Продукты тигельной плавки

            Свинцовый сплав (веркблей). Свинцовый сплав должен быть светлым, мягким, ковким и легко отделяться от шлака. Если свинцовый сплав твердый или хрупок или масса его превышает 35 г, то его следует сократить шерберованием. Твердость свинцового сплава указывает на присутствие в нем меди, мышьяка, сурьмы и т. д.

            Шлак. Шлак в пробирном анализе состоит из легкоплавких соединений оксидов металлов с кремнеземом или другими кислыми составными частями.

            Общепринятой теорией строения силикатных расплавов долгое время была молекулярная теория. Согласно этой теории, оксидные расплавы состоят из молекул, в большей степени подвергшиеся термической диссоциации на простейшие оксиды. По мнению сторонников данной гипотезы, основу шлаковых расплавов составляют несколько прочных соединений, таких как CaO·SiO2, 2FeO·SiO2, 2MnO·SiO2 и др.

            В настоящее время всеобщее распространение получила ионная теория строения шлаковых расплавов, согласно которой компоненты, составляющие шлаки, находятся в расплаве в состоянии ионной диссоциации, и все важнейшие электрохимические явления, характерные для растворов электролитов, свойственны также и шлаковым расплавам. Шлаки тигельной плавки можно рассматривать как сплав силикатов и боратов различных оксидов металлов. Шлаки должны быть однородными, не содержать частиц неразложившейся руды и включений свинца.

            Кислые шлаки отличаются вязкостью, медленно остывают, легко вытягиваются в длинные нити, особенно это видно, когда сливаются его последние капли. По охлаждению делаются стекловидными и хрупкими. Основные шлаки в расплавленном состоянии – жидкие. Льются как вода, не вытягиваются в нити и быстро затвердевают. Основные шлаки в холодном состоянии имеют тусклый вид, часто бывают темного цвета и вследствие высокого содержания в них оснований имеют более высокую плотность.

            Цвет шлаков зависит от состава шихты и часто служит показателем присутствия в шихте тех или иных металлов. Кислые шлаки с малым содержанием силиката оксида железа (II) зеленоватые и прозрачные. В зависимости от содержания железа окраска шлака может изменяться от желтовато-коричневой до черной. Медь в отсутствие железа придает основному глетистому шлаку кирпично-красный цвет. Кальций, магний, алюминий и цинк дают белые или серо-белые шлаки, более или менее непрозрачные. Кислые силикаты натрия и свинца дают светлые или бесцветные стекла. Кобальт дает характерный синий цвет. Значительные количества железа и марганца дают черные шлаки. Присутствие одного марганца в шлаке в небольшой концентрации вызывает появление окраски от светло-розовой до пурпурной. Сурьма дает зеленовато-желтый цвет стекловидным шлакам, который легко маскируется окраской других компонентов.

         Хороший шлак должен иметь следующие особенности:

а) относительно низкую температуру плавления, легко достигаемую в печи;

б) небольшую плотность для хорошего отделения от свинцового сплава;

в) достаточную вязкость в первый период плавки (в период восстановления), для того чтобы удержать во взвешенном состоянии капли свинца до момента полного разложения пробы и освобождения частиц благородных    металлов от связи с породой;

г) жидкое состояние при небольшом перегреве с тем , чтобы образующийся при плавке свинец мог легко опуститься вниз и полностью собраться на дне тигля;

д) свойства, исключающие возможность растворения или удерживания благородных металлов;

е) состав, препятствующий усиленному разъеданию стенок тигля;

ж) нужную структуру, позволяющую ему в холодном состоянии хорошо отделяться от свинца.

         На температуру плавления шлаков влияют следующие факторы:

а) степень кислотности (К);

б) природа оснований: свинец, натрий и калий дают более легкоплавкие силикаты; марганец – трудноплавкие; кальций, магний, алюминий – весьма тугоплавкие;

в) тонкость измельчения и тщательность перемешивания шихты;

г) количество введенной буры, резко снижающей температуру плавления шлака, особенно при основных рудах.

            Пробирные шлаки классифицируют по степени кислотности и соотношению главных компонентов по массе.

            Под степенью кислотности понимают отношение массы кислорода в кислых оксидах к суммарной массе его в основаниях, входящих в состав шлака.

         В пробирном анализе различают основные типы шлаков, приведенные в таблице.

Таблица 1

Основные типы шлаков, применяемые в пробирном

анализе

         Для тигельной плавки в большинстве случаев применяют шлаки со степенью кислотности в интервале между бисиликатом и моносиликатом. Такие шлаки хорошо растворяют многие основания и в то же время слабо разъедают стенки тигля.

            Штейн. Штейн представляет собой сплав сульфидов (типа FeS·Сu2S), образующихся в процессе плавки сульфидных руд при недостатке в шихте селитры и малом количестве глета. Слой штейна располагается непосредственно над свинцовым сплавом. Цвет штейна обычно сине-серый, по составу он приближается к свинцовому блеску и отличается значительной хрупкостью. Он образует слой зернистой оболочки на верхней поверхности веркблея. Штейн всегда содержит некоторое количество золота и серебра и так как он хрупкий, то обычно откалывается и теряется в шлаке при очистке веркблея. Работающий в лаборатории должен исследовать веркблей, как только он откалывается от шлака, и если в нем оказывается некоторое количество штейна, то можно быть уверенным в том, что при составлении шихты или при произведенных во время плавки операциях были допущены ошибки.

            Шпейза. Шпейза представляет собой сплав арсенидов или антимонидов, получающихся в процессе плавки. Шпейза, образующаяся при пробирном анализе, представляет собой обычно арсенид железа, приближающийся по своему составу к формуле FeAs. Иногда в последней формуле железо заменено никелем или кобальтом. Сурьмяная шпейза образуется весьма редко. В тигельной пробе шпейза получается, если метод осадительной плавки с железом применяется к рудам, содержащим мышьяк. Шпейза – твердое, очень хрупкое белое вещество, которое образуется непосредственно поверх веркблея и обычно крепко пристает к нему.

            Если только в руде присутствует небольшое количество мышьяка, то шпейза появится в виде маленького шарика на поверхности свинца, если же присутствует много мышьяка, то шпейза образует слой, вполне покрывающий свинец.

            Шпейза содержит некоторое количество золота и серебра. Если количество образовавшейся шпейзы равно одному грамму или около этого, то ее помещают в капель со свинцом для окисления. При этом шпейза отдает содержащейся в ней благородный металл. С большим количеством шпейзы трудно иметь дело, т. к. шерберование ее представляет затруднения. Самый лучший способ – это провести новую плавку по другому методу.

            При нормально подобранной шихте и хорошем проведении плавки штейн и шпейза практически не образуются.