2. Қара қорғасынды мышьяктан, сурьмадан және қалайыдан тазарту.

Қорғасынның құрамында 2%-ға дейін мышьяк, 0,5-2% дейін сурьма және қалайы болады. Бұл қоспалар қорғасынды қатайтып, антикоррозиялық қасиетін төмендетеді. Осы себепті қорғасынды аты аталған қоспалардан тазартуды қорғасынды жұмсарту үдерісі дейді. Қара қорғасынды мышьяктан, сурьмадан және қалайыдан тазартуда ликвация әдісін қолдануға болмайды, өйткені өте төмен температурада қорғасын қатуға жақындаған температурада аты аталған қоспалардың қорғасында ерігіштігі мысқа қарағанда әлдеқайда көп, осы себептен олар тазартылған металда қалады, былайша айтқанда, қорғасында қалады. Күкіртпен аталған қоспалар шығарылмайды, себебі қорғасынның күкіртке, мышьякқа, сурьмаға және қалайыға қарағанда химиялық ұқсастығы көп, тезірек, толығырақ қорғасын күкіртпен қосылады.

а)Қара қорғасынды мышьяктан, сурьмадан және қалайыдан тотықтырып тазарту/рафинациялау/. Бұл әдістің негізінде аты аталған элементтердің оттегімен химиялық ұқсастықтары, былайша айтқанда, оттегімен жеңіл қосылып тотықтар құрайтындықтары пайдаланады. Бұл әдісті оттектендіріп рафинациялау дейді. Рафинация шарпу пешінде, температура 750⁰С-дан жоғарыда жүргізіледі. Алдымен концентрациясы көп болғандықтан қорғасын тотығады, сонан соң қорғасын тотығы өзінің оттегін қоспаларға береді. Пайда болүған мышьяктың, сурьманың және қалайының тотықтары қорғасын тотығымен әрекеттесіп өте қиыншылықпен өңделетін, құрамы күрделі шлактар құрап қорғасынның шығынын көбейтеді.осы айтылған кемшіліктерді еске ала отырып, қазіргі уақытта көпшілік заводтарда тотықтандырып рафинациялау орнына әжептәуір жақсартылған сілтілі әдіс қолданатын болды.

б) Сілтілі әдіс. Бұл да тотықсызданадру әдісі сияқты қоспаларды тотықтандырумен негізделген. Іс жүзінде сұйық қорғасынды балқыған сілтілі натрийдің(NaOH) және ас тұзының- (NaCl) қосындылары арқылы үздіксізциркуляция жүргізіп іске асырылады. Температураның төмендігінен /400⁰-450⁰С/ және мышьяктың, сурьманың, қалайының тотықтану жылдамдықтары төмен болған соң, арнаулы реагент-тотықтандырғыш натрий силитрасы(NaNO₃) қосылады. Температура 300⁰С-ға жеткенде силитра жедел түрде мына реакция бойынша жіктеледі:

2NaNO₃ = Na₂O + 2NO₂ + 1/2O₂

Жіктелгеннен пайда болған атомарлы оттегі қоспаларды өте активті түрде тотықтандырады. Соңынан пайда болған мышьяктың, сурьманың және қалайының тотықтары сілтінің балқымасынан өтіп, еріп арсенатты антимонаттар және станаттар деп аталатын мына тұздарды құрайды:

As₂O₅∙3Na₂O; Sb₂O₅∙3Na₂O; SnO₂∙Na₂O

Бұлар балқымада жиналады. Пайда болған тотықтарды шлакқа айналдыру үшін керекті натрий тотығы, натрий селитрасы жіктелгеннен және сілтілі натрийден алынады. Сілтіге қосылатын ас тұзының ролі пайда болған тотықтар қоспаларының температурасынтөмендетеді. Сілтілі рафинация жүргізетін аппараттың схемасы 4-суретте келтірілген.

Аппарат болаттан жасалған рамада насоспен және қректендіргішпен бірге бекітілген темірден дайындалған бактан /реактордан/ тұрады. Насос сұйық қорғасынды қопарып тұруға арналған. Қорғасынға батып тұрған реактордың конус тәрізді жағында реактордан котелге қорғасынды ғана еркін өткізетін клапан /қақпақ/ бар.

