Prezentacja

ZAKŁAD HUTNICTWA IMN GLIWICE LABORATORIUM BADAŃ PODSTAWOWYCH

ZAKRES DZIAŁAŃ BADAWCZYCH

Laboratorium Badań Podstawowych, działające w ramach Zakładu Hutnictwa Instytutu Metali Nieżelaznych w Gliwicach, prowadzi prace badawcze skupione na fizykochemii szeroko rozumianych układów i procesów metalurgicznych. Celem tychże badań jest dostarczanie danych, otrzymanych na drodze eksperymentalnej i obliczeniowej, dla potrzeb prac technologicznych realizowanych w Instytucie Metali Nieżelaznych, jak również danych podstawowych do opisu różnego rodzaju układów, interesujących z poznawczego punktu widzenia, a w szczególności danych charakteryzujących właściwości termodynamiczne wybranych układów metalurgicznych.

Uszczegóławiając zaprezentowaną powyżej charakterystykę można przedstawić następujące obszary badań:

• Badania właściwości termodynamicznych stopów metalicznych z wykorzystaniem do tego celu efuzyjnej metody Knudsena pomiaru prężności par.
• Badania z użyciem metod termograwimetrycznej (TG) oraz termicznej analizy różnicowej (DTA), realizowanych na termoanalizatorzeTA1 firmy Mettler. W tym wypadku możliwe jest ich prowadzenie zarówno w warunkach próżni (aparat wyposażony jest w układ pomp składający się z pompy rotacyjnej i olejowych pomp dyfuzyjnych), jak i w warunkach różnego rodzaju atmosfer gazowych.
• Badania temperatur mięknienia i topienia różnego rodzaju materiałów tlenkowych takich jak żużle metalurgiczne, spieki, pyły itp. z użyciem tzw. Metody Bunte-Bauma-Reerinka.
• Pomiary lepkości realizowane z wykorzystaniem metody wirujących cylindrów, a w szczególności badania wysokotemperaturowe lepkości materiałów tlenkowych takich jak żużle metalurgiczne, szkła itp. Pomiary te realizowane są dla potencjału tlenowego ustalanego przez atmosferę powietrza, w zakresie temperatur do ok. 1600oC.
• Badania termodynamiki i kinetyki procesów rozdziału różnych składników układu pomiędzy różne jego fazy, w warunkach kontrolowanego potencjału tlenowego lub innego rodzaju potencjału, np. procesów rozdziału metali w układzie faza żużlowa-faza metaliczna.
• Postępowania obliczeniowe dostarczające opisu uzyskanych wyników, a w szczególności postępowania optymalizacyjne wyznaczające parametry modeli termodynamicznych badanych układów.

