանտատով սֆալերիտի (սֆալերիտ (տքհa1erite) հանքաքար է, որի հիմնական բաղադրիչը ցինկի սուլֆիդն է) և պիրիտի ֆլոտացումը, բայց չի ազդում գալենիտի (ջa1eոa, տօքt Ե1սe-ջre7 ոiոera1, 1eaմ տս1քiմe, a ոaյօr տօսrօe օք 1eaմ), որի հիմնական բաղադրիչը կապարի սուլֆիդ է, ֆլոտացման վրա: Դրա շնորհիվ հնարավոր է ստանալ գալենիտի բարձր պարունակությամբ խտանյութ: Ցիանիդը մշտական ազդեցություն չունի սֆալերիտի ֆլոտացիայի վրա, այսպես` լուծույթին CaՏՕ4 ավելացնելուց հետո հնարավոր է քսանտատով ֆլոտացնել նաև սֆալերիտը:

3.1.4. Ակտիվացնողներ Նյութեր են, որոնք ակտիվացնում են սուլֆիդների մակերևույթները` փրփրագոյացնողների և հավաքիչների կլանումը մե55

ծացնելու համար: Ամենատարածված օգտագործվող ակտիվացնողը CaՏՕ4-ն է: Օրինակ` քսանտատը որպես հավաքիչ օգտագործելիս սֆալերիտին նկատելիորեն չի փրփրեցնի, բայց խյուսին CaՏՕ4 ավելացնելուց այն փոխում է սֆալերիտի մակերևույթը` դարձնելով դրան CսՏ-ի նման: Դրանից հետո քսանտատը հեշտությամբ փրփրեցնում է ակտիվացված սֆալերիտին, ինչպես CսՏ-ին: Ֆլոտաազդանյութերը տրվում են համակարգ հատուկ նախագծված սարքի օգնությամբ (նկ. 3.5):

Նկար 3.5. Ֆլոտաազդանյութերի բաժնավորիչ

Հարստացման ժամանակ կարևոր նշանակություն ունեն այնպիսի գաղափարները, ինչպիսիք են` խտանյութի ելքը, կորզման աստիճանը և արժեքավոր տարրի խտացման աստիճանը: Խտանյութի ելք կոչվում է ստացված խտանյութի զանգվածի հարաբերությունը վերցված հանքի զանգվածին (2): Խտացման աստիճան կոչվում է խտանյութի մեջ տարրի տոկոսային պարունակության հարաբերությունը հանքում դրա պարունակությանը: Կորզման աստիճան կոչվում է կորզված տարրի քանակության հարաբերությունը հանքում եղած քանակությանը:

Օրինակ` 22 ցինկ պարունակող 6տ հանքի հարստացման ընթացքում ստացվել է 350կգ 252 ցինկի պարունակությամբ խտանյութ: Որոշել.  խտանյութի ելքը` 350·100/6000-5.82,  ցինկի խտացման աստիճանը`25/2-12.5: Օգտագործումը. Ֆլոտացման եղանակը մշակվել է որպես միներալների բաժանման եղանակ և կարող է կիրառվել Cս, PԵ, 2ո, Իe, Խօ, Cօ, Ճտ և Ni-ի սուլֆիդների բաժանման համար: Ֆլոտա3 ցումը օգտագործվում է նաև ոչ սուլֆիդային բաժանման հանքերի համար, ինչպեսիք են` Նկար 3.6. Ֆլոտացնող սարքի ֆոսֆատները, NaC1, գծապատկերը ՃC1, երկաթի օքսիդ, կրաքար, դաշտային սպաթը, ֆտորիդները, քրոմիտը, վոլֆրամատը, սիլիցիումի օքսիդը, քարածուխը: Ֆլոտացումն օգտագործվում է նաև ոչ միներալների բաժանման համար, թափոնների մշակման ժամանակ, մասնավորապես նավթից աղտոտված ջրերի մաքրման ժամանակ: Նկար 3.6-ում պատկերված է ֆլոտացնող սարքի ուղղահայաց կտրվածքի գծապատկերը: Սարքի հիմնական մասը խցիկն է (1), ներքևի բաժնում (2) պտուտակային խառնիչի օգնությամբ ընթանում է ուժգին խառնման գործընթաց: Խառնվում են ֆլոտացման կախույթը և օդը, որի արդյունքում տեղի է ունենում հեղուկի փրփրումը: Կախույթը տրվում է (3)

խողովակից, իսկ օդը (7) բացված ծորակից ներծծվում է (4) խառնիչի խողովակի միջոցով: Խցիկի վերևի մասում համեմատաբար հանգիստ վիճակում փրփուրը հանդարտվում է և այնուհետև ֆլոտացվող միներալի հետ հավաքվում (5) վերին շերտում, և փրփրահան (8) հարմարանքի միջոցով լցվում (6) խցի մեջ` խտանյութի հավաքատեղը: Կախույթի մի մասը, որը պարունակում է դատարկ (փուչ) ապար, 9-րդ խցիկի միջոցով դուրս է մղվում սարքից:

3.2 Փորձնական մաս Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ՝  CսՏ պարունակող հանքանյութ  վայրկենաչափ,  ֆլոտացման սարք,  բաժակներ,  առարկայական ապակի,  քամիչ,  կշեռք,  չորանոց: Փորձի իրականացում Ֆլոտացման համար վերցնում են 3-5գ մանրացված հանքանյութ, որը պարունակում է 0.1-0.22 պղնձի սուլֆիդ և ավելացնում 300մլ ջուր: Ստացված կախույթը լցնում են ֆլոտացնող մեքենայի ընդունարան (նկ. 3.6): Մինչև մեքենայի բեռնավորումը միացնում են շարժիչը` փակելով օդի ծորակը: Ընդունարանից որոշակի քանակությամբ ներծծվում է ֆլոտացման ազդանյութը: Խառնումը կատարում են 5 րոպե, որից հետո բացում են 7 ծորակը, օդը ներս է մտնում, և միացնում են վայրկենաչափը: Կախույթի

մակարդակը պահում են հաստատուն՝ շարունակաբար ավելացնելով ջուր: Ինչպես փորձի սկզբում, այնպես էլ փորձի ընթացքում, ջրի քանակությունը չափվում է: Խտանյութը հավաքվում է բաժակում: Փորձի ավարտը որոշում են տեսանելի ձևով` փրփուրի գույնի պարզեցմամբ կամ փրփուրի հատիկավոր նյութի բնույթով (առարկայական ապակու վրա): Ֆլոտացման վերջում կանգնեցնում են վայրկենաչափը, փակում են օդի ծորակը, բացում են սարքի ներքևի մասում գտնվող ծորակը, որի միջոցով ստացված մնացորդները հավաքում են բաժակի մեջ և անջատում շարժիչը: Ստացված խտանյութը և մնացորդը քամում են, այնուհետև չորացնում ու կշռում: Օգտակար բաղադրիչի քանակը կշռվածքում որոշում են քիմիական անալիզով: Պղնձի որոշումը կատարում են յոդաչափական եղանակով: Նմուշը (0,1-0,2գ) մշակում են խիտ ազոտական թթվով, հետո ավելացնում 5մլ նոսր ծծմբական թթու և բաժակի պարունակությունը գոլորշիացնում էլեկտրասալիկի վրա մինչև ծծմբական թթվի սպիտակ գոլորշիների գոյացումը: Բաժակի պարունակությունը սառեցնում են, նոսրացնում ջրով և տաքացնում մինչև պղնձի սուլֆատի լրիվ լուծվելը: Պղնձի աղի ծծմբաթթվական լուծույթը չեզոքացնում են ամոնիակով մինչև պղնձի ամիակատի կոմպլեքսին հատուկ երկնագույն գույնի գոյացումը: Գունավորված լուծույթին ավելացնում են քացախաթթու մինչև ինտենսիվ գույնի անհետացումը: Դրանից հետո ավելացնում են ևս 3-4մլ 802-ոց քացախաթթու: Լուծույթը սառեցնում են մինչև սենյակային ջերմաստիճան, ավելացնում են 0,1-0,2 գ NaԻ (կամ Na4P2Օ7), հետո քիչ քանակությամբ լուծված 3-4գ կալիումի յոդիդ: Բաժակի պարունակությունը լավ խառնում են և 2-3 րոպե հետո, անջատվող յոդը տիտրում 0.1Ն-ոց նատրիումի թիոսուլֆատով: Երբ խառնուրդի մուգ գույնը դառնում է դեղին, ավելացնում են 2-3 մլ օսլայի լուծույթ և շարունակում տիտրումը այնքան, մին59

չև 1 կաթիլ թիոսուլֆատի ավելացումից չնկատվի գույնի վերոհիշյալ փոփոխությունը: Պղնձի տոկոսային պարունակությունը որոշում են հետևյալ բանաձևով. Cս(2)-7·0.1·63.5 ·100/ջ , (3.5) որտեղ 0.1-ն նատրիումի թիոսուլֆատի լուծույթի նորմալությունն է, 63.5-ն՝ պղնձի գ/էկվ, ջ-ն՝ կշռվածքը գրամներով, 7-ն՝ նատրիումի թիոսուլֆատի լուծույթի ծավալը, որը ծախսվել է տիտրման վրա, մլ:

3.2.1 Փորձնական տվյալների մշակում Լրացնել աղյուսակ 3.1-ը և օգտագործել տվյալները: Օգտակար բաղադրիչի կորզման աստիճանը ֆլոտացման դեպքում որոշվում է հետևյալ բանաձևով. Ճ-((·օ/Ե) ·1002, (3.6) որտեղ (-ն գործակից է, որը հաշվի է առնում օգտակար բաղադրիչի պարունակությունը խտանյութում: Օգտակար բաղադրիչի պարունակությունը մնացորդում որոշվում է հետևյալ բանաձևով. Ճ-((Ե-(·օ)/Ե) ·1002 (3.7) Ջրի տեսակարար ծախսը ֆլոտացման ժամանակ հաշվում են հետևյալ բանաձևով. (3.8) զ-w/(a+Ե) Սարքի արտադրողականությունը ըստ ելային հումքի որոշվում է հետևյալ բանաձևով. Օ-0.06·(a+Ե)/ (3.9) Բոլոր փորձնական տվյալները և հաշվարկները գրվում են աղյուսակում.

N

Աղյուսակ 3.1. Փորձնական տվյալների գրանցման աղյուսակ Մեծությունների անվանումը Չափի Նշանա- Թվային միավոր կումները արժեքները Դատարկ ապարի քանակը գրամ a փորձանմուշում Օգտակար բաղադրիչի քանակը գրամ Ե փորձանմուշում Ֆլոտացման տևողությունը րոպե  Չոր խտանյութի կշռվածքը գրամ օ Չոր մնացորդի կշիռը գրամ մ տոկոս k Ֆլոտացման ժամանակ օգտակար բաղադրիչի կորզման աստիճանը Օգտակար բաղադրիչի քանակը տոկոս ո մնացորդում Հարստացման աստիճանը տոկոս Խտանյութի ելքը տոկոս Ջրի ընդհանուր ծախսը սմ3 w Ջրի տեսակարար ծախսը լ/կգ զ Սարքի արտադրողակակգ/ժամ Օ նությունն ըստ ելային հումքի

Լաբորատոր աշխատանք 4 4.1. Կալիումի քլորիդի ստացումը սիլվինիտից Սիլվինիտի քիմիկատեխնոլոգիական մշակման նպատակն է դրա բաղադրիչների (NaC1 և ՃC1) լրիվ բաժանումը: Քանի որ սիլվինիտը NaC1-ի և ՃC1-ի համապատասխանաբար 752 և 252 մեխանիկական խառնուրդ է (նկ. 4.1.) և ոչ թե քիմիական միացություն, ապա դրանց բաժանումը հնարավոր է իրականացնել ոչ միայն տարբեր ջերմաստիճանում տարբեր լուծելիության աստիճան ունենալու շնորհիվ, այլ նաև ֆիզիկաքիմիական եղանակով: Գոյություն ունեն սիլվինիտային հանքավայրեր, որոնցից և հիմնականում իրականացվում է դրա արդյունահանումը (նկ. 4.2):

Նկար 4.1. Սիլվինիտի բյուրեղ

Նկար 4.2. Սիլվինիտի արդյունահանումը

Սիլվինիտի վերամշակումը հիմնված է տարբեր ջերմաստիճաններում ջրում կամ աղային լուծույթներում համատեղ NaC1-ի և ՃC1-ի տարբեր լուծելիության վրա: Նատրիումի, կալիումի և մագնեզիումի տարբեր աղերի (ծովային ծագման նստվածքի հիմնական բաղադրիչները) լուծելիության տվյալները բերված են աղյուսակ 4.1-ում և նկար 4.3-ում: Աղյուսակ 4.1.Մի շարք քլորիդների և սուլֆատների ջրում լուծելիության արժեքները (զանգվ. բաժին)

:

†

ԽջC12

53.5

85.5:

ԽջՏՕ4

31.5

79.9

ՃC1

32.0

56.6

NaC1

36.0

39.6

Ճ2ՏՕ4

9.7

26.2

Ը2ՏՕ4

0.25

0.18

Այս քանակությամբ լուծվում է 116օC-ում Այս քանակությամբ լուծվում է 109օC-ում

†

Mg 2 SO Է M gCl 2

m, ·

K Cl

N aCl

K 2 SO Է

o

tԸ C

Նկար 4.3. Ջրում աղերի լուծելիության ջերմաստիճանային կախվածության կորերը

Ելնելով դրանցում բերված տվյալներից՝ անհրաժեշտ է հատկապես ընդգծել հետևյալ հիմնական հանգամանքները, որոնցով պայմանավորված է ՃC1-ի անջատումը տարաբնույթ բնական աղերից. 1. ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց ՃC1-ի լուծելիությունը կտրուկ աճում է, մինչդեռ NaC1-ի լուծելիության աճը շատ աննշան է: Այսպես՝ 0-90օC տիրույթում NaC1-ի համար -3,6 գ, իսկ ՃC1-ի համար՝ 24,6 գ: 2. վերը թվարկած աղերից ջրում ամենաշատը լուծվում է ԽջC12-ը: Փաստորեն՝ սիլվինիտից ՃC1-ի անջատումը իրականացվում է բարձր ջերմաստիճաններում դրա լուծմամբ և ջերմաստիճանի իջեցմամբ, որի հետևանքով ՃC1-ը բյուրեղանում է: Գործընթացի ժամանակ մշտապես շրջանառվում է NaC1-ով հագեցած լուծույթ: Սիլվինիտը լուծում են տաք լուծույթով, որը հագեցած է NaC1-ով և չհագեցած ՃC1-ով: Դրա հետևանքով սիլվինիտից ՃC1-ը անցնում է լուծույթ, իսկ նստվածքում մնում է NaC1-ը: Ստացված լուծույթի

սառեցումից անջատվում է ՃC1-ը: Մնացած լուծույթի հետագա տաքացումից այն դառնում է չհագեցած ՃC1-ի նկատմամբ, և այս ցիկլը կրկնվում է: Այսպիսով՝ սիլվինիտային հանքից ՃC1-ի ստացումը լուծման և բյուրեղացման եղանակով բաղկացած է հետևյալ հիմնական գործողություններից. 1. ՃC1-ի բյուրեղացումից հետո ստացված տաք լուծույթով մանրացված սիլվինիտի լուծազատում (выщелачивание), 2. տաք մոխրաջրի (щелок) անջատումը NaC1-ի թափոնակույտից և դրա պարզվածքազատում (декантация), 3. մոխրաջրի սառեցմամբ ՃC1-ի բյուրեղացում, 4. մայր լուծույթից ՃC1-ի բյուրեղների անջատում և դրանց չորացում, 5. մայր լուծույթի տաքացում և վերամղում ապարատ սիլվինիտի նոր բաժիններից ՃC1-ի լուծահանման համար:

KC lԸ g

100 o

75 o

C 100

40 o 10 o

b100

b75

C 75

b40

C 40

b10 a

C 10 A10

A75 A40 A100

NaC lԸ g

Նկար 4.4. ոaCԷ-ի և KCԷ-ի համատեղ լուծման իզոթերմերը` 10, 40, 75, և 100oC ջերմաստիճանների համար

Գործողությունների անհրաժեշտ ցիկլը հաստատվում է տեսական և փորձնական ճանապարհով: Հաշվարկով ընտրվում է գործողությունների արդյունավետ ցիկլը, որի դեպքում ամենափոքր ծախսերի պայմաններում ստացվում է աղերի ամենամեծ ելքը: Հետո ստացված արդյունքները ստուգվում են փորձնականորեն: Նկար 4.4-ում բերված են NaC1-ի և ՃC1-ի համատեղ լուծման 4 իզոթերմեր` 10, 40, 75, և 100օC ջերմաստիճանների համար: Ինչպես նախորդ, այնպես էլ այս նկարից երևում է, որ ՃC1-ի լուծելիությունը էապես կախված է ջերմաստիճանից, և դրա բարձրացմամբ լուծելությունը մեծանում է, իսկ NaC1-ի լուծելիությունը գրեթե չի փոփոխվում: Երկու աղերի համատեղ հագեցման կետերը կամ իզոթերմի C էվտոնիկ կետն ընկած է ՃC և 8C կորերի հատման կետում: ՃC կորը արտահայտում է NaC1-ով հագեցած լուծույթը, իսկ 8C կորը` ՃC1-ով հագեցած լուծույթը: 0ՃC8 տիրույթի ներքին մասում ընկած կետերը արտահայտում են չհագեցած լուծույթը: Նկարում կորերի արտաքին տիրույթում հագեցումը պայմանավորված է ՃC1 և NaC1 հագեցած լուծույթներով կամ դրանց խառնուրդներով: Նկար 4.4-ը հնարավորություն M է ընձեռում հաստատելու ՃC1-ի և NaC1-ի բաժանման կարգն ու հեր60 թականությունը լուծույթի տաքացA 100 ման և սառեցման ժամանակ դրան S E R A պինդ ՃC1 կամ NaC1 ավելացնելիս: K N E Այսպես՝ լուծույթի եռման ժամա0 նակ մինչև դրա հագեցման տիՆկար 4.5. KCԷ-ոaCԷ-H2O րույթ, ջրի հեռացումը չի ազդում համակարգի լուծելիության աղերի քանակական հարաբերակիզոթերմը 20 0C-ում (18 կորը) ցության վրա: Եռման ճանապարհն և 100 C-ում (1787 կորը) արտահայտվում է ճառագայթով,

o

որն սկսվում է կոորդինատների սկզբնակետից և անցնում մի կետով, որն արտահայտում է համակարգի նախնական վիճակը (օրինակ, a կետ): Գոլորշիացման ճառագայթի հատման կետերը հագեցման գծի հետ ցույց են տալիս, որ աղը սկզբից կանցնի նստվածք: 10օC-ում Ե10C10 գծով առաջինը անջատվում է ՃC1-ը, իսկ 100օC-ում Ե100C100 գծով` NaC1-ը: Հետագա գոլորշիացման դեպքում լուծույթի բաղադրությունը տեղաշարժվում է դեպի C կետը, որտեղ միաժամանակ սկսվում է երկրորդ աղի բյուրեղացումը: Այդ կետը հավասարաջերմային (իզոթերմիկ) գոլորշիացման վերջնակետն է (էվտոնիկ համակարգեր): Նկար 4.4-ը ցույց է տալիս, որ 100օC-ում NaC1-ով և ՃC1-ով, հագեցված լուծույթի սառեցման դեպքում, ասենք մինչև 40օC, նստում է միայն ՃC1-ը` 147գ (359-212): Նկարից երևում է նաև, որ ՃC1-ի հագեցած լուծույթին պինդ NaC1 ավելացնելու դեպքում, այն ՃC1-ին լուծույթից մասնակիորեն դուրս է մղում դեպի նստվածք: Բերված տվյալների հիման վրա կարելի է կառուցել սիլիվինիտից կալիում քլորիդի բաժանման սկզբունքային սխեման: Նկար 4.5-ում բերված լուծելիության իզոթերմերը գծապատկերը օժանդակում են դրան: Նկարում պատկերված է 25 0C (ՃԷ8 գիծ) և 1000C-ի (Ճ1Է181 գիծ) իզոթերմերը: ՃԷԽ եռանկյունում հագեցած լուծույթը, որի բաղադրությունը պայմանավորված է ՃԷ գծով, միախառնված են ՃC1-ի հետ, իսկ 8ԷN եռանկյունում հագեցած լուծույթները, որոնց բաղադրությունը պայմանավորված է 8Է գծով, միախառնված են NaC1-ի հետ: ԽԷN եռանկյունը արտահայտում է երկու աղերի խառնուրդները, որոնք գտնվում են 25օC-ում էվտոնիկ լուծույթների հետ հավասարակշռված վիճակում, որի բաղադրությունը որոշվում է Է կետով: 100օC-ին համապատասխանող խառնուրդները արտահայտվում են Ճ1Է1Խ, 81Է1N և ԽԷ1N եռանկյունիներով: Է1 կետը, որն արտահայտում է 100օC-ում երկու քլորիդներով հագեցումը, ընկած է ՃԷԽ եռանկյան ներքին հատվածում: Հետևաբար՝ մինչև 25օC

սառեցնելու դեպքում այդ լուծույթից բյուրեղանում է միայն ՃC1-ը: Է1 լուծույթ հնարավոր է ստանալ 100օC-ում ջրում կամ արդյունաբերությունում ստացվող այլ լուծույթում սիլվինիտի լուծմամբ: 25օC-ում Է1 լուծույթից ՃC1-ի բյուրեղացումը ընթանում է Է1Ճ ճառագայթով, որն սկսվում է Խ (1002 ՃC1) կետից, ընդ որում՝ մայր լուծույթը կունենա Ճ կետին համապատասխան բաղադրություն: ՃC1-ի բյուրեղների անջատման և Ճ լուծույթը մինչև 100օC տաքացման դեպքում հնարավոր է վերջինիս միջոցով կրկին անգամ մշակել սիլվինիտի նոր չափաբաժին և նորից ստանալ Է1 բաղադրությամբ լուծույթ: Մինչև 25օC սառեցնելիս NaC1-ի պարունակությունը չի փոփոխվում: Ակնհայտ է, որ Ճ լուծույթով սիլվինիտի մշակման դեպքում, կլուծվի միայն ՃC1-ը: Հետևաբար, վերցնելով համապատասխան քանակությամբ Ճ լուծույթ և սիլվինիտ՝ հնարավոր է լրիվությամբ անջատել ՃC1-ը NaC1-ից և միաժամանակ վերականգնել Է1 լուծույթը: Այդ հարաբերությունը պետք է ընտրվի այնպես, որ սիլվինիտում ՃC1-ի ընդհանուր քանակությունը հավասար լինի ՃC1-ի այն քանակությանը, որը պետք է անջատվի բյուրեղացման ընթացքում: Ընդունենք, որ սիլվինիտը պարունակում է 752 NaC1 և 252ՃC1: Նկար 4.5-ի վրա դրա բաղադրությունը կարտահայտվի Տ կետով, որն ընկած է ԽԷN (կամ ԽԷ1N) եռանկյան ԽN կողի վրա: ՃՏ գիծը կարող է որպես Ճ մայր լուծույթի և սիլվինիտի ցանկացած հարաբերակցությամբ խառնուրդ լինել: Մյուս կողմից, Է1 էվտոնիկ լուծույթի և պինդ NaC1-ի խառնուրդի երկրաչափական տեղամասը արտահայտվում է Է1N (N-1002NaC1) գծով: Երկու գծերի հատման կետը` R, տալիս է Ճ լուծույթի և սիլվինիտի զանգվածային հարաբերակցությունը, որը 100օC-ում ապահովում է ՃC1-ի ամբողջական լուծահանումը սիլվինիտից: Այդ փուլում մնում է միայն NaC1-ը, որն այս կամ այն եղանակով անջատվում է Է1 լուծույթից, իսկ լուծույթը սառեցվում է ՃC1-ի բյուրեղացման համար: Այսպիսով՝ նկար 4.5-ի գծապատկերը հնարավորություն է

ընձեռում սիլվինիտից ՃC1-ի անջատման ժամանակ կազմելու գործողությունների հետևյալ հերթականություն. 1. NaC1-ով և ՃC1-ով հագեցած Է1 լուծույթի սառեցում 100օCից մինչև 25օC, 2. Ճ մայր լուծույթից բաժանել բյուրեղացած ՃC1-ը, 3. Ճ մայր լուծույթը տաքացնել մինչև 100օC, 4:. Ճ լուծույթով սիլվինիտից ՃC1-ի լուծահանում, 5. Է1 լուծույթից բաժանել պինդ NaC1-ը: Նկար 4.5-ի տվյալները հնարավորություն են ընձեռում առաջին մոտավորությամբ գնահատելու նաև արտադրության նյութական հաշվեկշիռը: Վերցնենք 1 տ ելային Է1 լուծույթ: Համաձայն նկար 4.4-ի տվյալների՝ դրա բաղադրությունը կազմում է 21.52ՃC1 և 16.92 NaC1: Ճ մայր լուծույթի բաղադրությունը` 12.52ՃC1 և 18.52 NaC1: Ճ լուծույթի քանակությունը, որը ստացվում է մինչև 25օC սառեցնելով, հաշվենք՝ հիմնվելով չփոփոխվող բաղադրիչի (NaC1) հիման վրա: 16.9·1000/18.5-913.5կգ ՃC1-ի բյուրեղացած քանակությունը` 1000-913.5-86.5կգ Ըստ պայմանի՝ սիլվինիտը պարունակում է 252ՃC1: Այստեղից 913.5կգ Ճ լուծույթի համար պահանջվող սիլվինիտի քանակությունը կկազմի. 86.5·100/25-346կգ Լուծահանումից հետո նստվածքում մնում է NaC1. 346-86.5-259.5կգ Վերականգնվում է Է1 լուծույթը: 913.5+86.5-1000 կգ

:

(4) փուլը գործարաններում գործողությունների սկիզբն է, որին հետևում են (5),(1),(2) և (3) փուլերը:

Այս հաշվարկը ունի մոտավոր բնույթ, քանի որ այստեղ հաշվի չեն առնվում սիլվինիտում պարունակվող խառնուրդները, NaC1-ի հետ ՃC1-ի կորուստները և այլն: Համապատասխան ուղղումները պետք է մտցվեն նյութական հաշվեկշռի մեջ: Իհարկե, սիլվինիտի աղտոտումը այլ քլորիդներով կամ սուլֆատներով կարող է որոշակիորեն դժվարեցնել տեխնոլոգիական գործընթացը, շեղել գործընթացի պայմանները նկար 4.5-ում բերված լուծման իզոթերմերից՝ հանգեցնելով աղտոտված վերջնանյութերի ստացմանը: Այս դեպքում ՃC1-ը ենթարկում են հավելյալ լվացման և վերաբյուրեղացման: Սիլվինիտի մշակման բերված սկզբունքային սխեման առանձնանում է իր ցիկլայնությամբ. մայր լուծույթը վերադառնում է նոր չափաբաժին սիլվինիտ լուծելու համար: Մեծ թվով գործարաններում սիլվինիտի լուծումը իրականացվում է հակընթաց կամ համընթաց-հակընթաց հոսքի սկզբունքներով: Արտադրության մնացորդը հիմնականում պինդ նատրիումի քլորիդն է: Մնացորդային ՃC1-ի հեռացման դեպքում այն կարող է օգտագործվել տարբեր նպատակների համար:

4.2. Փորձնական մաս

21211       

Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ

Սիլվինիտ, էլեկտրական տաքացուցիչ, բաժակներ, ձագար, քամիչ, կշեռք, նատրիումի կոբալտանիտրիտ,

 քացախաթթու,  սպիրտ,  չորանոց:

21212

Փորձի իրականացում

Սիլվինիտի լուծահանումը սոդայից կատարվում է մոխրաջրի միջոցով: Լվացման համար կշռվում է 50գ սիլվինիտ, ավելացվում է 100մլ ջուր և տաքացվում մինչև եռալը: Այնուհետև ապակե ձողիկով խառնելուց հետո սառեցվում է: Սառը լուծույթը պարզվածքաանջատում են նստվածքից, լուծույթի վրա նորից ավելացնում են 50գ սիլվինիտ և լուծույթը խառնելով՝ տաքացնում մինչև 100օC: Այնուհետև լուծույթը բաժանվում է տաք քամելու միջոցով: Լուծույթը սառեցվում է մինչև 25օC, կալիումի քլորիդի նստվածքը քամվում է, չորացվում և կշռվում: Վերջանյութի անալիզի համար անալիտիկ կշեռքով կալիումի քլորիդի նստվածքից կշռում են 0.1-0.2 գ, լուծում 10-12մլ ջրում և վրան ավելացնում նատրիումի կոբալտանիտրիտի լուծույթ մինչև դեղին նստվածքի` Ճ2Na|Cօ(NՕ2)6) գոյացման ավարտը: Na3|Cօ(NՕ2)6)+2ՃC1-↓Ճ2Na|Cօ(NՕ2)6)+2NaC1

(4.2)

Նատրիումի վեցանիտրոկոբալտատը չի փոխազդում նատրիում, լիթիում և մագնեզիում իոնների հետ և հետևապես դրանք չեն խանգարում վերը նշված ռեակցիայի ընթացքին: Ռեակցիան պետք է իրականացնել թթվային միջավայրում քԷ-3, որի համար կարելի է ավելացնել նոսրացված քացախաթթու: Եթե քԷ >7-ից, ապա կարող է առաջանալ գորշ գույնի նստվածք, որը խանգարում է Ճ+ որոշմանը. Na3|Cօ(NՕ2)6)+3NaՕԷ- 6NaNՕ2+↓Cօ(ՕԷ)3

(4.3)

Ուժեղ թթվային միջավայրում կարող է նստվածք չառաջանալ, քանի որ առաջանում է անկայուն Է3|Cօ(NՕ2)6) թթուն, որը քայքայվում է անջատման պահին: Պետք է նշել, որ անհրաժեշտ է աշխատել թերմոստատացված ազդանյութի հետ, քանի որ ժամանակի ընթացքում այն քայքայվում է: Պետք է նկատի ունենալ նաև, որ նոսր լուծույթների դեպքում նստվածք առաջանում է միայն երկար ժամանակից հետո: Նստվածքը քամվում է ծակոտկեն թիթեղյա ձագարով և ասբեստի մանր թելով: Նստվածքը լվացվում է 102 քացախաթթվի լուծույթով մինչև անգույն քամվածքի առաջանալը, որից հետո լվացվում է սպիրտով, ապա չորացվում 110օC-ում: Այնուհետև կշռվում և հաշվվում է կալիումի քլորիդի տոկոսային պարունակությունը վերջնական կշռանքում: Ըստ Ճ2Na|Cօ(NՕ2)6)Է2Օ զանգվածի՝ կալիումի քանակի որոշման անալիտիկ ֆակտորը(ք) հավասար է 0.329: Դա նշանակում է, որ ՃC1-ի տոկոսային պարունակությունը պետք է որոշել հետևյալ բանաձևով՝

որտեղ ջ-ն անալիզի համար վերցված նմուշի կշիռն է, a-ն՝ չորացնելուց հետո նմուշի կշիռը:

4.2.3 Փորձնական տվյալների մշակում Փորձնական տվյալների ամփոփվում են աղյուսակի ձևով. Ջրի զանգվածը, գ

Վերցված աղի զանգվածը, գ KԸ1

Լուծույթից առաջացած աղի զանգվածը, գ

Պ2Ը1

KԸ1

Պ2Ը1

Աղի ելքը, 2

Լաբորատոր աշխատանք 5 Ապակիներ: Ապակու կառուցվածքը «Ապակի» հասկացությունը շատ լայն է, և այն կարող է բնութագրվել ու ձևակերպվել տարբեր տեսանկյուններով: Ապակիներն անօրգանական նյութեր են, որոնք ստացվում են հալույթից, որը սառեցվում է մինչև պնդացում` առանց բյուրեղացման: Այս դեպքում հեղուկ վիճակից անցումը ապակե վիճակի հակադարձելի է: Ապակիները կարող են լինել լուսաթափանց, կիսաթափանց, անթափանց, ինչպես նաև գունավորված: Ապակիների քիմիական կազմը կարող է փոփոխվել շատ լայն տիրույթում: Ապակիները կարող են դիմանալ բեռնավորման, ենթարկվել կաղապարման և ձևավորման, կոտրվել կամ կտրվել: Այն նման է այլ պինդ նյութերին՝ միաժամանակ ունենալով իր ուրույն յուրահատկությունները: Ապակե վիճակը բնորոշվում է որոշ բնութագրական հատկություններով, ինչպիսիք են.  Ապակին իզոտրոպ է, այսինքն՝ դրա բոլոր հատկությունները, անկախ չափման ուղղությունից, ունեն նույն արժեքը: Ապակու այս հատկությունը պայմանավորված է դրա մասնիկների անկանոն դասավորվածությամբ և տարբերվում է բյուրեղական կառուցվածք ունեցող նյութերից, որտեղ մասնիկները բաշխված են խիստ որոշակի հերթականությամբ:  Նյութի ապակեվիճակը բնորոշվում է ներքին էներգիայի ավելի բարձր արժեքով, այսինքն՝ ապակին թերմոդինամիկական տեսանկյունից գտնվում է անկայուն վիճակում և հակում ունի ավելի կայուն` բյուրեղային վիճակի անցնելու: Սակայն սովորական ջերմաստիճանում այդ անցումը գործնականում տեղի չի ունենում, և ապակեվիճակը դիտարկվում է որպես կեղծ կայուն վիճակ:

 Ապակիներն ընդունակ են աստիճանաբար և հետադարձելիորեն հալույթից ապակեվիճակի անցնելու, ընդ որում՝ այդ գործընթացը կապված չէ նոր ֆազի առաջացման հետ: Ապակու ստացումը հալույթից, կախված ապակու բաղադրությունից, կատարվում է ջերմաստիճանային որոշակի տիրույթում, մինչդեռ բյուրեղական կառուցվածքով նյութերն ունեն հստակ հալման ջերմաստիճան:  Ապակու ֆիզիկաքիմիական հատկությունները հալույթից ապակեվիճակի անցնելիս փոփոխվում են անընդհատ` առանց կտրուկ փոփոխությունների: Պինդ նյութերի մեծ մասն ունեն ատոմների, մոլեկուլների կամ իոնների կարգավորված դասավորվածություն, մինչդեռ ապակիները խիստ կարգավորված են (նկ. 5.1):

Նկար 5.1. Մասնիկների դասավորությունը ա) ապակու և բ) բյուրեղական մարմնի հանգույցներում

Ապակիներում գոյություն ունի մոտ հեռավորության (մոտակա կարգի) (52orԷ-raոջօ, ближнего действия) դասավորվածություն, սակայն մեկ կամ երկու ատոմ հետո դասավորվածությունը դառնում է պատահական (raոdoո, случайный): Այսպիսով՝ միկ74

րոսկոպիկ մակարդակում ապակիներն ունեն ավելի շատ հեղուկի, քան թե պինդ մարմնի կառուցվածք: Ա. Լեբեդևն առաջին անգամ առաջ քաշեց ապակիների բյուրեղային տեսությունը: Ըստ այդ տեսության՝ ապակիներում գոյություն ունեն առանձին հատվածներ, որտեղ մասնիկները կանոնավոր դասավորված են: Այդ հատվածները չափսերով շատ փոքր են, և Լեբեդևը անվանեց բյուրեղիկներ: Մյուս տեսությունն անկանոն տարածական ցանցի տեսությունն է: Ըստ այդ տեսության՝ ապակիների կառույցի համար որպես հիմք ծառայում են ՏiՕ4 քառանիստերը, որոնք, ի տարբերություն բյուրեղական սիլիկատների, ապակիներում դասավորված են անկանոն տարածական ցանցերի ձևով: Համաձայն այս տեսության՝ ՃոՕո տեսակի օքսիդը կարող է ապակե վիճակի անցնել, եթե այն բավարարում է մի շարք պայմանների. 1. ՃոՕո օքսիդի ներքին էներգիական պաշարը պետք է միայն մի քիչ ավել լինի նույն օքսիդի բյուրեղական վիճակի ներքին էներգիայից: 2. Ճ-ն պետք է ունենա ոչ այնքան մեծ կոորդինացման թիվ: 3. Անկանոն տարածական ցանցի առաջացման ժամանակ անիոնային բազմանիստերը ընդհանուր կողեր կամ նիստեր չպետք է ունենան, այլ կարող են ունենալ միայն ընդհանուր գագաթներ: 4. Նշված պայմաններին բավարարում են մի շարք օքսիդներ, այդ թվում` 82Օ3, P2Օ3, Ճտ2Օ3, ՏԵ2Օ3, ՏiՕ2, ՕeՕ2, P2Օ5, Ճտ2Օ5, ՏԵ2Օ5, Մ2Օ5, NԵ2Օ5, ՛a2Օ5 , այսինքն՝ Ճ2Օ3, ՃՕ2, Ճ2Օ5 տեսակի օքսիդները: Շատ ապակիներ կարող են առաջացնել բյուրեղներ, եթե դրանց ենթարկեն ջերմային որոշակի մշակման և ղեկավարեն սառեցման արագությունը: Այս հանգամանքը հաստատում է այն դրույթը, որ ապակիները կարելի է դիտարկել որպես գերսառեցված հեղուկներ: Ինչո՞ւ ապակիների հալույթների սառեցման ժա75

մանակ որոշ դեպքերում առաջանում են բյուրեղներ, իսկ այլ դեպքերում` ոչ: Հարցն այն է, թե արդյոք հալույթը կարող է սառել այն ջերմաստիճանային տիրույթում, որտեղ սառեցման արագությունը ավելի մեծ է, քան բյուրեղի աճի արագությունը: Այսպես՝ սեղանի աղը չի կարող ապակի առաջացնել, սակայն քվարցային ավազը կամ ՏiՕ2-ը կարող են: Բյուրեղի աճի առավելագույն արագությունը սովորաբար փոքր է նյութի հալման ջերմաստիճանից, բայց նյութերը, որոնք կարող են ապակի առաջացնել, սովորաբար ավելի մածուցիկ են այդ ջերմաստիճաններում: Օրինակ՝ աղի և ավազի համապատասխան հալման կետերում դրանց մածուցիկության տարբերությունը մոտ ութ կարգի է: Ապակիներին բնութագրական են կարծրությունը և փխրունությունը (բեկունությունը):

5.1. Ապակու քիմիական կայունությունը Կարծիք կար, թե քիմիական լուծույթները ապակու վրա չեն ազդում: Այս ենթադրությունը հիմնված էր այն փաստի վրա, որ ամենաագրեսիվ քիմիական նյութերը, ինչպիսիք են թթուները կամ հիմքերը, պահվում և տեղափոխվում են ապակե տարաներով: Սակայն այս կարծիքը խաբուսիկ է: Ապակին ազդեցության է ենթարկվում թթուների, հիմքերի, ջրի, մթնոլորտային խոնավության և այլ ագրեսիվ նյութերի կողմից: Նշենք, որ հիմնային լուծույթները ապակու վրա ավելի մեծ քայքայող ազդեցություն ունեն, քան թթվային լուծույթները, ջուրը կամ խոնավությունը: Այդ ազդեցության տակ ապակիները քայքայվում են, և դրա բաղադրիչները անցնում են լուծույթ, որը անալիտիկ եղանակներով հնարավոր է հայտնաբերել: Այդ ժամանակ ապակու մակերևույթը կարող է դառնալ պղտոր կամ կաթնանման:

