Кендерді байытуға дайындау. Кендердің байытудың негізгі принциптері.

Металлургия өндірісінің өнімділігі жоғары, өнімі (метал немесе қорытпа) сапалы және өзіндік құны төмен болу үшін өңделетін кеннің физика-химиялық қасиеттері металлургиялық процестің талаптарын толық қанағаттандыруы керек.

Бұл металлургиялық өндірістің экономикалық тиімділігіне, ең алдымен - энергетикалық шығындардың мөлшеріне әсер ететін қасиеттердің жиынтығы кеннің металлургиялық құндылығы деп атайды.

Өңделетін кендер келесі талаптарға сай болуы керек:

• металдың құрамы жөғары ( немесе бос қалдық аз болуы);

• бос қалдық құрамы үйлесімді;

• зиянды қоспалардың құрамы аз;

• берілген технология үшін кеннің гранулометриялық құрамы талапқа сай;

- кендік материалдың химиялық және гранулометриялық құрамдарының ауытқуы аз.

Жер қойнауынан қазылған кен осы талаптарға сәйкес емес және арнайы операциялардың кешенінен тұратын алдын ала өңдеуді қажет етеді.

Кендерді металлургиялық өңдеудің экономикалық тиімділігі металдың өзіндік құнымен сипатталады және ол келесі көрсеткіштердегі шығындардың қосындысына тең:

См = Ск + Сқ + Сэн + Ршб + Рб, (3.1)

мұндағы, Ск - кен шығатын шикізат құны, руб/металл т; Сқ – қоспалардың құны (флюстердің, химиялық реагенттердің, қоспалаушы материалдардың және т.б.); Сэн - металлургиялық процестің өзін жүзеге асыруға жұмсалған энергия құны (жылулық, электрлік); Ршб – шектік шығындар (жалақы, негізгі құралдардың тозуына шығындар, жабдықты жөндеу, көлікке және т.б.); Рб - цехты және өнеркәсіпті басқаруға кететін шығындар.

Талдау көрсеткіштері бойынша, металдың өзіндік құнына шешуші үлесті (3.1) өрнектің бірінші және үшінші мүшелері қосады. Мысалы, 1 т шойынның өзіндік құнын құрастырушылардың салыстырмалы мәндері төмендегідей:

Сшойын =100%=41+1+50+7+1

мұндағы:41% - бұл кендік шикізат құны ( агломераттың, түйіршіктердің); 50%- отын құны (кокстің).

1 тонна металдың өзіндік құнындағы кендік шикізаттың құны кеннің меншікті шығыны (Рк) мен қолдану орнындағыбағасы туындысына тең (Цк ):Ск = Рк∙Цк. Зауытта тұтынылатын кен бағасы қазып алу құнынан, қазып алу орынынан металлургиялық зауытқа дейін тасымалдау құнынан және металлургиялық өңдеуге дайындауға кететін шығындардан тұрады.

Жер қойнауынан алынған кен құны қазып алу тәсіліне ( жер асты немесе ашық), сонымен қатар кен орындарының өлшемдеріне және тау кен-байыту комбинатының қуаттылығына тәуелді болады - олар үлкен болған сайын, кен арзандай түседі.

Кенді металлургиялық өңдеуден бұрын оны дайындаудың мақсаты және оларға шығатын шығындар әдеттегі бір ғана шартпен анықталады: зауытта металлургиялық процестің өзіне кететін шығындарды үнемдеу (ең алдымен - энергия шығынын үнемдеу) кенді алдын ала дайындауға кететін шығындарды жабуы тиіс - кенді дайындау нәтижесінде шығарылатын металдың өзіндік құны азаюы тиіс. 3.1 суретте кендік шикізат құнының (Ск) және энергетикалық шығындардың (Сэн) өзгеруі, сонымен қатар металдың соңғы өзіндік құнының кенді дайындаудың бір ғана (ең маңызды) әдісі - байыту нәтижесінде өзгеру сипаты келтірілген. Егер келтірілген тәуелділіктерді металл алудың пирометаллургиялық жағдайында қарастырсақ онда өңделетін кендегі метал концентрациясы жоғары болған сайын (бос қалдық құрамы аз) шлак аз түзіледі (1 т металға есептегенде), соған қарай оны балқытуға да жылу аз кетеді.