WAŻNIEJSZE PUBLIKACJE PRACOWNIKÓW LABORATORIUM BADAŃ PODSTAWOWYCH

• Botor J., Zajączkowski A.: Vapour Pressure and Thermodynamics of the Indium Determined by the Knudsen Effusion Method, Bull. Acad. Polon. Sc., 35 (1987) 453-459.
• Zajączkowski A., Botor J.: Modelling the Thermodynamic Properties of the In-Sb System and Calculation of the Phase Equilibrium Diagrams, Arch. Hutn., 32 (1987) 567-585.
• Botor J., Konieczny J., Zajączkowski A., Dziewidek L.: Aparatura do pomiaru prężności par równocześnie metodą Knudsena i spektrometrii mas, Prace Instytutu Metali Nieżelaznych, 16 (1987) 9-15.
• Botor J., Śmieszek Z., Dziewidek L., Zajączkowski A.: Determination of Thermodynamic Properties of Selected Metallurgical Systems by Vapour Pressure Measurement Effusion Methods, Pyrometallurgy’87, pp. 121-140, The Istitution of Mining and Metallurgy, London, England, September 21-23, 1987.
• Zajączkowski A., Botor J., Dziewidek L.: Thermodynamics of the Liquid Fe-As and In-Sb Metal Solution, Advances in Mass Spektrometry, Vol. 11B, Proceedings of the 11th International Mass Spektrometry Conference held at Bordeaux 29 August-2 September1988, Edited by Pierre Longevialle, Heydel & Son Ltd., pp. 1106-1107.
• Zajączkowski A., Botor J.: The Vapour Pressure and Standard Enthalpy of the Indium, Gallium and Lead Sublimation, Bull. Electrochem., 7 (1991) 378-383.
• Botor J., Zajączkowski A., Dziewidek L., Siderov G. H.: The Arsenic Activity in the Liquid Fe-As Alloys, Z. Metallkd., 82 (1991) 304-309.
• Botor J.: Obszary koncentracji badań w przemyśle metali nieżelaznych, Arch. Nauki o Materiałach PAN, 13 (1992) 99.
• Zajączkowski A., Botor J.: Thermodynamics of the Ga-Sb System Determined by Vapour Pressure Measurements, Z. Metallkd., 85 (1994) 472-478.
• Moser Z., Botor J., Zajączkowski A., Rzyman K., Gąsior W., Zakulski W., Panek Z.: Thermodynamics Assessment of the Al.-Mg System Based on New Data from EMF, Vapour Pressure and Calorimetry, CALPHAD XXIII-CAMSE 94, Program and Abstracts, p. 54, Madison, Wisconsin, USA, June 12-17, 1994.
• Zajączkowski A., Botor J.: Thermodynamics of the Al-Sb System Determined by Vapour Pressure Measurements, Z. Metallkd., 86 (1995) 590-596.
• Zajączkowski A., Czernecki J.: Współczynniki rozdziału miedzi i ołowiu w trakcie redukcji żużla zawiesinowego, Rudy Metale, 40 (1995) 174-180.
• Zajączkowski A: Prężność par i właściwości termodynamiczne układu Cu-Bi, METALE NIEŻELAZNE’95, ss. 23-32, Faculty of Non-Ferrous Metals of Stanisław Staszic University of Mining and Metallurgy and KGHM Polska Miedź S.A., 2nd International Conference, Kraków, Poland, September 7-9, 1995.
• Botor J., Kapias P.: Technologie proekologiczne w hutnictwie metali nieżelaznych, Wydz. Inż. Mater., Metalurg. i Trans. Pol. Śl., Environmental Training Project for Eastern and Central Europe, US AID, NFOŚiGW, Katowice 1996, z. 23, s. 78.
• Zajączkowski A., Czernecki J., Botor J.: Badanie lepkości żużli metalurgicznych, Rudy Metale, 42 (1997) 12-18.
• Botor J., Czernecki J., Konieczny J.: Electrical Conductivity of Copper Smelting Slags, Arch. Metall., 42 (1997) 3-10.
• Zajączkowski A., Czernecki J., Botor J.: Thermodynamic Properties of Liquid Copper- Rich Cu-Pb Alloys, Arch. Metall., 42 (1997) 11-23.
• Moser Z., Katayama I. Zajączkowski A., Botor J. i in.: New Termodynamic Data for Liquid Aluminium - Magnesium Alloys from EMF, Vapor Pressures, and Calorimetric Studies, J. Phase Equilibra, 19 (1998) 38-47.
• Botor J., Czernecki J., Zajączkowski A.: Wysokotemperaturowe właściwości fizykochemiczne układów metalurgicznych, METALURGIA’98, XII Konferencja Sprawozdawcza, wrzesień 23-26, Krynica 1998, Komitet Metalurgii Polskiej Akademii Nauk, ss. 1-4, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 1998.
• Zajączkowski A., Botor J., Czernecki J.: Lepkość żużla zawiesinowego podczas zmiany domieszkującego go tlenku wapnia mieszaninami tlenków wapnia i magnezu, METALURGIA’98, XII Konferencja Sprawozdawcza, wrzesień 23-26, Krynica 1998, Komitet Metalurgii Polskiej Akademii Nauk, ss. 27-32, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 1998.
