Расплавы, 2020, № 2, стр. 205-207

Физико-химические явления при воздействии жидких металлов на твердые – многообразны, имеют различную природу и важны в практическом плане. Одним из важнейших является знание величин растворимости твердых металлов в жидких. Целью данной работы было определение величины растворимости металлического серебра в жидком калии в зависимости от температуры. Ранее нами было показано, что при постоянной температуре растворимость серебра максимальна в индивидуальном калии и линейно убывает с уменьшением концентрации щелочного металла при добавке хлорида и иодида калия [2]. При этом растворимость не зависит от сорта аниона. Это позволяет сделать предположение, что для расчета растворимости серебра в металлосолевых растворах достаточно исследовать температурную зависимость растворимости серебра в калии. Исследования проводили методом изотермического насыщения в области концентраций (~ от 10 до 100 мол. % калия), где растворы проявляют свойства металлов. При более низких концентрациях (0.1–1 мол. % калия) погрешности метода слишком велики. В данном исследовании использовали металлический калий высокой чистоты (основная примесь натрий не более 0.01 мас. %), расфасованный в стеклянные ампулы. Образцы серебра представляли собой стерженьки с чистотой металла 99.99 мас. %. Материал прибора, используемого в экспериментах, был из стали 12Х18Н10Т. Методика проведения эксперимента предполагала использование взвешенного стакана из упомянутой стали с закрепленным в нем образцом серебра. Стакан помещали в герметичный контейнер и раскрепляли вкладышем. Контейнер закрывали крышкой, к которой был присоединен перегонный аппарат для калия. Он позволял после откачки всего прибора до давления порядка 1–10^–1 Па герметизировать его и вводить в прибор известное количество калия. Другие особенности конструкции прибора и технология подготовки эксперимента описаны в работе [1]. После нагрева прибора до выбранной температуры (температуру поддерживали с погрешностью ±2°С) в стакане с серебром и введенным в контейнер калием происходило растворение серебра. Выдержка серебра в расплаве составляла 8 ч. После чего прибор вместе с печью переворачивали, и расплав с растворенным серебром выливали в верхнюю часть контейнера. Серебро после экспериментов представляло собой равномерно протравленные образцы, механически не разрушенные. Стенки стакана после опытов были покрыты выделившимся серебром. Количество растворившегося серебра определяли по разности массы стакана с серебром до эксперимента и после. При каждой температуре проводили эксперимент с тремя параллелями. Экспериментальные данные сведены в табл. 1.

Используя эти и полученные нами ранее данные по растворимости серебра в калии при температурах 775, 800 и 850°С [3–5] можно построить зависимость растворимости серебра от температуры. Полученные данные показаны на рис. 1.

Их можно аппроксимировать полиномом второй степени:

где N_Ag (мол. %) – растворимость серебра в мол. %, t – температура, °С, Δ – погрешность, рассчитанная на доверительном уровне 0.95.

Сплошная кривая на рис. 1 – расчет по полиному. Кривая отражает часть линии фазовой диаграммы.

Предполагая линейную зависимость растворимости серебра от концентрации калия в металлосолевых смесях можно рассчитать ее и для расплавов содержащих галогенидные соли калия [2], такие как хлориды, бромиды и иодиды. Кроме того, т.к. исследования по определению растворимости в металлосолевых расплавах проводились в области больших концентраций калия, где преобладает металлическая связь и определяющей является электронная подсистема, можно предположить линейный вид зависимости растворимости серебра от концентрации калия в этой области составов и для расплавов K–KF, а следовательно, применимость для них полученной температурной зависимости.