Аппараттың жұмысы мына тәртіппен жүргізіледі: аппарат межеленген температураға дейін жылынған соң үш бөлшек NaOH және бір бөлшек NaCl-мен толтырылады. Тік тұрба арқылы қорғасын үздіксіз реактордың ішінде қотарылып тұрады, реактордың төменгі жағынан қорғасын котелге құйылады. Селитра реакторға процесс аяқталғанша үздіксіз тиеліп тұрады. Пайда болған As, Sb және Sn тотықтары NaOH-тың балқымасынан өтіп, еріп, тұз құрап балқымада жиналады. Процесс аяқталған соң реактордан балқыманы шығарып гидрорметаллургиялық әдіспен өңдеуге жіберіледі.

Сілтілі тазартудың тотықтандырып тазартумен салыстырғанда бірнеше пайдалы айырмашылықтары бар, оларға мыналар жатады:

1. Қорғасын, алтын және күміс жартылай өнімге ауыспайды. Рафинациядан кейінгі сілтілі балқымалардың құрамында 4 пайыздай ғана ілесіп жүрген қорғасын болуы мүмкін.

2. Қорғасынды тазартқанда шығатын металдарды. (As, Sb, Sn) таза күйінде, әйтпесе, тұз күйінде алуға болады.

3. Процесс төмен температурада жүргізіліп қорғасынның аз ұшуына себеп болады, процесс тотықтандырып рафинациялауға қарағанда 4-6 рет жылдам жүргізіледі.

4. Тазартылған қорғасын аты аталған қоспалардан жеткілікті тазартылады. Сілтілі рафинациялардан кейін қорғасынды сурьманың мөлшері 0,0005 пайыздан аспайды, ал мышьяктың және қалайының мөлшері 0,001 пайыздан кем болады.

Қорғасынды мырыштан тазарту (мырышсыздандыру)

Бұл операция тотықсыздандырып рафинациялаумен, хлорлаумен, сілтілі рафинациялаумен және т.б. жүргізіледі.

а) Тотықсыздандырып рафинациялау. Операцияны шарпу пешінде немесе котельде жүргізуге болады. Бұның негізінде мырышты ауаның оттегімен тотықтандыру жатады. Тотықтандырып рафинациялаудың үлкен кемшілігі айналмалы өнімдер көп шығып, солармен бірге едәуір қорғасында шығынға ұшырайды.

б) Хлорлау. Бұл тәсілдің негізі, егер де балқыған қорғасыннан хлор газын жіберсе, екі металл да хлормен әрекеттесіп, мына төмендегі реакциялар бойынша хлоридтер құрайды:

Zn + Cl₂ = ZnCl₂

Pb + Cl₂ = PbCl₂

Ваннада қорғасынның концентарциясы көп болғандықтан, алдымен қорғасын хлорланып лезде мырышпен әрекеттесіп, мына реакция бойынша қорғасынды металл түрінде ажыратып мырыштың хлоридін құрайды:

Zn + PbCl₂ = ZnCl₂ + Pb

Пайда болған хлоридтер төменгі температурада балқиды /мырышпен қорғасынның хлоридтарының қоспасы 261⁰С-да балқиды/, өйткені салмағы болған соң қорғасынның бетіне шығып, қабыршық күйінде жиналып тарылады. Хлорид процесі рафинация котелінде орнатылған арнаулы аппаратта 300⁰С температурасында жүргізіледі. Соңынан хлоридтер жеке котелдерде балқытылады, қорғасын бөлшектері тұндырылып ажыратылады. Ақырында таза хлорлы мырыш тұнып ағашты шіруден сақтауға жұмсалады.

Висмуттан тазарту (висмутсіздендіру)

Шахтылы қорыту процесінде 90%-ға дейін висмут қорғасынға ауысады. Осы себепті қорғасыннан висмутты ажыратуға үлкен назар аударылады. Бұл операция қиын операцияға жатады, өйткені қорғасын мен висмуттың физико-химиялық қасиеттері бір-біріне жақын. Висмуттың ғана мөлшері қорғасынның физико-химиялық қасиетін төмендетеді. Мысалы, висмуттың мөлшері 0,05%-дан көп болса, қорғасынның күкірт қышықылына кедергісі төмендейді, мұндай қорғасынды химиялық аккумуляторлық өндірістерге қолдануға болмайды, қорғасынды ақ бояу құрамында висмут болса бояу сұр рең алады, мұның үстіне висмуттың өзі бағалы металл, аяқтап келгенде маркаға жататын қорғасынның құрамында шектеулі ғана висмут болуға тиіс – 0,004% С3 маркасында, 0,06% С3 маркасында. Жоғарыдағы себептер бойынша қорғасын висмуттан тазартылуы өте қажет операция, XX ғасырдың басында висмутты қорғасыннан ажыратуды - электролиттік әдіспен жүргізді, бұл әдіс бойынша висмут шламда шоғырланады. Қолданылған әдіс қымбатқа түседіжәне қорғасында висмуттың мөлшері 0,5%-дан кем болғанда пайдаланылады. 1922 жылы Кролл пирометаллургиялық әдіс ұсынды, әдіс негізінде сілтілі және сілтілі-жер металдары висмутпен қиын балқитын қорғасында ерімей қалқып бетіне шығатын қосындылар беруі. Висмутсызхдандыруды кальций көмегімен жүргізгенде қорғасындағы висмут мөлшері 0,04-0,06%-ға дейін ғана төмендейді, бұл жеткіліксіз.