• Karwan T., Botor J., Czernecki J., Onderka B., Wypartowicz J., Zajączkowski A.: Studies on removal of lead and iron from Cu-Fe-Pb alloys through gravitational segregation, Arch. Metall., 44 (1999) 67-82.
• Botor J.: Podstawy metalurgicznej inżynierii procesowej, Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice 1999.
• Zajączkowski A., Czernecki J., Botor J.: Thermodynamic Properties of Liquid Copper-Rich Cu-Pb-Fe Alloys Determined by the Vapour Pressure Measurements Method, Z. Metallkd., 91 (2000) 143-148.
• Botor J.: Hutnictwo u progu 21 stulecia, Rudy Metale, 45 (2000) 141 - 177.
• Botor J. Czernecki J., Zajączkowski A.: Distribution of Cu and Pb between Copper Alloys and Flash Smelting Slag, Proceedings of the Sixth International Conference on Molton Slags, Fluxes and Salts, pp. 1-13, Stockholm, Sweden – Helsinki, Finland, 23-26 June, 2000 (dostępny wyłącznie na CD-ROM).
• Zajączkowski A., Botor J., Czernecki J.: Activity of Lead In the Liquid Copper-rich Alloys, Programme & Abstrakt of the International Conference „Diskussion Meetting on Thermodynamics of Solutions”, s. 20, Aleksander Krukowski Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Science, under the auspices of Committee of Metallurgy – Polish Academy of Science and Polish Phase Diagram Committee, 20-22 November, Kraków, Poland, 2000.
• Zajączkowski A., Botor J., Czernecki J., Brzezicka M.: Współczynniki rozdziału miedzi, antymonu i ołowiu pomiędzy żużel CaO-CaF2-SiO2-Al2O3 nasycony tlenkiem glinu, a bogatymi w miedź stopami Cu-Sb i Cu-Pb, Polska metalurgia w latach 1998-2002, XIII Konferencja Sprawozdawcza, kwiecień 17-20, Krynica 2002, Tom 1, Komitet Metalurgii Polskiej Akademii Nauk, ss.133-138, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2002.
• Zakulski W., Ząjączkowski A., Botor J.: Kompleksowe badanie termodynamikistopów Al.-Mg w stanie stałym, Polska metalurgia w latach 1998-2002, XIII Konferencja Sprawozdawcza, kwiecień 17-20, Krynica 2002, Tom 1, Komitet Metalurgii Polskiej Akademii Nauk, ss.80-85, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2002.
• Zajączkowski A., Czernecki J., Botor J.: Physicochemical properties and Thermodynamics of flash smelting slag produced from Polish copper concentrates, Metallurgy of Non-Ferrous Metals, Conference Proceedings of the International Conference, Wyd. Instytut Metali Nieżelaznych ISBN 83-910092-7-0, ss. 271-288, 9-11 October, Ustroń, Poland, 2002.
• Zajączkowski A., Botor J., Czernecki J.: Thermodynamics of Copper and Lead In Alumina–Saturated Flash Smelting Slag, Canadian Metallurgical Quarterly, 43 (2004) 417-429. Zajączkowski A., Botor J.: Thermodynamics of the In-Sb system and Gaseous Phase of Antymony Determined by Vapour Pressure Measurements, CALPHAD XXXIII, Program & Abstracts, p. 85, Maj 30 – June 4, Kraków, Poland, 2004.
• Bratek S., Czernecki J., Kurek Z., Zajączkowski A., Gębczyk W., Krawiec G: Technologia otrzymywania tlenków miedzi (I) Cu2O i (II) CuO z surowców miedziowych, Rudy Metale, 50 (2005) 71-76.
• Zajączkowski A., Botor J.: Thermodynamics of the In-Sb System and Gaseous Phase of Antimony Determined by Vapour Pressure Measurements, Calphad, (przyg. do publikacji 2006).
• Zajączkowski A., Botor J.: Thermodynamics of the Cu-Sb System Determined by Vapour Pressure Measurements, Z. Metallkd., (przyg. do publikacji 2006).
• Zajączkowski A., Botor J., Czernecki J.: Termodynamika układu żużel-miedź podstawową barierą w realizacji procesu odmiedziowania żużla zawiesinowego, Metalurgia 2006, XIV Konferencja Sprawozdawcza, październik 11-14, Krynica 2006, Komitet Metalurgii Polskiej Akademii Nauk, (w przygotowaniu).
• Zajączkowski A., Botor J.: Termodynamika układu Ci-Bi określona z wykorzystaniem metody efuzyjnej Knudsena pom9iaru prężności par, Metalurgia 2006, XIV Konferencja Sprawozdawcza, październik 11-14, Krynica 2006, Komitet Metalurgii Polskiej Akademii Nauk, (w przygotowaniu).