Կախված ապակու նշանակությունից ու կիրառությունից՝ դրա քիմիական կայունությունը պետք է բավարարի որոշակի պայմանների: Ակնհայտ է, որ ապակյա տարաները, որտեղ պահվում են դեղեր կամ սննդամթերք, պետք է ունենան շատ բարձր քիմիական կայունություն: Պատուհանի ապակին, որը չունի քիմիական բավարար կայունություն, երկար ժամանակ ենթարկվելով մթնոլորտային խոնավության և ջրի ազդեցության՝ կարող է կորցնել իր սկզբնական փայլը: Այսպիսով՝ քիմիական կայունությունն ունի կարևոր գործնական նշանակություն: Դրա համար առաջին հերթին պետք է հաշվի առնել ապակիների կայունությունը ջրի և օդի խոնավության նկատմամբ: Որոշ դեպքերում հարկավոր է հաշվի առնել քիմիական կայունությունը թթուների և հիմքերի նկատմամբ: Քիմիական կայունությունը կախված է ապակու քիմիական բաղադրությունից և ազդող նյութի բաղադրությունից: Այսպես՝ ապակին, որը կայուն է թթվային լուծույթների կամ ջրի նկատմամբ, կարող է անկայուն լինել աղային լուծույթների կամ հիմնային լուծույթների նկատմամբ: Ջրի ազդեցությունը սիլիկատային ապակու վրա տեղի է ունենում երկու փուլով: Նախ առաջին փուլում ջուրը ալկալահանում է ապակուն, որի հետևանքով առաջանում է ջրում լուծելի հիմք և սիլիկահողային թաղանթ: Առաջացող հիմքը, լուծվելով ջրում, հեշտությամբ հեռանում է ապակու մակերևույթից, իսկ սիլիկահողային թաղանթը, մնալով ապակու մակերևույթին, դժվարեցնում է դրա հետագա քայքայումը: Ապակու հետագա քայքայման համար անհրաժեշտ է, որ ջրի և առաջացած հիմքի մոլեկուլները դիֆուզվեն սիլիկահողային թաղանթի միջով: Այս երկրորդ փուլի արագությունը կախված է դիֆուզիայի արագությունից, իսկ սա իր հերթին կախված է թաղանթի բնույթից. որքան խիտ է թաղանթը, այնքան դժվարանում է դիֆուզիան, հետևաբար մեծ է ապակու

քիմիական կայունությունը: Նշենք, որ այս գործընթացում մեծ նշանակություն ունի ջերմաստիճանը: Յուրաքանչյուր 1օC ջերմաստիճանի բարձրացումը միջին հաշվով մոտ 302-ով արագացնում է ապակու քայքայման արագությունը: Քիմիական կայունությունը կախված է նաև ապակու բաղադրությունից: Օրինակ՝ հիմնային օքսիդները` Na2Օ, Ճ2Օ, Լi2Օ և այլն, նվազեցնում են ապակու քիմիական կայունությունը, մինչդեռ երկարժեք օքսիդները՝ մեծացնում: Ընդ որում՝ առավել արտահայտված քիմիական կայունությունը բարելավում են 8eՕ, ԽջՕ և CaՕ օքսիդները, իսկ 8aՕ և PԵՕ ունեն ավելի փոքր ազդեցություն: Արժի առանձնացնել բորի օքսիդի ազդեցությունը ապակիների քիմիական կայունության վրա: Դրա ներմուծումը ապակու մեջ մինչև 12-132-ի չափով մեծացնում է ապակու քիմիական կայունությունը, իսկ դրա հետագա ավելացումը ունենում է հակառակ ազդեցությունը: 8aՕ, ՕeՕ, PԵՕ-ն բարձրացնում են ապակու բեկման ցուցիչը (օպտիկական ապակի), Ճ12Օ3-ը մեծացնում է մեխանիկական ամրությունը (տարային ապակի), բայց փոքրացնում է թափանցիկությունը և այլն: Բոլոր մետաղները, բացի 8e-ից, իջեցնում են քիմիական կայունությունը հիմքերի նկատմամբ: Ապակու կայունությունը ջրում և ջրային գոլորշիներում հակադարձ համեմատական է ապակու մեջ պարունակվող հիմքի քանակությանը: Քիմիական բարձր կայունություն ունեն հատկապես ալյումինա-սիլիկատային և բորասիլիկատային ապակիները: Ապակիների կայունությունը հիմնականում որոշում են երկու եղանակներով: 1. Թարմ կոտրված ապակու մակերևույթի փորձնական եղանակ: Այս դեպքում նոր կոտրված ապակու մակերևույթը ենթարկում են ալկալահանման, իսկ այդ մակերևույթը ստանում են, երբ ապակին մանրացնում են մինչև որոշակի հատիկայնություն:

2. Կաղապարային մակերևույթի փորձարկման եղանակ: Այս եղանակի դեպքում արդեն ալկալահանում են փորձարկվող ապակուց պատրաստված կաղապարի մակերևույթը: Առաջին եղանակը ավելի համապիտանի է և թույլ է տալիս որոշել ցանկացած տեսակի ապակու քիմիական կայունությունը, ինչպես նաև ծախսվում է քիչ ապակի, և փորձարկվում է մեծ մակերևույթ: Կաղապարային մակերևույթի փորձարկման դեպքում ապակուց պատրաստում են 4 նմուշ՝ 5210 սմ, մակերևույթը չափում, հետո լվանում են եթերով կամ սպիրտով, մեկ ժամ չորացնում են 100-110 0C ջերմաստիճանում, կշռում անալիտիկ կշեռքով՝ 0,0001 ճշտությամբ: Կշռված նմուշը տեղավորում են 0.8-1լ տարողություն ունեցող փորձանոթում, որտեղ նախօրոք լցված է անհրաժեշտ ազդանյութը, և 3 ժամ եռացնում են ջրային բաղնիքի վրա (փորձանոթին միացված է հետադարձ սառնարանը): Փորձից ստացված արդյունքները հնարավոր է արտահայտել ինչպես որակական, այնպես էլ քանակական բնութագրումով. Որակական բնութագրումը. 1. ջրում չփոփոխվող ապակիներ, 2. կայուն ապակիներ, 3. սարքավորումների պինդ ապակիներ, 4. սարքավորումների փափուկ ապակիներ, 5. չբավարարող ապակիներ (ոչ կայուն): Քանակական բնութագրումը. 1. ապակուց անջատված հիմքերի քանակությամբ, որը որոշվում է տիտրման կամ գունաչափական ճանապարհով, 2. ապակու ընդհանուր կշռի կորուստով, երբ դրան ենթարկում են տարբեր ազդանյութերի աղդեցությանը, 3. ապակու առանձին բաղադրիչների գումարային կորուստով, որը որոշվում է լուծույթի լրիվ քիմիական անալիզի ժամանակ:

5.2. Ապակու բյուրեղացման հատկությունները Ապակու բյուրեղացման ուսումնասիրությունն ունի տեխնոլոգիական կարևոր նշանակություն: Ինչքան ապակու հալույթը քիչ հակված լինի բյուրեղացման, երբ այն երկար ժամանակ գտնվում է վառարանում, այնքան բարձր կլինեն ապակու որակական ցուցանիշները: Սակայն երբեմն անհրաժեշտ է լինում ապակին բյուրեղացնել` դրան այս կամ այն հատկություն հաղորդելու համար, օրինակ՝ կաթնապակու, մի շարք գունավոր ապակիների, ինչպես նաև ապակեբյուրեղային նյութերի ստացման ժամանակ: Պիտանի է համարվում այն ապակեզանգվածը, որում մյուս բոլոր հավասար պայմանների դեպքում, լայն ջերմաստիճանային սահմաններում տեսանելի բյուրեղացում չի առաջանում: Ապակիների բյուրեղացման արգելակման գործոններից մեկը դրա բարձր մածուցիկությունն է և վերջինիս արագ աճը ջերմաստիճանի իջեցման հետ: Բարձր մածուցիկությունը խոչընդոտում է մոլեկուլների բյուրեղացման համար անհրաժեշտ վերախմբավորմանը: Բյուրեղացումը սովորաբար տեղի է ունենում ֆազերի բաժանման սահմանում` ապակու մակերևույթի (ապակի-գազ), անոթի պատերի վրա (ապակի-պինդ նյութ) կամ ապակու ներսում` բշտիկների, օտար ներառուկների և ապակու անհամասեռությունների դեպքում: Ֆազերի բաժանման սահմանում բյուրեղացումը տեղի է ունենում մակերևութային ուժերի շնորհիվ: Այդ ուժերի ազդեցությամբ հեշտանում է բյուրեղացման կենտրոններ ստեղծելու համար անհրաժեշտ մոլեկուլների վերադասավորումը: Այդ է պատճառը, որ մի քանի մակերևութային ակտիվ նյութերի ավելացումը կարող է ուժեղ ազդեցություն ունենալ ապակու բյուրեղացման վրա: Ապակիների բյուրեղացումը տեղի է ունենում երկու գործընթացների շնորհիվ` հալույթում բյուրեղացման կենտրոնների առաջացման և բյուրեղային սաղմի աճի: Առաջին դեպքում առաջանում են բյուրեղական կենտրոններ` փոքրագույն բյուրեղիկների

տեսքով: Դրանից հետո այդ բյուրեղիկները սկսում են աճել և մի քանի դեպքերում կարող են հասնել մեծ չափսերի: Դրա համար բյուրեղացման գործընթացում պետք է տարբերել նախ բյուրեղացման կենտրոնների առաջացման արագությունը, այնուհետև` բյուրեղների աճի արագությունը: Բյուրեղացման կենտրոնների առաջացման արագություն ասելով՝ հասկանում ենք փոքրագույն նոր բյուրեղիկների քանակությունը, որոնք ստացվում են զանգվածում միավոր ժամանակում, իսկ բյուրեղների «աճի արագություն» հասկացությունը ենթադրում է բյուրեղների գծային չափսերի մեծացումը միավոր ժամանակում: Բարձր ջերմաստիճաններում ապակեզանգվածի բյուրեղակենտրոնների առաջացման արագությունը և բյուրեղների աճման արագությունը հավասարվում են զրոյի: Այդպիսի ջերմաստիճաններում բյուրեղացում երբեք չի գնում: Ինչպես տեսնում ենք ապակիների բյուրեղացման հատկությունները բնութագրվում են տարբեր ջերմաստիճաններով, որոնց ժամանակ կարող են երևալ առաջին կամ անհետանալ վերջին բյուրեղիկները: Նշված ջերմաստիճանները կոչվում են բյուրեղացման վերին և ստորին սահմանների ջերմաստիճաններ: Վերին սահմանից վեր և ստորին սահմանից ցածր այլևս բյուրեղներ չեն առաջանում: Այսպիսով՝ ապակու բյուրեղացման համար ամենավտանգավոր ջերմաստիճանային միջավայրն ընկած է բյուրեղացման վերին և ստորին ջերմաստիճանային սահմանների միջև: Այդ սահմաններին իմանալը խորապես նպաստում է գործընթացի ճիշտ կազմակերպմանը: Սովորաբար բյուրեղացման այդ ջերմաստիճանային միջակայքը համընկնում է մշակման ջերմաստիճանի հետ, և այդ պատճառով էլ ամենից հաճախ բյուրեղացումը նկատվում է ապակու վառարաններում մշակման գոտում կամ հենց ապակու մշակման ժամանակ: Բյուրեղացումը կարող է նկատվել նաև ապակու սառեցման ժամանակ:

Գործնականում արտադրության մեջ բյուրեղացումից խուսափում են երկու ճանապարհով` ջերմաստիճանի փոփոխությամբ և ապակու քիմիական բաղադրության փոփոխությամբ: Այս դեպքում անհրաժեշտ է նաև իմանալ առաջացող ֆազի բնույթը: Ապակու բյուրեղացման հատկությունների և բաղադրության միջև կապը բավականին բարդ է: Այսպես՝ միևնույն օքսիդի ներմուծումը մի ապակու մեջ կարող է նպաստել բյուրեղացմանը, իսկ մի այլ բաղադրության մեջ, ընդհակառակը, կասեցնել բյուրեղացումը: Բացի այդ՝ մեծ նշանակություն ունեն ներմուծվող օքսիդների քանակները: Որպես կանոն, ապակու բյուրեղացումը կանխում են այն օքսիդները, որոնք բյուրեղացման ջերմաստիճանային տիրույթում մեծացնում են մածուցիկությունը: Ինչպես ցույց են տվել ուսումնասիրությունները, եռաբաղադրիչ նատրիում-կալցիում-սիլիկատային ապակիները ավելի են հակված բյուրեղացման, եթե դրանք պարունակում են 742 ՏiՕ2, իսկ Na2Օ-ի և CaՕ-ի գումարային քանակությունը հավասար է 262-ի: Այնուհանդերձ Na2Օ-CaՕ-ՏiՕ2 եռաբաղադրիչ համակարգի ապակին համարվում է ոչ օգտակար: CaՕ-ի քանակության ավելացումը առաջացնում է բյուրեղացման աստիճանի մեծացում, չնայած Na2Օ-ի քանակության ավելացումը փոքրացնում է բյուրեղացման աստիճանը, բայց հանգեցնում է քիմիապես անկայուն ապակու առաջացմանը: Կախված ապակեզանգվածի բաղադրությունից և կիրառման բնագավառից՝ այժմ տարածված են բյուրեղացման աստիճանի չափման հետևյալ եղանակները՝  ջերմաստիճանի կայուն անկման կամ ստիպողական բյուրեղացման եղանակ,  զանգվածային բյուրեղացման եղանակ,  կոփման եղանակ:

Ստիպողական բյուրեղացման եղանակի էությունն այն է, որ նախօրոք որոշելով ջերմաստիճանի բաշխումը վառարանի ներսում (սա իրականացնում են մետաղալարի փաթույթների անհամաչափ դասավորման միջոցով)՝ տեղավորում են հրակայուն նյութից պատրաստված նավակ՝ փորձարկվող ապակու նմուշով: Այդ նմուշի երկայնքով առաջ է գալիս տարբեր ջերմաստիճանային պայմաններ: Նմուշը որոշակի ժամանակ պահելով ջերմային գրադիենտ ունեցող վառարանում՝ հանում են արագորեն և սառեցնում օդում ու տեսողությամբ որոշում դրա բյուրեղացման համար նպաստավոր ջերմաստիճանային տիրույթները: Ապակեզանգվածի բյուրեղացման աստիճանի որակական գնահատականը տալիս են հինգմիավորանոց սանդղակի միջոցով. 1. բյուրեղների լրիվ բացակայություն, 2. մակերևութային բյուրեղացում՝ բյուրեղային թաղանթի տեսքով, 3. մակերևութային բյուրեղացում՝ բյուրեղային կեղևի տեսքով, 4. մակերևութային բյուրեղացում՝ մակերևութային կեղևի տեսքով, 5. համատարած բյուրեղացում (ծավալային բյուրեղացում): Ապակու զանգվածային (մասսայական) բյուրեղացման եղանակը հնարավորություն է տալիս միաժամանակ ուսումնասիրելու 50-60 և ավելի նմուշների բյուրեղացման հատկությունները: Բացի դրանից՝ այս եղանակը հնարավորություն է տալիս արագորեն և որակապես գնահատելու ապակեզանգվածի հակումը բյուրեղացման նկատմամբ: Եղանակի էությունը հետևյալն է: Տարբեր քիմիական բաղադրություն ունեցող ապակու նմուշները որոշակի ջերմաստիճանում ենթարկվում են ջերմային մշակման, որից հետո նավակի մեջ տեղադրում են ապակու միանման կտորներ և պահում վառարանում՝ փորձարկվող ջերմաստիճանի տակ: Ապակիների բյուրեղացման գործընթացը կարող է իրականացվել

երկու ուղղությամբ՝ ցածր ջերմաստիճանից բարձրի անցման ժամանակ կամ հակառակը: Չափման առաջին ձևը այնքան էլ լավ արդյունք չի տալիս, քանի որ ապակու կտորների հետ կարող են պարունակվել որոշ խառնուրդներ, որոնք էլ կառաջացնեն բյուրեղացման կենտրոններ: Իսկ երկրորդի ժամանակ այդ խառնուրդները բարձր ջերմաստիճանում վերածվում են հալույթի և հետագայում չեն ազդում բյուրեղացման գործընթացի վրա: Կոփման եղանակի միջոցով մշակված է բյուրեղական գոյացումների գծային չափման հնարավորությունը:

5.3. Ապակու տեսակները Հայտնի է ապակիների շատ մեծ տեսականի: Դրանցից յուրաքանչյուրն ունի իր բնորոշ հատկությունները: Ապակիների հատկությունները որոշակիորեն բնութագրվում են դրա քիմիական բաղադրությամբ, և քանի որ բաղադրությունը կարող է փոխվել անսահմանորեն, հետևաբար կարող են գոյություն ունենալ հազարավոր տարաբնույթ ապակիներ: Սակայն դրանք կարելի է հիմնականում ստորաբաժանել հետևյալ տեսակների՝ նատրիումկալցիում-սիլիցիումի օքսիդ հիմքով ապակիներ, կապարի հիմքով ապակիներ, բորասիլիկատային ապակիներ, մի շարք հատուկ ապակիներ, այդ թվում՝ զոդանյութային (տօ1մer ջ1aտտ, стеклоприпой) ապակիներ, լազերային ապակիներ, սիլիցիում օքսիդային ապակիներ, ապակեկերամիկա և գունավոր ապակիներ (ավելի մանրամասն տե ս Cհeոiօa1 aոմ քrօօeտտ teօհոօ1օջ7 eոօ7օ1օքeմia, օհieք eմitօr D.Խ. Cօոտiմiոe, 1974, 553ք.): Աղյուսակ 5.1-ում և աղյուսակ 5.2-ում բերված են գունավոր ապակիների և տեխնիկական ապակիների բաղադրությունները զանգվածային տոկոսներով:

Աղյուսակ 5.1. Ապակիներին գունավորելու համար պահանջվող գույների և գունանյութերի մի քանի քիմիական բնութագրեր Ապակու գույնը Գունավորող Օքսիդների բաղադրիչը զանգվածը, 2 Կարմիր …………………….. Կադմիումի սուլֆիդ Կադմիումի սելենիդ Պղնձի օքսիդ Ոսկի (մետաղ) Դեղին………………………... Ցերիումի օքսիդը 0.1-0.3 տիտանի 0.05-0.1 օքսիդի հետ 0.3-0.5 Դեղնականաչ ……………… Ճջ(ՃջNՕ3) Քրոմի (111) օքսիդ Երկաթի (111) օքսիդ 0.2-0.3 Կապտականաչ ……………. Երկաթի քրոմատ 0.1-0.2 Երկաթի (11) օքսիդ 0.003-0.1 Նիկելի (11) օքսիդ Կապույտ …………………… Կոբալտի օքսիդ Մուգ կարմիր (Pսrք1e) …….. Գորշ ………………………… Նեոդիումի օքսիդ Նիկելի օքսիդ` Սև …………………………... տիտանի օքսիդի հետ Պղնձի, կոբալտի, 1-2 նիկելի և երկաթի (11) օքսիդներ, երբ վերցվում են երկու և 0.01-0.05 ավելի օքսիդներ 5-6 Ծծումբ Երկաթի սուլֆիդ Սաթագույն (ՃոԵer) ……… (Իe2Տ3) Անգույն ……………………... Սելենի և կոբալտի Մոխրակարմիր ……………. օքսիդներ Կաթնապակի ………………. Մանգանի (111) օքսիդ Անագի օքսիդ (ՏոՕ)

Աղյուսակ 5.2. Տեխնիկական ապակիների բաղադրությունները զանգվածային տոկոսներով Բաղադրիչներ

Տարաներ

ՏiՕ2 70-74

Ափսեներ, պատուհանի ապակի

71-74

Ճ12Օ3 1.5-2.5 1-2

Սեղանի սպասք

Ապակե Բորասիլի- ԼազերաԶոդաԿապամալուխներ, կատային յին ապա- նյութային րային ապակե մե- ապակիներ կիներ ապակիներ ապակիկուսիչներ ներ

71-74

65-74

70-82

61-69

0.5-16

35-70

62-70

0.5-2

2-4.5

2-7.5

0-5

0.1-4

0.5-2

17-22

3-5.5

9-14

82Օ3

7-20

Լi2Օ

3-5

Na2Օ Ճ2Օ

8-16 13-16

12-15

10-14

8-12

CaՕ ԽջՕ 8aՕ

Ապակեկերամիկա

13-15 5.5-7.5 4-6.5

0-1

4-8

12-24 3-8

5-10

5-16 3-5.5

0-5 0.1-1.2

3-10

0-2.5

0-7 0.4

2ոՕ

7-62

PԵՕ

4-77

CսՕ

0-10

Nմ2Օ

12-60

1-6

CeՕ2

0.1-1

ՃԻ

0-2

2rՕ2 և ՛iՕ2

3-10

5.4. Ապակու եփում Ապակու պատրաստումը կատարվում է հետևյալ փուլերով` 1. օքսիդների մանրացում և դրանց մաղում, 2. օքսիդների բաժնավորում (դոզավորում), 3. օքսիդների խառնում,

4. ապակու եփում: Ապակու եփման ժամանակ տեղի են ունենում ֆիզիկաքիմիական բարդ գործընթացներ, որոնց հետևանքով հում նյութերի բովախառնուրդը վերածվում է որոշակի ֆիզիկաքիմիական հատկություններ ունեցող համասեռ հալույթի: Ապակու եփման գործընթացը պայմանականորեն բաժանվում է հինգ փուլերի: 1. Սիլիկատի առաջացման փուլ. այն բնութագրվում է`  բովախառնուրդի բաղադրիչներն այլևս առանձին-առանձին հանդես չեն գալիս,  գազանման նյութերի զգալի քանակը հեռանում է,  պինդ վիճակի բովախառնուրդի բաղադրիչների միջև տեղի ունեցող հիմնական քիմիական ռեակցիաները ավարտվում են: 2. Ապակեգոյացման փուլ. այս փուլում ապակին դառնում է թափանցիկ, այսինքն` դրանում անհետանում են բովախառնուրդի չեփված բաղադրիչ մասերը, բայց ապակում մնում են բշտիկների մեծ քանակություն, այսինքն` ապակին դեռևս անհամասեռ զանգված է: 3. Գազազրկման փուլ. այն բնութագրվում է նրանով, որ ապակում այլևս չկան բշտիկներ, և հաստատվում է հավասարակշռություն հեղուկ և գազ ֆազերի միջև: 4. Համասեռացման փուլ: Ապակին դառնում է համասեռ զանգված: 5. Պաղեցման (студка, 62iԷԷiոջ) փուլ, այս փուլում պատրաստի հալված ապակին աստիճանաբար սառեցվում է մինչև մշակման համար անհրաժեշտ ջերմաստիճան: Թվարկված բոլոր փուլերն ունեն իրենց առանձնահատկությունները և նշանակությունները: Այդ փուլերից գուցե ամենակարևորը ապակեգոյացման փուլն է, որի ընթացքում կարող են տեղի ունենալ հետևյալ գործընթացները` ֆիզիկական փոփոխությունները.

1. գազերի հեռացում, 2. բովախառնուրդի տաքացում, 3. դրա առանձին բաղադրիչների հալում, 4. նյութերի լուծում, 5. բյուրեղական ձևերի անցում, 6. մի քանի բաղադրիչ մասերի հեռացում: Քիմիական քայքայում. 1. հիդրատների քայքայում, 2. քիմիապես կապված ջրի հեռացում, 3. կարբոնատների, սուլֆատների, նիտրատների քայքայում, 4. տարբեր բաղադրիչների փոխազդեցություն: Ֆիզիկա-քիմիական գործընթացներ. 1. հեղուկ ապակեզանգվածի և վառարանի մթնոլորտի գազանման բաղադրիչների փոխազդեցություն, 2. ապակեզանգվածի և դրա մեջ ներփակված գազերի փոխազդեցություն, 3. ապակեզանգվածի գազային ֆազի և բշտիկների գազերի փոխազդեցություն, 4. ապակեզանգվածի և հրակայուն նյութերի փոխազդեցություն: Լաբորատոր պայմաններում ապակու եփումը հարմար է իրականացնել էլեկտրական վառարաններում: Առավել հեշտ սինթեզվում են կապարային և բորակապարային դյուրահալ ապակիները, քանի որ սրանց համար սինթեզվում պահանջվում են համեմատաբար ցածր ջերմաստիճաններ: Այդ ապակիների հիման վրա կարելի է հեշտությամբ ստանալ նաև գունավոր ապակիներ:

5.5. Փորձնական մաս 5.5.1 Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ     

Մաղեր, վառարան, կշեռք, երկաթի կամ նիկելի թիթեղներ, կերամիկական սալիկ:

Բորակապարային ապակու բաղադրիչները տրված են աղյուսակ 5.3-ում: Փորձի իրականացում Թափանցիկ և դյուրահալ բորակապարային ապակիների պատրաստման համար կարելի է վերցնել աղյուսակ 5.3-ում բերված բաղադրությունները: Աղյուսակ 5.3. Բորակապարային ապակիների ստացման քանակական տվյալները Բաղադրությունը 2-ներով Հալման PbՕ

B2Օ3

84,5 87.5 92.7 86.6 93.7 61.4 70.4 88.1 91.8

10.6 11.4 7.3 13.4 6.3 38.6 -

ՏլՕ2 4.5 3.4 1.1 29.6 11.9 8.2

ջերմաստիճանը, օC

Եփման արդյունավետության համար ընտրում են այն խառնուրդները, որոնց հալման ջերմաստիճանը մոտավորապես 50100օC ցածր է վառարանի ջերմաստիճանից: Հաշվարկը կատարում են 30-35գ բովախառնուրդի համար: Նախապես հումքանյութերը մանրացնում են և մաղում մանր անցքերով մաղով այնպես, որ մասնիկների չափսը 0.1 մմ-ից մեծ չլինի: Օքսիդները կշռում են տեխնիկական կշեռքի վրա 0.01 գ ճշտությամբ, ապա լավ խառնում հավանգում: Հետո խառնուրդից 8-10 գ լցնում են հալքանոթի մեջ և տեղադրում տաքացված վառարանում: Երբեմն փրփրելու պատճառով ապակին կարող է թափվել վառարանի մեջ և փչացնել վառարանի ներպատվածքը (футеровка, քսrոaօe 1iոiոջ): Փրփրումը հատկապես նկատվում է բորաթթվի օգտագործման դեպքում: Ստացված ապակու զանգվածը պետք է լինի համասեռ: Դրա համար այն առնվազն 10-15 րոպե պահում են հալված վիճակում: Ապակու եփումն արագանում է ապակու զանգվածի խառնման դեպքում: Սակայն եթե այդ նպատակով օգտագործվում է ոչ պլատինե լար, ապա ապակին կարող է կեղտոտվել խառնիչ մետաղի օքսիդներով: Եփման ավարտից հետո ապակին հանում են վառարանից և լցնում մաքուր երկաթե կամ նիկելե թիթեղի կամ կերամիկական սալիկի վրա: 5-8 գ դյուրահալ ապակի հնարավոր է եփել նաև ապակե փորձանոթում գազայրիչի բոցի վրա: Փոքր քանակներով դյուրահալ ապակի հնարավոր է եփել նաև սպիրտայրոցի բոցի վրա: Ապակու ստացումը գազայրիչի բոցի վրա տևում է ընդամենը հինգ րոպե: Տաքացումն իրականացնում են մինչև ողջ զանգվածի հալվելը: Հետո այն արագ լցնում են կերամիկական սալիկի կամ մետաղական թիթեղի վրա: Եթե եփելու համար օգտագործվեն սովորական ապակյա փորձանոթներ, ապա ապակին դատարկելու ժամանակ այն կարող է սառչել և կպչել փորձանոթի սառը պատերին: Դրանից խուսափելու համար խորհուրդ է տրվում վերցնել կարճ պատերով փորձանոթ, իսկ դատարկելուց առաջ պատերը

տաքացնել: Գազայրիչի վրա եփելու դեպքում հնարավոր է օգտվել նաև փոքր ճենապակյա հալքանոթից: Ապակու եփման համար անհրաժեշտ կապարի օքսիդ (PԵՕ) հնարավոր է ստանալ PԵ3Օ4-ի, կապարի կարբոնատի կամ նիտրատի շիկացումով (15-20 րոպե, 500օC): Պոտաշը և սոդան պետք է նախապես չորացնել և շիկացնել 500-600օC-ում և պահեստավորել հերմետիկ փակվող տարայում: Բորի օքսիդ ստանալու համար կարելի է որպես ելանյութ վերցնել բորաթթուն: Դրա համար բորաթթուն շիկացնում են քիչ քանակներով (2-8գ) պլատինե կամ ճենապակյա հալքանոթներում` 650օC-ում: Մածուցիկ զանգվածը լցնում են երկաթե, նիկելե կամ կերամիկական թիթեղի վրա: Սառած փխրուն զանգվածը կոտրատում են: Հետագա ջրազրկումը պետք է կատարել փոքր բաժիններով ճենապակյա հալքանոթներում` 750օC-ում: Պետք է անընդհատ հետևել ջրազրկման գործընթացին, քանի որ այս դեպքում էլ փրփրանման զանգվածը կարող է թափվել և փչացնել վառարանի ներպատվածքը: Բորի օքսիդը պետք է պահել ամուր փակվող անոթում, քանի որ այն խոնավածուծ է: Նշենք, որ բորի օքսիդը հավանգում ձեռքով մանրացնելիս ցրվում է այս ու այն կողմ, և խորհուրդ է տրվում մանրացնելու ժամանակ հավանգը փակել թղթով:

5.5.2. Գունավոր ապակիների ստացում Վերը նշված թափանցիկ ապակիների հիման վրա կարելի է ստանալ գունավոր ապակիներ: Դրա համար թափանցիկ ապակիներ առաջացնող բովախառնուրդին պետք է ավելացնել համապատասխան գունավորող օքսիդ (աղյուսակ 5.1): Գունավորման ուժգնությունը կախված է ավելացված օքսիդի քանակից: Հավասարաչափ բաշխման համար գունավորող նյութը խառնում են բովախառնուրդին, բայց այն կարելի է ավելացնել նաև հալված

զանգվածին` հալքանոթի կամ փորձանոթի զգույշ թափահարմամբ: Ոչ թափանցիկ սև ապակու ստացման համար ծծումբը պետք է ներմուծել ապակու առաջին բաժինների հալումից հետո անմիջապես հեղուկ ապակու մեջ: Եթե ծծումբն ավելացվի հալման սկզբում, ապա այն կարող է այրվել: Որպես գունավորող նյութեր՝ կարելի է վերցնել նաև այլ օքսիդներ, որոնք բերված չեն աղյուսակում: Օրինակ՝ կարելի է վերցնել նիկելի և կոբալտի տարբեր օքսիդներ, ինչպես նաև դրանց աղերը, որոնք եփման պայմաններում քայքայվում են և անցնում ավելի ցածր օքսիդացման աստիճանի: Խո2Օ3-ի փոխարեն կարելի է վերցնել ԽոՕ2-ը և կալիումի պերմանգանատը: Անհրաժեշտ է հաշվի առնել, որ Խո2Օ3-ը եփելու դեպքում հեշտությամբ անցնում է ԽոՕ-ի, որը գունավորում է ապակուն դեղնավուն երանգով: Ուստի Խո3+-ի վերականգնումից խուսափելու համար խորհուրդ է տրվում ապակեզանգվածին ավելացնել կալիումական սելիտրայի մեկ-երկու հատիկ: Ապակու եփման համար ավելի հարմար են կորունդե հալքանոթները, քանի որ դրանք չեն կեղտոտում ապակին և ջերմակայուն են: Ապակու եփումը կարելի է իրականացնել նաև ճենապակյա հալքանոթներում, սակայն դրանք երբեմն կարող են ճաքել: Եթե հալքանոթը վառարանում ընկնի կամ թեքվի, ապա պետք է վառարանը անհապաղ անջատել, արագ սառեցման համար բացել վառարանի դռները և հանել հալքանոթը: Հալված ապակին ուժեղ քայքայում է վառարանի ներպատվածքը, իսկ պարույրի վրա ընկնելու դեպքում այն շարքից դուրս է գալիս: Ուստի վառարանի սառելուց հետո թափված ապակին ամբողջությամբ պետք է հեռացնել: Ավելի հարմար է հալքանոթը վառարանում դնել աղյուսե տակդիրի վրա: Վերջինս կարելի է պատրաստել նաև սովորական կավից, որը չորացումից և թրծումից հետո ձեռք է բերում անհրաժեշտ մեխանիկական ամրությունը:

5.5.3. Ապակիների քիմիական կայունությունը Խոնավության և ջրի ազդեցության տակ ապակու արտաքին շերտի սիլիկատները հիդրոլիզվում են, որի հետևանքով ստացված ալկալին, ջրում լուծվելով, հեռանում է, իսկ սիլիկաթթվի ժելը ապակու մակերևույթին առաջացնում է պաշտպանիչ շերտ: Սովորական բաղադրության ապակիները թթուների նկատմամբ (բացի ֆտորաջրածնական և ֆոսֆորական) կայուն են: Որքան բարդ է ապակու բաղադրությունը, այնքան այն քիմիապես կայուն է: Հատկապես կայուն են կալցիումական և մագնեզիումական ապակիները, իսկ բարձր կայունությամբ օժտված են ալյումինասիլիկատներ և բորասիլիկատներ պարունակողները: Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ՝ 1. հախճապակե հավանգ, 2. №0600 և №0850 ցանցով մաղեր, 3. տախտակ 7525020.5 սմ, 4. հարթահատակ անոթներ 60-70, 250մլ տարողությամբ, 5. ջրային բաղնիք, 6. հետադարձ սառնարան, 7. տիտրման համար 0.1 ն աղաթթվի լուծույթ, 8. 0.12 մեթիլ կարմիրի սպիրտային լուծույթ: Փորձի իրականացում Մոտ 100 գ ապակին մանրացվում է հախճապակե հավանգի մեջ և անցկացվում №0600, ապա՝ №0085 մաղով: №0600 մաղով անցած և №0085 մաղի վրա մնացած հատիկները հավաքել, առանձնացնել գնդիկավոր հատիկները հետևյալ ձևով. մաղով ընտրված հատիկները լցնել 7525020.5 սմ տախտակի վրա, պահել թեքությամբ, մյուս ձեռքով հարվածել տախտակի վերևի մասին, գնդիկավոր հատիկները գլորվում են ներքև: Անալիտիկ կշեռքով (0.0001 գ ճշտությամբ) կշռել ընտրված հատիկներից 2գ, լցնել

հարթահատակ անոթի մեջ (60-70 մլ տարողությամբ), թորած ջրով երեք անգամ փոշուց լվանալ և պարզվածքը անջատել, ապա վրան ավելացնել 50 մլ նախօրոք 100 ՕC տաքացրած թորած ջուր, միացնել հետադարձ սառնարանը, փակել նատրոնակիր լցված խողովակով և պահել եռացող ջրային բաղնիքի վրա մոտ մեկ ժամ, ապա ամբողջ լուծույթը տեղափոխել 250 մլ կոնաձև անոթի մեջ և տաք վիճակով տիտրել 0.01ն աղաթթվի լուծույթով 2-3 կաթիլ մեթիլ կարմիրի ներկայությամբ: Փորձը կրկնել 3 անգամ: Հետազոտման արդյունքները արտահայտվում են տիտրման ժամանակ ծախսված 0.01 ն աղաթթվի միլիլիտրերով կամ Na2Օով վերահաշված (0.1 մլ 0.01ն աղաթթվին համապատասխանում է 0.3 մգ Na2Օ) և գրանցում հետևյալ ձևով. N

Տիտրման համար ծախսված 0.01Ն աղաթթվի ծավալը,մլ

Na2Օ, մգ

Փորձի տվյալների միջին արժեքները համեմատելով աղյուսակ 5.4-ի տվյալների հետ՝ կարելի է գնահատել ապակու քիմիական կայունությունը:

Հիդրոլիտիկ դաս

Աղյուսակ 5.4. Ապակիների դասակարգումն ըստ քիմիական կայունության Ապակու անվանումը 0.01ն աղաթթվի Na2Օ ծավալը, մլ զանգվածը, մգ Ջրով փոփոխվող 0.00-0.32 0.00-0.11 ապակիներ Կայուն ապակիներ 0.32-0.65 0.11-0.20 Պինդ ապակիներ 0.65-2.80 0.20-0.87 Փափուկ ապակիներ 2.80-6.50 0.87-2.00 Ոչ բավարար 6.60 2.00 ապակիներ

Լաբորատոր աշխատանք 6 Սև պղնձի զտում 6.1. Կրակային զտում Կրակային զտման եղանակով սև պղինձը մասամբ մաքրում են խառնուկներից (լmքսոլty, примесь), որոնք թթվածնի նկատմամբ ցուցաբերում են արդյունավետ խնամակցություն: Կրակային զտման ժամանակ ձգտում են հալված պղնձից հնարավորինս հեռացնել թթվածինը, ծծումբը, երկաթը, նիկելը, ցինկը, կապարը, արսենը, անտիմոնը և լուծված գազերը: Կրակային զտումից հետո հալված պղինձը լցնում են «ականջիկներով» կաղապարների մեջ և պատրաստում անոդներ, որոնք ուղարկվում են էլեկտրատարալուծման բաժանմունք: Այս պատճառով կրակային զտման վառարանները հաճախ անվանում են անոդային վառարաններ: Ժամանակակից արտադրությունում պղնձի կրակային զտման համար օգտագործում են երկու տեսակի վառարաններ՝ անշարժ (հաստատուն) անդրադարձիչ (отражательный, ո6Շ16Շtլ0ո, նկ. 6.1) և կողաթեքվող (наклоняюшиеся печь, ո0Շձլոջ Շսոո2Շ6 նկ. 6.2):

Նկար 6.1 Անդրադարձիչ վառարանի գծապատկերը (ձախից) և իրական պատկերը (աջից)

Նկար 6.2. Կողաթեքվող վառարանի գծապատկերը

Անշարժ անդրադարձիչ վառարանն իր կառուցվածքով նման է հանքանյութի հալեցման համար օգտագործվող անդրադարձիչ վառարանին, սակայն ունի կառուցվածքային մի շարք առանձնահատկություններ: Ժամանակակից անոդային վառարանների տարողունակությունը հասնում է մինչև 400տ: Զտող վառարանները սնուցվում են միայն բարձրորակ վառելանյութով` բնական գազով կամ մազութով: Անշարժ անդրադարձիչ վառարանները կիրառվում են ինչպես հեղուկ, այնպես էլ պինդ վիճակում գտնվող սև պղինձը զտելու համար, ինչպես նաև վերաձուլման կամ կատոդային պղնձից հատուկ ձև ունեցող ձուլվածքների` պղնձակոճղերի, ստացման համար, որոնք հետագայում օգտագործվում են մետաղալարերի ստացման համար: Պղնձի կրակային զտումը պարբերական գործընթաց է: Այն բաղկացած է հետևյալ փուլերից՝ վառարանի նախապատրաստում և բեռնավորում, պղնձի հալում կամ տաքացում, օքսիդացումով հալույթի մշակում և խարամի հեռացում, վերականգնիչ մշակում և պատրաստի վերջանյութի լցոնում:

Ավազանները մինչև 1200օC տաքացնելուց հետո սկսվում է օքսիդացնող գազով ներփչման փուլը՝ նպատակ ունենալով օքսիդացնել պղնձում պարունակվող խառնուկները, որոնք պղնձի համեմատ ավելի մեծ խնամակցություն ունեն թթվածնի նկատմամբ: Հալված պղինձը օքսիդացնում են հիմնականում օդով, որը պողպատյա խողովակների միջոցով փչում են ավազանի մեջ (խողովակները ընկղմում են 600-800մմ): Այս խողովակները արտաքինից պատված են հրակայուն թաղանթով: Տեսականորեն ներփչված թթվածնի հետ պետք է փոխազդեին միայն ներխառնուկները: Սակայն գործնականում առաջինը օքսիդանում է հենց պղինձը, որի կոնցենտրացիան, համեմատած խառնուկների հետ, շատ մեծ է: Օդի ներփչման ժամանակ պղինձը օքսիդանում է մինչև Cս2Օ, որը լուծվում է պղնձի ավազանում մինչև 10-122-ի չափով, որին հետևում է ներքոհիշյալ ռեակցիան` առավել ակտիվ մետաղների մասնակցությամբ (օրինակ՝ Իe, 2ո և այլն).