Кен байыту

Ұсақтау үшін қолданатын машиналар – ұсатқыштар - кесектердің өлшемін 5-6 мм-ге дейін кеміте алады. Ары қарай көбірек ұсақтау ұнтақтау деп аталады, оны диірмендерде жүзеге асырады.

Бірақ бір агрегатта 1500мм-ден 1-2 мм және одан да кішіге дейін ұсақтау мүмкін болса да, тәжірибе көрсеткеніндей, бұл экономикалық жағынан тиімді емес. Сондықтан ұсатқыш-байыту фабрикаларында ұсақтау бірнеше сатыда жүзеге асады, мұнда ұсатудың әрбір сатысына қажетті ұсатқыштың түрі қолданылады. Әдетте, ұсақтау үш сатыда жүзеге асады: ірі – 1500-ден 250 мм дейін, орта - 250-50 мм , ұсақ - 50-5 мм дейін; ұнтақтау - 5 мм-ден бірнеше микрометрге дейін. Сонымен, ұсақтау дәрежесі, яғни кесектердің ұсатуға дейінші және ұсатудан кейінгі максималды өлшемдерінің қатынасы ұсатудың әр сатысында 5-10 құрайды.

Қолданылатын ұсатқыштардың көпшілігі екі болат жақтардың бір-бірімен соғылуы нәтижесінде олардың арасындағы кен кесектерінің жаншылуы принципімен жұмыс істейді. Ірі ұсақтауға жақтық немесе конустық ұсатқыштар пайдаланылады (сурет 3.2). Орташа және ұсақ ұсақтау валкалық немесе соққылы (балғалы) ұсатқыштарда жүреді.

а ) б )

Сурет 3.2. Жақтық (а) және конустық ұсатқыштардың схемасы: 1- қозғалмалы жақ; 2– қозғалмайтын жақ; 3– жүк түсіретін тесік; 4– келтіру; 5– тіректік тақталар; 6– реттегіш қабаттар.

Ұнтақтау үшін өзекті, шарлы, галькалық диірмендер қолданылады. Минералдар қаттылығына, сынғыштығына, тұтқырлығына және кесектердің түрлеріне байланысты әртүрлі ұнтақталады. Ұнтақтау сулы ортада жүреді, соның нәтижесінде шаң бөліну азаяды және диірмендердің өнімділігі жоғарылайды. Ұнтақтау барысында бөлшектер автоматты түрде сортталады: ұнтақ бөліктері өлшенген күйге өтіп, пульпа (кішкентай кен бөлшектерінің сумен қоспалары) түрінде диірменнен шығарылады, ал ірілері өлшенген күйде болмайды және­ диірменде ары қарай ұнтақталу үшін қалып қояды.

Шарлы диірмендер сияқты жұмыс істейтін өздігінен ұнтақтағыш диірмендерде ұнтақтағыш дене ретінде кеннің ірі кесектері қызмет етеді. Шарларды жүктемелерді тиеуге кететін электр энергиясының меншікті шығыны болмайтындықтан бұлардың өнімділігі де төменірек болады.

