Ионная теория шлаков
Роль свободной поверхностной энергии в термодинамических процессахРяд фактов свидетельствует об определенной электролитической диссоциации оксидов в шлаке (электропроводимость, электролиз, результаты рентгеноструктурного анализа твердых шлаков и др.).
В частности, рентгеноструктурный анализ большинства известных минералов выявляет их отчетливое ионное строение. Например, кварц (SiO2) имеет ионную решетку, хотя слагающие ее ионы являются комплексными и в их пределах действуют не кулоновские, а гомеополярные силы.
Плавление шлака приводит к усилению обособленности элементов кристаллической решетки и, по-видимому такие ионы, ставшие свободными в результате плавления, не соединяются в расплаве в электронейтральные частицы — молекулы.
Рис. 15. Строение кремнекислородных анионов: * — атом кремния; O — атом кислорода
Впервые представления об ионном строение металлургических шлаков были высказаны В.А. Ванюковым (1912 г.), позднее — Г. Тамманом (1931 г.) и П. Герасименко (1938 г.). Ионная теория шлаков была глубоко разработана лишь с 1946 г. в трудах О.А. Есина, М.И. Темкина, А.М. Самарина, В.А. Кожеурова и других ученых. Согласно этой теории в шлаках присутствую не электронейтральные молекулы, а следующие ионы:
катионы: Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+;
анионы O2-, S2-,
,
,
,
.
В кислых шлаках, где отношение O/Si сравнительно низкое, имеются более сложные кремнекислородные анионы:
:
;
;
(O/Si=3);
:
;
(O/Si=2,5) и т.д.
В основных шлаках могут существовать наиболее простые кремнекислородные агрегаты
(тетраэдры), в которых атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода.
Строение кремнекислородных анионов показано на рис. 15.
Все реакции в сталеплавильной ванне с участием шлака можно описать как взаимодействие ионов.