Ըս2ՕԷM6Հ2ԸսԷM6Օ:

(6.1)

Ներխառնուկային մետաղների օքսիդներն ավելցուկային Cս2Օ-ի և սիլիկահողի հետ, որը քիչ քանակով նախապես բեռնավորվում է վառարանի մեջ, ավազանի մակերևույթին առաջացնում են խարամ: Զտման վառարանների խարամները պարունակում են մինչև 502 Cս: Խարամի ելքը կազմում է ամբողջ զանգվածի 122-ը: Զտման խարամներն ուղղարկվում են վերամշակման: Առավելագույն խորությամբ օքսիդանում և խարամ են առաջացնում թթվածնի նկատմամբ մեծ խնամակցություն ունեցող տարրերը՝ ալյումին, ցինկ, երկաթ, անագ: Սակայն, եթե խառնուկներն ունեն պղնձի հալույթում մեծ լուծելիություն, ապա դրանց հեռացման աստիճանը լինում է փոքր: Այսպես՝ նիկելի կոնցենտրացիան, որն ունի անսահամանափակ լուծելիություն պղնձում, հնարավոր չի լինում նվազեցնել 0.25-0.352-ից ցածր: Դժվար հեռացվող խառնուկների թվին են դասվում արսենը և անտիմոնը, հատ97

կապես, եթե դրանց հետ համատեղ առկա է նաև նիկել: Կրակային զտման ժամանակ գործնականում պղնձի մեջ մնում են ազնիվ մետաղները, սելենը և տելուրը: Կրակային զտման տևողությունը կախված է ելային պղնձի աղտոտվածության աստիճանից: Այն կարող է տատանվել 1.5-4 ժամ տիրույթում: Օքսիդացնող մշակումից և խարամի հեռացումից հետո հետևում են վերականգնիչ մշակման, ապա լցոնման փուլերը: Կրակային զտման ընդհանուր տևողությունը, սովորաբար, կազմում է մոտ 24 ժամ:

6.2. Պղնձի էլեկտրոլիտային զտում Անոդային պղինձը պարունակում է 99.4-99.62 Cս, իսկ մնացած մասը կազմում են կրակային զտումից հետո չհեռացած խառնուկները, այդ թվում՝ ոսկին, արծաթը, սելենը և տելուրը: Միջին հաշվով 1տ անոդային պղինձը պարունակում է 30-100գ ոսկի և մինչև 1000գ արծաթ: Այդպիսի պղինձը էլեկտրոլիզային եղանակով պարտադիր ենթարկում են զտման: Էլեկտրոլիտային զտման եղանակով լուծում են երկու հիմնական խնդիրներ՝ խառնուկներից պղնձի խոր մաքրում և միաժամանակ պղնձին ուղեկցող այլ թանկարժեք մետաղների կորզում: Համաձայն չափորոշիչների (նախկին ГОСТ 859-66)՝ Խ0 բարձրագույն մակնիշի էլեկտրոլիտային պղինձը պետք է պարունակի ոչ ավել, քան 0.042 խառնուկներ, այդ թվում՝ ոչ ավել, քան 0.022 թթվածին, իսկ մնացած 0.022-ը բաժին է ընկնում այլ խառնուկներին: Պղնձի էլեկտրազտման էությունն այն է, որ անոդ հանդիսացող ձուլակտորները և էլեկտրոլիտային պղնձի բարակ մատրիցները` կաթոդները, տեղադրում են էլեկտրոլիտային տաշտակ98

ներում, որտեղ լցնում են էլեկտրոլիտ և այդ համակարգի միջով բաց է թողնվում հաստատուն հոսանք: Էլեկտրոլիտը ծծմբական թթվի (135-200գ/լ) և պղնձի սուլֆատի ջրային լուծույթն է (160-200գ/լ), որում ավելացված են հատուկ խառնուրդներ և կոլոիդային հավելանյութեր, որոնց ծախսը կազմում է 50-60գ/տ Cս: Ամենից հաճախ որպես կոլոիդային հավելանյութ օգտագործվում են ատաղձագործական սոսինձը (столярный клей, j0լո6ո's ջ1ս6) և թիոմիզանյութը: Դրանք ավելացվում են, որպեսզի բարելավվի կատոդային նստվածքի որակը (կառուցվածքը): Պղնձի էլեկտրոլիտային զտումը ներառում է հետևյալ փուլերը. 1. անոդի էլեկտրաքիմիական լուծում, որի ժամանակ տեղի է ունենում կատիոնների առաջացում՝ Ըս - 26 → Ըս2Է. 2. էլեկտրոլիտի միջով կատիոնների տեղափոխություն դեպի կաթոդ. 3. կաթոդի վրա կատոիոնների էլեկտրաքիմիական վերականգնում՝ Ըս2Է Է 26 → Ըս. 4. առաջացած պղնձի ատոմների ներդրում կաթոդի մետաղի բյուրեղացանցի մեջ (կաթոդի աճ): Մեկ գրամ-համարժեք մետաղի (երկարժեք պղնձի համար 63.56:2Հ31.78գ) ծախսվում է 96500 կուլ (Ա·վ) էլեկտրականություն կամ 96500:3600Հ26.8Ա·ժ: Էլեկտրոլիտի միջով 1ժ 1Ա ուժեղ հոսանք բաց թողնելու դեպքում կանջատվի 31.78/26.8Հ1.186գ/Ա·Ժ պղինձ: Այս մեծությունը կոչվում է պղնձի էլեկտրաքիմիական համարժեք: Հետևաբար, որպեսզի կաթոդի վրա նստեցվի ավելի մեծ քանակությամբ պղինձ, ապա հարկավոր է էլեկտրոլիտային տաշտակի միջով բաց թողնել մեծ քանակությամբ էլեկտրականություն: Էլեկտրոլիզի ուժգնության քանակական գնահատականը տալու համար գործնականում օգտվում են հոսանքի խտություն մեծությունից (D), որը որոշ99

վում է հոսանքի ուժի (1) և էլեկտրոդի միավոր մակերեսի (Ի) հարաբերությամբ. D-1/Ի

Ա/մ2

(6.2)

Պղնձի էլեկտրազտման ժամանակ ամենից հաճախ օգտագործվում է 240-300 Ա/մ2 հոսանքի խտություն: Հարկ է նշել, որ էլեկտրոլիզի հատուկ գործելակարգի (ռեժիմի) կիրառումը (հոսանքի դարձափոխում (Re7erտiոջ), էլեկտրոլիտի շրջանառության համակարգ և այլն) ներկայումս թույլ է տալիս օգտագործել մինչև 400-500 Ա/մ2 հոսանքի խտություն: Գործնականում մետաղի ելքը կաթոդի վրա միշտ ավելի փոքր է տեսականից: Իրական անջատված մետաղի քանակության հարաբերությունը այն քանակությանը, որը պետք է անջատվեր տեսականորեն, ըստ Ֆարադեյի օրենքի՝ կոչվում է ելք ըստ հոսանքի: Այդ ցուցիչը սովորաբար արտահայտում են տոկոսներով: Այդ ցուցիչի ֆիզիկական իմաստը կարելի է բնութագրել որպես էլեկտրոլիտով անցնող հոսանքի օգտագործման չափ: Այսպես, եթե ելքն ըստ հոսանքի հավասար է 952, ապա էլեկտրաէներգիայի 52-ը ծախսվում է կողմնակի այլ էլեկտրաքիմիական գործընթացներում: Հոսանքի ելքի մեծացումը հանգեցնում է արտադրողականության աճին և էլեկտրաէներգիայի տեսակարար ծախսի նվազմանը: Անոդային պղնձում առկա բոլոր խառնուկները, ըստ դրանց էլեկտրաքիմիական վարքի բաժանվում են չորս խմբերի: Առաջին խմբի մեջ մտնում են այն տարրերը, որոնք պղնձի համեմատ շատ ավելի էլեկտրաբացասական են, ուստի ամբողջությամբ լուծվում են: Դրանք կարող են հայտնվել կաթոդային պղնձի մեջ միջբյուրեղական ներառուկների (включения, iոօ1ստiօոտ) ձևով, երբ դրանց կոնցենտրացիան էլեկտրոլիտում շատ մեծ է (հատկապես մերձկաթոդային շերտում): Այս խմբի մեջ են մտնում երկաթը, նիկելը, կոբալտը, ցինկը, անագը և կապարը:

Այդ խառնուկներով կաթոդի աղտոտումը կանխարգելերու համար էլեկտրոլիտը հաճախակի պետք է հանվի մաքրման՝ վերականգման (ռեգեներացման): Այս խմբի մետաղներից յուրաքանչյուրի համար սահմանված է թույլատրելի առավելագույն կոնցենտրացիա (ԹԱԿ): ԹԱԿ-ին չգերազանցելու նպատակով կիրառում են հոսող էլեկտրոլիտ: Հոսման արագությունն որոշվում է՝ ելնելով հենց այս խմբի մետաղների կոնցենտրացիայից: Վերջինս ինչքան մեծ է, այնքան մեծ է հոսքի արագությունը: Այս խմբի խառնուկներից բացառություն են կազմում անագը և կապարը, որոնք անցնում են խարամի մեջ ծծմբական թթվում չլուծվող միացություններ առաջացնելու պատճառով: Երկրորդ խմբի մեջ են մտնում արսենը, անտիմոնը և բիսմութը: Դրանց էլեկտրոդային պոտենցիալները մոտ են պղնձի անջատման պոտենցիալին, հետևաբար շատ հավանական է, որ դրանք կարող են հայտնվել կաթոդային նստվածքի մեջ: Այդ առավել վտանգավոր խառնուկների հայտնվելը կաթոդային նստվածք կանխարգելու համար անհրաժեշտ է բացառել սահմանվածից ավելի դրանց առկայությունը լուծույթում: Գործնականում դա ապահովում են էլեկտրոլիտի վերամշակման ժամանակ արսենի, անտիմոնի և բիսմութի հեռացման միջոցով: Այդ խմբի մետաղները, չնայած ունեն պղնձին մոտ պոտենցիալ, այնուամենայնիվ, ավելի էլեկտրաբացասական են, որի հետևանքով լուծվում են և անցնում լուծույթ` սուլֆատների ձևով, օրինակ՝ արսենի դեպքում Ճտ2(ՏՕ4)3-ի, որը լուծույթի տվյալ թթվայնության պայմաններում հիդրոլիզվում է. Ճտ2(ՏՕ4)3 + 6Է2Օ - 3Է2ՏՕ4 + 2Ճտ(ՕԷ)3

(6.3)

Այս միջավայրում Ճտ(ՕԷ)3 հանդես է գալիս Է3ՃտՕ3 ձևով, որը կորցնում է 1 մոլ ջուր և վերածվում է մետաարսենաթթվի (ԷՃտՕ2), որն անլուծելի է, բայց ջրից թեթև է և լողում է մակերևույթին: Այդ պատճառով նշված խումբը կոչվում է լողացող խարամի խումբ, և

դրանից լրիվ ազատվել չի հաջողվում: Դրանք հեռացվում են մակերևույթից էլեկտրոլիտի հոսքով կամ հատուկ թիերով, բայց և հաճախ մասամբ հայտնվում են կաթոդում: Երրորդ խմբի մեջ մտնում են ազնիվ մետաղները, որոնք էլեկտրոլիզի պայմաններում չեն լուծվում, քանի որ, համեմատած պղնձի հետ, ավելի էլեկտրադրական են: Անոդի լուծման ընթացքում 98-992-ի չափով դրանք նստում են խարամում: Խառնուկների չորրորդ խմբի մեջ մտնում են անոդային պղնձում լուծված քիմիական միացությունները, ինչպիսիք են Cս2Տ, Cս2Տe, Cս2՛e, որոնք, ի հաշիվ էլեկտրաչեզոքության և էլեկտրոլիտում քիչ լուծելիության, ազնիվ մետաղների նման ամբողջությամբ անցնում են խարամ: Հաճախ այս և երկրորդ խումբը միացվում են և կոչում խարամային խումբ: Էլեկտրոլիզի համար օգտագործում են բջջային տեսքի երկաթբետոնյա տաշտակներ: Էլեկտրոլիտում պարունակվող ծծմբական թթվի նկատմամբ տաշտակների քայքայումը (կոռոզիան) փոքրացնելու նպատակով այն հաճախ ներսից երեսպատում են վինիլպլաստով, ապակեպլաստով, պոլիպրոպիլենով, թթվակայուն բետոնով և այլ թթվակայուն նյութերով: Ժամանակակից տաշտակները (10-20 հատ մեկ համակարգում) սովորաբար ունեն 3.5-5.5 մ երկարություն, 1-1.1 մ լայնություն և 1.2-1.3 մ խորություն (նկ. 6.3): Տաշտակում տեղադրված կաթոդների թիվը սովորաբար մեկ հատով ավել են անոդներից: Կաթոդները պատրաստվում են բարձր մաքրությամբ պղնձից և ունեն անոդից 20-30 մմ լայնություն, 0.4-0.6 մմ հաստություն ու գրեթե անոդի չափ բարձրություն: Դրանք պատրաստում են էլեկտրոլիզի եղանակով` չժանգոտվող պողպատի կամ տիտանի հիմքերի վրա պղինձ նստեցնելով: Կաթոդային հիմքի նման ընտրությունը պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ դրանց վրայից նստեցրած պղինձը հեշտությամբ պոկվում է: Էլեկտրոլիզային տաշտակներում կաթոդների ամբողջական աճեցման համար անհրաժեշտ է

մոտ 6-15 օր: Այդ ընթացքում կաթոդի կշիռը կարող է հասնել 60140 կգ-ի:

6.3. Պղնձի էլեկտրոլիզային տաշտակներ

Անոդի լուծումը տևում է մոտ 20-30 օր և կախված է դրա չափսերից և էլեկտրոլիզի պայմաններից: Անոդային մնացորդը, որը կազմում է ելային զանգվածի մոտ 15-182-ը, հալեցվում է, և ձուլվում են նոր անոդներ: Մեկ անոդի աշխատանքային ժամանակում հանվում են 2-3 կաթոդներ:

Էլեկտրոլիզի ընթացքում էլեկտրոլիտը աղտոտվում է խառնուկներով և հարստացվում պղնձով: Պղնձի կուտակումը հիմնականում տեղի է ունենում այն պատճառով, որ ըստ հոսանքի՝ անոդային ելքը ավելի մեծ է, քան կաթոդայինը, որը պայմանավորված է Cս+ իոնների առաջացմամբ: Պղնձով էլեկտրոլիտի հագեցմանը նպաստում է նաև անոդի և կաթոդի, ինչպես նաև անոդում պարունակվող պղնձի օքսիդի քիմիական լուծումը: Խառնուկների կոնցենտրացիայի մեծացումից և պղնձի իոնների կուտակումից խուսափելու համար էլեկտրոլիտն ենթարկում են վերամշակման: Վերամշակման համար էլեկտրոլիտը հաճախ տաշտակներից հեռացնում են: Հեռացվող էլեկտրոլիտի քանակությունը հաշվվում է՝ հիմնվելով առավել արագ կուտակվող խառնուկների սահմանային թույլատրելի կոնցենտրացիայի վրա: Սովորաբար որպես հիմք ընդունում են նիկելի, իսկ ավելի հազվադեպ՝ արսենի կոնցենտրացիաները: Էլեկտրոլիտի վերամշակման համար այն հանվում է համակարգից ընդհատ շրջանառության ժամանակ, որի ընթացքում տեղի է ունենում նաև էլեկտրոլիտի բաղադրության համասեռացում: Այս ամենի շնորհիվ հնարավոր է ստանալ մաքուր կաթոդային պղինձ և նվազեցնել էլեկտրոլիտի ծախսը: Շրջանառությամբ տաշտակի ողջ պարունակությունը պետք է թարմացվի 3-4 ժամվա ընթացքում: Շրջանառության ընթացքում ջրային գոլորշիներով այն տաքացվում է մինչև 50-55օC, որի շնորհիվ փոքրանում է դրա էլեկտրական դիմադրությունը: Տաշտակների տաքացումից հետո այդ ջերմաստիճանը պահպանվում է անջատված ջոուլյան ջերմության հաշվին: Վերամշակման համար կիրառվում են տարբեր հնարքներ: Ներկայումս ամենատարածված եղանակներից է պղնձի անջատումը էլեկտրոլիզի եղանակով՝ օգտագործելով չլուծվող կապարե անոդներ: Էլեկտրոլիզի ընթացքում պղինձը նստում է կաթոդի վրա, իսկ անոդի վրա անջատվում է թթվածին.

Ըս2Է Է 26 Հ Ըս (6.4) Է 2է2Օ-46→Օ2Է4է Այս երկու ռեակցիաների շնորհիվ լուծույթն աղքատանում է պղնձով և հարստանում ազատ ծծմբական թթվով: Այս եղանակով պղնձի պարունակության նվազեցումից հետո լուծույթը հնարավոր է կրկին ուղարկել էլեկտրոլիզի: Այս եղանակը շատ պարզ է, սակայն բավականին թանկարժեք (հսկայական քանակությամբ էլեկտրաէներգիայի ծախսի պատճառով): Ներկայումս էլեկտրոլիտի վերականգնման համար դրանից ստանում են պղնձի սուլֆատ, որի համար լուծույթը չեզոքացնում են պղնձե հատիկներով, կտորտանքով կամ փշրանքով.

Ըս Է է2ՏՕ4 Է 1/2Օ2 Հ ԸսՏՕ4 Է է2Օ

(6.5)

Այնուհետև լուծույթը գոլորշիացնում են, ապա ուղարկում բյուրեղացման, որտեղ սառեցման հետևանքով անջատվում են պղնձի սուլֆատի բյուրեղաջուրը (ԸսՏՕ4.5է2Օ): Պղնձարջասպի առաջացման գործընթացի արագացման համար, բյուրեղացումը իրականացնում են վակուումային բյուրեղարարներում: Բյուրեղացումը իրականացնում են երեք փուլով, որի ավարտին լուծույթը պարունակում է մոտ 50-60 գ/լ պղինձ: Այն չլուծվող անոդների միջոցով ենթարկում են էլեկտրոլիզի և ստանում փխրուն կաթոդային պղինձ, որն աղտոտված է արսենով, ապա ուղարկում ձուլման: Այս ընթացքում կարող է անջատվել շատ թունավոր արսենաջրածնական (ՃտԷ3) գազը: Լուծույթը այնուհետև ուղարկվում է նիկելի սուլֆատի ստացման` գոլորշիացման և բյուրեղացման եղանակով: Մնացած լուծույթը նիկելի կորզումից հետո պարունակում է ծծմբական թթու, որն ուղարկվում է էլեկտրոլիզային բաժին` թարմ էլեկտրոլիտ պատրաստելու համար: Էլեկտրոլիզի ընթացքում անջատված խարամը օգտագործում են ազնիվ մետաղների, սելենի և տելուրի կորզման համար: Խարամից ստացված մետաղների գինը մեծ մասամբ ծածկում է

զտման ամբողջ ծախսերը: Կաթոդային պղինձը հիմնականում պիտանի չէ անմիջական օգտագործման համար, հատկապես եթե խոսքը վերաբերում է էլեկտրատեխնիկային: Դրա համար այն ենթարկում են հալեցման և կաղապարման: Նախկինում հալեցումը կատարում էին անդրադարձիչ վառարաններում, ինչպես սև պղնձի կրակային զտման դեպքում, ապա կաղապարելով ստանում են ձուլակտորներ (վայերբարսներ): Ներկայում պղնձի որակի նկատմամբ դրված խիստ պահանջների պատճառով մշակվել է նոր ավտոմատ սխեմա, որը համալրված է հալեցման և միաժամանակյա լցոնման անընդհատ սարքավորումներով: Այս միջոցով ստանում են ինչպես ձուլակտորներ, այնպես էլ 2-12 մմ տրամագծով պղնձյա ձողալարեր (катанка, ո0մ): Այս համակարգի շնորհիվ ստանում են մաքուր, առանց թթվածնի պարունակության պղինձ: Պղնձի արդյունաբերության մեջ կարևոր նշանակություն ունի նաև պղնձի փոշու և նրբաթիթեղի ստացումը: Պղնձի փոշի ստանալու համար էլեկտրոլիզը իրականացվում է հոսանքի բարձր խտության (միչև 2000 Ա/մ2) և պղնձի փոքր պարունակության (1013գ/լ) էլեկտրոլիտներում: Այս դեպքում պղնձի անջատումը կաթոդի վրա ընթանում է ավելի մեծ արագությամբ, քան դրա ներդրումը կաթոդի բյուրեղացանցում, ինչի շնորհիվ ստանում են փոշենման պղինձ: Էլեկտրոլիտիկ պղնձե նրբաթիթեղ ստանալու համար պղինձը նստեցնում են պտտվող թմբուկանման կաթոդների վրա: Նրբաթիթեղ ստանալու համար կիրառվող էլեկտրոլիտը պարունակում է 45-60գ/լ պղինձ և 40-60գ/լ Է2ՏՕ4: Էլեկտրոլիզն իրականացնում են 3000 Ա/մ2 հոանքի խտության տակ, 35-50օC-ում սեղմված օդով էլեկտրոլիտի ուժգին խառնման պայմաններում:

6.3. Պղնձի ստացման ջրամետաղագործական եղանակ Պղնձի ստացման ջրամետաղագործական եղանակը սկզբունքորեն պիտանի է ցանկացած տեսակի հանքանյութի մշակման համար: Սակայն այն ամենից հաճախ օգտագործում են օքսիդային հումքից պղնձի կորզման համար կամ սուլֆիդային հումքի նախնական փխրեցման համար: Ջրամետաղագործության դերը շարունակաբար աճում է, սակայն այդ եղանակով պղնձի ստացումը լայնորեն չի կիրառվում, ինչը պայմանավորված է օքսիդային հումքի սահմանափակ տարածվածությամբ: Նշենք, որ այս դեպքում բարդանում է նաև զուգահեռաբար ազնիվ մետաղների կորզման խնդիրը: Այդ իսկ պատճառով ջրամետաղագործությունը օգտագործում են աղքատ հումքերի մշակման ժամանակ, որոնք պարունակում են ոչ եկամտաբեր քանակությամբ ազնիվ մետաղներ, և որոնց դատարկ ապարը չի փոխազդում լուծիչի հետ: Ջրամետաղագործության համար կարևոր նշանակություն ունի նաև այն, որ հանքում պղինձի միացությունը լինի լուծելի, կամ լուծելի վիճակի գա ոչ առանձնակի մեծ ջանքերի գնով: Ջրամետաղագործական եղանակը, չհաշված նախապատրաստական և օժանդակ գործողությունները, կազմված է երկու հիմնական փուլերից: Առաջինը լուծման փուլն է, իսկ երկրորդը՝ լուծահանման: Առաջին փուլում լուծիչի ընտրության ժամանակ հաշվի են առնվում մի շարք պահանջներ: Դրանցից ամենակարևորն այն է, որ այն լինի էժան և մատչելի, հանքի բաղադրիչների հետ փոխազդելիս ունենա բարձր արդյունավետություն, դատարկ ապարի հետ պետք է փոխազդի աննշանորեն և վերջապես լինի վերականգնվող: Պղնձային հումքի համար այս պահանջները բավարարող ամենահարմար լուծիչներն են ջուրը, ծծմբական թթվի և երկաթի եռսուլֆատի լուծույթները:

Ջուրն ամենաէժան և մատչելի լուծիչն է և, որպես կանոն, պիտանի է հումքի և կիսաֆաբրիկատի մշակման համար, որոնք պարունակում են պղինձ` սուլֆատի կամ քլորիդի տեսքով: Սուլֆիդային հումքի բնական լուծահանման ժամանակ ջրի և օդի թթվածնի համատեղ ազդեցությամբ տեղի է ունենում սուլֆիդների օքսիդացում, ինչի շնորհիվ առաջանում է ծծմբական թթու և երկաթի (111) սուլֆատ, որոնք էլ վերջին հաշվով լուծում են սուլֆիդները: Ծծմբական թթվի լուծույթը պղնձի ամենատարածված լուծիչն է: Այն օժտված է մեծ քանակությամբ պղինձ լուծելու ունակությամբ և հեշտությամբ վերականգնվում է: Սակայն այն նպատակահարմար չէ օգտագործել այնպիսի հանքերի լուծման ժամանակ, որոնք պարունակում են մեծ քանակությամբ հիմնային դատարկ ապար (կրաքար, կալցիտ, դոլոմիտ և այլն), քանի որ այս դեպքում կտրուկ մեծանում է լուծիչի ծախսը դրանց լուծման վրա և անհնար է դառնում այդ միացություններից Է2ՏՕ4-ի վերամշակումը: Երկաթի (III) սուլֆատը հրաշալի լուծիչ է մի շարք պղնձի բնական սուլֆիդների համար: Սակայն այս լուծիչը, առանձին վերցրած, պղնձի ջրամետաղագործության մեջ կիրառություն չունի, քանի որ ջրային լուծույթում Իe2(ՏՕ4)3-ը ենթարկվում է հիդրոլիզի: Սուլֆատի կայունությունը մեծացնելու նպատակով հարկավոր է լուծույթը թթվեցնել ծծմբական թթվով` պահպանելով պա-ը: Այս երկու բաղադրիչների համատեղ ազդեցուհանջվող թյան ժամանակ երկաթի (111) սուլֆատը ծառայում է որպես սուլֆիդների օքսիդիչ, իսկ ծծմբական թթուն` առաջացող արգասիքների լուծիչ: Երկաթի (111) սուլֆատը այդ ընթացքում վերականգնվում է մինչև ԻeՏՕ4-ի: Լուծիչի վերամշակումը իրականացվում է ԻeՏՕ4-ը մինչև Իe2(ՏՕ4)3 օքսիդացնելու միջոցով, որի համար այն օդով ենթարկում են ներփչման (աէրացիայի):

Գործողությունը հաճախ իրականացնում է որոշակի տեսակի մանրէների առկայությամբ: Պղնձային հումքի կամ խտանյութի լուծահանման համար օգտագործում են մի քանի եղանակներ. 1. կույտային լուծահանում (кучное выщелачивание, հ62ք 162Շհլոջ). 2. ստորգետնյա լուծահանում (подземное выщелачивание, սոմ6ոջո0սոմ 162Շհլոջ). 3. լուծահանում՝ լուծիչը հանքի շերտի միջով անցկացնելով (պերկոլացիա) (перколяционное выщелачивание, ք6ոՇ012tլ0ո 162Շհլոջ). 4. գուռերում (чан, Եօw1) լուծահանում՝ մեխանիկական խառնմամբ (чановое выщелачивание, 2ջլt2tլ0ո 162Շհլոջ). 5. ավտոկլավային լուծահանում (ճնշման տակ) (автоклавное выщелачивание, 2սt0Շ12Ն6 162Շհլոջ): Լուծահանման հիմքում ընկած են ստորև բերվող ռեակցիաները. (6.6) 2F6Տ2 Է 2է2Օ Է 7Օ2 Հ 2F6ՏՕ4 Է 2է2ՏՕ4, 4F6ՏՕ4 Է 2է2ՏՕ4 Է Օ2 Հ 2F62(ՏՕ4)3 Է 2է2Օ, (6.7) ԸսF6Տ2 Է 2 F62(ՏՕ4)3 Է 2է2Օ Է 3Օ2 Հ ԸսՏՕ4 Է 2է2ՏՕ4 Է 5F6ՏՕ4 (6.8) Կույտային լուծահանման ժամանակ (մշակում են պղնձով աղքատ հումքը կամ պոչերը) հսկայական զանգվածով հումքը (մինչև 6000 տ) տեղադրում են հատուկ պատրաստված ջրաանթափանց հիմքի վրա, իսկ որպես հիմք օգտագործում են ժայռեղեն գրունտով հարթակ: Հարթակը պետք է ունենա որոշակի թեքություն, որպեսզի անջատվող լուծույթը հոսի դեպի ներքև և հավաքվի հատուկ ավազաններում (նկ. 6.4):

Նկար 6.4. Կույտային լուծահանման գծապատկերը (ձախից) և իրական պատկերը (աջից)

Պղնձի կորզումից հետո ջուրը և լուծույթը պարբերաբար լցվում են հանքանյութի կույտի վրա և դանդաղորեն ներծծվում մինչև հատակը, որի ընթացքում պղինձը լուծվում է: Կույտային լուծահանման ժամանակ ստացվող լուծույթը պարունակում է 0.33 գ/լ Cս: Կույտերի լուծահանման դեպքում աննշան կապիտալի և շահագործողական ծախսերի դիմաց հնարավոր է մշակել հսկայական քանակությամբ աղքատ հումք և ստանալ շոշափելի քանակությամբ հավելյալ պղինձ: Կույտային լուծահանման ժամանակ անջատված լուծույթներում պղնձի փոքր քանակության կորզումը իրականացվում է ցեմենտացման, կլանման և լուծահանման եղանակներով:

Ցեմենտացման հիմքում ընկած է առավել էլեկտրաբացասական մետաղներով պղնձի դուրսմղման ռեակցիան.

ԸսՏՕ4 Է M6 Հ Ըս Է M6ՏՕ4

(6.9)

Պղնձի արդյունաբերական նստեցման համար մեծ ակտիվության և մատչելիության շնորհիվ լայնորեն օգտագործվում են երկաթի հիման վրա նյութեր` երկաթային ջարդոներ, մանրակտորներ, թիթեղների կտորտանքներ, պահածոյի օգտագործած տուփեր, սպունգանման երկաթ և այլն:

Նկար 6.5. Պղնձի ցեմենտացման ավազաններ

Ներկայումս ցեմենտացման ամենատարածված եղանակը ցեմենտացնող թիթեղներից պատրաստված պտտվող թմբուկների մոտեցումն է, որոնք պտտվում են գուռերում, որտեղ լուծույթը մեխանիկորեն անընդհատ խառնվում է (նկ. 6.5): Ցեմենտացման հիմնական վերջանյութը` վերականգնված պղինձը, հետագա մշակումների համար ուղարկում են պղնձի հալեցման բաժանմունք: Այն պարունակում է 65-752 Cս, իսկ մնացածը հիմնականում երկաթ է: Մշակված լուծույթը, որը պարունակում է ոչ ավել քան 0.052 Cս, համարվում է վերամշակված և ուղարկվում է լուծահանման: Ցեմենտացման ընթացքում պղնձի կորզումը կազմում է մոտ 90-952: Ցեմենտացման ժամանակ 1տ

պղինձ ստանալու համար երկաթի ծախսը կազմում է մոտ 1.52.5տ: Ցեմենտացմամբ պղնձի նստեցման հիմնական թերություններից են. 1. ԻeՏՕ4 պարունակող լուծույթի վերամշակման ժամանակ անհրաժեշտաբար ծախսվում է ծծմբական թթու, 2. պղինձն ապրանքային տեսքի բերելու համար հարկավոր է այն ենթարկել հավելյալ մշակման: Լուծահանման եղանակի դեպքում աղքատ հումքից պղնձի կորզումը իրականացվում է օրգանական լուծիչների միջոցով: Այս եղանակի դեպքում նախատեսվում է օրգանական ֆազի վերալուծահանումը, որի արդյունքում ստացվում է պղնձային լուծույթ, որը պարունակում է 90 գ/լ պղինձ: Այս եղանակով ստացված լուծույթը հնարավոր է մշակել էլեկտրոլիզային կամ ավտոկլավային եղանակներով և ստանալ համապատասխանաբար կաթոդային պղինձ կամ պղնձի փոշի: Կլանման եղանակով պղնձի ստացման հիմքում ընկած է իոնափոխանակային նյութերի օգտագործումը, որը թույլ է տալիս ստանալ ինչպես կաթոդային, այնպես էլ փոշենման պղինձ:

6.4. Փորձնական մաս 6.4.1.Պղնձի էլեկտրազտում

Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ՝ 1. պղնձի նրբաթիթեղ (որպես անոդ), 2. տիտանե կամ չժանգոտվող պողպատյա թիթեղ (որպես կաթոդ), 3. անջուր, CսՏՕ4,

4. խիտ ծծմբական թթու Է2ՏՕ4 -1.84գ/սմ3, 5. ատաղձագործական սոսինձ, 6. թորած ջուր, 7. էլեկտրոլիզարար, 8. վոլտ- ամպերմետր, 9. ջերմակայուն ապակուց պատրաստված բաժակ, 10. չափանոթ, 11. խառնիչ թակ, 12. կշեռք, 13. սնդիկային ջերմաչափ, 14. չորանոց, 15. հաստատուն հոսանքի աղբյուր: Փորձի նախապատրաստում Էլեկտրոլիտի պատրաստումը. պատրաստել մոտ 200 մլ էլեկտրոլիտ, որի համար վերցնել 27-40գ (15-22մլ) խիտ ծծմբական թթու և այն լցնել մոտ 100 մլ թորած ջրի վրա (հակառակ հաջորդականությունը խստիվ արգելվում է): Ստացված լուծույթին ավելացնել նախօրոք կշռված 32-40 գ անջուր CսՏՕ4 (պետք է ունենա սպիտակ գույն): Եթե CսՏՕ4-ը պարունակում է բյուրեղաջուր (CսՏՕ4·5Է2Օ), ապա այն պետք է հաշվի առնվի լուծույթ պատրաստելու ժամանակ: Լուծույթին ավելացնել թորած ջուր մինչև այն հասնի 200մլ-ի: Լուծույթը լավ խառնել: Ավելացնել 3-5 կաթիլ ատաղծագործական սոսինձ և խառնել: Աշխատանքի պահին էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը պետք է լինի -50-55օC, որի համար օգտագործելուց անմիջապես առաջ այն տաքացնել մինչև -60օC: Լուծույթի ջերմաստիճանի փոփոխությանը հետևել սնդիկային ջերմաչափի օգնությամբ: Էլեկտրոլիզարարի նախապատրաստում. Որպես անոդ վերցնել զտվող պղնձը (նրբաթիթեղ), իսկ որպես կաթոդ` չժանգոտվող պողպատյա (կամ տիտանե) թիթեղ: Անալիտիկ կշեռքի

օգնությամբ կշռել երկու էլեկտրոդները, գրանցել: Չափել էլեկտրոդների մակերեսները, որոնք չափսերով պետք է մոտ լինեն, գրանցել: Դրանք ամրացնել նախատեսված տեղերում: Էլեկտրոլիզարարին հաջորդաբար միացնել ամպերմետր (շղթայում հոսանքի ուժի անընդհատ գրանցման համար): Փորձի ընթացքը. էլեկտրոլիզարարի տաշտի մեջ լցնել նախօրոք պատրաստված և մինչև 50-55օC տաքացված էլեկտրոլիտը: Շղթան միացնել հաստատուն հոսանքի աղբյուրին: Հոսանքի խտությունը պետք է լինի 240-300 Ա/մ2 (վերահաշվել ըստ էլեկտրոդների մակերեսի): Էլեկտրոլիզի տևողությունը՝ 1ժամ: Անհրաժեշտ ժամանակից հետո հանել էլեկտրոդները, իրականացնել տեսողական դիտարկում, գրանցել ստացված արդյունքները: Կշռել երկու էլեկտրոդները և հաշվել անոդից լուծված և կաթոդի վրա նստած պղնձի քանակությունը: Հնարավոր անհավասարության դեպքում տալ բացատրություն: Հաշվել ելքը տոկոսներով՝ ըստ հոսանքի: Գրանցել:

6.5 Պղնձի ջրամետաղագործություն, պղնձի ստացումը ցեմենտացման եղանակով Անհրաժեշտ նյութերը և սարքավորումները՝ 1. երկաթե թիթեղ (որպես անոդ), 2. մալաքիտ, Cս2(ՕԷ)2CՕ3, 3. խիտ ծծմբական թթու (ρ-1.84գ/սմ 3), 4. թորած ջուր, 5. թթվահիմնային ինդիկատոր, 6. ջերմակայուն ապակուց պատրաստված բաժակ, 7. չափանոթ, 8. խառնիչ թակ, 9. կշեռք, 10. սնդիկային ջերմաչափ:

Փորձի նախապատրաստում Լուծույթի պատրաստումը. պատրաստել մոտ 100 մլ լուծույթ, որի համար վերցնել 25գ նախօրոք ֆլոտացման եղանակով ստացված մալաքիտ: Անհրաժեշտ քանակության ծծմբական թթուն հաշվել ըստ հավասարման.