Ұсақтау және әсіресе ұнтақтау процессі ең энергия кө шығындалатын және соған сәйкес ең қымбат операция болып табылады - олардың үлесіне кен дайындауға кететін жалпы шығындардың 60% кетеді. Ұсақтау, ұнтақтау және кластарға бөлу процестерінің схемалары екі талапты қанағаттандыруы керек: артық ұсақтамау және материалды тапсырылған өлшемнен ірі бермеуі керек. Осы талаптарды қанағаттандыру үшін ұсақтау және ұнтақтау процестері жабық циклді болуы керек. Ұсақтау-байыту фабрикаларының тәжірибесі көрсеткеніндей, ұсақтағыштар мен диірмендердің жұмысы егер ұсақтау және ұнтақтау ары қарай елеу (електен өткізу) және кластарға бөлу процестерімен жалғасса ғана біршама жақсаратыны (өнімділігі артатыны, меншікті энергия шығыны азаятыны) белгілі болды.

Бұл процестердің мақсаты ұсатылған және ұнтақталған кендерді ірілік бойынша фракцияларға бөлу. Елеудің кластарға бөлуден айырмашылығы - елеу кезінде елеуіштерде кесектерді сорттау жүргізіледі, ал кластарға бөлу кезінде ұсақ (1-2 мм кіші) бөлшектерді сулы, кейде ауалы ортада бөледі.

Елеуіштер – елеуге арналған аппараттар, олар қозғалғыш және қозғалмайтын елеуішті болып бөлінеді. Кен дайындайтын фабрикаларда тербелмелі (вибрациялық) және инерциялық елеуіштер кең қолданылады.

Кластарға бөлудің теориялық негізі әртүрлі іріліктегі бөлшектердің газ тәрізді немесе сұйық (сулы) ортада әртүрлі жылдамдықпен құлау заңы болып табылады.

Сурет 3.3. Инерциялық елек: 1– қорап; 2– елеуіш; 3, 4– теңеспеген жүктері бар білік; 5– реттегіші бар рессор; 6– енгізу.

Әртүрлі кластарға бөлгіш құрылғылардың жұмыс істеу принципі бірдей: 300-500 мм-ге дейін су толтырылған ыдысқа пульпаны толассыз жібереді. Кеннің ең ірі бөлшектері ыдыс түбіне жылдам шөгеді, ал ұсақ өлшенді күйдегі бөлшектер – төгілетін сумен бірге құйып алатын тесік арқылы класқа бөлгіш құрылғыдан шығарылады. Арнайы құрылғының көмегімен шөккен бөлшектер де алынады. Байыту фабрикаларында ең көп таралған серіппелі (спиральді) класқа бөлгіштер, мұнда шөккен фракцияны – құмды - шығару үшін айналған серіппені қолданады.

Сурет 3.4. Серіппелі класқа бөлгіш құрылғы.

Онан әрі ұсақталған кенді байытуға жібереді, оның мақсаты кендегі бос қалдықты мүмкіндігінше көбірек бөліп алудың нәтижесінде пайдалы элементтің концентрациясын жоғарылату болып табылады.

Кендерді келесі әдістердің біреуімен байытады:

1. Минералдардың түсі, жылтырлығы және кесектерінің түріне қарай сұрыптау. Кенді сұрыптайтын конвейерлерде бай кендердің кесектерін бөледі, мұнда бөлуге фотометрлік немесе радиометрлік индикаторлар пайдаланады.

2. Қаттылығы, сынғыштығы және кесектердің түріне қарай байыту, бұл бір минералдардың тез, ал екіншісінің баяу ұсақталатынына негізделген. Соңынан елеу арқылы кенді концентратқа және бос қалдыққа бөлуге болады.

3. Электрлік байыту, мұнда минералдардың электр өткізгіштігі, электр сыйымдылығы және диэлектрлік қасиеттері қолданылады.

4. Магниттік байыту – минералдарды магниттік қасиеттеріне қарай бөлу.

5. Гравитациялық байыту, минерал түйіршіктерінің сұйықтықтарда немесе ауада құлау жылдамдықтарының және тығыздықтардың әртүрлілігі қолданылады.

6. Ауыр орталарда байыту – минералдарды ауыр сұйықтықтарда немесе суспензияларда тығыздықтары бойынша бөлу. Мұнда тығыздығы бойынша біреуі - бетіне қалқып шығады, ал басқалары – түбіне батады. Ауыр орта ретінде органикалық сұйықтықтар, сулы ерітінділер немесе суспензиялар қолданылады.