Қорғасынды висмуттан тазартуда пирометаллургиялық әдіске Блоскетт және Жоливе әдісі жатады. Блоскетт әдісі 1944 жылы жасалып, ұсынылды. Бұл әдіс бойынша қорғасын ваннасына флюс астына натрийді каустикалық сода қосумен жүргізіледі. Осының нәтижесінде мына реакция бойынша

3Na + Bi = Na₃Bi пайда болған Na₃Bi ванна бетіне шығады. Әдіс бойынша алынған қорғасында висмуттың мөлшері 0,02%-ға дейін төмендейді. 1950 жылы Жоливе әдісі жасалып Францияда «Нуэйль-Годо» заводында өндіріске енгізілді. Бұл әдіс қорғасынды висмуттан тазарту үшін магний мен калий қолдануға негізделген. Осы реагенттерді қорғасын ваннасына қосқанда ерімейтін, ванна бетіне шығатын K₃Mg₆Bi₇ қосылысы пайды болады. Ваннаға қосылатын магнийдің және калийдің мөлшері қорғасынды шығарып алынатын висмуттың мөлшерімен байланысты болып, біраз артық алынады. Жоливе әдісі бойынша практикада қорғасынды висмутсіздендіргенде қорғасындағы висмут мөлшері 0,004%-ға дейін төмендейді. Жоливе әдісі қорғасындағы висмуттың мөлшері шамалы аз болғанда қолданылады. Ваннаның бетінен алынған висмуттың үштік қосындысы (K₃Mg₆Bi₇) дросс түрінде каустикалық содамен (NaOH) өңделеді. Осының нәтижесінде 14-15% висмутты қорғасынның висмутпен қорытпасы құралады жәнеқұрамында калийдің гидрототығы және магнийдің тотығы бар өнім алынады. Қорғасын мен висмуттың қорытпасынан анод құйып электролиз арқылы бірінен-бірі ажыратылады. Осы әдіспен бір операция жүргізгенде қорғасындағы висмут мөлшері 0,004%-ға дейін төмендейді. Висмуттың қорытпаға шығымы 94%-ға жетіп, ал қорғасынның висмутсызданған металға шығымы 93,7%-ға жеткізіледі.

Қорғасынды кальцийден, магнийден, мырыштан тазарту

Пирометаллургиялық операцияда қорғасынды кальцийден, магнийден тазарту ақырға стадия болып саналады. Висмутсызданған қорғасында көбінесе кальцийдің мөлшері 0,03-0,07%, магнийдің 0,12-0,18%, мырыштың мөлшері 0,05%-ға жетеді. Егер де қорғасыннан мырышты алдын ала ажыратпаса, мырыштың мөлшері 0,5%-ға жетуі мүмкін.

Көпшілік заводтарда қорғасынды жоғарыда аталған қоспалардан ажыратуды рафинация операциясы деп атап тотықтандыру әдісімен жүргізеді. Операция сілтілі натрийдің қатысуымен тотықтандырғыш ретінде натрий селитрасын қосып жүргізеді. Қорғасындағы қоспалар тікелей селитрамен біразы сілтімен, ауа оттегімен тотықтандырылып тотыққа айналып, қорғасынның ваннасының бетіне сусымалы қатты күйінде /сьёмдер/ шығып кәкпірмен жиналып алынады. Сапалы рафинация қорғасын ваннасының температурасы 400-500⁰С болғанда, үзбей араластырып тұрғанда жүргізіледі. Қорғасын массасынан ұнтақ өнімнің шығымы 3-5% болып, құрамында 60-75% қорғасыны болады. Сапалы рафинацияның сьёмы жалпы шихтаға қосылып агломерацияға, әйтпесе, шахтылы қорытуға жіберіледі.