Ըս2(Օէ)2ԸՕ3 Է 2է2ՏՕ4 Հ 2ԸսՏՕ4 Է ԸՕ2 Է 3է2Օ

(6.10)

Վերցնել անհրաժեշտ քանակությամբ ծծմբական թթու և այն ավելացնել մոտ 100 մլ թորած ջրին: Ստացված լուծույթին դանդաղորեն ավելացնել մալաքիտ: Զուգահեռաբար ստուգել լուծույթի թթվայնությունը: Թթվային միջավայր ստանալը խոսում է ռեակցիայի ավարտի մասին: Լուծույթի չեզոքությունը ստուգել համապիտանի (ունիվերսալ) թթվահիմնային ինդիկատորի օգնությամբ: Դրական արդյունք ստանալու դեպքում ավելացնել մոտ 13.5-20գ (≈7.5-11մլ) ծծմբական թթու: Լուծույթին ավելացնել թորած ջուր, մինչև ստացվի մոտ 100մլ լուծույթ: Փորձի ընթացքը. թթվակայուն ավազանի մեջ լցնել նախօրոք պատրաստված և մինչև 35-40օC տաքացված լուծույթը: Վերցնել երկաթյա թիթեղ, մաքրել, կշռել և գրանցել: Այն տեղադրել լուծույթի մեջ, որն անընդհատ պետք է մեխանիկորեն խառնվի (որպես խառնող միջոց կարելի է օգտագործել օդի հոսքը): Գործընթացի տևողությունը մոտ 15-20 րոպե է: Անհրաժեշտ ժամանակից հետո հանել երկաթյա թիթեղը և կատարել տեսողական դիտարկում, գրանցել ստացված արդյունքները: Խնամքով լվանալ թորած ջրով և կշռել, գրանցել: Հաշվել լուծույթից երկաթի վրա նստած պղնձի քանակությունը: Հաշվել ելքը: Արդյունքները գրանցել աշխատանքային տետրում:

Լաբորատոր աշխատանք 7 7.1. Կերամիկական նյութեր: Տեսակները և հատկությունները: Ամփոփ կերամիկայի ստացումը եռակալմամբ Կերամիկա ասելով՝ հասկանում են բազմաբյուրեղ նյութեր, որոնք ստացվում են բնական կամ արհեստական ծագմամբ ոչ մետաղական փոշիների եռակալումից («կերամիկա» բառը հունական ծագում ունի «կերամոս»-թրծած կավ, «կերամիկե»-բրուտի արվեստ): Կերամիկայի նման սահմանման դեպքում ապակին չի ընդգրկվում այդ դասի մեջ, քանի որ այն ստացվում է հեղուկ ֆազից, չնայած հաճախ այն նույնպես համարում են կերամիկայի տարատեսակ (ապակե-կերամիկա): Ցանկացած, նույնիսկ ամենափոքր չափսի կերամիկական իրերը կազմված են բազմաթիվ բյուրեղներից, որոնց չափսերը, ձևը և հարաբերական դիրքը (միկրոկառուցվածք) պայմանավորում են դրա հատկությունները: Կերամիկայի ժամանակակից տեսակները երբեմն բաժանում են երկու խմբի՝ կառուցվածքային և ֆունկցային: Կառուցվածքային համարվում է այն կերամիկան, որն օգտագործում են մեխանիկական կայուն կառուցվածքներ ստանալու համար, իսկ ֆունկցային կերամիկան ունի յուրահատուկ էլեկտրական, մագնիսական, օպտիկական կամ ջերմային բնութագրեր: Կերամիկական նյութերն ունեն մի շարք բնութագրական հատկություններ, այդ թվում՝ մեծ կարծրություն (հ2ոմո6ss), փխրունություն (bոլtt16ո6ss), փոքր ճաքակայունություն (t0սջհո6ss) և խզակայունություն (Շո2Շtսո6 t0սջհո6ss), փոքր պլաստիկություն (մսՇլtլ1լty), էլեկտրական և ջերմային որոշակի հաղորդականություն, հալման բարձր ջերմաստիճան, քիմիական կայունություն, դիմացկունություն ճնշման ու հարվածի նկատմամբ, անտարբերության (իներտության) մեծ աստիճան և այլն:

Կերամիկական նյութերը, համեմատած մետաղների հետ, ունեն մաշակայունություն և ճառագայթակայունություն, որի շնորհիվ կերամիկական նյութերը երկար ժամանակ կարող են շահագործվել ագրեսիվ միջավայրերում: Կերամիկական նյութերն ունեն կենսաբանական ավելի մեծ համատեղելիություն (օօոքatiԵi1it7, совместимость), քան մետաղները և պոլիմերները, ինչը հնարավորություն է տալիս դրանք օգտագործելու բժշկության մեջ ինչպես արհեստական օրգանների համար, այնպես էլ որպես կառուցվածքային նյութեր կենսատեխնոլոգիայում և գենային ճարտարագիտությունում: Կերամիկայի օգտագործումը հնարավորություն է ընձեռում ստանալու միևնույն քիմիական բաղադրությամբ բազմապիսի հատկություններով նյութեր: Կառուցվածքային և ֆունկցային կերամիկայի նկատմամբ հետաքրքրությունն անընդհատ աճում է: Դա պայմանավորված է բազմաթիվ հանգամանքներով և ամենից առաջ անհրաժեշտ հատկություններով, նյութերի ստեղծման լայն հնարավորություններով: Կերամիկական նյութերը խմբավորվում են մի քանի մեծ դասերի մեջ. 1. կավի հիմքի վրա ստացվող կերամիկա, որի համար հումք են ծառայում ալյումինա սիլիկատները, 2. օքսիդային կամ ավանդական. այս միացությունները կազմված են երկու հիմնական բաղադրիչներից, դրանք են` դաշտային սպաթը և քվարցային ավազը: 3. նուրբ կամ նոր (օրինակ, Տi3N4, ՏiC, ՄC, ՛i82, ԽօՏi2 և այլն). գրականության մեջ հանդիպում է նաև «հատուկ կերամիկա» անվանումը, 4. ֆերիտային կերամիկա. ստացվում են երկաթի օքսիդը մի շարք ծանր մետաղներով (օրինակ՝ մանգան, կոբալտ և նիկել) լեգիրացնելով: Մետաղական որոշ նոր կերամիկական միացություններ բնութագրվում են մագնիսական հատկություններով`

միաժամանակ լինելով դիէլեկտրիկներ: Հայտնի են գերհաղորդչի հատկություններ ցուցաբերող (77 Ճ) կերամիկական նյութեր, 5. ամորֆ կերամիկա. այս տեսակին պատկանող միացությունների բյուրեղները կամ թույլ են զարգացած, կամ լրիվ բացակայում են: Սրանք հիմնականում օգտագործվում են նուրբ թաղանթների պատրաստման համար, 6. ապակե-կերամիկա: Այս տեսակի միացություններն ստացվում են ղեկավարվող ջերմային ռեժիմում միատեսակ բյուրեղների աճեցման միջոցով: Վերջին ժամանակներում մեծ ուշադրության են արժանանում հատկապես նուրբ կերամիկական նյութերը (դրանց հատկությունները և ստացման եղանակները): Նուրբ կերամիկա: Նուրբ կերամիկայից հնարավոր է ստանալ ինչպես կառուցվածքային, այնպես էլ ֆունկցային կերամիկա: Այս դասի նյութերի արտադրության համար օգտագործում են անցման շարքի մետաղների, ինչպես նաև ոչ մետաղների (սիլիցիում, բոր և այլն) կարբիդներ, նիտրիդներ, բորիդներ, սիլիցիդներ, որոնց ստացումն իրականացվում է համապատասխան մետաղների (՛i, 2r, Խօ, Մ, NԵ և այլն) և ոչ մետաղների (8, Տi, C, N2 և այլն) փոխազդեցության ճանապարհով: Նյութագիտության մեջ նուրբ կերամիկան՝ որպես առանձին դաս, նկարագրվել է հիմնականում անցած դարի երկրորդ կեսին: Այս դասին բնութագրական են մի քանի առանձնահատկություններ՝ փոքր խտությունը, մեծ կարծրությունը, մաշակայունությունը, բարձր հալման կետը և այլն: Նշված հատկությունների շնորհիվ ժամանակակից արդյունաբերության մեջ դրանք դարձել են անփոխարինելի: Այս տեսակ կերամիկական նյութերի արտադրության և կիրառման զարգացման խթան հանդիսացավ տիեզերագնացությունը, որին խիստ անհրաժեշտ էին թեթև, ջերմակայուն, քիմիապես կայուն նյութեր: Այս ասպարեզում հաջողություն ունենալու շնորհիվ նուրբ կերամիկան սկսեցին լայնորեն օգտագործել

ինքնաթիռաշինության, էլեկտրատեխնիկայի, կտրող գործիքաշինության և այլ ոլորտներում: Կտրող և հղկող գործիքների պատրաստման համար կարևոր նշանակություն ունեցավ այս նյութերի մեծ կարծրությունը, որը բավականին մոտ է ալմաստի կարծրությանը (օրինակ՝ խորանարդային բորի նիտրիդի և ալմաստի կարծրությունները, ըստ Մոոսիի սանդղակի, կազմում են համապատասխանաբար 9.8 և 10): Ռազմական բնագավառում իրենց վրա մեծ հետաքրքրություն են սևեռել կարբիդները (ՏiC, 84C, ՄC և այլն) և բորիդները (օրինակ, ՛i82), քանի որ դրանք բավական խոստումնալից են զրահաշինության մեջ: Այդ միացությունների համար հատկանշական են դրանց տարբեր բաղադրանյութերը (կոմպոզիտները): Բաղադրանյութեր ասելով՝ հասկանում են անհամասեռ նյութեր, որոնք պարունակում են երկու կամ ավելի միմյանց միացած համասեռ բաղադրիչներ: Բաղադրանյութերը ցուցաբերում են որոշ հատկություններ, որոնք առանձին վերցնելու դեպքում բացակայում են յուրաքանչյուր բաղադրիչում: Սկզբունքորեն երկու կամ ավելի միախառնված բոլոր նյութերը կարելի է համարել բաղադրանյութ: Որոշ նյութեր, առանձին վերցրած, բավարարելով առաջադրված պահանջներին, ունեն նաև որոշ թերություններ: Առաջացող խնդիրների լուծման լավագույն եղանակը կարելի է համարել բաղադրանյութերի ստացումը, որի շնորհիվ հնարավոր է նրբորեն համադրել երկու (կամ ավելի) բաղադրիչների որոշ հատկություններ և ստանալ անհրաժեշտ պահանջներին ամբողջությամբ բավարարող բաղադրանյութեր (կոմպոզիդներ):

7.1.1. Կապերի բնույթը կերամիկական նյութերում Կերամիկական նյութերում գոյություն ունեն երկու տեսակի կապեր՝ իոնային և կովալենտային: Հարկ է նշել, որ այս երկու տեսակի կապերը կարող են գոյություն ունենալ համատեղ: Կախ119

ված կապի տեսակից՝ կերամիկական նյութերը ցուցաբերում են տարբեր հատկություներ: Միացությունները, որոնցում գերակայում է իոնական կամ կովալենտ կապը, ունեն բարձր հալման ջերմաստիճան, քան այն միացությունները, որոնցում կապի ոչ մի տեսակը չի գերակայում:

7.1.2. Հատկությունները Մեխանիկական հատկություններ Կերամիկական նյութերը կարծր են, ցուցաբերում են նկատելի կայունություն սեղմման և ոլորման նկատմամբ: Ամենաամուր կերամիկական նյութերից մեկը ցիրկոնիումի օքսիդն է (կերամիկական պողպատ), որի խզակայունությունը համարժեք է պողպատին: Ցիրկոնիումի օքսիդը պահպանում է իր ամրությունը ավելի քան 900օC-ում (այս ջերմաստիճանում տեղի է ունենում ֆազային փոխարկում), իսկ սիլիցիումի կարբիդը և նիտրիդը պահպանում են իրենց ամրությունը մինչև 1400օC: Այդ իսկ պատճառով սիլիցիումի այդ միացությունները լայն տարածում են գտել բարձր ջերմաստիճանների կիրառության բնագավառում, մասնավորապես գազային տուրբինների մասերի պատրաստման համար: Չնայած կերամիկական նյութերը կարծր են, սակայն դրանք միաժամանակ փխրուն են (Եritt1e, хрупкий) և կարող են հեշտությամբ կոտրվել հարվածի կամ արագ տաքացման ու սառեցման ժամանակ: Ջերմային հատկություններ Կերամիկական նյութերի ամենակարևոր ջերմային հատկություններն են ջերմունակությունը, ջերմային ընդարձակման գործակիցը և ջերմհաղորդականությունը: Կերամիկական նյութերի շատ կիրառություններ կախված են այս հատկություններից:

Ջերմային էներգիան կարող է կուտակվել կամ փոխանցվել պինդ մարմնի կողմից: Պինդ մարմնում ՛ > 0օC դեպքում ատոմները կայուն տատանվում են: Ատոմների տատանումները կապերի միջոցով ազդում են նաև անմիջապես հարևան շերտում գտնվող ատոմների տատանման վրա: Հենց դրա շնորհիվ տատանումը կարող է փոխանցվել մարմնի ընդլայնական հատույթով: Որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան մեծ է տատանման հաճախությունը, և կարճ է ուղեկցող ճկուն ձևափոխման (դեֆորմացիայի) ալիքի երկարությունը: Կերամիկական նյութերը հաճախ ունեն ամուր կապեր և թեթև տարրերի ատոմներ: Այս դեպքում դրանք կարող են ունենալ ատոմների տատանման մեծ հաճախություն՝ միաժամանակ չառաջացնելով բյուրեղացանցի մեծ շեղումներ: Սրա շնորհիվ է, որ կերամիկական նյութերը կարող են ունենալ մեծ ջերմունակություն և հալման բարձր ջերմաստիճան: Որքան ջերմաստիճանը բարձրանում է, այնքան կապի տատանման լայնույթը (ամպլիտուդան) մեծանում է: Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց մեծանում է նաև միջատոմային հեռավորությունը, որով էլ պայմանավորված է ջերմային ընդարձակումը: Համեմատած մյուս միացությունների հետ՝ կերամիկական նյութերն առանձնանում են միջատոմային ամուր կապերով և հետևաբար բնութագրվում են փոքր ջերմային ընդարձակման գործակցով: Պինդ մարմնում ջերմահաղորդականությունը տեղի է ունենում ատոմների տատանման միջոցով էներգիայի փոխանցմամբ: Համեմատելու նպատակով պատկերացնենք գնդեր (ատոմներ), որոնք զսպանակով (կապերով) միացած են հարևան գնդերին: Յուրաքանչյուր ատոմի տատանումը ազդում է հարևան ատոմի վրա, որի հետևանքով առաջանում է ճկուն ալիք, որը տարածվում է պինդ մարմնի միջով: Ցածր ջերմաստիճաններում (մինչև 400օC) էներգիան փոխանցվում է պինդ (քվազիմասնիկ) մարմնով հիմնականում ֆոնոններով` ճկուն ալիքներով, որոնք տարածվում են

ձայնի արագությամբ: Ֆոնոնները առաջանում են մասնիկների տատանման արդյունքում և տարածվում են մարմնով մինչև ցրումը: Վերջինս կարող է տեղի ունենալ ֆոնոն-ֆոնոն փոխազդեցության հետևանքով կամ բյուրեղի արատների հետ փոխազդելիս: Բյուրեղական նյութերում ֆոնոնային հաղորդականությունը հիմնականում փոքրանում է ջերմաստիճանի մեծացման հետ, քանի որ այս դեպքում մեծանում է ցրումը: Կերամիկական նյութերը, որոնք չունեն որոշակի բյուրեղական կառուցվածք, ունեն մեծ ցրում, ինչի պատճառով դրանք վատ ջերմահաղորդիչներ են: Փոքր ցրման աստիճան է գրանցվում այն կերամիկական նյութերում, որոնք կազմված են չափսերով և զանգվածով մոտ մասնիկներից և ունեն պարզ կառուցվածք (օրինակ՝ ալմաստի կամ 8eՕի): Այդ նյութերն ունեն մեծ ջերմահաղորդականություն: Բարձր ջերմաստիճաններում էներգիայի փոխանցումը տեղի է ունենում գերազանցապես ֆոտոնային (ճառագայթային) հաղորդականությամբ: Սա ֆոտոնների արագ կլանման և առաքման գործընթաց է, որն ընթանում է լույսի արագությամբ: Այս եղանակով հաղորդականությունը առավել կարևոր է ապակիների, թափանցիկ բյուրեղյա կերամիկայի և ծակոտկեն կերամիկայի համար: Այս նյութերում ջերմահաղորդականությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգահեռ: Ջերմահաղորդականության վրա առանցքային ազդեցություն ունեն բյուրեղական կառուցվածքում առկա խոռոչները և արատները: Կերամիկայի ջերմամեկուսիչ հատկությունը հիմնականում կախված է միկրոսկոպիական արատներից: Երկու տեսակի ալիքների (ֆոնոնային կամ ֆոտոնային) փոխանցումը ընդհատվում է հատիկի սահմաններում կամ խոռոչներում, հետևաբար որքան մեծ է նյութի ծակոտկենությունը, այնքան այն լավ մեկուսիչ է: Նշենք, որ խոսքը չի վերաբերում հաղորդակից խոռոչներով բազմածակոտկեն նյութերին, որոնք լավ ջերմահաղորդիչներ են: Հե122

տևաբար կերամիկական նյութերը լայնորեն օգտագործվում են որպես մեկուսիչներ վառարանների և հնոցների համար: Կերամիկական նյութերի մոտ էլեկտրոններով ջերմահաղորդականությունը շատ չնչին է, քանի որ դրանք տեղայնացված են: Մինչդեռ մետաղների մոտ ջերմահաղորդականությունը տեղի է ունենում գերազանցապես էլեկտրոններով, քանի որ մետաղներն ունեն մեծ թվով ազատ (ապատեղայնացված) էլեկտրոններ:

7.1.3. Կերամիկայի ստացում Կերամիկա ստանում են հիմնականում փոշեմշակման (քօwմer քrօօeտտiոջ) եղանակով: Փոշեմշակումը հավաքական տեխնոլոգիաների ընդհանուր անվանումն է, որոնց միջոցով ելային մանր փոշիներից ստացվում են օբյեկտներ, իսկ միավորումը: տեղի է ունենում տաքացման (եռակալման) միջոցով: Եռակալման ջերմաստիճանը սովորաբար կազմում է եռակալվող նյութի հալման ջերմաստիճանի մոտ երկու երրորդը: Փոշեմշակումն ընթանում է հիմնականում երեք փուլով. ա) մանրաչափ փոշու պատրաստում, բ) ամփոփ տեսքի ձևավորում, գ) եռակալում: Կախված կերամիական նյութի բյուրեղական կամ ապակենման լինելուց՝ դրա ստացումը ընթանում է հետևյալ ձևով. Կերամիկայի մշակում Ապակու մշակում Ելանյութի ընտրություն Ելանյութի ընտրություն Նախապատրաստում Հալեցում Միավորում Լցոնում

: Միավորում – փոշու ամփոփացման( կոմպակտացման) և մասի ստացման գործընթաց:

Եռակալում (5iոԷօriոջ)

Թրծում (aոոօaԷiոջ)

Ելանյութի ընտրությունը: Այն ներառում է վերջնանյութի համար համապատասխան նյութի ստացումը և պատրաստումը: Բյուրեղական կերամիկայի համար ելային նյութի հատկությունները, ինչպես, օրինակ, դրանց մասնիկների չափսը և մաքրությունը, ունեն մեծ նշանակություն, քանի որ դա ազդում է վերջնանյութի կառուցվածքի (օր.՝ հատիկի չափս) և հատկությունների (օր.՝ ամրություն) վրա: Քանի որ վերջնանյութի ամրությունը մեծանում է ելանյութի հատիկի չափսի փոքրացմանը զուգընթաց, ապա շատ ելային փոշիներ նախօրոք լավ մանրացվում են մինչև ենթամիկրոնային չափս (այժմ լայնորեն տարածվում են նանոչափսի փոշիները): Քանի որ չոր փոշին դժվար է ձևավորել, ապա հաճախ օգտագործում են մշակման հավելանյութեր, օրինակ՝ ջուր, պոլիմերներ և այլն: Սրանք լավացնում են մշակվող զանգվածի պլաստիկությունը: Ձևավորում (forոiոջ, формование) Սա կերամիկական փոշիների որոշակի տեսքով ձևավորումն է, ընդ որում՝ այս դեպքում պետք է հալման գործընթաց տեղի չունենա: Սովորաբար եռակալված վերջնանյութերը ունենում են իրենց վերջնական տեսքը: Հատուկ դեպքերում ձևավորումը և եռակալումը իրականացվում է մեկ տեխնոլոգիական փուլով՝ միաժամանակ օգտագործելով բարձր ճնշում և ջերմաստիճան (տաք մամլում, տաք հավասարակայուն (իզոստատիկ) մամլում): Այս եղանակը կարող է օգտագործվել ինչպես մետաղների, այնպես էլ կերամիկայի ձևավորման համար: Ձևավորման փուլի համար մշակվել են բազմաթիվ եղանակներ, այդ թվում՝ մամլման տարբեր ձևերի օգտագործում, ինչպիսիք են՝ միառանցքային կամ հավասարակայուն մամլում, արտամղային կաղապարում, մածու124

կի լցոնում և ներարկումով կաղապարում: Միառանցքային մամլիչի տեսքը տրված է նկար 7.1-ում: Մամլակաղապարումը (die pոe55iոջ) սառը մամլման ամենատարածված եղանակն է (նկ. 7.1): Նախքան մամլումը, փոշին սովորաբար խառնում են օրգանական հավելանյութի հետ, ապա կաղապարի մեջ լցնելով` մամլում: Այդ նպատակով օգտագործում են մեխանիկական և հիդրավլիկ ճնշում, որը կարող է հասնել մինչ 400 ՄՊա: Մասնիկների և պատի, ինչպես նաև միմյանց հետ սեղմվելու պատճառով փշրվում են, որի պատճառով խտացումը համասեռ չէ, որն ավելի արտահայտված է կենտրոնում:

Նկար 7.1. Միաառանցքային մամլիչ և կաղապար

Դրա հետևանքով եռակալման ժամանակ կարող է առաջանալ ոչ հավասարաչափ կծկում (նստեցում) (տհriոkaջe, усадка) (նկ. 7.2): Մամլման եղանակը տնտեսապես շահավետ է, սակայն կաղապարի թանկ լինելու պատճառով լայնորեն տարածված չէ:

Նկար 7.2. Անհավասարաչափ խտացման ազդեցությունը եռակալման վրա

Հավասարակայուն (իզոստատիկ) մամլում. ոչ հավասարաչափ կծկման երևույթից հնարավոր է խուսափել՝ օգտվելով հավասարակայուն մամլման եղանակից: Այս դեպքում փոշին լցվում է ռետինե կամ այլ սինթետիկ էլաստոմերի (էլաստիկ բարձրամոլեկուլային միացություն) մեջ, անհրաժեշտության դեպքում այն վակուումացվում է, ապա հեղուկում մամլվում (նկ. 7.3): Մամլման գործընթացը շատ կարճատև է, իսկ ճնշումը կարող է հասնել 200500 ՄՊա-ի: Այս եղանակի հիմնական առավելությունն է համասեռ մամլումը, ինչպես նաև այս դեպքում բացակայում է թանկարժեք կաղապարների պահանջը:

ա) բ) Նկար 7.3. Հավասարակայուն մամլիչի ա) գծապատկերը, բ) սարքի պատկերը

Արտամղման (էքստրուզիոն) կաղապարում. այս եղանակը շատ տարածված է փոշեմետաղագործությունում: Արտամղային կաղապարման ժամանակ նյութի կտորը ձևավորվում է անցքի միջով (նկ. 7.4): Այս եղանակը լայնորեն օգտագործվում է խողովակների պատրաստման ժամանակ: Նշված գործընթացում օգտագործվում են որոշակի հավելանյութեր:

ա բ Նկար 7.4. Արտամղային ա) սարքի գծապատկերը, բ) արտադրական պատկերը

Մածուկի լցոնում. այս եղանակն ամենաառաջինն է եղել կերամիկայի ստացման բնագավառում: «Մածուկը» փոշու կախույթն է ջրում: Կերամիկական նյութը ստանալու համար լցվում է ծակոտկեն կաղապարի, օրինակ՝ գիպսե կաղապարի մեջ: Որոշ ժամանակ անց հեղուկը հեռանում է, իսկ ձևավորված նմուշը կարելի է հանել կաղապարից: Այս եղանակը համապիտանի է և լայնորեն օգտագործվում է կերամիկայի ստացման համար: Ներարկումով կաղապարում (1ոյeօtiօո ոօ1մiոջ, литьё под давлением). այս եղանակը մշակվել է շերտերի (պլաստերների) ձևավորման համար: Այս դեպքում մանր փոշուն (.10 մկմ) խառնվում է մեծ քանակությամբ (15-202) ջերմապլաստիկ կապակցանյութ: Խառնուրդը ձևավորվում է մամլմամբ: Օրգանական կապակցանյութի հեռացումը երբեմն առաջացնում է լուրջ դժվարություններ: Ներարկումով կաղապարումը օգտագործվում է փոշեմետաղագործությունում և կերամիկական մասերի ստացման համար, հատկապես, երբ հարկավոր է պատրաստել փոքր, բայց բարդ կառուցվածքով մասեր:

ա) բ) Նկար 7.5. Ներարկումով կաղապարման սարքի ա) գծապատկերը և բ)արտադրական պատկերը

7.1.4 Եռակալում Եռակալումը (թրծում, տiոteriոջ, спекание) մշակման վերջին փուլն է: Եռակալումը բարձր ջերմաստիճանով (800-1800օC, եռակալվող նյութի հալման ջերմաստիճան անգամ 0.6-0.7) պայմանավորված խտացման գործընթացն է, որը կերամիկային տալիս է ամրություն և այլ հատկություններ:

ա բ գ Նկար 7.6. Վոլֆրամի փոշու եռակալումը միկրոալիքային վառարանում. ա) ելային փոշի, բ) միջանկյալ վիճակ, գ) վերջնական արգասիք:

Թրծման ընթացքում խիտ նմուշում տեղի են ունենում առանցքային փոփոխություններ, որոնցից ամենակարևորը ծակոտկենության նվազումն է (խտացում, «կծկում») և վերջնական միկրոկառուցվածքի ձևավորումը (նկ. 7.6): Խտացումը տեղի է ունենում տեսակարար մակերեսի նվազման հաշվին, ինչի շնորհիվ նվազում է համակարգի ազատ էներգիան: Ազատ էներգիայի փոփոխությունը շատ մեծ չէ (օրինակ՝ Ճ12Օ3-ի համար մոտ 1 կալ/գ), որի հետևանքով ծակոտկենությունը ամբողջությամբ չի անհետանում: Այդուհանդերձ, եռակալված նմուշներն ունեն քիչ ծակոտկենություն: Տեսական խտությանը հասնելու համար հարկավոր է կիրառել արտաքին ուժեր, օրինակ՝ եռակալում հեղուկ ֆազի մասնակցությամբ, տաք մամլում և այլն: Ծակոտկենության նպատակահարմարությունը կախված է տվյալ իրի կիրառման ոլորտից: Կառուցվածքային կերամիկայի համար մնացորդային ծակոտկենությունը կարող է ճառագայթման պատճառ դառնալ, երբ իրը ենթարկվում է ուժի ազդեցության: Հետևաբար կառուցվածքային իրերի պատրաստման դեպքում հարկավոր է ծակոտկենությունը հնարավորինս փոքրացնել: Այլ բնագավառներում, օրինակ, քամիչների, ջերմային մեկուսիչների և այլնի պատրաստման ժամանակ կարևոր է մեծ ծակոտկենության ապահովումը: Խնամքով ընտրված պայմաններում եռակալմամբ հնարավոր է լայնորեն փոփոխել ստացվող իրերի ծակոտկենությունը:

7.5. Փորձնական մաս 7.5.1 Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ 1. Գիպս, 2. կավ, 3. տարա, 4. մետաղյա չորսու 222210 սմ չափսի, 5. թրծատուփային վառարան, տաքացման ջերմաստիճանը օ 900 C, 6. հոսքային վառարան, տաքացման ջերմաստիճանը 1450օC, 7. կշեռք, 8. քանոն, 9. մոմ, 10. մեխեր, 11. սպիրտայրոց, 12. վայրկենաչափ: Կավն առաջին կերամիկական նյութն է, որն օգտագործվել է մարդու կողմից, և այն շարունակում է լայնորեն օգտագործվել ներկայումս: Կավը, որն օգտագործվում է բրուտագործության մեջ, բաղկացած է հիմնականում սիլիցիումի օքսիդից և ալյումինի օքսիդից: Փոքր քանակներով առկա են նաև այլ օքսիդներ, օրինակ՝ Իe2Օ3, ԽջՕ և այլն: Խոնավ կավը առաձգական (պլաստիկ) է և հեշտությամբ ենթարկվում է ձևավորման: Առաձգականությունը կախված է ջրի պարունակությունից, մասնիկների չափսից և ձևից, իոնային բաղադրությունից և ջերմաստիճանից: Կավի մածուկը (օ1a7 տ1iք) ստացվում է կավը ջրի հետ խառնելիս, որն հեշտությամբ լցվում է կաղապարների մեջ: Այս եղանակը կոչվում է մածուկի լցոնման (տ1iք օaտtiոջ) եղանակ: Վերջինս

օգտագործվում է տարբեր կերամիկական մասերի պատրաստման համար (օրինակ՝ կավի հիմքով պատրաստված ամանեղեն, խոհանոցային և լոգարանային պարագաներ, ինչպես նաև սիլիցիումի նիտրիդ և այլն): Սա հաճախ օգտագործվում է եռաչափ բարդ մասերի պատրաստման ժամանակ, որոնք ունեն 2 սմ-ից բարակ պատեր: Կաղապարի պատրաստման ժամանակ ամենահաճախ օգտագործվող նյութը գիպսն է, քանի որ այն էժան է, դրա հետ աշխատելը բավականին հեշտ է և ծակոտկեն է (ջուրը մածուկից հեշտությամբ կլանում է): Կավե իրերը մինչև թրծվելը նախապես պետք է ենթարկվեն չորացման, որպեսզի հեռացվի ջրի պարունակության հիմնական մասը: Մնացած ջրի բաժինը հեռացվում է թրծման սկզբնական փուլում մոտ 100օC-ում: Թրծումը և եռակալումը նկատելիորեն փոխում են նյութի հատկությունները: Մոտ 350օC-ում հիդրատներում պարունակվող ջուրը գրեթե ամբողջությամբ հեռանում է: Ջրի ոչ լրիվ չհեռացնելու հետևանքով եռակալման ընթացքում այն կարող է առաջացնել գոլորշի, ինչի պատճառով կարող են ճաքեր առաջանալ իրի վրա: Եռակալման փուլում ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց ծակոտիները փոխվում են՝ բաց տեսակից վերածվելով փակի, ապա՝ փոքրանում, իսկ իրը փոքրանում է, քանի որ ծակոտկենությունը նվազում է: Սա հանգեցնում է խտության մեծացմանը և մեխանիկական հատկությունների լավացմանը: Թրծված իրն ամուր է, խիտ, ավելի հուսալի և անթափանց հեղուկների համար, բայց փխրուն է: Սույն լաբորատոր աշխատանքով կգնահատվի թրծված և չթրծված կավե իրերի մեխանիկական ամրության և ջերմհաղորդականության կախվածությունը խտությունից (ծակոտկենությունից):

7.5.2. Փորձի կատարում Մաս առաջին, կաղապարի պատրաստում: 1. Գիպսը խառնել ջրի հետ հատուկ տարայում, այնպես, որ ստացվի մածուկ: Լցնել այն կաղապարի մեջ 3-5 սմ հաստությամբ: Հարթեցնել մակերևույթը՝ տարան թեթևակի հարվածելով սեղանին: Աշխատել արագ, քանի որ ջուր ավելացնելուց հետո Դուք ունեք ոչ ավել, քան 5 րոպե, որ գիպսը շաղկապվի: 2. Գիպսի մեջ մտցնել մետաղյա չորսու և ընկղմել 1 սմ խորությամբ: Պահել այն մի քանի րոպե մինչև գիպսը չորանա: 3. Գիպսի չորանալուց հետո հեռացնել չորսուն և թողնել ստացված կաղապարին չորանալ մոտ մեկ օր: Մաս երկրորդ, աղյուսի պատրաստում: 1. Պատրաստել կավի մածուկ: Այդ նպատակով ջրին ավելացնել կավ և լավ միախառնել: Կավ ավելացնել այնքան ժամանակ (միաժամանակ լավ խառնելով), որ ստացվի մածուկ: 2. Կավի ստացված մածուկը լցնել նախօրոք գիպսից պատրաստված կաղապարի մեջ 1 սմ հաստությամբ: Սպասել մինչև չորանալը և հեռացնել այն կաղապարից: Պատրաստել երկու նմուշ: 3. Կշռել աղյուսի զանգվածը, չափել երկարությունը, հաստությունը և լայնությունը: Գրանցել: Հաշվել աղյուսի խտությունը 4. Նախքան թրծելը աղյուսը թողնել սենյակային ջերմաստիճանում, որ չորանա մոտ 3 օր կամ 100օC-ում` մի քանի ժամ: Թրծելուց հետո որոշել աղյուսի կշիռը, երկարությունը, լայնությունը և հաստությունը: Գրանցել: Հաշվել խտությունը: 5. Թրծումը իրականացնել երկու փուլով: Աղյուսներից մեկը թրծել (եռակալել) միայն մեկ փուլով, իսկ երկրորդը ենթարկել նաև բարձրջերմաստիճանային թրծման: Առաջին փուլում աղյուսը տաքացնել մինչև 350-400օC և պահել մոտ 1 ժամ (աղյուսը պետք է տաքանա վառարանի հետ, այլ ոչ թե դրվի արդեն 350-400օC տա133

քացված վառարանի մեջ` ջերմային գրադիենտից խուսափելու համար): Աղյուսը հանել վառարանից և սպասել մինչև սառչի: Սառչելուց հետո այն տեղափոխել բարձրջերմաստիճանային վառարան և տաքացնել մինչև 1250-1300օC և այդ ջերմաստիճանում պահել մոտ 1 ժամ (ցանկալի է ավելի երկար): Բարձրջերմաստիճանային վառարանի բացակայության դեպքում աղյուսը փաթաթել ալյումինե նրբաթիթեղի մեջ և տեղավորել այն սալօջախի վրա: Այս եղանակով հնարավոր է ապահովել մինչ 700-800օC: Ժամանակի լրանալուց հետո հանել և թողնել մինչև սառչի: Կշռել և գնահատել խտությունը: 6. Բացատրել նմուշի փոքրանալու և հնարավոր ծռմռվելու պատճառները: Մաս երրորդ, ստացված իրի փորձարկում: 1. Ջերմային փորձարկումն իրականացվում է պարզագույն եղանակով: Վերցնել պարաֆին (մոմ) և աղյուսի վրա որոշակի հեռավորությունների վրա կաթեցնել հալված պարաֆինը և անմիջապես դրա վրա ամրացնել փոքր մեխեր: Գնահատել մեխերի միջև եղած հեռավորությունը: Մեխերով աղյուսը ամրացնել ամրակալանին, այնպես, որ մեխերը գրավեն ուղղահայաց դիրք դրա նկատմամբ (տե՛ս նկ. 7.5): Սպիրտայրոցով տաքացնել աղյուսի մի ծայրը և որոշել ժամանակը, երբ մեխերը կընկնեն աղյուսից: 2. Նույն գործողությունը կրկնել թրծված և չթրծված աղյուսների համար: Գրանցել, թե որ աղյուսն ունի մեծ ջերմհաղորդականություն: Բացատրել: 3. Մեխանիկական ամրությունը գնահատելու համար աղյուսը տեղադրել երկու ելունդների վրա այնպես, որ կենտրոնը մնա ազատ, իսկ աղյուսը հենվի հենակներին եզրերով (տե՛ս նկ. 7.6): Աղյուսի կենտրոնից կցել հատուկ հարմարանք, որպեսզի հնարավոր լինի կշռաքարեր տեղադրել: Ավելացնել կշռաքարերը այնքան, մինչև աղյուսը կոտրվի: Գրանցել խզում առաջացնող ծան134

րության արժեքները թրծած և չթրծած աղյուսների համար: Բացատրել ստացված արդյունքները: 4. Նույն գործողությունը կատարել այլ նյութերի (օրինակ՝ ապակու, մետաղի և այլն) հետ և համեմատել:

Նկար 7.5. Աղյուսի ջերմահաղորդականության գնահատման սարքի գծապատկերը

Նկար 7.6. Աղյուսի մեխանիկական ամրության գնահատման սարքի գծապատկերը

Լաբորատոր աշխատանք 8 8.1. Նուրբ թաղանթների ստացում Գալվանատեխնիկայում նիկելապատումը լայնորեն օգտագործվում է որպես պաշտպանիչ-գեղազարդային ծածկույթ, ինչը պայմանավորված է նրանով, որ նիկելը, չնայած լինելով էլեկտրաբացասական մետաղ (Ni/Ni2+--0.24 վ), շնորհիվ պասիվացման՝ սովորական մթնոլորտային պայմաններում երկար ժամանակ պահպանում է իր փայլը: Նիկել-երկաթ գալվանական զույգում նիկելը կաթոդային թաղանթն է, հետևաբար այն երկաթին կարող է պաշտպանել միայն անցքերի և վնասվածքների բացակայության դեպքում, և այդ պատճառով նիկելային թաղանթը պետք է ունենա հնարավորինս քիչ ծակոտկենություն: Պողպատի վրա նիկելե թաղանթի հաստությունը սովորաբար տատանվում է 12-36 մկմ տիրույթում և կապված է կոնկրետ նպատակից և առարկայի շահագործման պայմաններից: Պողպատի վրա թաղանթի ծակոտկենությունը նվազեցնելու նպատակով առարկայի վրա նախ նստեցնում են պղինձ, ապա՝ նիկել: Որոշ դեպքերում նստեցնում են երեք շերտ` նիկել-պղինձ-նիկել, որի դեպքում հնարավոր է խուսափել պղնձի ցիանիդային էլեկտրոլիտի օգտագործումից: Պղինձ-նիկել ծածկույթ օգտագործելու դեպքում հնարավոր է նվազեցնել օգտագործվող նիկելե թաղանթի հաստությունը, սակայն պետք է հիշել, որ ընդհանուր ծածկույթում նիկելե թաղանթի բաժինը պետք է լինի 502-ից ոչ պակաս: Նիկելապատումը հնարավոր է իրականացնել ինչպես էլեկտրաքիմիական, այնպես էլ քիմիական եղանակներով: Քիմիական եղանակով նիկելի սուլֆատի վերականգնումը մինչև մետաղական նիկելի տեղի է ունենում նատրիումի հիպոֆոսֆիտի միջոցով.