7. Флотациялық байыту кенді ерекше флотациялық реагенттермен өңдегеннен кейін оның құрамындағы минералдар бетінің сумен дымқылданғыштығының (смачиваемость) әртүрлі болуына негізделген.

Кендік минералдарды бос қалдықтан өте таза күйінде бөліп алу олардың ұсақ түйіршіктері арасындағы жіктердің үзілмей, сақталуынан мүмкін болмайды. Кенді байыту дәрежесі концентраттағы металл құрамының оның кендегі құрамына қатынасы бойынша анықталады. Бұл байыту дәрежесі деп аталады. Екінші маңызды көрсеткіш – бөліп алу дәрежесі – концентраттағы металл мөлшерінің өңделген кен құрамындағы металл мөлшеріне қатынасы бойынша анықталады, ол үлес немесе пайызбен өлшенеді.

Екі, үш немесе одан да көп минералдардан тұратын комплексті кендерді металдарды жеке концентраттарға бөліп, селективті (таңдап) байытады.

Металлургиялық өңдеу сатылары

Әдеттегі кез келген метал кені екі негізгі бөлімдерден тұрады: кен шығатын минералды, метал басқа элементпен химиялық қосылыс ретінде, механикалық қосылыстармен араластырылған кезде бірақ құрамында осы металы жоқ - бос қалдық:

Кен = кендік минерал + бос қалдық.

Сондықтан, кеннен метал шығару процесі өзіне екі операцияны қосады: а) кен шығатын минералды бос кеннен айыру; б) металды химиялық қосылыстардан пайда болатын элементтерден айыру. Кейбір металдарды алу технологиялық операциялары кері.

Талдау ыңғайлылығына арналған операциялардың кешені, кіруші металдардың алу технологиялық схемалары төрт сатыға мақсатына қарай бөлінеді, әрбіреуінде арнайы мақсаты шешіледі :

I САТЫДА – КЕН КОНЦЕНТРАТЫН АЛУ механикалық тәсілмен (бөлшектеу, ұнтақтау, байыту)

II САТЫДА – «ХИМИЯЛЫҚ» КОНЦЕНТРАТТЫ АЛУ (күйдіру, пісіру-ыдырату, хлорлау, ректификациялау, еріту-тұндыру, құйма)

III САТЫДА – «ҚАРА» МЕТАЛДЫ немесе МЕТАЛДЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ҚОСЫЛЫСЫН АЛУ (хлорлау, фторлау, ректификациялау, экстракциялау, айдау)

IV САТЫДА – ТАЗА МЕТАЛДЫ АЛУ (химиялық және физикалық тәсілмен тазалау)

Сурет 4.1. Технологиялық схемасының әрбір сатысына кіретін – негізгі операциялар.

Лабораторияларда және өндірісте ғылыми зерттеулердің өткізуі нәтижесінде кенді металлургиялық өңдеу технологиялық схемасын өңдейді, яғни, металдың – жүйелілік және операциялардың үйлесімді шарттары (физикалық және химиялық процестердің), өзіндік құнмен және алынған өнім сапасымен техникалық- экономикалық көрсеткіштері ең биік жеткізіледі.

Тәжірибеліде металдардың алу әр түрлі технологиялық схемалары қолданылады. Бірақ барлық осы схемалардың принципиалдық маңызы біреу – металды бос кеннен және ілеспелі элементтерден бөлу.

4.1 суретті қарағанда, механикалық тәсілмен бірінші сатысында кен шығатын минералының бос кенді бөліп шығарады. Осы жағдайда кен екі бөлімге бөлінеді: концентрат, табиғи кен шығатын минерал негізгі саны бөлініп өтеді , және қалдықтар, бос кеннен тұрады.