Aparatura

TERMOANALIZATOR TA1 FIRMY METTLER

Termoanalizator TA1 firmy Mettler jest urządzeniem umożliwiającym równoczesne badanie substancji z użyciem dwu metod analizy termicznej:

• termicznej analizy różnicowej,
• termograwimetrycznej.

Pozwala realizować badania w warunkach różnego rodzaju atmosfer jak i próżni do ok. 10-5 Torr’a – wyposażony jest w zestaw pomp rotacyjnej i dyfuzyjnych. Aktualnie jest wykorzystywany głównie w badaniach prężności par z użyciem efuzyjnej metody Knudsena.

Zakres temperatur badań: 25 – 1450°C.
Szybkości ogrzewania-studzenia: 0,2 – 25°C/min., regulowana skokowo.
Czułość wagi: 0,01mg.

STANOWISKO DO WYZNACZANIA TEMPERATUR MIĘKNIĘCIA I TOPNIENIA Z UŻYCIEM METODY BUNTE-BAUMA-REERINKA

Metoda Bunte-Bauma-Reerinka jest odmianą metody dylatometrycznej, w której pastylka, o średnicy i wysokości 20 mm, sporządzona z badanej substancji jest ogrzewana ze stałą szybkością, będąc równocześnie poddawaną stałemu naciskowi – rzędu 250 G. W tym czasie rejestrowane są zmiany jej wysokości, a temperatury, w których osiągają one wartości 7 i 55 % wartości początkowej, umownie nazywane są odpowiednio temperaturami mięknięcia i topnienia.

Warunki badań:

 

• atmosfera utleniająca; powietrze,
• zakres temperatur 25-1350°C.

LITERATURA
Zajączkowski, J. Norwisz, J. Botor, "Określenie temperatury mięknienia łatwo redukujących się materiałów tlenkowych", Rudy Metale, 31 (1986) 275-277.

 

STANOWISKO DO POMIARU LEPKOŚCI W WARUNKACH WYSOKOTEMPERATUROWYCH

Stanowisko do pomiarów lepkości w warunkach wysokotemperaturowych zestawione jest z pieca komorowego, F 46 120 CM Barnstead/Thermolyne Corporation oraz lepkościomierza LVD-II+ firmy Brookfiels Engineering Laboratories Inc..
Pomiar wykonywany jest z wykorzystaniem metody wirującego walca, w warunkach potencjału tlenowego ustalanego atmosferą powietrzną, z ewentualnymi jego modyfikacjami np. poprzez wdmuchiwanie gazów obojętnych, ale wtedy bez możliwości kontroli wartości potencjału tlenowego w układzie.

Warunki badań:

 

• zakres mierzonych lepkości 15-2 000 000 cP,
• zakres temperatur 25-1 550°C.

LITERATURA
Zajączkowski, J. Czernecki, J. Botor, „Badanie lepkości żużli metalurgicznych”, Rudy Metale, 42 (1997) 12-18.

 

STANOWISKO DO BADAŃ RÓWNOWAGOWYCH I KINETYCZNYCH W WARUNKACH KONTROLOWANEGO POTENCJAŁU TLENOWEGO

Stanowisko do badań równowagowych i kinetycznych pozwala prowadzić prace badawcze nad termodynamiką i kinetyka procesów rozdziału składników układu pomiędzy fazy tlenkowe (tlenkowe żużle metalurgiczne lub inne stopy tlenkowe), a fazy metaliczne w warunkach kontrolowanego potencjału tlenowego, ustalanego z wykorzystaniem reakcji utleniania-redukcji w mieszaninie tlenków węgla lub węgla i jego tlenku.

Wykorzystanie danych otrzymanych w trakcie prac eksperymentalnych pozwala obliczyć współczynniki aktywności składników w fazach tlenkowej i metalicznej.

Zakres temperatur badań - do ok. 1500°C.

LITERATURA
Zajączkowski, J. Botor, J. Czernecki, Thermodynamics of Copper and Lead in Alumina–Saturated Flash Smelting Slag, Canadian Metallurgical Quarterly, 43 (2004) 417-429.