NiՏՕ4+NaԷ2PՕ2+Է2Օ  Ni+NaԷ2PՕ3 +Է2ՏՕ4

(8.1)

Միաժամանակ տեղի է ունենում ֆոսֆորի անջատում, որը նիկելի հետ առաջացնում է միացություն` մինչև 4-102 ֆոսֆորի պարունակությամբ: Նիկելապատման քիմիական եղանակի առավելություններից է թաղանթի հավասարաչափ նստեցումը` անկախ առարկայի կառուցվածքային և մակերևույթային բարդությունից, ինչպես դրա արտաքին, այնպես էլ ներքին պատերին: Սակայն այս եղանակի հիմնական թերությունները բարձր ինքնարժեքն ու ծածկույթային շերտի ոչ մեծ հաստությունն են (≈10մկմ), ինչի պատճառով հիմնականում նիկելային թաղանթ ստանում են էլեկտրաքիմիական եղանակով: Նիկելապատման ժամանակ օգտագործում են քլորիդային, սուլֆատային, բոր-ֆտորաջրածնային, սուլֆամինային և այլ էլեկտրոլիտներ: Նիկելի որոշ աղերի լուծելիությունը ջրում ներկայացված է ստորև՝ 20oՇ 100oՇ 43.5 NiՏՕ4 --------------------------------------------------26.9 NiC12 ---------------------------------------------------39.0 47.0 27.5 NiՏՕ4· (NԷ4)2ՏՕ4--------------------------------------6.50 Նիկելի էլեկտրաքիմիական նստեցման ժամանակ կաթոդի վրա տեղի են ունենում երկու հիմնական գործընթացներ: Ni2+ + 2e  Ni (8.2) 2Է + 2e  Է2 +

Ջրածնի իոններից ջրածնի ստացման պատճառով մերձ կաթոդային շերտում ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան կարող է իջնել, ինչի պատճառով կարող են առաջանալ հիդրօքսիդներ կամ հիմնային աղեր:

8.1.1. Նիկելապատման սուլֆատային էլեկտրոլիտներ Նիկելապատման էլեկտրոլիտների հիմնական բաղադրիչը NiՏՕ4·7Է2Օ աղն է: Էլեկտրահաղորդականությունը մեծացնելու նպատակով ավելացնում են նատրիումի, մագնեզիումի կամ ամոնիումի սուլֆատներ: Էլեկտրոլիտների գլխավոր բաղադրիչներից է բորաթթուն, որը որպես թափամեղմիչ (բուֆերային) նյութ կարգավորում է լուծույթի քԷ-ը և խոչընդոտում կաթոդի մակերևույթին նիկելի հիմնային աղի նստեցմանը: Հարկ է նշել, որ ուժեղ թթվային էլեկտրոլիտները լավ էլեկտրահաղորդականության պատճառով խթանում են նստեցման գործընթացը, քանի որ թույլ են տալիս կիրառել հոսանքի մեծ խտություններ: Սակայն մեծ քանակությամբ ջրածին է անջատվում, ինչի արդյունքում մակերևույթի տեղային հատվածներում կարող են առաջանալ խոռոչներ (քittiոջ, образование поверхностных раковин): Պետք է նկատի ունենալ, որ ջրածնի անջատման վրա զգալի էլեկտրաէներգիա է ծախսվում, ինչը բացասաբար է անդրադառնում տնտեսական ցուցանիշների վրա: Բացի այդ՝ այս դեպքում տեղի է ունենում նաև անոդի արագ լուծում, որի պատճառով էլեկտրոլիտի բաղադրությունը որոշելիս անհրաժեշտություն է առաջանում կատարելու հավելյալ հաշվարկներ: Պետք է նկատի ունենալ, որ թթվային էլեկտրոլիտներում փայլուն թաղանթ հնարավոր է ստանալ միայն ցածր ջերմաստիճաններում: Նիկելային անոդները հակված են պասիվացման, որից խուսափելու համար լուծույթ են ներմուծում քլորիդ իոններ` NaC1, ՃC1, NiC12 աղերի միջոցով: Պասիվացում առաջացնող հոսանքի խտությունը կախված է էլեկտրոլիտում ՏՕ42- և C1- իոնների կոնցենտրացիաների հարաբերակցությունից: Հոսանքի խտությունը մեծացնելիս անհրաժեշտ է մեծացնել քլորիդ իոնի կոնցենտրացիան: Նորմալ աշխատող անոդն ունի մոխրավուն երանգ և ոչ հարթ մակերևույթ: Անոդի ամբողջական պասիվացման դեպքում

քլորի հետ անջատվում է նաև թթվածին, իսկ մակերևույթը դառնում է ավելի հարթ և ունենում է դեղնադարչնագույն երանգ (նիկելի հիդրօքսիդ և օքսիդ): Ստորև բերված են նիկելային էլեկտրոլիտների որոշ բաղադրություններ (գ/լ)՝ NiՏՕ4·7Է2Օ-------------175-200 Na2ՏՕ4·10Է2Օ-------------80-160 NaC1 ----------------------------20 Է38Օ3 --------------------------20 Հոսանքի խտությունը՝ 0.5-1 Ա/դմ2, ջերմաստիճանը՝ 18-25օC, ելքը ըստ հոսանքի՝ 95-972: Մինչև 40օC տաքացնելու և խառնելու դեպքում հոսանքի խտությունը հնարավոր է բարձրացնել մինչև 2.5 Ա/դմ2, քԷ-5,5: Նիկելի թաղանթի արագ աճեցման համար խորհուրդ է տրվում վերցնել նիկելի աղի մեծ կոնցենտրացիա, իսկ էլեկտրահաղորդականությունը լավացնող աղերն ամբողջությամբ փոխել նիկելի քլորիդիով: Այդ դեպքում PԷ-ը փոքրանում է, իսկ ջերմաստիճանը` բարձրանում: Ստորև բերված է նիկելային թաղանթի արագ աճեցման համար օգտագործվող էլեկտրոլիտի օրինակ: Նիկելային թաղանթի արագ աճեցման համար օգտագործվող էլեկտրոլիտների խառնուրդի օրինակ բերված է ստորև (գ/լ). NiՏՕ4·7Է2Օ-------------300-350 NiC12 -----------------------60-20 Է38Օ3 ------------------------35 Աշխատանքային ջերմաստիճանը՝ 45-55օC, քԷ-2, հոսանքի խտությունը՝ 8-9 Ա/դմ2, ելքն ըստ հոսանքի` 90-932: Այդ դեպքում անհրաժեշտ է անընդհատ խառնել: Այդ տեսակի էլեկտրոլիտներից նստում է անփայլ (матовый, մս11) նիկել: Գեղազարդային նպատակների համար անհրաժեշտ է

կատարել մեխանիկական փայլեցում (ջlo55ed, глянцованный): Այս եղանակը ունի մի շարք թերություններ, ինչպիսիք են՝ լրացուցիչ աշխատանք, նյութի ծախս (նստեցված նիկելի մի մասը հեռացվում է), մակերևութային շերտի բյուրեղացանցի խարխլում: Ներկայումս մշակվել են այնպիսի բաղադրությամբ էլեկտրոլիտներ, որոնք հնարավորություն են ընձեռում միանգամից ստանալու փայլուն թաղանթ: Փայլուն նիկելապատման համար խորհուրդ է տրվում էլեկտրոլիտի հետևյալ բաղադրությունը (գ/լ). NiՏՕ4·7Է2Օ-------------200-240 NaԻ -----------------------------5 NaC1 ----------------------------5-15 Է38Օ3 --------------------------30 2,7-երկսուլֆոնաֆթալինաթթվի նատրիումական աղ: Էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը` 45-55օC, քԷ-5.8-6.3, հոսանքի խտությունը` 1-3 Ա/դմ2: Այս էլեկտրոլիտին հաճախ ավելացնում են նաև 1-2 գ/լ ֆորմալին (402): Նիկելապատման էլեկտրոլիտները շատ զգայուն են խառնուկների նկատմամբ: Այսպես՝ երկաթի առկայության դեպքում առաջանում են ճաքեր, և թաղանթը շերտավորում է: Նիկելի թաղանթի փխրունության պատճառ կարող է դառնալ նաև լուծույթում որոշ օրգանական նյութերի առկայությունը: Ցինկի և պղնձի առկայության դեպքում ստացվող թաղանթի վրա առաջանում են գորշ կետեր և սև երիզներ: Մետաղական խառնուկների թույլատրելի կոնցենտրացիաներն են՝ 0.1 գ/լ Իe, 0.02 գ/լ Cս, 0.01 գ/լ 2ո և 0.007 գ/լ PԵ: Պղինձը հեռացնում են՝ էլեկտրոլիտի թթվայնությունը բարձրացնելով մինչև քԷ-3 և էլեկտրոլիզային տաշտով փոքր խտու:

- 2,7-երկսուլֆոնաֆթալինային թթվի նատրիումական աղ

թյամբ հոսանք անցկացնելով: Ցինկի նստեցման համար կալցիումի կարբոնատի ավելացմամբ էլեկտրոլիտը հիմնայնացնում են մինչև քԷ-6.3 և ուժգին խառնում: Երբ լուծույթը սառչում է պարզվածքաանջատում են: Ցինկը և պղինձը մնում են նստվածքում: Երկաթը հեռացվում է օքսիդացմամբ և Իe(ՕԷ)3-ի ձևով նստեցման միջոցով: Մինչև 75օC տաքացված էլեկտրոլիտի մեջ ավելացվում է կալիումի պերմանգանատի (ՃԽոՕ4) լուծույթ` 0.20.3 գ/լ հաշվով, և պահում են այդ ջերմաստիճանում 4-5 ժամ: Էլեկտրոլիտը պարբերաբար խառնում են: Երկաթով խիստ աղտոտված էլեկտրոլիտի համար անհրաժեշտ է ավելացնել պերմանգանատի քանակությունը: Էլեկտրոլիտի գունազրկումն ազդարարում է օքսիդացման ավարտի մասին: Առաջացող մանգանի երկօքսիդը էլեկտրոլիտից կլանում է նաև ոչ ցանկալի օրգանական միացություններ: Օրգանական միացությունները կարող են հեռացվել նաև ակտիվացված ածխով զտմամբ: Էլեկտրոլիտն օրգանական նյութերով կամ կախույթային մասնիկներով աղտոտվելու, ինչպես նաև թաղանթի նստեցման պայմանների (քԷ, ջերմաստիճան) խախտման դեպքում կարող են առաջանալ կետային ծակոտիներ (питтинговая коррозия): Ծակոտիներ առաջանանում են, երբ ջրածնի պղպջակը կպչում է մակերևույթին և պատվում մետաղական թաղանթով: Խոռոչներից խուսափելու համար պետք է էլեկտրոլիտը մաքրել երկաթից և օրգանական խառնուկներից: Խորհուրդ է տրվում նաև ավելացնել 102 ջրածնի պերօքսիդ (1սմ3 մեկ լիտր էլեկտրոլիտի հաշվով): Նման կերամաշումը հնարավոր է վերացնել էլեկտրոլիտի խառնման և քԷ-ի փոփոխման միջոցով: Որոշ դեպքերում նկատվում է թաղանթապատված նմուշներից թաղանթի պոկում (նիկելը նիկելից): Դա կարող է տեղի ունենալ, եթե էլեկտրոլիզի գործընթացը ընդհատվի: Շերտավորումը հատկապես տեսանելի է դառնում, երբ էլեկտրոլիտը պարունակում է անգամ աննշան քանակությամբ կապար:

Պետք է հաշվի առնել նաև, որ միևնույն արատը կարող է ունենալ տարբեր ծագում, ինչի պատճառով երբեմն հեշտ չէ ազատվել առաջացած դժվարություններից:

8.1.2. Նիկելապատման այլ էլեկտրոլիտներ Նշված նպատակի համար ներկայումս հայտնի են բազմաթիվ այլ էլեկտրոլիտներ, այդ թվում՝ բոր-ֆտորային, սուլֆամինային և այլն: Մեծ պահանջարկ ունեն բոր-ֆտորաջրածինային էլեկտրոլիտները, որոնք կարող են գործել ավելի ուժգնացված գործելակարգով և հոսանքի բարձր խտության պայմաններում: Այս էլեկտրոլիտի մեկ այլ առավելությունն այն է, որ այն ավելի կայուն է աղտոտումների նկատմամբ: Այս տեսակի էլեկտրոլիտների բաղադրության մեջ մտնում են (գ/լ). Ni(8Ի4)2 -------------------300 Է38Օ3 --------------------- 30.0 Էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը պետք է լինի 20-50օC, քԷ- 2.73.5, հոսանքի խտությունը` 5-10 Ա/դմ2, ելքն ըստ հոսանքի` 952: Օդով խառնումը հնարավորություն է ընձեռում հոսանքի խտությունը մեծացնելու մինչև 20 Ա/դմ2: Սուլֆամինային էլեկտրոլիտներ (գ/լ) Ni(ՏՕ3NԷ2)2 ------------------------------------ 250-300 NiC12·6Է2Օ ------------------------------------- 250-300 Է38Օ3 ---------------------------------------------25-30 2,7-երկսուլֆոնաֆթալինային թթվի նատրիումական աղ

քԷ-3.5, ջերմաստիճանը` 25-50օC, հոսանքի խտությունը` 515 Ա/դմ2: «Սև նիկելապատման» էլեկտրոլիտի բաղադրություն(գ/լ) NiՏՕ4·(NԷ4)2ՏՕ4·6Է2Օ--------------------- 45 NiՏՕ4·7Է2Օ ----------------------------------- 75 2ոՏՕ4·7Է2Օ ----------------------------------- 40 NԷ4CNՏ ---------------------------------------- 15 Է38Օ3 ---------------------------------------------25 քԷ -4.5-5.5, ջերմաստիճանը` 45-55օC: Սկզբում հոսանքի խտությունը պետք է լինի -0.02 Ա/դմ2, որից հետո շարունակաբար (10-12 ր) մեծացնել մինչև 0.2 Ա/դմ2: Դրանից հետո հոսանքի խտությունը կտրուկ մեծացնում են մինչև 1-3 Ա/դմ2 և 3-5 ր հետո դադարեցնում են «սև նիկելի» նստեցումը:

8.2. Փորձնական մաս 8.2.1. Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Նիկելի թիթեղ (որպես անոդ), երեսապատվող իր (դետալ) (որպես կաթոդ), նիկելի սուլֆատ NiՏՕ4·7Է2Օ կամ բյուրեղահիդրատ, նատրիումի սուլֆատ Na2ՏՕ4·10Է2Օ կամ բյուրեղահիդրատ, նատրիոմի քլորիդ NaC1, բորաթթու Է38Օ3, թորած ջուր, էլեկտրոլիզարար, վոլտ ամպերմետր, ջերմակայուն ապակուց պատրաստված բաժակ,

11. 12. 13. 14. 15.

չափանոթ, կշեռք, սնդիկային ջերմաչափ, չորանոց, հաստատուն հոսանքի աղբյուր:

Փորձի նախապատրաստում Էլեկտրոլիտի պատրաստումը. պատրաստել մոտ 200 մլ էլեկտրոլիտ, որի համար վերցնել 120գ թորած ջուր: Կշռել նախօրոք 70օC ջերմաստիճանում 3 ժամ չորացած նիկելի սուլֆատ` 40գ, նատրիոմի սոլֆատ` 32գ, նատրիոմի քլորիդ` 4գ, բորաթթու` 4գ: Սրանք ավելացնել թորած ջրին և լավ խառնել: Աշխատանքի ժամանակ էլեկտրոլիտի ջերմաստիճանը պետք է լինի -18-25օC, հոսանքի խտությունը՝ 0.5-1 Ա/դմ2, ելքն ըստ հոսանքի՝ 95-972: Մինչև 40օC տաքացնելու և խառնելու դեպքում հոսանքի խտությունը հնարավոր է բարձրացնել մինչև 2.5 Ա/դմ2, PԷ-5,5: Լուծույթի ջերմաստիճանի փոփոխությանը հետևել սնդիկային ջերմաչափի օգնությամբ: Էլեկտրոլիզարարի նախապատրաստում. Որպես անոդ վերցնել նիկելի թիթեղ, իսկ որպես կաթոդ` նիկելապատվող մասը կամ առարկան: Վերջինս պետք է լինի հաղորդիչ: Ոչ հաղորդիչ լինելու դեպքում այն պետք է դարձնել հաղորդիչ (տե՛ս գալվանապլաստիկա բաժինը): Կշռել երկու էլեկտրոդները և գրանցել: Չափել էլեկտրոդների մակերեսները և գրանցել: Դրանք ամրացնել նախատեսված տեղերում: Էլեկտրոլիզարարին հաջորդաբար միացնել ամպերմետր շղթայում հոսանքի ուժի անընդհատ գրանցման համար, իսկ վոլտմետրով հետևել հոսանքի լարմանը: Փորձի ընթացքը. էլեկտրոլիզարարի մեջ լցնել նախօրոք պատրաստված և ˜40օC ջերմաստիճան ունեցող էլեկտրոլիտը: Շղթան միացնել հաստատուն հոսանքի աղբյուրին: Հոսանքի խտություն պետք է լինի 2.5 Ա/դմ2 (վերահաշվել ըստ էլեկտրոդ144

ների մակերեսի), քԷ-5.5: Անհրաժեշտ ժամանակից հետո հանել էլեկտրոդները, իրականացնել տեսողական դիտարկում, գրանցել ստացված արդյունքները: Կշռել երկու էլեկտրոդները և հաշվել անոդից լուծված և կատոդի վրա նստած նիկելի զանգվածը: Հնարավոր անհավասարության դեպքում տալ բացատրություն: Հաշվել ելքն ըստ հոսանքի՝ տոկոսներով: Գրանցել:

8.3. Գալվանապլաստիկա Գալվանապլաստիկայի խնդիրն է էլեկտրանստեցման եղանակով ստանալ նուրբ մետաղական թաղանթ ոչ հաղորդիչ մասի վրա: Թաղանթը նստեցնելուց առաջ անհրաժեշտ է իրը պատել էլեկտրահաղորդիչ շերտով: Ոչ մետաղական մասերի վրա էլեկտրահաղորդիչ շերտի նստեցումից առաջ պետք է իրականացնել մի շարք նախապատրաստական աշխատանքներ: Ամենից առաջ մակերևույթը պետք է խնամքով մաքրվի կեղտից: Եթե առարկան պատրաստված է խոնավածուծ նյութից, օրինակ՝ գիպսից, ապա պետք է նախապես այն դարձնել անջրաթափանց: Օրինակ՝ այն կարելի է նախապես թաթախել հալված պարաֆինի մեջ: Այն դեպքերում, երբ հաղորդիչ շերտը նստեցնում են արծաթի կամ պղնձի քիմիական վերականգնման եղանակով, ապա օգտագործվում է անագի քլորիդի (ՏոC12) լուծույթով մշակումը: Սա ապահովում է մակերևույթի լավ թրջելիությունը և նպաստում նստող մետաղական թաղանթի որակյալ կառուցվածքի առաջացմանը: Օգտագործվում են էլեկտրահաղորդիչ թաղանթի նստեցման տարբեր եղանակներ: Մեխանիկական եղանակով գրաֆիտապատմամբ էլեկտրահաղորդիչ շերտի նստեցումը ամենապարզ և էժան տարբերակն է: Գրաֆիտը նուրբ վրձինով քսվում է առարկայի մակերևույթին: Այդ

նպատակի համար օգտագործում են բարձր որակի շերտավորվող գրաֆիտ: Վերջինիս էլեկտրահաղորդականությունը և մետաղին ծածկելու ունակությունը կախված է գրաֆիտի որակից և դրա հատիկի չափսից: Գրաֆիտը պետք է պարունակի ոչ պակաս, քան 962 ածխածին: Գրաֆիտում սիլիկատային և երկաթային խառնուկներից ազատվում են՝ այն մշակելով ծծմբական թթվի և աղաթթվի, ապա՝ նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթներով: Գրաֆիտապատման ժամանակ գրաֆիտի մասնիկները չպետք է լինեն խիստ մանր, քանի որ հակառակ դեպքում դժվար կլինի ստանալ հավասարաչափ բաշխված շերտ: Էլեկտրահաղորդիչ շերտ հնարավոր է ստանալ լուծույթում մետաղների վերականգնման միջոցով: Ներկայումս մշակված են արծաթի, պղնձի, ոսկու, նիկելի, կոբալտի և մի քանի այլ մետաղների թաղանթների ստացման եղանակներ: Առավել հաճախ օգտագործում են արծաթի և երբեմն նաև պղնձի թաղանթները: Արծաթապատման համար սովորաբար վերցնում են արծաթի օքսիդի ամոնիակային լուծույթը, իսկ որպես վերականգնիչ` ֆորմալդեհիդ, պիրոգալոլ, գլյուկոզ, սեգնետային աղ (сегнетова соль, Տeiջոette տa1t կամ Rօօհe11e տa1t (կալիումի, նատրիումի տարտրատ կամ գինեթթվական նատրիում, կալիում, NaՃC4Է4Օ6): Այն դեպքերում, երբ անհարժեշտ է ստանալ ոչ հաղորդիչ նյութերի, կերամիկայի կամ ապակու վրա ամուր և հատուկ մետաղական թաղանթ, ապա նախ քսում են հաղորդիչ մածուկը և նոր ենթարկում թրծման: Հաղորդիչ թաղանթներ նստեցնելու համար օգտագործում են հատուկ մածուկներ, որոնք քսվում են մակերևույթի վրա, որից հետո իրը տաքացվում է մինչև մածուկը միաձուլվի դիէլեկտրիկի հետ: Ամենատարածված մածուկները ստանում են արծաթային հիմքով: Հաղորդիչ թաղանթով պատված իրը նախքան մետաղապատումը մշակում են հատուկ լուծույթով` թրջելիությունը մեծացնելու

համար: Այսպես, եթե էլեկտրահաղորդիչ շերտը գրաֆիտապատման եղանակով նստեցված է պարաֆինե կամ գիպսյա կաղապարի վրա, ապա կաղապարը նախքան պղնձապատելը նախապես թրջում են էթիլ սպիրտով կամ էլեկտրոլիտով, որը պարունակում է 1:1 հարաբերակցությամբ էթիլ սպիրտ: Խորհուրդ է տրվում հոսանքին միացած հաղորդիչ շերտի խածատումից (травления, etօհiոջ) խուսափելու համար առարկան տաշտի մեջ ընկղմել նախապես: Մետաղական շերտի և էլեկտրահաղորդիչ թաղանթի միջև «կցորդում», «կառչում» ապահովելու համար սովորաբար օգտագործում են թույլ թթվային նիկելային և պղնձային էլեկտրոլիտներ: Այսպես՝ արծաթային էլեկտրահաղորդիչ շերտի վրա պղինձ նստեցնելու դեպքում օգտագործում են հետևյալ բաղադրությամբ էլեկտրոլիտային լուծույթ. CսՏՕ4·6Է2Օ ---------------------------------- 45 գ/լ Է2ՏՕ4 ------------------------------------------ 7-15 գ/լ C2Է5ՕԷ --------------------------------------- 30-50 մլ Գործընթացը իրականացնում են 1-2 Ա/դմ2 կաթոդային հոսանքի խտության տակ, ջերմաստիճանը` 18-25օC: Պղնձե թաղանթի ստացման ժամանակ ներքին լարումներից խուսափելու համար խորհուրդ է տրվում լուծույթին ավելացնել սեգնետային աղ: Սովորաբար առաջին թաղանթը ստանում են առանց լուծույթի խառնման և հոսանքի փոքր խտության տակ: Այս դեպքում չպետք է ստանալ մետաղի հաստ շերտ, քանի որ կպահանջվի երկար ժամանակ: Դրա համար անհրաժեշտ է առաջին շերտը ստանալուց հետո կաղապարը տեղափոխել հաջորդ տաշտ, որտեղ մետաղի նստեցումը իրականացվում է մեծ կոնցենտրացիայով էլեկտրոլիտում, անընդհատ խառնման պայմաններում և հոսանքի մեծ խտությունների տակ: Որոշ տաշտեր կարող են նաև տաքացվել:

8.3.1. Բաժանիչ շերտի նստեցումը Աճեցված շերտը մետաղական կաղապարից հեշտությամբ բաժանելու համար ցանկալի է նստեցնել բաժանիչ շերտ: Դրա համար ամենատարածվածը սուլֆիդային շերտն է, որ կարող է առաջանալ կապարի, պղնձի, արծաթի և նիկելի վրա, երբ դրանք մշակվում են 12-ոց Na2Տ-ի լուծույթով: Արծաթի և կապարի քրոմատային թաղանթ ստացվում է՝ առարկան ընկղմելով լուծույթի մեջ, որը պարունակում է 1գ/լ Ճ2Cr2Օ7: Տարբեր օքսիդային շերտեր կարելի է ստանալ՝ մշակելով համապատասխան օքսիդիչներով:

Լաբորատոր աշխատանք 9 Պինդ նյութերի բարձրջերմաստիճանային մշակում Այս կամ այն քիմիական մշակումը իրականացնելու համար պինդ նյութերի և դրանց խառնուրդների ջերմային մշակումը կատարվում է տարբեր պայմաներում: Պինդ նյութերի ջերմային մշակումը հաճախ անվանում են բովում, հատկապես երբ հիմնական զանգվածը ամբողջ գործընթացի ընթացքում մնում է պինդ վիճակում: Կախված բովման ժամանակ ընթացող քիմիական երևույթների բնույթից՝ տարբերակում են բովման մի քանի տեսակներ՝ կալցինացման, օքսիդացման, քլորացման, վերականգնման և եռակալման: Բովման կալցինացման եղանակի դեպքում անջատվում են ջուր և ցնդող նյութեր: Օրինակ՝ 2NaԷCՕ3-Na2CՕ3+CՕ2+Է2Օ

(9.1)

Վերականգման գործընթացի օրինակներ են՝ Na2ՏՕ4+4C -Na2Տ+4CՕ Ca3(PՕ4)2+5C+3ՏiՕ2 -P2+5CՕ+3CaՏiՕ3

(9.2) (9.3)

Եռակալման գործընթացում հումքը եռակալվում է ինչ-որ հավելանյութի հետ: Օրինակ՝ 1100-1200 0C ապատիտը եռակալվում է սոդայի հետ՝ ՏiՕ2-ի ներկայությամբ՝ Ca5Ի(PՕ4)3+2Na2CՕ3+ՏiՕ2-3CaNaPՕ4+Ca2ՏiՕ4+NaԻ+2CՕ2 (9.4) Եռակալման գործընթացում հումքը եռակալվում է ինչ-որ հավելանյութի հետ: Քլորացնող բովման դեպքում մետաղների սուլֆիդները վերածվում են լուծելի միացությունների: Որպես էական քլորացնող ազդակ՝ կիրառվում է NaC1: Օրինակ՝ մետաղի սուլֆիդը օդի ներկայությամբ NaC1-ի հետ քլորացվում է 550-600 0C: CսՏ+1.5Օ2-ՏՕ2+CսՕ

(9.5)

2Օ2+3ՏՕ2+6NaC1+2Է2Օ-C12+4ԷC1+3Na2ՏՕ4 CսՕ+2ԷC1-CսC12+2Է2Օ

(9.6) (9.7)

Օքսիդիչային բովման գործընթացը մեծ կիրառություն ունի արդյունաբերությունում: Օրինակ՝ երկաթի օքսիդի մշակումը և ջրալուծ նատրիումի քրոմատի ստացումը. 6ԻeՕ+Օ2-2Իe3Օ4 ԻeCr2Օ4+2Na2CՕ3+1.75Օ2-2Na2CrՕ4+0.5Իe2Օ3+2CՕ2 ԽջCr2Օ4+2Na2CՕ3+1.5Օ2-2Na2CrՕ4+ԽջՕ+2CՕ2

(9.8) (9.9) (9.10)

Օքսիդիչային բովման մասնավոր դեպք է սուլֆատացնող բովումը կամ սուլֆիդային բովումը: Այս դեպքում չլուծվող սուլֆիդները վերածվում են լուծելի սուլֆատների: Օրինակ` CսՏ+1.5Օ2-ՏՕ2+CսՕ ՏՕ2+0.5Օ2-ՏՕ3 CսՕ+ՏՕ3-CսՏՕ4

(9.11) (9.12)

Հետևաբար մետաղի սուլֆիդի օքսիդացման ժամանակ արգասիքներում կարող է լինել մետաղի օքսիդի և սուլֆատի խառնուրդ: Դրանց պարունակությունը և հարաբերակցությունը կախված են բովման ջերմաստիճանից և տևողությունից, գազային ֆազում Օ2-ի և ՏՕ2-ի կոնցենտրացիայից և օքսիդացման հետևանքով ստացվող նյութերի բնույթից: Լաբորատոր աշխատանքը կապված է սուլֆիդների բովման հետ, և մանրամասն քննարկենք այդ գործընթացը: Սուլֆիդային բովումը գունավոր մետաղների սուլֆիդների մշակման անհրաժեշտ փուլերից է: Այն նաև օգտագործվում է ծծմբական թթվի արտադրությունում, երբ հարկավոր է ստանալ ՏՕ2: Այս գործընթացի հիմքում ընկած օրինաչափությունը գործում է ցանկացած տեսակի սուլֆիդային հանքի համար, օրինակ՝ պիրիտի` (ԻeՏ2), պիրոտինի` (Իe7Տ8), խալկոպիրիտի` (CսԻeՏ2), պղնձափայլի` (Cս2Տ), ցինկի խաբուսակի` (2ոՏ) և այլն: 600օC-ից բարձր ջերմաստիճաններում սուլֆիդների բովման ընհանուր

արագությունը, ինչպես նաև բազմաթիվ այլ բարձրջերմաստիճանային բովման գործընթացներ, սահմանափակվում են ազդանյութի (օդի թթվածին) տրման և ռեակցման գոտուց առաջացած արգասիքի (ծծմբի երկօքսիդ) հեռացման դիֆուզիայի արագություններով: Քննարկենք սուլֆիդային հումքի բովման դեպք` կոլչեդանի բովման օրինակով: Կոլչեդանը, որը բաղկացած է պիրիտից և խառնուկներից, ծծմբի (1Մ) օքսիդի արտադրության հիմնական հումքն է: Կոլչեդանի բովման ժամանակ ընթացող քիմիական ռեակցիաները հնարավոր է ներկայացնել ներքոբերված ընդհանուր հավասարման տեսքով. 4ԻeՏ2 + 11Օ2 - 2Իe2Օ3 + 8ՏՕ2 + Օ

(9.13)

Իրականում սուլֆիդային հումքի բովման ժամանակ տեղի են ունենում բազմաթիվ հաջորդական ու զուգահեռ ռեակցիաներ, որոնց ընթացքը հիմնականում պայմանավորված է ջերմաստիճանով: Այս բոլոր ռեակցիաները, այդ թվում՝ բովումը, անդարձելի են: Վառարանում կոլչեդանը մինչև 500օC և բարձր ջերմաստիճան տաքացնելիս տեղի է ունենում դրա քայքայում. 2ԻeՏ2 - 2ԻeՏ + Տ

(9.14)

Անջատված ծծումբը անմիջապես այրվում է. Տ + Օ2 - ՏՕ2

(9.15)

600օC-ից բարձր ջերմաստիճանում երկաթի սուլֆիդի օքսիդացման գումարային ռեակցիան կարելի է ներկայացնել (9.16) հավասարումով՝ 4ԻeՏ + 7Օ2 - 2Իe2Օ3 + 4ՏՕ2 + Օ

(9.16)

Երկաթի օքսիդը, ունենալով կատալիտիկ ազդեցություն, ծծմիբի երկօքսիդի որոշ մասը վերածում է ՏՕ3-ի: (9.16) ռեակցիան սուլֆիդի բովման սահմանափակող փուլն է, քանի որ այս

դեպքում ի հայտ են գալիս դիֆուզային դժվարություններ: Օքսիդացման ընթացքում երկաթի սուլֆիդի հատիկը պատվում է երկաթի օքսիդի շերտով, ինչը դժվարեցնում է թթվածնի մուտքը դեպի երկաթի սուլֆիդի միջուկ և առաջացած ծծմբի օքսիդի հեռացումը: Կոլչեդանի բովման գազը, կախված վառարանի տեսակից, պարունակում է ՏՕ2` 7-132, Օ2` 4-112, ՏՕ3 մինչև 0.5 2 և ազոտ: Բովման պինդ մնացորդը` թերայրուկը, կազմված է երկաթի օքսիդներից (Իe2Օ3 և Իe3Օ4) և 0.5-22 չայրված ծծմբից: Կոլչեդանի (ինչպես նաև այլ սուլֆիդների) բովման արդյունավետ (օպտիմալ) պայմանները որոշվում են փոխազդող ֆազերի մակերևույթին ազդանյութերի դիֆուզիայի կինետիկայով, և հնարավոր է հաշվել զանգվածատեղափոխության ընդհանուր հավասարումից.

u որտեղ u 

dGSO2 d

dGSO2 d

 kFC ,

(9.17)

-ը բովման ընդհանուր արագությունն է, որն

արտահայտում է ՏՕ2-ի դիֆերենցիալ քանակությունը ժամանակի ընթացքում, k-ն՝ զանգվածատեղափոխության գործակիցը, Ի-ը միջֆազային մակերևույթի մեծությունն է, որը հաշվվում է բոլոր մասնիկների համար, ∆C-ն՝ բովման շարժիչ ուժն է, որը կախված է օդում թթվածնի և կոլչեդանում ծծմբի կոնցենտրացիաներից: Բովման շարժիչ ուժի (∆C) մեծացման համար հարկավոր է բազմակի անգամ ֆլոտացիայով մեծացնել հանքանյութում ԻeՏ2-ի կոնցենտրացիան մինչև 902 կամ օդը հարստացնել թթվածնով: Պրակտիկայում սովորաբար օգտագործում են թթվածնի ավելցուկ մինչև 1.2-1.8 անգամ, քան հարկավոր է ըստ քանակաչափական հաշվարկների: Զանգվածատեղափոխությունը հնարավոր է մեծացնել վառարանում ջերմաստիճանի բարձրացմամբ և ուժգին խառնման

միջոցով: Ջերմաստիճանը, կախված վառարանի տեսակից, հնարավոր է բարձրացնել մինչև 800-1000օC: Ջերմաստիճանի հետագա բարձրացման դեպքում կոլչեդանի հատիկները ինտենսիվ եռակալվում են: Վերջինիս պատճառով առաջացած եռակալված հանքանյութի տեսակարար մակերեսը կտրուկ փոքրանում է, ինչը իր հերթին բացասաբար է անդրադառնում ընդհանուր բովման գործընթացի վրա: Ճ-ի մեծացման համար ելային բովախառնուրդը ուժգնորեն խառնում են, ինչը ոչ միայն մեծացնում է դիֆուզիայի արագությունը, այլ նաև մեծացնում և թարմացնում է թթվածնի հետ հպվող երկաթի սուլֆիդի մակերևույթը(Ի): Դրա համար օգտագործում են մինչև 0.03-0.3 մմ մանրացված կոլչեդան: Թրծվող նյութի խառնման եղանակը որոշվում է օգտագործվող վառարանի տեսակով և կառուցվածքով: Ներկայումս սուլֆիդային հումքի բովման համար օգտագործում են վառարանների երեք տեսակներ`  մեխանիկական դարակային (механические полочные),  փոշենման բովման (пылевидного обжига),  եռացող շերտի (кипящего слоя): Նշված բոլոր տեսակի վառարաններում տաքացումը տեղի է ունենում ի հաշիվ սուլֆիդների օքսիդացման ջերմության (նկ. 9.1): Դարակային վառարաններում մանրացված նյութի բովումը տեղի է ունենում վառարանի շերտավոր խցերում: Բովվող նյութի խառնումը և տեղաշարժը խցերում իրականացվում են մեխանիկական խառնիչներով:

ա) բ) գ) Նկար 9.1. Սուլֆիդային հումքի բովման վառարաններ. ա) մեխանիկական դարակային, բ) փոշենման բովման, գ) եռացող շերտով:

Փոշենման բովման վառարաններում մանրացված հումքը փոշեցրվում է օդի հոսքում, իսկ եռացող շերտով վառարաններում բովվող մասնիկները կախված են օդի հոսքում: Վերջին երկու տեսակի վառարանները շատ արդյունավետ են, բայց ունեն մեկ կարևոր թերություն: Այս վառարաններում մեծ է փոշու անջատումը, և ստացվող գազերը կեղտոտված են փոշիով (մինչև 300գ/մ3), ինչը դժվարեցնում է գազի մաքրումը փոշուց: Այս աշխատանքում քննարկվում են տարբեր գործոնների` ջերմաստիճանի, օդի ավելցուկի, կոլչեդանում ծծմբի պարունակության, մասնիկների չափսերի, ինչպես նաև վառարանի տեսակի, ազդեցությունները բովման արագության վրա:

9.1. Կոլչեդանի բովումը անշարժ շերտում Անշարժ շերտում կոլչեդանի այրման կինետիկան ուսումնասիրում են նկար 9.2-ում պատկերված սարքի օգնությամբ:

Նկար 9.2. Անշարժ շերտով կոլչեդանի բովման սարքի գծապատկերը

Բովման համար օգտագործում են էլեկտրատաքացուցիչով հորիզոնական խողովակային վառարան (9): Հախճապակյա խողովակում տեղադրում են կոլչեդանով լցված նավակ (8): Վառարանում ջերմաստիճանը չափվում է ջերմազույգով (5): Ջերմաստիճանը կարգավորվում է ավտոմատ ջերմակարգավորիչով (6): Կոլչեդանի բովման համար անհրաժեշտ օդը ամբողջ վառարանի միջից քաշվում է ծծիչի (ասպիրատորի) (11) օգնությամբ: Օդի ծավալային արագությունը չափվում է հոսքաչափի (ռեոմետրի) (4) միջոցով: Վառարանից դուրս եկող գազը ուղարկվում է անալիզի:

9.2. Փորձնական մաս 9.2.1 Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ  Երկաթի կոլչեդան,  բովման սարք,  կշեռք,  յոդի և նատրիումի թիոսուլֆատի 0.1Ն լուծույթներ

Փորձի իրականացումը Կշռել 1-2 գ կոլչեդան (0.02գ ճշտությամբ), լցնել նավակի (8)ի մեջ և տեղադրել վառարանի (9)-ի մեջ, որը նախապես հասցվել է անհրաժեշտ ջարմաստիճանի: Անհրաժեշտ է, որ նավակը տեղադրվի ջերմազույգին հնարավորինս մոտ: Տեղադրելուց հետո խողովակը խցանով արագ փակել: Խցանին միացված է ապակյա խողովակ (10): Բացել 1 և 1/ ծորակները և ծորակ (12)-ի և ծծիչի (11)-ի օգնությամբ սարքավորման միջով օդ անցկացնել, ընդ որում՝ հնարավորինս արագ հոսքաչափ (4)-ի օգնությամբ կարգավորել օդի հոսքի անհրաժեշտ արագությունը: Օդի բացթողման ժամանակը համարել փորձի սկիզբը: Վառարանային գազը անընդհատ անալիզի է ենթարկվում 0.1 N յոդի լուծույթով լցված տարաներում: Այդ նպատակով 1,1/, 2,2/, 3,3/ ծորակների օգնությամբ գազը հաջորդաբար ուղարկվում է դեպի տարաներ: Յուրաքանչյուր տարայի միջով գազը բաց է թողնվում որոշակի ժամանակ անց, օրինակ՝ ամեն հինգ րոպեն մեկ, կամ երբ լուծույթը գունազրկվում է: Եթե լուծույթը չի գունազրկվում, ապա հինգ րոպե անց վառարանային գազը ծորակների օգնությամբ անցկացվում է մյուս տարայի մեջ, իսկ նախորդ լուծույթը դատարկում են կոլբի մեջ, և յոդի ավելցուկը, որը չի կապվել ՏՕ2-ի հետ, տիտրում են 0.1 Ն-ոց նատրիումի թիոսուլֆատի լուծույթով: Դատարկված տարան նորից լցվում է յոդի լուծույթով, և անալիզը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև ծծումբը ամբողջությամբ այրվի, այսինքն՝ վառարանային գազում ՏՕ2-ի լրիվ անհետանալը: Ամբողջ փորձը կատարում են խիստ հաստատուն ջերմաստիճանում և օդի անփոփոխ ծավալային արագության պայմաններում: Փորձը կրկնել նոր չափաբաժին կոլչեդանով՝ փոփոխելով դրանում ծծմբի պարունակությունը (25-502 ծծմբի սահմաններում), ջերմաստիճանը (500-800օC) և օդի ծավալային արագությունը (5-10 մ3/ժամ):

9.2.2. Արդյունքների մշակում Փորձի արդյունքները ներկայացնում են գրաֆիկորեն` կինետիկական կորերի տեսքով, որն արտահայտում է այրված ծծմբի քանակության կախվածությունը ժամանակից, տարբեր ջերմաստիճաններում և այլ պայմաններում: Դրա համար հաշվում են այրված ծծմբի քանակը ըստ ժամանակի հետևյալ բանաձևով. ՕՏ- 0.0016(ոՄ12-ոՄNa2Տ2Օ3),

(9.18)

որտեղ ՕՏ-ը այրված ծծմբի քանակն է տվյալ ժամանակում, գ, Մ12ը 0.1 Ն-ոց յոդի լուծույթի ծավալն է տարայում, սմ3, ՄNa2Տ2Օ3-ը 0.1 Ն-ոց լուծույթի ծավալն է, որը ծախսվել է յոդի ավելցուկի տիտրման վրա, սմ3: 0.0016-ը ծծմբի քանակն է (գ), որը, համաձայն ներքոբերված ռեակցիայի, համապատասխանում է 0.1 Ն 1 սմ3 յոդի լուծույթին. ՏՕ2 + 2Է2Օ + 12 - Է2ՏՕ4 + 2Է1

(9.19)

ո և ո – լուծույթի նորմալության ուղղման գործակիցներն են: Իմանալով ծծմբի պարունակությունը կոլչեդանում՝ հաշվում են այրված ծծմբի քանակությունը ժամանակի որոշակի հատվածներում ըստ ընդհանուր քանակի (2), այսինքն՝ ծծմբի ծախսի գործակիցը: Փորձի տվյալների հիման վրա հաշվում են նաև օդի ավելցուկի գործակիցը (α -Օգ/Օտես): Օտես-ը ծծմբի ամբողջ քանակի այրման համար օդի քանակությունն է, որը որոշում են ըստ գումարային ռեակցիայի քանակաչափության, իսկ Օգ-ն որոշում են փորձի տվյալներով՝ իմանալով ընդհանուր ժամանակը և օդի ծավալային արագությունը:

Աղյուսակի տվյալներով կառուցել կինետիկական կորեր, որոնք արտահայտում են տարբեր պայմաններում այրված ծծմբի քանակությունը ժամանակի ընթացքում:

Օդի ավելցուկի գործակիցը

Այրման ընդհանուր աստիճանը, 2

Այրված ծծմբի քանակը,

0.1 ն Na2Տ2Օ3-ի լուծույթի քանակը, սմ3

0.1 ն յոդի լուծույթի ծավալը, սմ

Այրման ժամանակը, ր

Օդի ծավալային արագությունը, լ/ժ

Ջերմաստիճանը, օC

Ծծմբի պարունակությունը խառնուրդում, 2

Ծծմբի պարունակությունը կոլչեդանում, 2

Կոլչեդանի քանակությունը, գ

Լաբորատոր աշխատանք 10 10.1. Բարձրջերմաստիճանային ինքնատարածվող սինթեզ 1967 թվականին նախկին Խորհրդային Միության ԳԱ քիմիական ֆիզիկայի ինստիտուտի Չեռնոգոլովկայի մասնաճյուղում պրոֆ. Ալեքսանդր Մերժանովի և աշխատակիցների կողմից հայտնաբերվեցին տարասեռ այրման նոր գործընթացներ, որոնց դեպքում մետաղի և ոչ մետաղի (կամ միացությունների) ջերմանջատիչ փոխազդեցությունն իրականանում է ինքնատարածման ձևով, և որի ժամանակ ելանյութերն ու այրման արգասիքները գտնվում են պինդ վիճակում: Այդ երևույթը ստացավ պինդ բոց (ՊԲ) անվանումը: Առաջին անգամ ՊԲ-ի երևույթը դիտվել է տիտանի և բորի փոշիների խառնուրդից պատրաստված գլանաձև հաբի որևէ եզրից կարճատև ջերմային ազդակի օգնությամբ այրման գործընթացը հարուցելիս (նկ. 10.1): Հարուցումից անմիջապես հետո մետաղի և ոչ մետաղի քիմիական փոխազդեցությունն ընդունում է այրման ալիքի տեսք և հաստատուն արագությամբ տարածվում նմուշի երկայնքով: Այրման գործընթացի ավարտից և նմուշի սառչելուց հետո կատարված անալիզները ցույց են տալիս, որ ստացվել է արժեքավոր դժվարահալ անօրգանական նյութ (այս դեպքում տիտանի երկբորիդ): Հաշվի առնելով ՊԲ-ի երևույթի առանձնահատկությունները՝ այն դասվեց գիտական հայտնագործությունների շարքին և պաշտոնապես գրանցվեց նախկին Խորհրդային Միությունում, ապա նաև մի շարք այլ երկրներում: ՊԲ-ի երևույթի հիմնարար հետազոտությունների զարգացումը սկիզբ դրեց անօրգանական դժվարահալ և կերամիկական նյութերի բարձրջերմաստիճանային ինքնատարածվող սինթեզի (կրճատ ԲԻՍ գործընթաց) եղանակի մշակմանը: Այսպիսով՝ ԲԻՍ գործընթացները հիմնված են երկու կամ ավելի տարրերի կամ քիմիական միացությունների ջերմանջատիչ

փոխազդեցության վրա, որն ընթանում է ուղղորդված այրման ձևով: Քիմիական տեսանկյունից ԲԻՍ գործընթացն ընդհանուր ձևով կարելի է ներկայացնել հետևյալ ձևով. (10.1) որտեղ Ճ-ը մետաղ է (օրինակ՝ Խջ, Ճ1, ՛i, 2r, Էք, Մ, ՛a, NԵ, Cr, Խօ, Ni, Cօ, Մ, միջմետաղական կամ այլ միացություններ), Մ-ը` ոչ մետաղ (կամ այլ մետաղ), որը գտնվում է պինդ, հեղուկ կամ գազանման վիճակում (օրինակ՝ C, 8, Տi, Տ, Տe, N2, Օ2, Է2 և այլն), 2-ը ԲԻՍ արգասիքներն են, Օ-ն՝ փոխազդեցության հետևանքով անջատված ջերմությունը:

1)

10.1 Ti+2B , 2) 3) Է)

Է

. ,

Դժվարահալ անօրգանական և բաղադրանյութերի սինթեզի այլ եղանակների հետ համեմատած՝ ԲԻՍ գործընթացներն ունեն հետևյալ առավելությունները.  դժվարահալ բազմաբաղադրիչ նյութերի սինթեզ,  սինթեզվող նյութի բարձր որակ,

 գործընթացի մեծ արագություն և դրա հետ կապված՝ մեծ արտադրողականություն,  արգասիքների ֆազային բաղադրության և միկրոկառուցվածքի կարգավորման հնարավորություն,  բաղադրանյութերի բաղադրիչների միափուլ ստացման հնարավորություն,  նյութերի սինթեզի համար էներգածախսերի բացակայություն,  օգտագործվող սարքավորումների պարզություն և այլն: Կախված փոխազդեցության բնույթից և ազդանյութերի ագրեգատային վիճակից՝ այրման գործելակարգում ընթացող գործընթացները բաժանվում են երեք հիմնական դասերի` անգազ, զտման և վերականգնման փուլով ընթացող (հեղուկաֆազ): ԲԻՍ գործընթացները բնութագրող պարամետրերի տիպական արժեքները բերված են ստորև.  այրման ալիքի տարածման արագություն՝ 0.01-20 սմ/վ,  այրման առավելագույն ջերմաստիճան՝ 700-3500 օC ,  ազդանյութերի (ելանյութերի) մասնիկների չափսեր՝ 0.1500 մկմ,  բովախառնուրդի հարաբերական խտություն՝ 0.1-0.7,  գազային միջավայի ճնշում՝ 0.1-50 ՄՊա,  հարուցման ջերմաստիճան՝ 700-2000 օC ,  հարուցման տևողություն՝ 0.5-3 վրկ,  փոխազդեցության գոտում ելանյութերի տաքացման արագություն՝ 102-106 օC/վրկ: ԲԻՍ գործընթացները բնութագրող հիմնական պարամետրերը՝ այրման ալիքի տարածման արագությունն ու առավելագույն ջերմաստիճանը, որոշվում են քիմիական փոխարկման ժամանակ ջերմանջատման և փոխազդող տաք գոտուց դեպի ելային խառնուրդ ջերմատվության գործընթացներով: Վերջիններս հնա161

րավոր է կարգավորել ֆիզիկաքիմիական մի շարք պարամետրերով, որոնք կարելի է բաժանել երկու խմբի` պարամետրեր, որոնք բնութագրում են ելային փոշեխառնուրդը (նմուշի տրամագիծ, խտություն, մասնիկների չափս և այլն), և պարամետրեր, որոնք բնորոշում են արտաքին պայմանները (գազային միջավայրի ճնշում, ուսումնասիրվող նմուշների սկզբնական ջերմաստիճան և այլն): Այրման արգասիքների հիմնական բնութագրերը (ֆազային և քիմիական բաղադրություն, միկրոկառուցվածք և այլն) կախված են այրման ալիքի տարածման արագությունից և առավելագույն ջերմաստիճանից, ինչպես նաև ֆազա- և կառուցվածքագոյացման գործընթացներից: ԲԻՍ գործընթացներում ելային ռեակցման միջավայրը որոշակի ֆազային բաղադրությամբ և միկրոկառուցվածքով փոշեխառնուրդ է, որը քիմիական փոխազդեցության ընթացքում անընդհատ ենթարկվում է որոշակի փոփոխության: Ռեակցիայի ընթանալու հետևանքով առաջանում են արգասիքներ, որոնց միկրոկառուցվածքն ու ֆազային բաղադրությունը խիստ տարբերվում են ելանյութերի համապատասխան բնութագրերից: ԲԻՍ գործընթացների իրականացման ժամանակ մեծ մասամբ այրման ալիքի «ճակատն» ունի հարթ կամ մի փոքր կորացված տեսք: Սովորաբար ելային նմուշով այրման ալիքը տարածվում է ժամանակի ընթացքում հաստատուն (ստացիոնար) արագությամբ: Երբեմն այրման ճակատը կարող է տարածվել ժամանակային կամ տարածական անհամասեռությամբ (ոչ ստացիոնարություն): Այրման ալիքի տարածման այդպիսի ոչ հաստատուն գործելակարգերից են ինքնատատանողականը և սպինայինը: Առաջին դեպքում պահպանվում է այրման շերտ առ շերտ բնույթը, սակայն ճակատը տարածվում է ինքատատանողական գործելակարգով: Այս դեպքում այրման ալիքի տարածումը նման է բռնկումների և կանգառների հաջորդական կրկնման: Սպինային այրման դեպքում խախտվում է այրման ալիքի տարածման

շերտ առ շերտ գործելակարգը, և քիմիական փոխազդեցությունն իրականանում է նմուշի միայն որոշակի տեղամասում (օջախներում), ու այդ փոխազդեցությունները հաստատուն արագությամբ և որոշակի ուղեծրով տարածվում են նմուշների արտաքին մակերևույթով:

10.2. Այրման ալիքի տարածումը պինդ նյութերի խառնուրդում: Անգազ այրում Անգազ այրման դեպքում ելանյութերը, միջանկյալ միացությունները և վերջանյութերը գտնվում են խտացված (կոնդենսացված) վիճակում: Ընդ որում, այրման ջերմաստիճանն ու արագությունը, ինչպես նաև վերջանյութերի ֆազային և քիմիական կազմը թույլ են կախված կամ կախված չեն արտաքին միջավայր հանդիսացող անտարբեր (իներտ) գազի ճնշումից, այդ պատճառով գործընթացը կարելի է իրականացնել վակուումում կամ իներտ գազի միջավայրում: Անգազ համակարգերի այրման համար բնութագրական է այրվող նմուշի զանգվածի հաստատունությունը: Երբեմն այրումից հետո նկատվում է նմուշների զանգվածի որոշակի նվազում, ինչը կապված է ցնդող խառնուրդների հեռացմամբ: Նման համակարգերի այրման հետևանքով հնարավոր է սինթեզել դժվարահալ կարբիդներ, բորիդներ, սիլիցիդներ և այլն: Այս տեսակի համակարգերում այրման գործընթաց իրականացնելու համար օգտագործում են մինչև 100 մկմ մասնիկի չափսերով մետաղափոշիներ և 0,1-10 մկմ հատիկայնությամբ ոչ մետաղներ: Ելանյութերի փոշեխառնուրդներից պատրաստված նմուշների հարաբերական խտությունը փոփոխվում է 0,2-0,7 տիրույթում: Փոխազդեցության գոտում, ելանյութերի կամ միջանկյալ միացությունների ագրեգատային վիճակից կախված, անգազ համակարգերը բաժանվում են երկու հիմնական դասի.

 պինդ-պինդ համակարգեր (օրինակ՝ փոխազդեցությունը Խօ-8, ՛a-C համակարգերում),  պինդ-հալույթ համակարգեր (օրինակ՝ փոխազդեցությունը Խօ-Տi և ՛i-C համակարգերում): Պինդ-պինդ բաղադրիչներով խառնուրդների այրման դեպքում փոխազդեցության գոտում այրման ջերմաստիճանը ցածր է ելանյութերի և վերջնանյութերի հալման ջերմաստիճաններից: Աղուսակ 10.1-ում բերված են Խօ-8 և ՛a-C պինդ-պինդ համակարգերի այրման առավելագույն ջերմաստիճանները և ելանյութերի ու վերջնանյութերի հալման ջերմաստիճանները: Աղյուսակ 10.1.Պինդ-պինդ բաղադրիչներով խառնուրդների այրման առավելագույն ջերմաստիճանները, ելանյութերի և այրման արգասիքների հալման ջերմաստիճանները Հալման ջերմաստիճան, օԸ Ուսումնասիրվող համակարգ Խօ-8 ՛a-C

Վերջնանյութեր

Այրման ջերմաստի ճան, օԸ

Ելանյութեր Մետաղ

Ոչ մետաղ

Այս երկու համակարգերի այրման դեպքում ելային խառնուրդներում բաղադրիչների հարաբերակցության (2-C/՛a, կամ 8/Խօ) ողջ տիրույթում այրման ալիքը տարածվում է ինքնատատանողական գործելակերպով: Օրինակ՝ ՛a-C համակարգում այրման արագության առավելագույն արժեքը գրանցվել է, երբ 2-0.8 (նկ. 10.2ա), իսկ Խօ-8 համակարգում՝ 2-1 դեպքում: Պինդպինդ համակարգերի այրման արագության փոփոխությունը, կախված իներտ գազային միջավայրի ճնշումից, սովորաբար ունի հագեցող բնույթ (նկ. 10.2բ): Գազային միջավայրի փոքր ճնշումների դեպքում (մինչև 30մթն, ՛a-C համակարգի համար,

5մթն Խօ-8 համակարգի համար) այրման արագությունն աճում է ճնշման աճին զուգընթաց: Ճնշման հետագա բարձրացումը չի ազդում այրման արագության վրա: Իներտ գազային միջավայրի փոքր ճնշման պայմաններում ճնշումից այրման արագության ունեցած կախումը թույլ է տալիս եզրակացնել, որ այրման ժամանակ ազդանյութերի նյութափոխանակության գործընթացում զգալի դեր ունեն գազային վիճակում գտնվող միջանկյալ նյութերը:

)

)

Նկար 10.2. 1a-C խառնուրդի այրման արագության կախումը x-ի արժեքից (ա) և գազային միջավայրի ճնշումից (բ)

Պինդ-պինդ բաղադրիչներով խառնուրդների այրման դեպքում փոխազդեցության գոտում ելային ազդանյութերի նյութափոխանակությունը հնարավոր է իրականանա երկու մեխանիզմով. 1. պինդ ֆազային դիֆուզիայի ճանապարհով (նյութափոխանակության այս մեխանիզմը կարող է իրագործվել, եթե ելային փոշիների մասնիկները լինեն հնարավորինս փոքր, և մասնիկների միջև հպումը լինի առավելագույն), 2. ազդանյութերից մեկի տեղափոխման ճանապարհով (այսինքն՝ արգասիքի առաջացումը ընթանում է ոչ միայն ելային փոշեմասնիկների անմիջական հպման տեղերում, այլ նաև մասնիկների ամբողջ մակերևույթով):

Երկրորդ մեխանիզմով նյութափոխանակությունը կարող է իրականացվել միայն միջանկյալ գազային վիճակում գտնվող նյութերի միջոցով: Հայտնի է, որ օգտագործվող փոշեխառնուրդները միշտ պարունակում են որոշակի քանակությամբ թթվածին` կլանված վիճակում կամ օքսիդների ձևով: Օրինակ՝ ՛a-C խառնուրդի այրման դեպքում ելանյութերի մակերևույթին կլանված CՕ և CՕ2 օքսիդները, գտնվելով գազային վիճակում, կարող են կատարել ածխածնի տեղափոխումը: Խօ-8 համակարգի դեպքում մոլիբդենի և բորի օքսիդները սովորական պայմաններում գտնվում են պինդ վիճակում, սակայն այրման առավելագույն ջերմաստիճաններում այդ օքսիդները կարող են անցնել գազային վիճակի և մասնակցել ելանյութերի նյութափոխանակությանը: Պինդ-հալույթ բաղադրիչներով խառնուրդների այրման դեպքում փոխազդեցության գոտում այրման ջերմաստիճանը գերազանցում է ելանյութերից մեկի հալման ջերմաստիճանին (աղյուսակ 10.2): Աղյուսակ 10.2.Պինդ-հալույթ բաղադրիչներով խառնուրդների առավելագույն ջերմաստիճանների, ելանյութերի և այրման արգասիքների հալման ջերմաստիճանները Ուսումնասիրվող համակարգ Խօ-Տi ՛i-C

Հալման ջերմաստիճան, օԸ Ելանյութեր Մետաղ Ոչ մետաղ

Վերջնանյութեր

Այրման ջերմաստիճան, օԸ

Նման համակարգերի այրման արագությունը և ջերմաստիճանը կախված են օգտագործվող փոշիների մասնիկների չափսերից: Օրինակ՝ տիտան - ածխածին համակարգում ելային տիտանի մասնիկի չափսի մեծացումը բերում է այրման արագության նվազման (նկ. 10.3ա), ընդ որում՝ տիտանի մասնիկի առավել փոքր չափսերի դեպքում (մինչև 100 մկմ) այրման արագությունը գրեթե հաստատուն է, որը բացատրվում է այրման ալիքում հալված տիտանի հոսունությամբ: )

)

Նկար 10. 3. 1i+C խառնուրդի այրման արագության փոփոխությունը՝ կախված ելային տիտանի մասնիկների չափսերից (ա) և ուսումնասիրվող նմուշների հարաբերական խտությունից (բ)

Ելային տիտանի մասնիկների չափսերի հետագա մեծացումը հանգեցնում է այրման արագության զգալի նվազման: Այս համակարգերի այրման պարամետրերը, մասնավորապես արագությունը, կախված են նաև ուսումնասիրվող նմուշների

հարաբերական խտությունից: Խտությունից կախված՝ այրման արագության փոփոխությունն ունի առավելագույն արժեք ունեցող կորի տեսք: Խտության որոշակի արժեքների դեպքում (55602) այրման արագությունն ունենում է առավելագույն արժեք (նկ. 10.3բ): Խտության հետագա մեծացումը այրման արագության անկման պատճառ է դառնում, ինչը բացատրվում է փոխազդող գոտուց դեպի ելային խառնուրդ ջերմահաղորդականության մեծացմամբ:

Նկար 10.4. Գազային միջավայրի ճնշումից 1i+C խառնուրդի այրման արագության կախվածության կորը

Իներտ գազային միջավայի ճնշումը գրեթե չի ազդում Խօ-Տi և ՛i-C բաղադրիչներով խառնուրդների այրման արագության վրա: Նկար 10.4-ից երևում է, որ ՛i-C համակարգի համար գազային ճնշման փոփոխության լայն տիրույթում այրման արագությունը հաստատուն է: Այդ բաղադրիչներով խառնուրդների այրման ժամանակ գործընթացի սկզբնական փուլում տեղի է ունենում դյուրահալ ելանյութի (վերը նշված դեպքերում տիտանի կամ սիլիցիումի) հալում և այնուհետև հալված ելանյութերի կաթիլների միաձուլում: Առաջացած հալույթը հոսում է դժվարահալ ելանյութի (մոլիբդեն կամ ածխածին) մասնիկների մակերևույթով: Բուն քիմիական փոխազդեցությունը սկսվում է մոլիբդենի (ածխածնի) փոշե168

հատիկի և հալված սիլիցիումի (տիտանի) բաժանման սահմանում տիտանի կարբիդի կամ մոլիբդենի սիլիցիդի շերտերի առաջացումով: Այնուհետև տեղի է ունենում առաջացած շերտերի աճ դեպի փոշեհատիկների խորք` ռեակցման դիֆուզիայի մեխանիզմով: Փոխազդեցության այսպիսի ընթացքը ապացուցված է ելանյութերի արագ սառեցված (մխված) նմուշների և վերջնանյութերի միկրոկառուցվածքային հետազոտություններով (նկ. 10.5):

)

)

)

Նկար 10.5. 1i-C ելային խառնուրդի (ա), արագ սառեցված նմուշների (բ) և ստացված տիտանի կարբիդի (գ) միկրոկառուցվածքները

Օրինակ՝ ՛i-C ելային խառնուրդի միկրոկառուցվածքից երևում է, որ ելային տիտանի մասնիկները բավականին խոշոր են, ունեն գնդաձև տեսք (նկ. 10.5ա) և ծածկված են ածխածնի առավել մանր փոշեմասնիկներով: Արագ սառեցված նմուշների փոխազդեցության գոտու միկրոկառուցվածքում երևում են հալված տիտանով շրջապատված ածխածնի մասնիկները (նկ. 10.5բ): Այրման արգասիքի` տիտանի կարբիդի միկրոկառուցվածքի լուսանկարում պարզորոշ երևում են խոռոչներ (նկ. 10.5գ), որոնց չափսերը համաչափելի են ելային տիտանի փոշեմասնիկների չափսերի հետ: Այս խոռոչների առաջացումը պայմանավորված է հալված տիտանի հոսանքով:

Փոխազդեցության վերը շարադրված մեխանիզմից բացի՝ նյութափոխանակությունը այս համակարգերում հնարավոր է իրականացնել ևս մեկ այլ մեխանիզմով: Ըստ այդմ՝ ելային խառնուրդի դյուրահալ բաղադրիչի հալումից հետո ածխածնի կամ մոլիբդենի հատիկները կարող են լուծվել հալույթում, և տիտանի կարբիդը (կամ մոլիբդենի երկսիլիցիդը) կարող է բյուրեղանալ հալույթից:

10.3. Անգազ համակարգերում բաղադրիչների խառնուրդների այրման ադիաբատ ջերմաստիճանի հաշվարկումը Հաշվարկը իրականացվում է՝ ընդունելով, որ ա) բաղադրիչների խառնուրդը գտնվում է իդեալական վիճակում, գործընթացը ադիաբատ է, և գործում է քիմիական ու ֆազային հավասարակշռության պայմանը, բ) գազերի և գազային խառնուրդների համար կիրառելի է իդեալական գազի հավասարումը, գ) կոնդենսացված ֆազի և գազ(եր)ի միջև առկա է ջերմաստիճանային և ֆազային հավասարակշռություն, դ) խտացված (կոնդենսացված) վերջնանյութերը չեն առաջացնում լուծույթներ և համաձուլվածքներ: Այս ենթադրությունների դեպքում խնդրի մաթեմատիկական ձևակերպումը հանգում է համակարգի թերմոդինամիկական պոտենցիալի նվազարկմանը` սահմանափակելով անորոշությունները, որոնք ծագում են նյութի զանգվածի պահպանման օրենքից և Գիբբսի ֆազերի կանոնից: Համակարգի այրման հաշվարկների դեպքում ավելանում է նաև էներգիայի պահպանման հավասարումը: Ընդհանուր տեսքով վերջնանյութերի հավասարակշռային կոնցենտրացիաների հաշվարկները իրականացվում են հետևյալ կերպ: Դարձելի ռեակցիաների դեպքում հավասարակշռությունը հաստատվում է այն պահին, երբ ուղիղ և հակառակ ռեակցիանե170

րի արագությունները հավասարվում են: Դարձելի քիմիական ռեակցիաների համար կարելի է կիրառել փոփոխական բաղադրությամբ համակարգի հավասարաճնշային (իզոբար) և հավասարաջերմային(իզոթերմ) պոտենցիալի փոփոխությունը արտահայտող հավասարումը.

dG  VdP  Sd7  1 dո1   2 dո 2  ....

(10.2)

Հավասարակշռության մեջ գտնվող համակարգի համար կարող ենք գրել.

1 A1   2 A2  ....  1/ A1/   2/ A2/  ....

(10.3)

Զանգվածի պահպանման օրենքը հաշվի առնելով՝ կարող ենք գրել.

dո dո dո / dո /    ....   2  ...  d , (10.4) / /     որտեղ -ը արտահայտում է քանակաչափական հավասարումով արտահայտված ուղղությամբ քիմիական ռեակցիայի ընթանալու չափը: (10.4) բանաձևը տեղադրելով (10.2.)-ի մեջ և որոշ ձևափոխումներից հետո կունենանք. d G  VdP  Sd7  (   i/  i/     ) d  , i i

(10.5)

որտեղ i և  վերջնանյութերի և ելանյութերի մոլերի քանակներն /

i

են, իսկ  i-ն i վերջնանյութերի և ելանյութերի քիմիական պոտենցիալներն են: Այս դեպքում Գիբբսի իզոբար-իզոթերմային պոտենցիալը ֆունկցիա է երեք պարամետրերից (P,՛, և ) և կստանաք՝ `

 G   Գ

    i/ i/      P թ7

(10.6)

Եթե փոխազդող համակարգում հավասարակշռություն է հաստատվել, հետևաբար Օ-ք()-ը ձգտում է նվազագույն արժեքի.

 G   Գ

   i/ i/      0  i i  P թ7

(10.7)

Հետևաբար (10.7) հավասարումն արտահայտում է քիմիական հավասարակշռության թերմոդինամիկական պայմանը: Այսպիսով՝ հիմնվելով Գիբբսի ազատ էներգիայի նվազարկման սկզբունքի վրա հնարավոր է հաշվել ստացվող վերջնանյութերի բաղադրությունը: ԲԻՍ ռեակցիաների թերմոդինամիկական վերլուծությունը թույլ է տալիս նաև որոշել այրման ջերմաստիճանը (՛այր.)՝ ընդունելով, որ ռեակցիայի գոտում ջերմակորուստներ չկան (ադիաբատ պայմաններ): Սովորաբար այրման իրական ջերմաստիճանները ցածր են հաշվարկային ջերմաստիճաններից, քանի որ իրական պայմաններում միշտ առկա են ջերմակորուստներ: Այրման ադիաբատ ջերմաստիճանի որոշման հիմնական պայմանն է ՛0 սկզբնական ջերմաստիճանում ելանյութերի և ՛ադ. ադիաբատ ջերմաստիճանում վերջնանյութերի էնթհալպիաների հավասարության պայմանը. (10.8) ո

 H (7 i 1

ad

)  H (7o )i  Q

Անվերջ փոքր փոփոխությունների դեպքում կունենաք.

ԳՕp ԳT

 i/ Ci/  C  C ,

(10.9)

Cք-ն ելանյութերի և վերջնանյութերի գումարային ջերմունակությունների տարբերությունն է: Ինտեգրելով այս հավասարումը՝ կստանաք. Օ T aԳ  Օ To 

7 ad

   Cd7

,

(10.10)

Եթե հաշվի առնենք հնարավոր ֆազային փոխարկումները այս հավասարումը կընդունի հետևյալ տեսքը. 7a d

 C (7 )d7  Q  L

,

(10.11)

7o

որտեղ C-ն վերջնանյութերի ջերմունակությունն է, Օ-ն՝ առաջացման ջերմությունը, և Լ-ը՝ ֆազային փոխարկման ջերմությունը, իսկ  -ն՝ փոխարկված մասի բաժինը: Ընդ որում, երբ ՛ադ.՛ֆ.փ., ապա  -0, իսկ ՛ադ>՛ֆ.փ.,  -1: Ինտեգրումը կատարելու համար պետք է իմանալ յուրաքանչյուր ելանյութի և վերջնանյութի ջերմունակության կախումը ջերմաստիճանից (Օ-+՛+՛2): Այսպիսով` այրման ադիաբատ ջերմաստիճանը և վերջնանյութերի հավասարակշռային կոնցենտրացիաները հաշվելու համար հարկավոր է լուծել հավասարումների համակարգ, որն իրականացվում է համակարգչային ծրագրի օգնությամբ: Աղյուսակ 10.3. Մի քանի խառնուրդային համակարգերի այրման ադիաբատ ջերմաստիճանները Համակարգ ՛a+C -՛aC Խօ+8 - Խօ8 Խօ+2Տi - ԽօՏi2 ՛i+C - ՛iC 5՛i+Տi-՛i5Տi3 ՛i+28-՛i82

Հաշվարկված ադիաբատ ջերմաստիճան, օC

10.4. Փորձնական մաս 10.4.1. Այրումը 1o-Si համակարգում և մոլիբդենի երկսիլիցիդի ստացումը Հայտնի է, որ մոլիբդենի երկսիլիցիդը կայուն է բարձր ջերմաստիճաններում (1000-1800օC) օդի, այլ ագրեսիվ գազերի և հանքային թթուների միջավայրում: Այն կիրառվում է օքսիդիչ միջավայրերում աշխատող վառարանների տաքացնող մարտկոցների պատրաստման ոլորտում: ԽօՏi2-ն օգտագործվում է նաև մի շարք ջերմակայուն համաձուլվածքների պատրաստման համար, որոնք կիրառվում են գազային խցիկների, ռեակտիվ շարժիչների, մետաղագործական վառարանների մասերի պատրաստման համար: Մոլիբդենի երկսիլիցիդը սովորաբար ստացվում է նաև վառարանային եղանակով: Այս դեպքում սինթեզն իրականացվում է մոլիբդենի և սիլիցիումի փոշեխառնուրդից պատրաստված նմուշները (բրիկետ) 1200-1300օC ջերմաստիճաններում 1-2 ժամ տևողությամբ ջրածնի միջավայրում տաքացնելով: Սինթեզից հետո բրիկետների արտաքին մակերևույթը սովորաբար ունենում է չփոխազդած շերտ: Գործընթացից հետո ստացված զանգվածը ենթարկում են մաքրման, ապա բազմափուլ մանրացման: Որոշ դեպքերում սինթեզի ելքը մեծացնելու նպատակով ելային սիլիցիումը ենթարկում են նախնական բովման: Վառարանային եղանակով ԽօՏi2-ի ստացման հիմնական թերություններից են սինթեզի երկարատևությունը, բարդ կառուցվածքով վառարանների կիրառումը, ելանյութերի ոչ լրիվ փոխարկումը վերջնանյութի, ինչը բերում է 12 և ավել ազատ սիլիցիումի պարունակությամբ ԽօՏi2-ի ստացման: Համեմատելով մոլիբդենի երկսիլիցիդի ստացման վառարանային եղանակը ԲԻՍ եղանակի հետ` պարզ երևում է, որ վերջինս

ունի տեխնոլոգիական և մի շարք տնտեսական առավելություններ: Բացի այդ` ԲԻՍ եղանակով ստացված մոլիբդենի երկսիլիցիդն ունի առավել մեծ մաքրության աստիճան: Մոլիբդենի երկսիսլիցիդի ստացման այս երկու եղանակների համեմատական բնութագիրը, ըստ տեխնոլոգիական փուլերի, բերված է աղյուսակ 10.4-ում: Պետք է նշել, որ Խօ-Տi խառնուրդի այրումը կարելի է իրականացնել ինչպես իներտ գազի (արգոն, ջրածին), այնպես էլ օդի միջավայրում: Վերջինի դեպքում այրվող նմուշի արտաքին մակերևույթին առաջանում է բարակ օքսիդային շերտ, որը հեռացնելով հնարավոր է ստանալ մաքուր մոլիբդենի երկսիլիցիդ: Իներտ գազային միջավայրում սինթեզված վերջնանյութը գրեթե չի ունենում թերայրված (չփոխազդած) շերտ, և սինթեզված վերջնանյութը կարող է պարունակել առավելագույնը 0.052 չփոխազդած սիլիցիում:

Աղյուսակ 10.4. Մոլիբդենի երկսիլիցիդի ստացման եղանակների համեմատական բնութագրերը Վառարանային եղանակ ԲԻՍ եղանակ Ելային սիլիցիումի Ելային սիլիցիումի մանրացում մանրացում Սիլիցիումի նախնական բովում Ելային խառնուրդի 1100օC ջերմաստիճանում և պատրաստում ջրածնի միջավայրում Ելային խառնուրդից Բովված սիլիցիումի մանրացում գլանաձև հաբի պատրաստում Ռեակտորի բեռնավորում և Ելային խառնուրդի սինթեզ (սինթեզի պատրաստում տևողությունը` 1 րոպե):

Ելային խառնուրդից բրիկետի պատրաստում

Չփոխազդած շերտի հեռացում

Ռեակտորի բեռնավորում և սինթեզ էլեկտրական վառարանում (սինթեզի տևողությունը` 1.5 ժամ, ջերմաստիճանը` 1200-1300օC):

Ստացված մոլիբդենի երկսիլիցիդի մանրացում գնդաղացով (մանրացման տևողությունը՝ 8 ժամ):

Բրիկետների չայրված շերտերի հեռացում հատուկ սարքով

Վերջնանյութի դասակարգում

Բրիկետների առաջնային մանրացում Ստացված մոլիբդենի երկսիլիցիդի մանրացում գնդաղացով (մանրացման տևողությունը՝ 48 ժամ): Վերջնանյութի դասակարգում

10.4.2. Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ

 Մետաղական մոլիբդենի 1-15 մկմ հատիկայնությամբ փոշի,  սիլիցիումի 5-10 մկմ միջին հատիկայնության փոշի,  մետաղական տիտանի 50 մկմ-ից մանր փոշի,  մուր (C),  տեխնիկական սպիրտ (կամ ացետոն),  վոլֆրամի կամ քրոմնիկելի 0,5 -0,6 մմ հաստության լար,  հախճապակե հավանգ,  չորանոց,  տեխնիկական կշեռք,  հիդրավլիկ մամլիչ,

 մամլման 20 մմ տրամագծով գլանաձև կաղապար,  չափակարկին,  վայրկենաչափ: Փորձի նախապատրաստում Հարուցող խառնուրդի պատրաստում: Հարուցող խառնուրդը 1:1 մոլ հարաբերությամբ տիտանի և ածխածնի փոշիների մեխանիկական խառնուրդ է: ՛i-C հարուցիչ խառնուրդ պատրաստելու համար անհրաժեշտ է կշռել 12գ տիտանի փոշի և 3գ մուր: Այնուհետև այդ փոշիները 5-10 րոպե խառնել հախճապակե հավանգում մինչև համասեռ խառնուրդի ստացում: Հիմնական խառնուրդի պատրաստում: Հետազոտվող խառնուրդը 1:2 մոլային հարաբերությամբ մոլիբդենի և սիլիցիումի փոշիների մեխանիկական խառնուրդ է: Հետազոտվող խառնուրդ պատրաստելու համար անհրաժեշտ է կշռել 24գ մոլիբդենի և 14գ սիլիցիումի փոշիներ: Այնուհետև այդ փոշիները 5-10 րոպե խառնել հախճապակե հավանգում մինչև համասեռ խառնուրդի ստացում: Հարուցիչ և հետազոտվող հաբերի պատրաստում: Հարուցիչ հաբի պատրաստման համար անհրաժեշտ է կշռել 4գ ՛i-C փոշեխառնուրդ, լցնել նախապես սպիրտով կամ ացետոնով մաքրված 20մմ տրամագծով գլանաձև մամլակաղապարի մեջ: Այնուհետև մամլակաղապարը տեղափոխել մամլիչի տակ և սեղմել մինչև 3 տոննա ուժով: Հետազոտվող հաբի պատրաստման համար անհրաժեշտ է կշռել 35գ Խօ+2Տi փոշեխառնուրդ, լցնել նախապես սպիրտով կամ ացետոնով մաքրված 20մմ տրամագծով մամլակաղապարի մեջ: Այնուհետև մամլակաղապարը տեղափոխել հիդրավլիկ մամլիչի տակ և սեղմել մինչև 5 տոննա ուժով:

Հետազոտվող հաբի խտությունը որոշվում է հանրահայտ բանաձևով՝ ո , (10.12)  

V

որտեղ ո-ը հետազոտվող նմուշի զանգվածն է (գ), Մ - ն նմուշի ծավալ (սմ3), որը հավասար է. Մ- R2հ ,

(10.13)

որտեղ հ-ը նմուշի բարձրությունն է (սմ), R-ը նմուշի շառավիղը (սմ)

10.4.3. Փորձի ընթացքը Խօ+2Տi խառնուրդից պատրաստված հաբը տեղադրվում է ռեակտորի համապատասխան տեղամասում անկիզաքարե (ասբեստյա) թղթի վրա, և դրա վրա դրվում է հարուցիչ հաբը (նկ. 10.6): Հարուցիչ հաբի մակերևույթին մոտեցվում է հաստատուն հոսանքին միացված վոլֆրամե պարույրը և ամրացվում: Հարուցիչ հաբի բոցավառումն իրականացվում է վոլֆրամե պարույրի կարճատև շիկացմամբ: Հետազոտվող հաբի այրման ժամանակը (tայր.) որոշվում է վայրկենաչափի միջոցով:

Նկար 10.6. Այրման ալիքի տարածումը ելային հաբում

Նմուշը սառելուց հետո տեղափոխել աշխատանքային սեղանի վրա, բաժանել մասերի՝ հետագա հետազոտությունների համար: Այրման արագությունը (Սայր.) որոշվում է ըստ հետևյալ բանաձևի՝ (10.14) Սայր.-հ/ tայր., որտեղ հ-ն նմուշի բարձրությունն է (սմ), tայր. -այրման ժամանակը (վրկ):

Լաբորատոր աշխատանք 11 11.1. Երկաթմոլիբդենի (ֆեռոմոլիբդենի) ստացումը այրման գործելակարգում (ռեժիմում) ԲԻՍ գործընթացների իրականացման ժամանակ հնարավոր է, որ փոխազդեցությունն ուղեկցվի ելանյութերի և վերջնանյութերի հալմամբ: Այդպիսի ԲԻՍ գործընթացները անվանում են հեղուկաֆազ: Հեղուկաֆազ ԲԻՍ գործընթացները իրականացվում են անցումային մետաղների օքսիդների և վերականգնիչների (մետաղական և ոչ մետաղական) փոշեխառնուրդների տեղային հարուցման միջոցով: Նմանատեսակ խառնուրդների այրումը ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ ջերմության անջատմամբ, որի հետևանքով փոխազդեցության գոտում ելանյութերը և վերջնանյութերը հալվում են: Այս տեսակի ԲԻՍ գործընթացներ իրականացնելիս այրման արգասիքները կարող են լինել կարբիդներ, բորիդներ, սիլիցիդներ, պարզ և խառը օքսիդներ ու համաձուլվածքներ, որոնք սովորաբար ստացվում են ձուլածո կտորների տեսքով: Անհրաժեշտ է ընդգծել, որ հեղուկաֆազ ԲԻՍ գործընթացները որոշ առումով նման են ջերմային մետաղագործական գործընթացներին: Հետևաբար որոշ դեպքերում այս գործընթացներն անվանում են ԲԻՍ-մետաղագործություն: Սակայն, ի տարբերություն մետաղաջերմային վերականգնման, ԲԻՍ-մետաղագործությունը ներառում է ինչպես վերականգնման (մետաղաջերմային), այնպես էլ բուն ԲԻՍ փուլերը: ԲԻՍ-մետաղագործության մեկ այլ առանձնահատկությունն էլ այն է, որ այս դեպքում գործընթացը կարող է իրականացվել գազային ճնշման պայմաններում, կենտրոնախույս ուժի, էլեկտրամագնիսական և ուլտրաձայնային ազդեցությունների տակ: Այսինքն՝ ԲԻՍ-մետաղագործությունում հնարավոր է կառավարել

այրման գործընթացը, քիմիական փոխարկումները և ստացվող վերջնանյութի կառուցվածքը և հատկությունները: ԲԻՍ-մետաղագործության հետաքրքիր և կիրառական օրինակներ կարող են ծառայել ՄՕ3+Ճ1+C, Cr2Օ3+Ճ1+C, Մ2Օ5+ՏiՕ2+Ճ1 համակարգերի այրումը: Այս բոլոր դեպքերում գործընթացի առաջին փուլը մետաղաջերմային փուլն է, որի դեպքում տեղի է ունենում օքսիդների վերականգնում վերականգնիչով` տվյալ դեպքում ալյումինով: Երկրորդ, ԲԻՍ փուլում տեղի է ունենում վերականգնված մետաղի և ածխածնի (կամ սիլիցիումի) փոխազդեցությունը: Արդյունքում ստացվում է համապատասխան դժվարահալ մետաղի կարբիդ, սիլիցիդ և այլն: Պետք է նշել, որ այրման հետևանքով ստացված արգասիքներում միշտ առկա է վերականգնիչ մետաղի օքսիդը: Հետևաբար անհրաժեշություն է առաջանում մաքրել վերջնանյութերը վերականգնիչ մետաղների օքսիդներից: Ինչպես ասվեց վերևում, այրման ժամանակ նպատակային և կողմնակի արգասիքներն առաջանում են հալված վիճակում, որոնք սովորաբար ունենում են տարբեր խտություն: Օրինակ, վոլֆրամի կարբիդի խտությունը 15.6գ/սմ3 է, իսկ ալյումինի օքսիդինը` 3.9գ/սմ3: Միմյանցից խիստ տարբեր խտություններ ունեցող նման հալված խառնուրդները երկար չեն կարող կայուն մնալ և ձգողական ուժերի ազդեցության տակ տեղի է ունենում ծանր (մետաղական) և օքսիդային զանգվածների (խարամ) միմյանցից առանձնացում: Այս երևույթը գրականության մեջ հայտնի է որպես ֆազաբաժանում կամ շերտավորում: Ֆազաբաժանման գործընթացի արագությունը կախված է մի շարք կարևոր գործոններից` նպատակային վերջնանյութի և խարամի խտությունների տարբերությունից, դրանց պնդեցման ջերմաստիճանների տարբերությունից և բաղադրությունից, համակարգի թթվության աստիճանից, մածուցիկությունից և այլն:

Շերտավորման գործընթացի հիմքում ընկած է «մետաղական» ֆազի կաթիլների անկումը խարամում: Պարզ է, որ հոսող կաթիլները պետք է տվյալ ջերմաստիճանում չլուծվեն խարամի մեջ: Խարամի միջով որոշակի տրամագիծ ունեցող «մետաղական» գնդաձև կաթիլները հոսելուց պետք է հաղթահարեն միջավայրի դիմադրությունը: Եթե կաթիլը հոսում է հաստատուն արագությամբ, ապա ծանրության ուժը հավասար է խարամի դիմադրության ուժին և հոսող կաթիլի կշիռը կլինի. ո - 4r3քջ/3 ,

(11.1)

որտեղ r-ը գնդաձև կաթիլի շառավիղն է, ք-ն՝ խտությունը, ջ-ն՝ ազատ անկման արագությունը: «Մետաղական» ֆազի տեղում խարամի զբաղեցրած կաթիլների համար ևս կարելի է գրել այս արտահայտությունը. (11.2) ո1- 4r3քoջ/3, որտեղ ρօ-ն խարամի խտությունն է: Հոսող կաթիլների ծանրության ուժը հավասար է այս կշիռների տարբերությանը. PÍ - ո - ո1 - 4r3ջ(ք- քo) /3

(11.3)

Խարամի դիմադրության ուժը արտահայտվում է Ստոքսի բանաձևով. P¹ - 6r7,

(11.4)

որտեղ  խարամի մածուցիկության գործակիցն է, 7-ն մետաղական կաթիլի շարժման արագությունն է: Եթե 7-օօոտt, ապա Pծ P դ , այսինքն՝

r3ջ(ք- քo)- 6r7 Այստեղից ստացվում է, որ

(11.5)

(11.6) 7 - 2r 2 ջ ( ք - ք o ) / 9  (11.6) բանաձից երևում է, որ կաթիլների հոսքի արագությունն ուղիղ համեմատական է կաթիլի շառավղի քառակուսուն, «մետաղական» ֆազի և խարամի խտությունների տարբերությանը և հակադարձ համեմատական է խարամի մածուցիկությանը: Երբ ք- քo, ապա 7 - 0, և շերտավորում տեղի չի ունենում: Շերտավորման համար անհրաժեշտ է, որ ք> քo: Սակայն իրականում դեպի ներքև «մետաղական» ֆազի կաթիլների շարժման ժամանակ տեղի է ունենում նաև այլ մասնիկների հետ միաձուլում, և այդ պատճառով կաթիլների շառավիղը աճում է, հետևաբար աճում է նաև անկման արագությունը: Շերտավորման գործընթացի համար կարևոր գործոն է խարամի մածուցիկությունը: Վերջինս կախված է խարամի բաղադրությունից և ջերմաստիճանից: Մածուցիկության գործակիցը որոշվում է հետևյալ բանաձևով.