Механикалық байытуы жағдайында металдарды ілеспелі қосылыстардан толық айырылуы мүмкін емес – концентраттарда бос кенмен және кен минералымен қосылған бөлшектердің саны жеткілікті.. Концентратта бос кеннің құрамы 10%-тен темір кендеріне лайықты және 80-90%-ке дейін түрлі түсті металдардың кендеріне арналған .

Қалған бос кенді алу технологиялық схемасының химиялық - металлургиялық әдістермен екінші сатысына өндіреді, кен шығатын минерал ерігіштігінде ерекшеліктерді қолдана және бос кеннің химиялық реагенттерде немесе балқытылған тығыздықтарда метал ерекшеліктің және күйіндінің фазаларда қолданады. Қалған жағдайларда, егер бос кенді және табиғи кен шығатын минералды айыратын тәсіліне жетпеген жағдайда, соңғы химиялық өңдеу жолмен басқа қосылысқа айналдырады,, бос кеннен физикалық - химиялық қасиеттеріммен маңызды айырмашылығы бар.

Технологиялық схеманың соңғы процестің екінші сатысында осы метал химиялық қосылыстарын (құрамында көп емес қоспалары бар), немесе металл қорытпасын алуға болып келеді.

Кейде екінші сатысын «химиялық» концентратты алу деп атайды

Үшінші сатыда бір технологиялық схемаларында «қара» метал алады (құрамында қоспалармен ластанған), ал басқаларынды - металдың таза химиялық қосылысын, келесі сатыларда таза металды алу үшін бастапқы материал етіп қызмет етеді.

Соңғыда, төртінші сатыда, таза металды тотықсыздандыру арқылы немесе «қара» металды тазалау жолымен алады.

Металлургиялық процестер

Металлургиядағы барлық процестерді 3 топқа бөлуге болады:

• пирометаллургиялық, (700-2000° жоғары температураларда өтеді): күйдіру, тотықсыздандыру және тотықтытандыру балқулар , айдау, тазарту;

-гидрометаллургиялық, кенді шикізатты сулы қышқылдың ерітіндісімен, тұздармен немесе сілтілермен, бөлінетін метал ерітінділерге айналады, ал бос күйі қатты қалдық күйінде қалады. Процес жоғары емес температурада жүреді: 20-300 ⁰С;

-электрометаллургиялық, сулы ерітінділерде немесе ерітілген тұзде қышқылды қайта орнықтыру процесі жүргенде электрлік тоқ пайдаланылады, осының салдарынан электродтардың біреуінен керекті метал бөлінеді;

Металды алу технологиялық схемасы шикізаттағы берілген металдың концентрациясы аз, ал қосылысы көп болса, физикалық-химиялық құрамы алынатын металға жақын болса, металды алу немесе химиялық қосылысының қосылыс құрамы таза болса, онда металды бөліп алуға қиынға түседі.

Көптелген жағдайларда, берілген металды алу үшін технологиялық схемалардың қайта жасау стадиясынан бөлек көптеген варианттары жасалған:

-қай минералды кеннің түрінде металдың кенде болмау тәуелділігі;

-схеманы іске асырушылар қай мақсатта жүрді: макисмалды жайлықты алу немесе схеманың экономдығы, металдың минералды қосылыстар құрамын алу үшін.

Соңғы өнім таза метал болуы мүмкін, балқытулары басқа элементпен, және де химиялық қосылыстары (мысалы, оксидтер). Осылайша метал және олардың балқытулары көбінесе құйма түрінде алады, және әр түрлі көлемде және құю формасына құяды. Бірақ, қиын балқитын металдар ұнтақ тәрізді немесе массалы – борпылдақ болады, ыңғайлы күйге доғалы немесе электрлік балқымасының көмегімен айналдырады, не болмаса ұнтақ металлургиялық әдісімен.

Металлургиялық өңдеудің алдында кенді дайындау

Алдымен кенді ұнтақтайды, ұсақтайды және байыты, бос күйлерін бөліп алып тастайды. Алынған концентратты кейде пісіру арқылы қатайту және бөлшектеген ыңғайлы, брикеттеу немесе басқа әдіспен. Металдың балқымасын сол уақытта күрделі кенде өңдеуін дайындауын талап етеді, шикізаттың химиялық құрамы мен агрегаттық қалпының өзгеруі байқалады.

Кеннің металургиялық қайта өңдеуге дайындау келесі операциялармен жүреді:

1) ұнтақ; 2) ұсақтау;

3) майдалау; 4) класификациялау;

5) күйдіру; 6) байыту;

7) орташаландыру; 8) кесектеу.

Күйдіру. Кенді материалдарын күйдіру металургиялық қайта өңдей кезінде кезекті сатыларда қолданылады. Күйдіру – пирометалургиялық процес болғандықтан, күйдірудің мақсаты, түрлері 5-ші дәрісте қарастырылады.

Орталықтандыру. Кеннің қоры бөлек учаскелері барлық структура жағынан өзгеше. Осы себепті алынатын кендер бір бірінен химиялық құрамы жағынан өзгеше. Бұл теңселіс кеннің құрамын балқыту теңселіс режиміне алып келеді: температура, метал мен шлактың химиялық құрамы металургиялық қайта өңдеудің эффектісі төмендейді. Кеннің химиялық құрамын біртектігін көтеру мақсатымен және коцентраттар араласу күйіне түсуі керек. Үлкен массалы материалдар үшін бұл операция орталықтандыру деп аталады.

Көбінесе кенді орталықтандыру 100 мың тонна сиятын штабельде жүреді. Штабельдің түрлендіруі бұл жіңішке көлденең құймамен жүреді, ал материалдың қабырғасы ьарлық көлденең қиылысу арқылы жасалады. Материалдың әрбір қабырғадағы көлемі, барлық формалы құйма кіреді (кейде 1000-нан астам), құрамы бар, материалдың барлық штабельді бірдей орталық құрамы. Орталықтандырудың жинағы екі штабельді болады, біреуі – түрленеді, ал екіншісінен материалды алады.

Жүктеу үшін штабельді түрлендіру барлық жерде жүктемені өзі түсіретін арбаны қолданады. Штабельдің торц қабырғасы қабырғалы –орталықтанған машина (ҚОМ) – көпковшалы роторлы эксковатор арқылы іске асады.

Кесектеу. Байтылған кеннің ұнтақ коцентраты балқытуға бірден доменді және шахталы пешке жіберілмейді, себебі жақсы газөткізгіш шихтасы жоқ. Ұсақ бөлшектерді ірі кесекке (20-40 мм) айналдыру – бөлшектеудің басты мақсаты болып табылады. Металлургиялық тәжірибеде 3 әдісі бар: брикеттеу, агломерациялау және құйындылардың өндірісі.

Брикеттеу. Мақсаты – бұл ұсақ ұнтақтарды араласатын қосылыспен араластырып (5-10%) брикет-престерге беріледі, 50-100 МПа қысым астында тікбұрыш түріне брикеттеледі, немесе цилиндрлік не болмаса сопақ формалы өлшем 20-150 мм болады. Брикеттердің керекті беріктігі 150-500 ⁰С жылуда қыздырғанда пайда болады. Сульфит спиртті барда коцентратты байланыстыру үшін қолданады және ерітілген әйнекті, әктасты, цементті және т.б. Брикеттерді мақсатты қолдану бұл өңдеудің үлкен емес масштабта және кенді материалда күкірттің сақталуы, себебі мысты балқыту кезінде керек болады және никельді т.б. (агломерация және күйдіру кезінде күкірттің негізгі көлемі жанып кетеді).

Агломерация. Бұл термиялық кесектендіру әдісі. Бұл әдістің негізгі, құйма кеннің ұсақ бөлшектерін тез балқыту; тез сұйыту нәтижесінде кристалды массалы күйге айналады. 5-ші дәрісті қарау.