-

·

,

(11.7)

որտեղ քշ- հեղուկ խարամի երկու հարևան շերտերի միջև եղած ներքին շփման ուժն է, Ի-ը շերտի մակերեսն է, մՏ-ը շերտերի միջև եղած հեռավորությունն է, մՏ/մ7-ն հոսող խարամի հոսքի նորմալի ուղղությամբ արագության գրադիենտն է: Մածուցիկության գործակցի միավորը պուազն է: Մածուցիկության գործակցի ջերմաստիճանային կախվածությունն արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով.

- Ճe-8/՛, (11.8) որտեղ Ճ-ն և 8-ն տվյալ խարամի համար փորձնականորեն որոշվող գործակիցներ են: Աղյուսակ 11.1-ում բերված են խարամների մածուցիկության գործակիցների արժեքները: Համեմատության համար բերված են նաև այլ հեղուկների մածուցիկության գործակիցների արժեքներ:

Հաճախ ԲԻՍ մետաղագործությունում մաքուր ելանյութեր օգտագործելու փոխարեն կիրառում են մետաղների օքսիդային հանքեր, որոնք կարող են իրենց մեջ պարունակել «դատարկ» ապարներ կամ այլ օքսիդներ: Պարզ է, որ այսպիսի ելանյութերի մշակման ժամանակ խարամը ներառելու է նաև հանքաքարում գտնվող «դատարկ» ապարը: Դա կբերի խարամի բաղադրությունը և մածուցիկության փոփոխման, ինչը պետք է անպայման հաշվի առնել ամբողջությամբ ֆազաբաժանումը ապահովելու համար:

Նյութը

Ջուր Սնդիկ Գլիցերին Հեղուկ խարամ Թանձր խարամ Մածուցիկ խարամ

Աղյուսակ 11.1.Որոշ հեղուկների և խարամների մածուցիկության գործակիցները Ջերմաստիճան, Մածուցիկության օ C գործակից, պզ 0.0178

0.055

-

0.017 7.8 5 և փոքր 15-20

-

30 և ավելի

Բացի մածուցիկությունից` մետաղագործական գործընթացներում շատ մեծ դեր ունի նաև պնդացման ջերմաստիճանը: Պնդեցման ջերմաստիճանի արժեքը կախված է խարամի բաղադրությունից, եթե խարամում առկա է ցածր հալման ջերմաստիճան ունեցող բաղադրիչ, ապա պնդացման ջերմաստիճանը կլինի ցածր: Ինչքան մեծ է այրման և խարամի պնդեցման ջերմաստիճանների միջև եղած տարբերությունը, այնքան ավելի լավ է ընթանում «մետաղական» ֆազի և խարամի շերտավորումը: Եթե խարամի պնդացման ջերմաստիճանը բարձր է, ապա որոշ դեպքերում ելային խառնուրդ են մտցնում այնպիսի նյութեր (ֆլյուս184

ներ), որոնք նվազեցնում են խարամի պնդացման ջերմաստիճանը՝ առաջացնելով դյուրահալ էվտեկտիկա: Որպես ֆլյուսներ հաճախ օգտագործում են CaՕ, CaԻ2, Իe2Օ3, ԻeՕ և այլն: Օրինակ` ալյումինի օքսիդի պնդացման ջերմաստիճանը մոտ 2000օC է: Որոշակի քանակությամբ կալցիումի օքսիդ ավելացնելիս այն կարող է իջնել մինչև 1400օC: Պնդացման ջերմաստիճանի այդպիսի նվազելը պայմանավորված է դյուրահալ կալցիումի սիլիկատի առաջացմամբ: Սիլցիումի օքսիդին կալցիումի օքսիդ ավելացնելիս առաջանում է կալցիումի սիլիկատ, որի հալման ջերմաստիճանը մոտ 300օC-ով ցածր է մաքուր ՏiՕ2-ի հալման ջերմաստիճանից: Մետաղագործական գործընթացներում առավել հաճախ հանդիպում են այնպիսի խարամներ, որոնց պնդացման ջերմաստիճանը հասնում է մոտ 1000օC-ի, օրինակ` CaՏiՕ3-ԻeՏiՕ3 սիլիկատային խառնուրդի պնդացման կետը 1030օC է: Երբեմն օքսիդային հանքում առկա «դատարկ» ապարներն հանդիսանում որպես ֆլյուսներ:

11.2. Երկաթմոլիբդենի (ֆեռոմոլիբդենի) ստացումը ԲԻՍ եղանակով Պողպատների մեխանիկական և հակաքայքայիչ հատկությունների բարելավման նպատակով դրանց մեջ մտցվում են մետաղական մոլիբդեն: Սակայն մաքուր մոլիբենի ավելացումը պողպատներին նպատակահարմար չէ մի քանի տեսանկյունից.  մաքուր մոլիբենն ունի մեծ խտություն (10.2գ/սմ3) և բարձր հալման ջերմաստիճան (2620օC), հետևաբար մոլիբդենի ձուլակտորները հալված պողպատի մեջ մտցնելիս չեն տարրալուծվում,

 մոլիբդենի հալման բարձր ջերմաստիճանի պատճառով սիլիկաջերմային եղանակով ԽօՕ3 վերականգնման ժամանակ ֆազաբաժանումը ընթանում է դժվարությամբ: Այդ դժվարությունները շրջանցելու նպատակով առավել հարմար է կիրառել երկաթամոլիբդենային համաձուլվածք: Իe-Խօ համակարգի վիճակի տրամագրից (նկ. 11.1) երևում է, որ մոլիբդենին որոշակի քանակությամբ երկաթի (25-452) ավելացումը զգալի չափով նվազեցնում է առաջացող էվտեկտիկ խառնուրդների հալման ջերմաստիճանները, ինչն իր հերթին նպաստում է ֆազաբաժանման արդյունավետության մեծացմանը: Բացի այդ՝ երկաթամոլիբդենը, լինելով ավելի դյուրահալ և ունենալով ավելի փոքր խտություն (8.5-9.7 գ/սմ3), պողպատում առավել հեշտությամբ է տարրալուծվում: Այս լաբորատոր աշխատանքում քննարկվում են Քաջարանի հանքավայրի մոլիբդենի օքսիդի կոնցենտրատի այրումը և որոշակի բաղադրությամբ երկաթամոլիբդենային համաձուլվածքի ստացումը: Քաջարանի մոլիբդենայի հանքանյութը մոլիբդենի սուլֆիդ է, իսկ հանքանյութում մոլիբդենի պարունակությունը չի գերազանցում 12-ը: Հանքից հանված զանգվածը հարստացնում են ֆլոտացիոն եղանակով: Հաջորդ փուլում սուլֆիդային խտանյութը բովում են, որի արդյունքում ստացվող խտանյութը ունենում է հետևյալ կազմը՝ ԽօՕ3 , 0.15ՏiՕ2 , 0.08Իe2Օ3 , 0.05Ճ12Օ3:

Նկար 11.1. Fօ-1o համակարգի ֆազային տրամագիրը:

Սիլիկաջերմային վերականգնման նպատակով օգտագործվում է երկաթասիլիցիումային համահալվածք, որը միևնույն ժամանակ երկաթի աղբյուր է: Բացի երկաթասիլիցիումային համաձուլվածքից՝ որպես վերականգնիչ օգտագործվում է նաև ալյումին: Ալյումինի օգտագործումը նպաստում է տեսակարար ջերմարդյունքի մեծացմանը և ռեակցիայի հարուցմանը: Բովախառնուրդին ավելացվում են նաև ֆլյուսներ` կիր, պլավիկյան շպաթ (CaՕ և CaԻ2), որոնք իջեցնում են արգասիքների հալման ջերմաստիճանները, ինչպես նաև խարամի մածուցիկությունը:

11.3. Փորձնական մաս 11.3.1. Երկաթամոլիբդենային համաձուլվածքի ստացումը ԲԻՍ եղանակով Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ՝  մոլիբդենի եռօքսիդի խտանյութ (852 ԽօՕ3 պարունակությամբ),  ալյումինի փոշի,  երկաթասիլիցիումային համահալվածք (ԻeՏi1.6),  CaՕ, CaԻ2,  մետաղական տիտանի 50 մկմ-ից մանր փոշի,  մուր, տեխնիկական սպիրտ կամ ացետոն,  վոլֆրամի կամ քրոմնիկելի (նիքրոմի) 0,5 -0,6 մմ հաստության լար,  հախճապակե հավանգ,  Մ+52Re և Մ+202Re համահալվածքների 200 մկմ տրամագծով լարեր,  3 և 1.5 մմ տրամագծով շաղափներ,  3-4 մմ տրամագիծ և 10-15 մմ երկարություն ունեցող ալունդե երկանցքանի խողովակներ,  վայրկենաչափ,  Չափիչ փորձանոթ: Փորձի նախապատրաստում Հարուցող խառնուրդի պատրաստում: Հարուցող խառնուրդն 1:1 մոլ հարաբերությամբ տիտանի և ածխածնի փոշիների մեխանիկական խառնուրդ է: ՛i-C հարուցիչ խառնուրդ պատրաստելու համար անհրաժեշտ է կշռել 12գ տիտանի փոշի և 3գ մուր: Այնու188

հետև այդ փոշիները 5-10 րոպե խառնել հախճապակե հավանգում մինչև համասեռ խառնուրդի ստացում: Հեզազոտվող խառնուրդի և հաբերի պատրաստում: Ելային խառնուրդների պատրաստման համար անհրաժեշտ է կշռել հետևյալ նյութերը. ԽօՕ3-ի խտանյութ – 85գ, Ալյումին – 6.75գ, ԻeՏi1.6 – 50.5գ, CaՕ – 1.4գ, CaԻ2 – 2գ: Այս փոշիները 5-10 րոպե խառնել հախճապակե հավանգում մինչև համասեռ խառնուրդի ստացում: Փոշեխառնուրդը լցնել նախապես սպիրտով կամ ացետոնով մաքրված 30 մմ տրամագծով մամլակաղապարի մեջ: Այնուհետև մամլակաղապարը տեղափոխել հիդրավլիկ մամլիչի տակ և սեղմել մինչև 3 տոննա ուժով:

11.3.2. Ջերմազույգերի պատրաստում և տեղադրում Ջերմազույգերի պատրաստման համար վերցնել 10 սմ երկարության Մ+52Re և Մ+202Re համահաձուլվածքի 200 մկմ տրամագծով լարեր և եռակցման սարքի միջոցով լարերի ծայրերը միաձուլել: Պատրաստված ջերմազույգերը տեղադրել օպտիկական մանրադիտակի տակ և հետազոտել դրանց որակը: Պատրաստի ջերմազույգերը տեղադրել 3-4 մմ տրամագիծ և 10-15 մմ երկարություն ունեցող ալունդե երկանցքանի խողովակների մեջ: Այնուհետև խողովակից դուրս գտնվող գլխիկը ծածկել բորի նիտրիդի հիման վրա պատրաստված պաշտպանիչ խառնուրդով: Սպասել մինչև ջերմազույգերը ծածկող պաշտպանիչ խառնուրդը չորանա, որից հետո դրանք տեղադրել հետազոտվող նմուշներում:

11.3.4. Փորձի ընթացքը Ուսումնասիրվող հաբի այրումն իրականացվում է քվարցային ավազի միջավայրում: Ավազը արգելք է դառնում օդի մուտքի համար և չի թողնում, որ ստացված համահալվածքը օքսիդանա: Ելային փոշեխառնուրդից ստացված հաբը տեղադրվում է ավազի մեջ (նկ. 11.2), վրան ավելացվում է հարուցող փոշեխառնուրդից պատրասված հաբը, և ամրացվում են ջերմազույգերը: Հարուցումը կատարվում է պարույրի կարճատև շիկացմամբ: Փորձի գործընթացը սկսվելուց անհրաժեշտ է գրանցել այրման ջերմաստիճանն ու արագություն և կառուցել այրման ալիքում ջերմաստիճանային բաշխման կորերը:

Նկար 11.2. Փորձարարական հետազոտությունների սարքի գծապատկերը

Փորձից հետո սպասել 15 րոպե, որպեսզի հաբը սառչի: Այնուհետև հանել հաբը ավազի միջից, առանձնացնել մետաղական մասը խարամից, դրանք առանձին- առանձին կշռել: Հաշվել անջատված մետաղական համահալվածքի ելքը ըստ հետևյալ բանաձևի. (11.9) Հm( )/M(ելային խառնուրդ).1002

Չափել ձուլածոյի խտությունն ըստ հետևյալ բանաձի. pՀm/Ն Չափել ձուլածոյի ծավալն ըստ Արքիմեդի եղանակի:

(11.10)

Լաբարատոր աշխատանք 12 12.1 Ալիֆատիկ ճարպային թթուների և սպիրտների ստացումը պարաֆինների օքսիդացմամբ Օրգանական նյութերի օքսիդացման գործընթացը կարևոր տեղ է զբաղեցնում օրգանական և նավթաքիմիական սինթեզի արտադրության մեջ, քանի որ հնարավորություն է տալիս ստանալու մեծ քանակությամբ թթվածին պարունակող միացություններ, որոնք օրգանական շատ միացությունների ելանյութեր են և կիրառվում են որպես լուծիչներ, պլաստիկարարներ, տարբեր տեսակի պոլիմերների արտադրության համար մոնոմերներ և այլն: Օքսիդացման ռեակցիաները բնութագրական են բոլոր դասերի ածխաջրածինների և դրանց շատ ածանցյալների: Այդ տեսակի ռեակցիայի կիրառումը արդյունաբերության մեջ արդյունավետ գործընթաց է, քանի որ օքսիդիչների հիմնական մասը էժան է և մատչելի, իսկ դրանց շարքում առավել դեր ունի օդի թթվածինը: Օքսիդացումն իրականացվում է ինչպես հեղուկ, այնպես էլ գազ ֆազում հարուցիչների և կատալիզատորների կիրառմամբ: Որպես հարուցիչ՝ օգտագործվում են օրգանական հիդրոպերօքսիդները, ուլտրամանուշակագույն լույսը և այլն, իսկ որպես կատալիզատորներ` մետաղները (արծաթ, պղինձ), մետաղների օքսիդները կամ դրանց խառնուրդները (Cս2Օ, Մ2Օ5, 8i2Օ3.ԽոՕ3), փոփոխական արժեքականությամբ մետաղների (Cօ, Cս, Խո, Pմ) աղերը: Արդյունաբերական նշանակություն ունեցող կարևորագույն գործընթացներից է բարձրամոլեկուլային պարաֆինների օքսիդացումը, որը հնարավորություն է տալիս ստանալու սինթետիկ ճարպաթթուներ, որոնց կիրառման ոլորտը շատ մեծ է: Դրանցից ստանում են օճառ, լվացող այլ միջոցներ, հոտավետ նյութեր,

էմուլգատորներ, պլաստիկարարներ, սինթետիկ քսայուղեր և այլն: Հաստատված է, որ ճարպաթթուների ստացման համար լավագույն հումք են պինդ պարաֆինները, որոնք պարունակում են ածխածնի 28-30 ատոմներ: 18-ից պակաս ածխածնի ատոմ պարունակող պարաֆիններից ճարպաթթուների ելքերը փոքր են, իսկ 30-ից ավելի ածխածնի ատոմ պարունակող պարաֆինների դեպքում ապահովվում են բարձրամոլեկուլային ճարպաթթուների բարձր ելքեր, սակայն կողմնակի ռեակցիաների հաշվին ստացվում են մեծ քանակությամբ կետոններ, սպիրտներ և ածխաջրածիններ: Հաստատված է նաև, որ անկախ օքսիդացվող պարաֆինի տեսակից ստացվող թթվի ածխածնային շղթայի երկարությունը մոտ երկու անգամ կարճ է պարաֆինի շղթայից: Հետևաբար 10-20 ածխածնի ատոմ պարունակող շղթայով ճարպաթթու ստանալու համար լավագույն տարբերակն այն է, որ պարաֆինը պարունակի ածխածնի 28-30 ատոմ: Ճյուղավորման մեծ աստիճանով ածխածնային շղթայով պարաֆինները պիտանի չեն բարձրամոլեկուլային ճարպաթթուներ ստանալու համար, քանի որ դրանց օքսիդացման հիմնական արգասիքները ցածրամոլեկուլային օքսի- և երկկարբոնաթթուներ են, որոնք պարունակում են 12-ից պակաս ածխածնի ատոմ և հիմնականում ունեն ճյուղավորված կմախք: Ստացված թթուներն էլ անդուր հոտով միացություններ են, որոնց աղերը օժտված չեն բավարար լվացող հատկությամբ: Պարաֆինների օքսիդացման կարևոր վերջնանյութերից են բարձրամոլեկուլային ճարպային սպիրտները, որոնք մեծ կիրառություն ունեն սինթետիկ լվացող միջոցների, պլաստիկարարների, ֆլոտացման ազդանյութերի և այլնի համար: Այս սպիրտների համար ելանյութ կարող է հանդիսանալ 275-320օC-ում եռացող ածխաջրածնային ֆրակցիան, որը ստացվում է գազոյլի կարբամիդային ապապարաֆինացմամբ (այսպես կոչված՝ փափուկ

պարաֆին): Վերոհիշյալ սպիրտների արտադրության հիմքում ընկած է փափուկ պարաֆինների հեղուկ ֆազային ընտրողական օքսիդացումը, իսկ նպատակային սպիրտների հետագա օքսիդացումը արգելափակելու համար օգտագործվում է բորաթթու.

Բարձրամոլեկուլային ճարպաթթուների և սպիրտների հումքը արոմատիկ ածխաջրածիններ չպետք է պարունակի, քանի որ դրանց օքսիդացման արդյունքում ստացվում են ջրալուծ օքսիթթուներ:

12.2.Փորձնական մաս 12.2.1. Սինթետիկ ճարպաթթուների սինթեզ նորմալ պարաֆինային ածխաջրածիններից Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ՝ 1. պինդ պարաֆին, 2. կալիումի պերմանգանատ, 3. 0,1 Ն կալիումի հիդրօքսիդի սպիրտային լուծույթ, 4. ֆենոլֆտալեին, 5. ացետոն, 6. օդամղիչ, 7. օդի ծավալը կարգավորող հոսքաչափ, 8. կալցիումի քլորիդի կամ ակտիվացված ածխի աշտարակ, 9. ռեակտոր, 10. ջերմաչափ մինչև 200օC,

11. հետադարձ սառնարան, 12. Դին-Ստարկի կլանիչ, 13. յուղային բաղնիք, 14. էլեկտրական սալիկ, 15. կոնաձև անոթ 150 մլ – 4 հատ, 16. կաթոցիկ նմուշառման համար – 4 հատ:

Նկար 12.1. Պարաֆինի օքսիդացման եղանակով ճարպաթթուների ստացման լաբորատոր սարքավորման ուրվագիծ. 1-օդամղիչ, 2հոսքաչափ, 3-չորացուցիչ, 4-ռեակտոր, 5-ջերմաչափ, 6-Դինի և Ստարկի կլանիչ, 7- հետադարձ սառնարան, 8-գլիցերինային բաղնիք, 9-էլեկտրական սալիկ

Փորձի իրականացում Ռեակտորն գլանաձև ապակե անոթ՝ 50 մմ տրամագծով և 250 մմ բարձրությամբ, որի ներքևի մասում ձուլված է ծակոտկեն ապակի: Ռեակտորի վերևի մասում Դին-Ստարկի կլանիչն է՝ հետադարձ սառնարանով և ջերմաչափով: Օդը տրվում է օդա195

մղիչով, անցնում չորացուցիչով և մտնում ռեակտորի ներքևի հատված: Օդի ծախսը որոշվում է հոսքաչափով: Ռեակտորում տեղավորում են 25-50 գ պարաֆին, տաքացնում մինչև հալչելը և ավելացնում 0,4-0,75 մլ ջրում լուծված 0,050,1 գ ՃԽոՕ4: 180 օC-ում ռեակտոր են թողնում օդ (60 մլ/ժամ արագությամբ օդ 1 կգ պարաֆինի հաշվարկով), որի հոսքի արագությունը կարգավորվում է փականով: Օդը անցնելով ռեակտորով՝ հեռանում է հետադարձ սառնարանով, ջրային գոլորշիները կոնդենսանալով՝ կուտակվում են կլանիչում, իսկ օքսիդացման հեշտաեռ արգասիքները կոնդենսանում են սառնարանում և վերադառնում ռեակտոր: Օքսիդացման առավել թեթև թորամասերը օդի հետ հեռանում են մթնոլորտ, որոնք անհրաժեշտության դեպքում կարելի է հավաքել հատուկ կլանիչներում: Օքսիդացման գործընթացը տևում է 4 ժամ: Յուրաքանչյուր ժամը մեկ կատարվում է նմուշառում, և որոշվում թթվային թիվը (ՃՕԷ-ի մգ-ների թիվն է, որն անհրաժեշտ է 1 գ ուսումնասիրվող նմուշում պարունակվող բոլոր թթվային բաղադրամասերը չեզոքացնելու համար): Ամբողջ գործընթացի ժամանակ ռեակտորում պահպանվում է հաստատուն ջերմաստիճան և օդի հոսք: Փորձի ընթացքում անընդհատ հետևում են սարքավորմանը և կատարում գրանցում աղյուսակում: Աղյուսակ 12.1.Փորձի տվյալների գրանցման աղյուսակ N 1. 2. 3. 4.

Ժամանակը փորձի սկզբից, ժամ

Ջերմաստիճան, օ C

Օդի հոսքը, մլ/րոպե

Ջրի ծավալը կլանիչում, մլ

Նմուշառումը կատարվում է կաթոցիկով, տեղափոխվում նախապես կշռված սրվակների մեջ: Նմուշները լուծելու համար օգտագործվում է չեզոք ացետոն (թթվային թիվը ճշգրիտ որոշելու համար):

12.2.2.Փորձնական արդյունքների մշակման տարբերակ Փորձի կատարման պայմանները Փորձի ջերմաստիճանը օC Փորձի տևողությունը, ժ Համակարգից վերցրած նմուշների թիվը

Թթվային թվի որոշումը Կաթոցիկով վերցրած նմուշի 0,5-1,0 գ կշռանքը, որը կշռված է անալիտիկ կշեռքի վրա, տեղափոխում են կոնաձև սրվակի մեջ, ավելացնում 150 մլ ջուր և 20-25 մլ չեզոք ացետոն: Խառնուրդը տաքացնում են ջրային բաղնիքի վրա մինչև համասեռանալը, սառեցնում են և տիտրում ֆենոլֆտալեինի ներկայությամբ 0,1 Ն կալիումի հիդրօքսիդի սպիրտային լուծույթով: Թթվային թիվը որոշում են հետևյալ բանաձևով.

Թթվային թիվ -

,

(12.2)

որտեղ α – 0,1 Ն ՃՕԷ-ի լուծույթի ծավալն է, ծախսված կշռանքի վրա, մլ ՛ - ՃՕԷ-ի տիտրը, գ/մլ k – տիտրի ուղղման գործակիցը Տ - վերցրած կշռանքի զանգվածը, գ Տվյալների գրանցման ձևը բերված է աղյուսակ 12.2-ում:

Նմուշի համարը

1. 2. 3. 4.

Աղյուսակ 12.2. Թթվային թվի որոշման փորձարարական տվյալների գրանցման ձևը Ժամանակը Կշռանքը, Ծախսված ՃՕԷ-ի Թթվային տիտրը թիվը, գ ՃՕԷ-ի փորձի մգ լուծույթի սկզբից, ՃՕԷ/գ ծավալը, մլ ժամ 0,8230 2,9 0,0056 0,7825 4,7 0,0056 0,7360 5,5 0,0056 0,7040 6,5 0,0056

Կառուցվում է ժամանակ-թթվային թիվ կախվածության կորը

12.2.3.Բարձրամոլեկուլային սպիրտների սինթեզը պարաֆինային ածխաջրածինների օքսիդացմամբ Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ՝ 1. փափուկ պարաֆին /եռ.ջերմ. 275-320օC/, 2. բյուրեղային բորաթթու, 3. հիդրօքսիլ խմբերի որոշման սարք, 4. գազային ազոտ (բալոն), 5. նախորդ փորձի համար օգտագործվող սարքավորում: Փորձի իրականացում Ռեակտորում տեղավորում են 25-50 գ պարաֆին, միացնում ազոտի հոսքը և ավելացնում 1,25-2,5 գ բորաթթու: Ռեակտորը տաքացնում են և 165օC-ում կարգավորում ազոտի և օդի հոսքի արագությունը (հոսքաչափով): Օքսիդացնող գազի հոսքը կարգավորում են 70 մլ/ժ 1 կգ պարաֆինի հաշվարկով` ազոտը` 45-50 լ/ժ, օդը` 20-22 լ/ժ: Այդ դեպքում թթվածնի կոնցենտրացիան կազմում է 5-72: Ազոտի և օդի խառնուրդը չորանոցով անցնելուց հետո

տրվում է ռեակտոր: Օքսիդացման գործընթացը տևում է 4 ժամ: 2րդ և 3-րդ ժամից հետո, ինչպես նաև փորձի վերջում կատարվում է 4-6-ական գրամ նմուշառում՝ հիդրօքսիլ խմբերի որոշման համար: Դիտարկումները գրանցվում են 12.3 աղյուսակում: Աղյուսակ 12.3. Փորձի տվյալների գրանցման աղյուսակ N

1. 2. 3. 4.

Ժամանակը փորձի սկզբից, ժամ

Ջերմաստիճան, օ C

Ծախս, մլ/րոպ Օդ Ազոտ

Ջրի ծավալը կլանիչում, մլ

Պարաֆինի փոխարեն կարելի է օքսիդացնել բարձրամոլեկուլային ածխաջրածին, օրինակ՝ ցետան, որը հնարավորություն կտա հաշվելու սպիրտի ելքը: Վերցրած փորձանմուշները տեղավորում են կոնաձև սրվակների մեջ, ավելացնում 1:1 հարաբերությամբ թորած ջուր: Անոթները մի քանի րոպե պահում են եռացող ջրային բաղնիքի մեջ, որից հետո կաթոցիկով հեռացնում ներքևի ջրային շերտը: Օճառացումը շարունակում են մի քանի անգամ, մինչև ջրային շերտը պարզվում է (սովորաբար գործընթացը ավարտվում է 3-5 անգամ կրկնելուց հետո): Օճառացումը ավարտվելուց հետո լուծույթը սառեցնում են, վերջնանյութը լուծում երկէթիլ եթերում և չորացնում անջուր մագնեզիումի սուլֆատի վրա: Օրգանական մասը առանձնացնելուց հետո լուծիչը հեռացնում են: Հիդրօքսիլ խմբերի որոշումն ըստ Վերլեյի: Կոնաձև երկու անոթների մեջ տեղավորում են 0,1-0,2-ական գրամ օքսիդացված չոր արգասիք և յուրաքանչյուրին ավելացնում 10-15 մլ խառնուրդ, որը բաղկացած է 12 կշռամաս քացախաթթվի անհիդրիդից և 88

կշռամաս ջրազրկված ու թարմ թորված պիրիդինից: Զուգահեռ դրվում է ստուգիչ փորձ առանց օքսիդացվողի: Անոթները փակվում են կիպահղկված (շլիֆե) խցաններով և տաքացվում ջրային բաղնիքի վրա 0,5-2 ժամ 60օC-ում: Սառեցնելուց հետո ավելացվում է սրվակների պարունակության հավասար ծավալով թորած ջուր և տիտրվում 0,5 Ն նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթով` ֆենոլֆտալեինի ներկայությամբ:

Ացիլացման արդյունքում անջատված թթուն կապվում է պիրիդինով: Աղագոյացման այս գործընթացը կանխում է ստացված էսթերի հիդրոլիզը, քանի որ գոյացած աղը կայուն է անջուր միջավայրում և շատ արագ հիդրոլիզվում է ջրի ներկայությամբ: Հիդրօքսիլ խմբերի տոկոսային պարունակությունը որոշվում է հետևյալ բանաձևով: X=

· ,

,

(12.4)

որտեղ a – 0,5 Ն նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթի ծավալն է ծախսված ստուգիչ փորձի վրա, մլ, Ե – 0,5 Ն նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթի ծավալն է ծախսված փորձանմուշի վրա, մլ, 0,0085 – 1 մլ նատրիումի հիդրօքսիդին համապատասխանող հիդրօքսիլ խմբերի զանգվածը, գ, ջ – օքսիդացվողի զանգվածը,

Երկու սրվակների պարունակությունների համար որոշված տվյալների միջին թվաբանականով որոշվում է հիդրօքսիլ խմբերի պարունակության միջինը: Օսիդացման վերջնանյութերից մաքուր սպիրտները անջատելու համար բորաթթվի մնացորդը քամում են, ցածր ճնշման տակ հեռացնում չռեակցված ածխաջրածինները (սովորաբար բորաթթվի էսթերների և ածխաջրածինների եռման ջերմաստիճանների տարբերությունը կազմում է 100օC): Մնացորդը հիմնականում կազմում են բորաթթվի էսթերներ, որոնք սենյակային ջերմաստիճանում պնդանում են, մուգ դեղին գույնի զանգված է, որը ենթարկում են հիդրոլիզի. (RՕ)3- + 3H3Օ

to

3RՕH + H3-Օ3 օ

(13.5)

Հիդրոլիզն իրականացնում են 95-98 C-ում ուժգին խառնման պայմաններում: Հիդրոլիզից հետո սպիրտները բաժանում են ջրից և թորում 3-5 մմ սնդ. սյան ճնշման տակ: Որոշում են հիդրօքսիլ խմբերի թիվը մաքուր սպիրտներում:

Լաբորատոր աշխատանք 13 13.1.Ադիպինաթթվի սինթեզը ցիկլոհեքսանոլի օքսիդացմամբ Ադիպինաթթուն (1,4-բուտանդիկարբոնաթթու) մեծաքանակ արտադրության վերջնանյութ է, և այն լայնորեն կիրառվում է որպես մոնոմեր նայլոնի արտադրության, ինչպես նաև պոլիէսթերների և պոլիուրետանային խեժերի արտադրության մեջ: Ադիպինաթթվի էսթերները մեծ կիրառություն ունեն որպես պլաստիկարարներ և հատուկ նշանակության քսայուղեր: Այն վատ է լուծվում ջրում, եթերում, լավ` սպիրտում: Մշակված են ադիպինաթթվի ստացման արդյունաբերական մի շարք եղանակներ: Նշենք դրանք: 1. Ուշագրով է ադիպինաթթվի սինթեզը բուտադիեն-1,3-ի բազայի վրա: Բազմափուլ գործընթացում բուտադիեն-1,3-ը, որոշակի պայմաններում քլորացնելով, ստանում են 1,4-երկքլորբուտեն-2: Վերջինիս և նատրիումի կամ կալիումի ցիանիդի հետ փոխազդեցության արդյունքում ստացվում է համապատասխան չհագեցած երկկարբոնաթթվի երկնիտրիլը, որի ջրածնավորման և հետագա հիդրոլիզով ստացվում է նպատակային ադիպինաթթուն՝

2. Ադիպինաթթվի ստացման մեկ այլ եղանակ է ակրիլոնիտրիլի էլեկտրաքիմիական հիդրոդիմերացումը: Ստացված ադիպինաթթվի երկնիտրիլը ենթարկում են թթվային հիդրոլիզի:

3. Ադիպինաթթվի ստացման համար լավ ելանյութ է ֆուրֆուրոլը: Գործընթացն իրականացվում է մի շարք փուլերով: Ֆուրֆուրոլի ապակարբոնիլացմամբ ստացված ֆուրանը ենթարկում են ջրածնավորման և ստացված քառահիդրոֆուրանը ջրային միջավայրում փոխազդեցության մեջ դնում ածխածնի(11) օքսիդի հետ`

4. Ինչպես հայտնի է բուտադիեն-1,3-ի արտադրության միջանկյալ արգասիքներից մեկը քառահիդրոֆուրանն է: Այն ստացվում է ացետիլենի և մրջնալդեհիդի կոնդեսման արդյունքի՝ բուտինդիոլ-1,4-ի, ջրածնավորման արգասիքի՝ բուտանդիոլ-1,4-ի ջրազրկմամբ, որն էլ վերոհիշյալ եղանակով փոխարկում են ադիպինաթթվի:

Ադիպինաթթվի ստացման նշված բոլոր եղանակները արտադրական են, սակայն տնտեսապես առավել շահավետ և ձեռնտու են օքսիդացմամբ ընթացող եղանակները, որոնք հիմնված են մատչելի և էժան հումքի վրա: Այդպիսի հումք են ցիկլահեքսանը, ցիկլահեքսանոլը և ցիկլահեքսանոնը, որոնք մեծ քանակությամբ ստացվում են նավթի վերամշակման արդյունքում:

Ցիկլահեքսանոնի և ցիկլահեքսանոլի օքսիդացումը կարելի է իրականացնել օդով քացախաթթվի միջավայրում (80-85օC) կոբալտի և պղնձի ացետատների ներկայությամբ: Սակայն առավելապես կիրառելի է 50-602-անոց ազոտական թթվով օքսիդացումը, որի արդյունքում ադիպինաթթուն ստացվում է ավելի մեծ ելքերով: Ռեակցիան իրականացվում է 60-80օC-ում, իսկ վերջնական փուլում` 115օC-ում և 0,2-1,0 ՄՊա ճնշման տակ՝ որպես կատալիզատոր օգտագործելով պղնձի վանադատ:

Ցիկլահեքսանի օքսիդացումը մինչև ադիպինաթթու կարելի է իրականացնել ինչպես միափուլ, այնպես էլ երկփուլ եղանակներով: Միափուլ եղանակը, որը տարվում է մեղմ պայմաններում (քացախաթթվում և կոբալտի քլորիդի ներկայությամբ) ապահովում է ադիպինաթթվի 502 ելք: Առավել նպատակահարմար է երկփուլ գործընթացը, որի առաջին փուլում ցիկլահեքսանը հեղուկ ֆազում օքսիդացնում են օդով կոբալտի օրգանական աղերի ներկայությամբ 120-160օCում: Ցիկլահեքսանի փոխարկումը կազմում է 10-202, իսկ ցիկլահեքսանոնի և ցիկլահեքսանոլի գումարային ելքը՝ 65-702: Առաջին փուլում օքսիդացումը կարելի է իրականացնել նաև գազ

ֆազում 160-180օC-ում, ելքերը կազմում են 75-802: Հեղուկ և գազաֆազ գործընթացների տվյալների համեմատությունից պարզ է դառնում, որ գազաֆազ օքսիդացումը ավելի նպատակահարմար է: Այս դեպքում, մեծ ելքերից բացի, աճում է գործընթացի ուժգնությունն ի հաշիվ ռեակտորում ցիկլահեքսանի քանակի նվազման: Չռեակցված ցիկլահեքսանը խառնուրդից բաժանելուց հետո ցիկլահեքսանոնը և ցիկլահեքսանոլը կարելի է բաժանել որպես առանձին բաղադրամասեր կամ էլ շարունակել խառնուրդի օքսիդացումը մինչև ադիպինաթթու: Երկրորդ փուլի օքսիդացումը կարելի է իրականացնել կա՛մ քացախաթթվի միջավայրում` օդի թթվածնով, կամ էլ 50-602-անոց ազոտական թթվով: Սովորաբար կիրառվում է 2-րդ եղանակը, որի դեպքում ադիպինաթթվի ելքը կազմում է 80-902՝ հաշված փոխարկված ցիկլահեքսանի վրա:

13.2. Փորձնական մաս Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ՝ 1. ցիկլոհեքսանոլ 0,1 մոլ, 2. ազոտական թթու /51,72-անոց 39.7 մլ (0.43 մոլ), 3. ամոնիումի վանադատ 0,02 գ, 4. կլորահատակ եռանցքանի անոթ 250 մլ, 5. հետադարձ սառնարան, 6. մեխանիկական խառնիչ, 7. կաթոցիկ, 8. քիմիական բաժակ, 9. ծոտտի քամիչ, 10. բունզենի անոթ, 11. ջրային բաղնիք, 12. էլեկտրական սալիկ,

13. ջերմաչափ: 1 – եռանցքանի անոթ, 2 – կաթոցիկ, 3 – մագնիսական խառնիչ, 4 – մագնիսական խառնիչի խարիսխ, 5- հետադարձ սառնարան 6- ջերմաչափ 7- կալան 8- բռնիչ

Նկար 13.1 Ցիկլահեքսանոլի օքսիդացմամբ ադիպինաթթվի սինթեզի սարք

Փորձի իրականացում Մագնիսական խառնիչի վրա տեղադրված եռանցք անոթում, որին հարմարեցված է հետադարձ սառնարան (տե՛ս ծանոթ. 2), ջերմաչափ և կաթոցիկ, խառնման պայմաններում (տե՛ս ծանոթ. 1) լցնում են 39,7 մլ 51,72-անոց ազոտական թթու, ավելացնում 0,02 գ ամոնիումի վանադատ (տե՛ս ծանոթ. 3): Ջրային բաղնիքի վրա խառնուրդը տաքացնում են մինչև 55օC և ուժգին խառնման պայմաններում կաթոցիկից ավելացնում մի քանի կաթիլ ցիկլահեքսանոլ (տե՛ս ծանոթ. 4): Ռեակցիան սկսվում է կարճ (մինչև 5 րոպե) պահաժամանակից հետո և ուղեկցվում գորշ գույնի գազերի անջատմամբ: Անոթում ջերմաստիճանը պահվում է 55-60օC (անհրաժեշտության դեպքում սառեցվում է սառցաջրով) (տե՛ս ծանոթ. 3): Ցիկլահեքսանոլի հետագա ավելացումով կարգավորվում է ջերմաստիճանը անոթում (սովորաբար 1-1,5 ժամ) (տե՛ս ծանոթ. 5): Ռեակցիայի ավարտին մոտ սառեցումը դադարեցվում

է, իսկ անհրաժեշտության դեպքում տաքացվում է 55-60օC-ում (տե՛ս ծանոթ. 6): Ամբողջ ցիկլահեքսանոլը ավելացնելուց հետո ռեակցման խառնուրդը տաքացվում է եռացող ջրային բաղնիքի վրա մինչև ազոտի օքսիդների անջատման ավարտը: Տաք լուծույթը տեղափոխում են բաժակի մեջ և թողնում, որ սառչի: Ադիպինաթթվի անջատված բյուրեղները քամում են Շոտտի քամիչի վրա, լվանում 10-12 մլ սառցաջրով և չորացնում օդում: Որոշում են ստացված ադիպինաթթվի զանգվածն ու հալման ջերմաստիճանը և ադիպինաթթվի ելքը (2): Անհրաժեշտության դեպքում մաքուր ադիպինաթթու ստանալու համար այն վերաբյուրեղացնում են ազոտական թթվից (ρ-1,42) և չորացնում 80օC-ում (տե՛ս ծանոթ. 7): Ծանոթագրություններ 1. Եթե ռեակցիան իրականացվի առանց խառնման, ապա անհրաժեշտ է օգտագործել 500-750 մլ-անոց անոթ, որը, սակայն, հնարավոր պայթունի պատճառով խորհուրդ չի տրվում: 2. Քանի որ ռեակցիայի ժամանակ անջատվում են ազոտի օքսիդներ, ապա փորձը կատարել միայն քարշիչ պահարանի տակ: 3. Ռեակցիան կարելի է իրականացնել նաև առանց կատալիզատորի, այդ դեպքում գործընթացը տարվում է 85-90օC-ում: 4. Մեծ քանակությամբ ցիկլահեքսանոլի ավելացումը կարող է բերել պայթունի: 5. Քանի որ անջատվում են ազոտի օքսիդներ, ապա խցանները պետք է լինեն կիպահղկված (շլիֆե) կամ ազբեստից: 6. Անհրաժեշտության դեպքում անոթի պարունակությունը պետք է տաքացվի, քանի որ ջերմաստիճանի անկումը բերում է ադիպինաթթվի բյուրեղացման: 7. Ադիպինաթթուն կարելի է վերաբյուրեղացնել նաև ջրից կամ 502-անոց էթանոլից՝ ըստ զանգվածի 2,5 անգամ ավել լուծիչ օգտագործելով: Այս դեպքերում ելքերը ավելի փոքր են:

Լաբորատոր աշխատանք 14 14.1.Եռնիտրոֆենոլի սինթեզ Նիտրոմիացություններն արտադրական կարևոր նշանակություն ունեցող նյութեր են, որոնք մեծ կիրառություն են գտել քիմիական արտադրությունում, ընդ որում, կախված կառուցվածքից, փոխվում է նաև դրանց կիրառման ոլորտը: Այսպես, նիտրոալկանները օգտագործվում են որպես լուծիչ, դիզելային վառելիքի հավելուկներ, որոնք փոքրացնում են բոցավառման ջերմաստիճանը, պայթուցիկ նյութերի և հրթիռային տեխնիկայում կիրառվող պլաստմասսաների արտադրությունում, ինչպես նաև ներկանյութերի և հոտավետ նյութերի արտադրություններում: Արոմատիկ նիտրոմիացությունները կարևոր հումք են անիլինային ներկանյութերի և քիմիա-դեղագործական արտադրությունների համար: Դրանք հիմնականում մեծածավալ արտադրություններ են: Բերված տեղեկություններն արդեն վկայում են, որ շատ մեծ է նիտրոմիացությունների դերը քիմիական արդյունաբերությունում: Նիտրոմիացությունների ստացման հիմնական եղանակը անմիջական նիտրացումն է, և սովորաբար այն կիրառում են արոմատիկ շարքի նիտրոմիացություններններ ստանալիս: Եղանակի պարզությունը և ելանյութերի մատչելիությունը հնարավորություն են տալիս այն հաջողությամբ իրականացնելու ինչպես լաբորատոր, այնպես էլ արտադրական սարքավորումներով: Արոմատիկ նիտրոմիացությունի շարքում հատկապես հետաքրքիր եռնիտրոֆենոլը, որը կարելի է կիրառել և՛ որպես պայթուցիկ, և՛ որպես ներկանյութ, ինչպես նաև ամինների նույնականցման ազդանյութ: Եռնիտրոֆենոլը դեղին գույնի բյուրեղային նյութ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 122,5 օC:

Լուծվում է եռացող ջրում, էթանոլում, բենզոլում, երկքլորէթանում, լավ լուծվում է նիտրոբենզոլում: Մետաղների հետ առաջացնում է մեխանիկական ազդեցության նկատմամբ շատ զգայուն, բռնկվող և պայթող աղեր` պիկրինատներ և այլն: Եռնիտրոֆենոլի համար ելանյութ է ծառայում ֆենոլը, որը ջրի հետ առաջացնում է հիդրատ, որը սովորաբար անվանում են կարբոլաթթու: Արոմատիկ միացություններին բնութագրական են էլեկտրոֆիլ տեղակալման ռեակցիաներ, որոնց շարքում կիրառական կարևոր նշանակություն ունեն նիտրացման ռեակցիաները: Արոմատիկ օղակում ջրածնի ատոմի տեղակալումը նիտրո խմբով պարզագույն տեսքով կարելի ներկայացնել այսպես. (14.1) Արենների նիտրացման գործընթացը գործնականորեն ոչ դարձելի է. այն կարելի է իրականացնել միայն խիտ ազոտական թթվով: Սակայն ռեակցիայի ժամանակ անջատված ջուրը նոսրացնելով՝ ազոտական թթուն նվազեցնում է վերջինիս նիտրացնող հատկությունը: Դրանից բացի՝ նոսր ազոտական թթուն անջատվող օքսիդների շնորհիվ գործում է որպես ուժեղ օքսիդիչ: Այդ իսկ պատճառով նոսր ազոտական թթվի բացասական ազդեցություններից խուսափելու համար նիտրացումն իրականացվում է նիտրացնող խառնուրդով` խիտ ազոտական և ծծմբական թթուների խառնուրդով, որն էլ առավել տարածված նիտրացնող ազդանյութ է արոմատիկ միացությունների նիտրացման համար: Ծծմբական թթվի օգտագործման նպատակահարմարությունը նշված գործընթացում պայմանավորված է մի շարք հանգամանքներով.  ջուր կլանող ուժեղ միջոց է,  լավ լուծիչ է շատ օրգանական միացությունների համար,

 նպաստում է նիտրոնիում իոնի առաջացմանը, որը նիտրացման գործընթացի իրական ազդանյութն է: Գործընթացի մեխանիզմը պատկերացվում է այսպես.

Նիտրացման գործընթացը ջերմանջատիչ է. մեկ նիտրո խմբի ներմուծման ժամանակ անջատվում է 152-153 Կջ/մոլ էներգիա և որևէ օրինաչափություն չկա, թե ինչ ջերմաստիճանային միջակայքում է տարվելու նիտրացումը: Մասնավորապես արենների նիտրացումը տատանվում է 0օC-ից մինչև 115 օC միջակայքում, և յուրաքանչյուր նիտրոմիացության ստացման համար ընտրված է արդյունավետ (օպտիմալ) ջերմաստիճանային գործելակերպ (ռեժիմ): Այդ է պատճառը, որ նիտրացնող խառնուրդով նիտրացնելիս սկզբնական փուլում ռեակցման խառնուրդը ոչ միայն սառեցվում է, այլ նաև չափավորվում է ավելացվող նիտրացնող խառնուրդի քանակը: Սովորաբար գործընթացի սկզբում պահանջվում է սառեցում, որից հետո՝ տաքացում արդյունավետ ջերմաստիճանում: Ֆենոլները, որոնք պարունակում են օղակը խիստ ակտիվացնող առաջին կարգի տեղակալիչ (հիդրօքսիլ խումբ), նիտրացման ենթարկվում են անհամեմատ ավելի արագ, քան բենզոլը, և մեկ նիտրո խմբի ներմուծումը կատարվում է 0-ից 20օC-ում նոսր ազոտական թթվով: Այդ դեպքում ստացվում է օրթո- և պարանիտրոֆենոլների խառնուրդ 2:1 հարաբերությամբ: Երեք նիտրո խումբ ներմուծելու համար պահանջվում է մեծացնել ազոտական թթվի կոնցենտրացիան (60-652), թթուն վերցնել ավելցուկով և ռեակցման խառնուրդը տաքացնել: Սակայն այդ պայմաններում ֆենոլը օքսիդանում (խեժանում) է: Այդ իսկ պատճառով եռնիտրոֆենոլը

ստանում են անուղղակի ճանապարհով` որպես միջանկյալ նյութ օգտագործելով ֆենոլերկսուլֆոթթուն: Ֆենոլը խիտ ծծմբական թթվով սուլֆուրացնում են մինչև 2,4-ֆենոլերկսուլֆոթթու, որը փոխազդում են նիտրացնող խառնուրդի հետ տաքացման պայմաններում: Տեղի է ունենում սուլֆոխմբերի տեղակալում նիտրո խմբերով և երրորդ նիտրո խմբի ներմուծում օղակ:

Պիկրինաթթվի ստացման արդյունաբերական նշված եղանակից բացի՝ կիրառվում է նաև մեկ այլ եղանակ` որպես հումք օգտագործելով քլորբենզոլը.

14.2.Փորձնական մաս Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումնե՝ 1. ֆենոլ 0,1 մոլ, 20 մլ, 2. ծծմբական թթու /ρ-1,84/ 21 մլ, 3. ազոտական թթու /ρ-1, 4/ 4. քիմիական բաժակ 100 մլ, 5. կլորահատակ եռանցքանի անոթ 200 մլ, 6. հետադարձ սառնարան, 7. մեխանիկական խառնիչ, 8. շոտտի քամիչ, 9. բունզենի անոթ, 10. ջրային բաղնիք,

11. էլեկտրական սալիկ, 12. ջերմաչափ: Փորձի իրականացում Աշխատանքը կատարվում է քարշիչ պահարանի տակ, նկար 13.1-ում բերված սարքի միջոցով: Բաժակի մեջ տեղավորում են 0.1 մոլ ֆենոլ, փոքր բաժիններով ավելացնում 20 մլ ծծմբական թթու և զգուշորեն տաքացնում ջրային բաղնիքի վրա մինչև ֆենոլերկսուլֆոթթվի թափանցիկ լուծույթի ստացումը` թույլ չտալով ֆենոլի խեժացում: Գործընթացը սովորաբար ավարտվում է 25-30 րոպեում: Ստացված լուծույթը լցնում են 20 մլ ջուր պարունակող եռանցքանի անոթի մեջ, որին հարմարեցված է մեխանիկական խառնիչ և ջերմաչափ, բաժակը ողողում են 15 մլ ջրով և լցնում հիմնական լուծույթի վրա: Անոթը սառեցնում են ջրային բաղնիքի վրա ու սառեցման և ուժգին խառնման պայմաններում դանդաղ կաթիլներով ավելացնում 15 մլ ազոտական թթու այնպես, որ ջերմաստիճանը չբարձրանա ելայինից: Հետևել գունափոխությանը և գազերի անջատման արագությանը (անհրաժեշտության դեպքում դանդաղեցնում կամ արագացնում են ազոտական թթվի ավելացումը): Վերջում ավելացնում են ևս 6 մլ ազոտական թթու, խառնում 15 րոպե առանց սառեցման, որից հետո տաքացնում ջրային բաղնիքի վրա 1-1,5 ժամ: Ստացված խառնուրդը լցնում են բաժակի մեջ, եռանցքանի անոթը ողողում 15 մլ ջրով և նույնպես ավելացնում խառնուրդին: Սառեցնելուց հետո անջատված դեղին գույնի բյուրեղները քամում են Շոտտի քամիչի վրա և մի քանի անգամ լվանում սառը ջրով: Պիկրինաթթուն վերաբյուրեղացնում են 502-անոց էթանոլից: Չորանալուց հետո կշռում են և որոշում ռեակցիայի ելքն (2) ու թթվի հալման ջերմաստիճանը:

Լաբորատոր աշխատանք 15 15.1.Պարա-տոլուոլսուլֆոթթվի սինթեզ Ածխաջրածինները բնական հզոր հումքային աղբյուր են գլոբալ մասշտաբով կենցաղային, արտադրական և էներգիայի պահանջարկը բավարարելու համար: Դրանք միաժամանակ խիստ անհրաժեշտ ելանյութեր են բազմատոննային քիմիական նյութերի և բաղադրանյութերի արտադրությունը կազմակերպելու համար: Ածխաջրածինների ածանցյալների շարքում կարևոր տեղ են գրավում ալիֆատիկ և ալկիլ տեղակալված ածխաջրածինների սուլֆոածանցյալները, որոնք արտադրական կարևոր նշանակություն ունեցող նյութեր են: Այս դասի միացությունների կիրառման ոլորտը շատ մեծ է: Գլխավորապես կիրառվում են մակերևութային ակտիվ նյութերի (ՄԱՆ) արտադրությունում, որոնք սուլֆոթթուների ջրալուծ աղեր են (սուլֆոնատներ): Արիլսուլֆոթթուները լավ հումք են տարբեր կառուցվածքի ֆենոլների, կրեզոլների, սուլֆամիդային պատրաստուկների (կարմիր և սպիտակ ստրեպտոցիդ, սուլֆիդին և այլն) համար: Դրանց որոշ ածանցյալների հենքի վրա ստացված բաղադրանյութերը օգտագործվում են որպես կերամաշման արգելակիչներ, թթուների և հիմքերի նկատմամբ կայուն մածուկներ, ինչպես նաև լայն կիրառություն են գտել մանրաթելերի արտադրությունում: Ասվածից բխում է, որ ածխաջրածինների քիմիական վարքի ուսումնասիրման գործընթացում կարևորվում են սուլֆուրացման ռեակցիան և վերջինիս իրականացման պայմանների մշակումը արտադրական նպատակների համար: Սուլֆուրացում կոչվում է այն գործընթացը, երբ օրգանական միացության մոլեկուլ ներմուծվում է սուլֆո (-ՏՕ3Է) խումբ C-Տ կապի առաջացմամբ: Ռեակցիայի արգասիք են սուլֆոթթուները:

Սուլֆուրացումը կարելի է իրականացնել ինչպես ուղղակի, այնպես էլ անուղղակի ճանապարհներով: Ուղղակի սուլֆուրացման դեպքում ջրածնի ատոմը տեղակալվում է սուլֆո խմբով, կամ էլ սուլֆուրացնող ազդանյութը միանում է կրկնակի կապին: Նշված դեպքերում որպես սուլֆուրացնող ազդանյութեր կարող են հանդես գալ տարբեր կոնցենտրացիայի ծծմբական թթուն, 5-252անոց օլեումը, ծծմբական անհիդրիդը, քլորսուլֆոնաթթուն (C1ՏՕ3Է) և այլն: Արոմատիկ միացությունների սուլֆուրացումը դարձելի գործընթաց է, որը կարելի է ներկայացնել հետևյալ ձևով.

Ռեակցիայի ժամանակ անջատված ջուրը նոսրացնում է ծծմբական թթուն, որի հետևանքով թթվի սուլֆուրացնող հատկությունը համարյա վերանում է: Արդյունքում աճում է հակադարձ ռեակցիայի արագությունը, և ստացված սուլֆոթթուն հիդրոլիզվում է: Այդ իսկ պատճառով սուլֆուրացման ժամանակ ծծմբական թթուն վերցվում է մեծ ավելցուկով: Սուլֆուրացման գործընթացի վրա ազդում են ինչպես սուլֆուրացնող ազդանյութի բնույթը, այնպես էլ ջերմաստիճանը: Արոմատիկ միացությունների հիմնական մասի համար որպես սուլֆուրացնող ազդանյութ օգտագործվում է 92-932-անոց ծծմբական թթու (բենզոլի համար 5-82-անոց օլեում), իսկ պարաֆինների սուլֆուրացման ժամանակ` 5-252 -անոց օլեում: Արոմատիկ միացությունների սուլֆուրացման ժամանակ, կախված տեղակալիչների բնույթից, ընտրվում է ջերմաստիճանային որոշակի միջակայք: Այդ միջակայքից դուրս նկատվում է կողմնակի վերջնանյութերի քանակական աճ: Դրանից բացի՝ ջերմաստիճանային գործելակերպը (ռեժիմը) ազդում է նաև արոմատիկ օղակում սուլֆո խմբի ներմուծման դիրքի վրա: Որ214

պես օրինակ՝ բերենք տոլուոլի սուլֆուրացման ժամանակ ստացվող արգասիքների քանակական տվյալները տարբեր ջերմաստիճանում (աղ. 15.1): Աղյուսակ 15.1. Տոլուոլի սուլֆուրացման ժամանակ ստացվող արգասիքների քանակական տվյալները տարբեր ջերմաստիճաններում: Ջերմասիճան, Տոլուոլսուլֆոթթվի միաիզոմերներ, 2 օ C ՊարաՕրթոՄետա0 52,3 45,2 2,5 ≈ 150 96-97 ≈3 հետքեր

Ինչպես տեսնում ենք ցածր ջերմաստիճանում գերակշռում է պարա- և օրթո- իզոմերների խառնուրդը, իսկ բարձր ջերմաստիճանում հիմնականում ստացվում է պարաիզոմերը: Ազատ վիճակում սուլֆոթթուների առանձնացումը բարդ է, քանի որ դրանք բոլորն էլ ուժեղ թթուներ են (իրենց ուժով համարժեք են ծծմբական թթվին) շատ լավ լուծվում են ջրում, ծծմբական թթվում և խոնավածուծ են: Այդ իսկ պատճառով սուլֆոթթուները ռեակցող խառնուրդից առանձնացնում են աղերի տեսքով` հիմնականում նատրիումական: Դրանք նույնպես լուծվում են ջրում, սակայն աղերի նստեցման համար կիրառեի է «աղարկման» եղանակը: Պարա-տոլուոլսուլֆոթթվի ստացման ընթացքում ռեակցիան ուղեկցվում է նաև կողմնակի վերջանյութերի առաջացմամբ, որի դեպքում զուգահեռ ստացվում են օրթո- և մետա-տոլուոլսուլֆոթթուներ, ինչպես նաև 2,4-տոլուոլերկսուլֆոթթու:

1.5.2.Փորձնական մաս 15.2.1. Պարա-տոլուոլսուլֆոթթվի նատրիումական աղի ստացում Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ՝ 1. տոլուոլ 15 մլ /0,15 մոլ/, 9,5 մլ /0,15 մոլ/, 2. ծծմբական թթու /ρ-1,84/ 3. նատրիումի կարբոնատ 11,5 գ, 4. նատրիումի քլորիդ 20 գ, 5. կլորահատակ եռանցքանի անոթ 100 մլ, 6. քիմիական բաժակ 200 մլ, 7. հետադարձ սառնարան, 8. մեխանիկական խառնիչ, 9. շոտտի քամիչ, 10. բունզենի անոթ, 11. ջրային բաղնիք, 12. էլեկտրական սալիկ, Փորձի իրականացում Աշխատանքը կատարվում է քարշիչ պահարանի տակ, նկար 13.1-ում բերված սարքի միջոցով: Կլորահատակ անոթում լցնում են 15 մլ տոլուոլ, մեջը գցում մի քանի կտոր հախճապակի և զգուշորեն ավելացնում 9,5 մլ ծծմբական թթու: Դանդաղ տաքացման և ուժգին խառնման պայմաններում խառնուրդի ջերմաստիճանը բարձրացնում են մինչև խառնուրդի եռալը և տոլուոլի հանդարտ եռալու պայմաններում (-110օC) տաքացնում 1 ժամ: Ուժգին խառնումը նպաստում է տարաֆազ սուլֆուրացման գործընթացին, շատ բարձր ջերմաստիճանը` երկսուլֆոածանցյալների ստացմանը: Այդ իսկ պատ216

ճառով ռեակցիայի իրականացման ամբողջ ընթացքում խառնուրդը ենթարկվում է ուժգին խառնման` պահպանելով նշված ջերմաստիճանը: Ռեակցիան համարվում է ավարտված, եթե տոլուոլի շերտը համարյա անհետանում է: Տաք լուծույթը լցնում են 70 մլ ջուր պարունակող բաժակի մեջ: Ռեակցման անոթը ողողում են ջրով, դատարկում բաժակի մեջ, և եթե սկսվում է բյուրեղացում, ապա բաժակը տաքացնում են ջրային բաղնիքի վրա: Թթվային լուծույթը զգուշորեն չեզոքացնում են 11,5 գ նատրիումի կարբոնատով` վերջինս ավելացնելով փոքր բաժիններով: Լուծույթին ավելացնում են 20 գ նատրիումի քլորիդ և տաքացնում մինչև եռման ջերմաստիճան: Եթե նատրիումի քլորիդը չի լուծվում, ապա փոքր բաժիններով ավելացնում են ջուր մինչև լուծվելը: Ստացված խառնուրդը սառցաջրով սառեցնում են, անջատված բյուրեղները` պարա-տոլուոլսուլֆոթթվի նատրիումական աղը, քամում Շոտտի քամիչով և չորացնում: Չորանալուց հետո որոշում են ռեակցիայի արգասիքի եքը /2/:

1. Приборы и методы физического металловедения. Под редакцией Ф. Вейнберга, том 1, Москва, «МИР», 1973. 2. հttք://www.teոքeratսreտ.օօո/տeոտօrտ.հtո1. 3. հttք://www.teոքeratսreտ.օօո/tօտ.հtո1. 4. Шашков А. Г., Терморезисторы. Москва, “Энергия”, 1967. 5. Позин М. Е., Зинюк Р. Ю. физико-химические основы неорганической технологи. Ленинград, «Химия», 1985. 6. Общая химическая технология (в 2-х т.). Под ред. Мухленова И.П. М.:, «Высшая школа», 1984. 7. Беленький М. А., Иванов А. Ф., Электроосаждение металлических покрытий, М.: «Металлургия», 1985. 8. Гальванические покрытия в машиностроении, Под ред. М.А. Шлутер, том 1, Москва, «Машиностроение», 1985. 9. Гельперин Н. И., Основные процессы и аппараты химической технологии, том 1, М., «Химия»թ 1981. 10. Уткин Н. И., Металлургия цветных металлов. М.: «Металлургия», 1985. 11. Ceraոiօ teօհոօ1օջ7 aոմ քrօօeտտiոջ Ե7 Ճ1aո Օ. Ճiոջ, Nօ7eտ PսԵ1iօatiօո, Մi11iaո Ճոմrew PսԵ1iտհiոջ, Nօrwiօհ, New Մօrk, ՍՏՃ, 2002. 12. Օ1aտտ, Ceraոiօտ Ճոմ Ceraոiօ Տսքerօօոմսօtօrտ, Priոօiք1eտ, ՛eտtiոջ, Cհaraօterizatiօո aոմ Ճքք1iօatiօոտ, Էմiteմ Ե7 Da7iմ Է. C1ark aոմ 8rսօe Ճ. 2օitօտ, Nօ7eտ PսԵ1iօatiօոտ, Park Riմջe, New 1erտe7. Ս.Տ.Ճ., 1992. 13. ԷaոմԵօօk Օք Cօոքօտiteտ Տeօօոմ Էմitiօո, Էմiteմ Ե7 Տ.T.Pe1eո5, Pոoce55 Re5eճոc/, Moսո1ճiո View, Շճlրoոոiճ, US4, CԷՃPԽՃN Հ ԷՃԼԼ, 1999. 14. Լօոմօո - Մeiոհeiո . New Մօrk - ՛օk7օ - Խe1Եօսrոe – Խaմraտ, 1998. 15. ՛հe հiտtօr7 օք ջriոմiոջ Ե7 Ճ1Եaո 1. Լ7ոօհ, Cհeտter Ճ. Rօw1aոմ, 1930. Տօօiet7 քօr Խiոiոջ, Խeta1սrջ7, aոմ Է2ք1օrtaiօո, 1ոօ (ՏԽԷ), reքսԵ1iտհeտ 2005.

16. ԷaոմԵօօk Օք Ի1օtatiօո Reaջeոtտ: Cհeոiտtr7, ՛հeօr7 Ճոմ Praօtiօe Ե7 Տrմյaո Խ. 8ս1atօ7iօ, ԷarմԵօսոմ, քսԵ1iօatiօո մate: 1ոքriոt: ԷԼՏԷՄ1ԷR, 2007. 17. Cհeոiօa1 aոմ քrօօeտտ teօհոօ1օջ7 eոօ7օ1օքeմia, օհieք eմitօr D.Խ. Cօոտiմiոe, 1974. 18. Аппен А. А., Химия стекла. М., «Химия», 1974. 19. ԷaոմԵօօk օք ոօո-քerrօստ ոeta1 քօwմerտ, teօհոօ1օջieտ aոմ aքք1iօatiօոտ, Էմiteմ Ե7 Neikօ7 Օ. D., NօԵօ7օհeոkօ Տ. Տ., Dօwտօո Օ., Է1տe7ier, 2009. 20. Галдин Н. М., Чернега Д. Ф., Иванчук Д. Ф., Моисеев Ю. В., Чистяков В.В., Цветное литье, технология литейного производства. М.: «Машиностроение», 1989. 21. Ճrtհսr ՕateոԵ7, Տie7e ՛eտtiոջ, Տtaոմarմտ, Certiքiօatiօո Հ Ca1iԵratiօո, CՏC Տօieոtiքiօ Cօոքaո7, 1ոօ.Իairքa2, Մirջiոia, 2008. 22. Ճre11 Է., “ԷaոմԵսօհ մer ԼaԵօratօriսոտմeտti11atiօո”, ՄԷ8 Deսtտօհer Մer1aջ մer Մiտտeոտօհaքteո, 8er1iո, 1976. 23. Сухоруслова М. М. Новиков Т. В., Бондалетов В. Г., Лабораторный практикум по химии и технологии органеческих веществ, Томск, 2002, 132 стр. 24. Попова Л. М., Гончар Т. В., Гайдуков И. Н., Практикум по химии и технологии органических веществթ част. 1, Санкт- Петербург, 2008, 39 стр. 25. Թորոսյան Գ. Հ, Հովհաննիսյան Գ. Պ., Նազարեթյան Ա.Խ., Իսակով Ա. Ա, Օրգանական նյութերի քիմիական տեխնոլոգիա «Լաբորատոր աշխատանքների մեթոդական ցուցումներ», Երևան, «Ճարտարագետ», 2007: 26. Практикум по неорганической химии. Под ред. Третьякова Ю. Д., М., Изд.центр «Академия», 2004.

ԲՈՎԱՆԴԱԿՈՒԹՅՈՒՆ

ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 1 ....................................................................... 3 1.1. Ջերմաստիճանի չափման եղանակները .............................................. 3 1. 2. Ջերմաէլեկտրական երևույթների վրա հիմնված ջերմաչափներ...... 6 1.2.1. Հիմնական օրինաչափությունները ................................................ 6 1.2.2. Ջերմազույգերի աստիճանավորում ............................................... 7 1.2.3. Սխալները ջերմազույգերի կիրառման դեպքում .......................... 9 1.2.3. Տիպական ջերմազույգեր .............................................................. 10 1.2.4. Ոչ մետաղական ջերմազույգեր .................................................... 18 1.2.5. Ջերմազույգերի կառուցվածքը ..................................................... 19 1.3. Դիմադրության ջերմաչափներ ............................................................ 19 1.3.1.Կիսահաղորդչային դիմադրության ջերմաչափներ .................... 20 1.4. Ջերմաստիճանի որոշումը ոչ հպումային եղանակով (օպտիկական ջերմաչափներ) ............................................................................................. 24 1.5. Գազային ջերմաչափներ ..................................................................... 26 1.6 ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ .............................................................................. 28 1.6.1 Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ ..................................... 28 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 2 ..................................................................... 30

ՀԱՆՔԱՆՅՈՒԹԻ ՄԱՆՐԱՑՈՒՄՆ ՈՒ ԴՐԱ ՀԱՏԻԿԱՅԻՆ ՉԱՓՍԻ

ՈՐՈՇՈՒՄԸ: ՄԱՆՐԱՑՆՈՂ ՍԱՐՔԵՐ...................................................... 30 2.1. Մետաղների հանքանյութերի հարստացում ...................................... 30 2.2. Հանքանյութի ջարդում և մանրացում ................................................. 32 2.2.1. «Այտավոր» ջարդիչներ ................................................................ 35 2.2.2. Գնդաղացներ ................................................................................. 36 2.2.3. Գնդային թմբուկային աղացները ................................................ 37 2.2.4. Մոլորակային գնդային աղացներ ................................................ 40 2.2.5.Թրթռաղացներ ................................................................................ 41 2.2.6. Մանրազտիչ, փխրիչ աղացներ .................................................... 41 2.3. Պինդ նյութի դասակարգում՝ ըստ հատիկների չափսի: Փոշու հատիկային չափսի որոշումը ..................................................................... 43 2.3.1. Նստեցման անալիզ ...................................................................... 44 2.3.2. Մաղային անալիզ .......................................................................... 46

2.4.ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ ............................................................................... 46 2.4.1. Հանքանյութի փոշու հատիկաչափսային բաղադրության որոշումը .................................................................................................... 46 2.4.2 Հատիկաչափական անալիզ ........................................................ 47 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 3 ................................................................... 49 ՀՈՒՄՔԻ ՀԱՐՍՏԱՑՄԱՆ ԵՂԱՆԱԿՆԵՐԸ: ՖԼՈՏԱՑՈՒՄ...................... 49 3.1 Ֆլոտացում ............................................................................................. 50 3.1.1. Փրփրագոյացնողներ .................................................................... 54 3.1.2. Հավաքիչներ................................................................................... 54 3.1.3.Ճնշողներ ......................................................................................... 55 3.1.4. Ակտիվացնողներ ........................................................................... 55 3.2 ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ ............................................................................... 58 3.2.1 Փորձնական տվյալների մշակում ................................................. 60 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 4 ..................................................................... 62 4.1.Կալիումի քլորիդի ստացումը սիլվինիտից.......................................... 62 4.2. ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ .............................................................................. 70 4.2.1 Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ ..................................... 70 4.2.2 Փորձի իրականացում .................................................................... 71 4.2.3 Փորձնական տվյալների մշակում ................................................. 72 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 5 ..................................................................... 73 Ապակիներ: Ապակու կառուցվածքը ...................................................... 73 5.1. Ապակու քիմիական կայունությունը ................................................... 76 5.2. Ապակու բյուրեղացման հատկությունները........................................ 80 5.3. Ապակու տեսակները ............................................................................ 84 5.4. Ապակու եփում ...................................................................................... 86 5.5. Փորձնական մաս .................................................................................. 89 5.5.1 Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ ..................................... 89 5.5.2. Գունավոր ապակիների ստացում................................................ 91 5.5.3. Ապակիների քիմիական կայունությունը ..................................... 93

ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 6

Սև պղնձի զտում ..................................................................................... 95 6.1. Կրակային զտում .................................................................................. 95 6.2. Պղնձի էլեկտրոլիտային զտում ........................................................... 98 6.3. Պղնձի ստացման ջրամետաղագործական եղանակ ....................... 107

6.4. Փորձնական մաս ................................................................................ 112 6.4.1.Պղնձի էլեկտրազտում.................................................................. 112 6.5 Պղնձի ջրամետաղագործություն, պղնձի ստացումը ցեմենտացման եղանակով ........................................................................ 114 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 7 ................................................................... 116 7.1. Կերամիկական նյութեր: Տեսակները և հատկությունները: Ամփոփ կերամիկայի ստացումը եռակալմամբ...................................... 116 7.1.1. Կապերի բնույթը կերամիկական նյութերում ............................ 119 7.1.2. Հատկությունները ........................................................................ 120 7.1.3. Կերամիկայի ստացում................................................................ 123 7.1.4 Եռակալում ................................................................................... 129 7.5. Փորձնական մաս ................................................................................ 131 7.5.1 Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ ................................... 131 7.5.2. Փորձի կատարում ........................................................................ 133 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 8 .................................................................. 136 8.1. Նուրբ թաղանթների ստացում ........................................................... 136 8.1.1. Նիկելապատման սուլֆատային էլեկտրոլիտներ ..................... 138 8.1.2. Նիկելապատման այլ էլեկտրոլիտներ ....................................... 142 8.2. Փորձնական մաս ................................................................................ 143 8.2.1.Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ ................................... 143 8.3. Գալվանապլաստիկա ......................................................................... 145 8.3.1. Բաժանիչ շերտի նստեցումը....................................................... 148 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 9 ................................................................. 149 Պինդ նյութերի բարձր ջերմաստիճանային մշակում ............................. 149 9.1. Կոլչեդանի բովումը անշարժ շերտում............................................... 154 9.2. ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ ............................................................................ 155 9.2.1 Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ ................................... 155 9.2.2. Արդյունքների մշակում ................................................................ 157 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 10 ................................................................ 159 10.1. Բարձրջերմաստիճանային ինքնատարածվող սինթեզ................. 159 10.2. Այրման ալիքի տարածումը պինդ նյութերի խառնուրդում: Անգազ այրում ............................................................................................ 163 10.3. Անգազ համակարգերում բաղադրիչների խառնուրդների այրման ադիաբատ ջերմաստիճանի հաշվարկումը ............................... 170

10.4. ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ .......................................................................... 174 10.4.1. Այրումը Խօ-Տi համակարգում և մոլիբդենի երկսիլիցիդի ստացումը ............................................................................................... 174 10.4.2. Անհրաժեշտ նյութեր և սարքավորումներ ................................ 176 10.4.3. Փորձի ընթացքը ......................................................................... 178 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 11 ................................................................. 180 11.1. Երկաթմոլիբդենի (ֆեռոմոլիբդենի) ստացումը այրման գործելակարգում (ռեժիմում) .................................................................... 180 11.2. Երկաթմոլիբդենի (ֆեռոմոլիբդենի) ստացումը ԲԻՍ եղանակով . 185 11.3. ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ .......................................................................... 188 11.3.1. Երկաթամոլիբդենային համաձուլվածքի ստացումը ԲԻՍ եղանակով .............................................................................................. 188 11.3.2. Ջերմազույգերի պատրաստում և տեղադրում ........................ 189 11.3.4. Փորձի ընթացքը ......................................................................... 190 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 12 ................................................................. 192 12.1 Ալիֆատիկ ճարպային թթուների և սպիրտների ստացումը պարաֆինների օքսիդացմամբ ................................................................. 192 12.2.ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ ........................................................................... 194 12.2.1.Սինթետիկ ճարպաթթուների սինթեզ նորմալ պարաֆինային ածխաջրածիններից.............................................................................. 194 12.2.2.Փորձնական արդյունքների մշակման տարբերակ ................. 197 12.2.3.Բարձրամոլեկուլային սպիրտների սինթեզը պարաֆինային ածխաջրածինների օքսիդացմամբ ...................................................... 198 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 13 ................................................................. 202 13.1.Ադիպինաթթվի սինթեզը ցիկլոհեքսանոլի օքսիդացմամբ ............. 202 13.2. ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ .......................................................................... 205 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 14 ................................................................. 208 14.1.Եռնիտրոֆենոլի սինթեզ .................................................................... 208 14.2.ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ ........................................................................... 211 ԼԱԲՈՐԱՏՈՐ ԱՇԽԱՏԱՆՔ 15 ................................................................. 213 15.1.Պարա-տոլուոլսուլֆոթթվի սինթեզ .................................................. 213 1.5.2.ՓՈՐՁՆԱԿԱՆ ՄԱՍ .......................................................................... 216 15.2.1. Պարա-տոլուոլսուլֆոթթվի նատրիումական աղի ստացում .. 216 Գրականության ցանկ ............................................................................... 218

ԵՐԵՎԱՆԻ ՊԵՏԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

Հայկ Լևոնի Խաչատրյան Տարիել Վլադիմիրի Ղոչիկյան Ռոմիկ Սուրենի Հարությունյան

Ընդհանուր քիմիական տեխնոլոգիա (լաբորատոր աշխատանքների ձեռնարկ)

Համակարգչային ձևավորումը՝ Կ. Չալաբյանի, Կազմի ձևավորումը՝ Ա. Պատվականյանի Հրատ. խմբագրումը՝ Մ. Հովհաննիսյանի

Տպագրված է «Արման Ասմանգուլյան» ԱՁ-ում: ք. Երևան, Հր. Ներսիսյան 1/125

Ստորագրված է տպագրության՝ 23.09.2017: Չափսը՝ 602841/16: Տպ. մամուլը՝ 14: Տպաքանակը՝ 100: ԵՊՀ հրատարակչություն ք. Երևան, 0025, Ալեք Մանուկյան 1 www.քսԵ1iտհiոջ.7տս.aո

ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՏԵԽՆՈԼՈԳԻԱ

Հայկ Խաչատրյան Տարիել Ղոչիկյան Ռոմիկ Հարությունյան

Ընդհանուր քիմիական տեխնոլոգիա Ուսումնական ձեռնարկ