Ұсақ концентратты (-0,07 мм) кесектеу әдісі – құйындыларды алу болып табылады, 15-20 мм диаметрлі шариктер, 2-3 кН/құйынды күшпен басқаның өзінде өз көлемін сақтайтын құындылар.

Сурет 4.2. Теміркенді агломерат (а), теміркенді құйындылар (б).

Пирометаллургияның негізгі процестері – күйдіру, балқыту, тазарту, айдау, балқымалардың электролизі.

Металлургияның негізгі мақсаты табиғи қосуларды қалпына келтіргенде металдардың алуында түзеледі (тотықтар, сульфидтер, хлоридтер, силикаттар және т.б., минералдарда болатындар).

Барлық қолданылатын түрлі түсті металдардың өндірісі екі топқа бөлінеді: пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық.

Пирометаллургиялық процестер көбінесе жоғарғы температурада толық және материалдардың жарым-жарты балқытуымен өткізіледі. Бөлек тобына бөлінетін электрометаллургиялық процестер кейде пирометаллургиялық бола алады, егер олар балқымаларда жүрсе (балқытылған ортада).

Пирометаллургиялық процестер қатысушы компоненттердің сипатына байланысты және олардың соңғы нәтижесін үш топқа бөлуге болады: күйдіру, балқыту және дистилляциялау .

Күйдіру – өңдеуге арналған шикізаттың химиялық құрамын өзгерту мақсатындағы жоғары температурада (500-12000 ⁰С) өткізілетін металлургиялық процес. Күйдіру процестері, бірақ күйдіру біріктірумен жатқызбаған кезде, қатты фазалы болып келеді. Түрлі түсті металургияда келесі күйдіру түрлері қолданады:

1. Кальцинирлі күйдіру (балқыту) тұрақсыз химиялық қосылыстарды қыздырумен ыдырату мақсатында өткізеді (диссоциация) – гидроксидтерді, карбонаттарды және т.б. Жалпы күйдіру түрі келесі теңдеулермен жазылады:

M e (ОН)₃ ^t Me₂ O₃+ H₂ O; MeCO₃ ^t MeO + CO₂.

2. Тотықты күйдіру сульфид кендерді және концентраттарды алдын ала өңдеу мақсатында толық немесе жартылай сульфидтерді оксидтерге айналдыру үшін қолданады:

2 MeS +3O₂ ^t 2 MeO +2 SO₂.

Тотықты күйдірудің бір түрі - сульфаттаушы күйдіру болып келеді:

M eS + 2O₂ ^t MeSO₄.

Тотықты күйдіруге агломератты күйдіру (күйдіріп біріктіру) жатады. Соңғысы материалды пісіріп және бір уақытта тотықтырып ала алады. Біріктіру сұйық фазаның пайда болуынан өткізіледі, қатайған кезде баяу балқитын ұсақ бөлшектерді ұсақ саңылаулы өнімге айналады – агломерат.

Агломерациялық процесті торлы қабатта жүргізеді. Кенді бидайды балқыту үшін керекті жылу отынның қатты бөлшектері кенді материалдармен араласқан кезде пайда болады. Отын ретінде 3-5 мм ұсақталған кокс қолданады; кейде коксты үнемдеу үшін шихтаға ұсақталған таскөмірді енгізеді. Түрлі түсті металдардың сульфид кендерінің агломерациясы жанында FeS₂, FeS, Cu₂S отынмен сульфид минералдары қызмет етеді; тотығу жанында қайсылардың жылу маңызды саны бөлінеді. Құрамда шихта агломерациялық әрқашан қатысады «қайтару»- ұсақ кішкентай кесектер (0-10 мм) алдындағы бірігудің шартқа сәйкессіз агломератының. Жиі шихтаға ісікті енгізеді, ізбест тас (0-3 мм).

Агломератқа қойылатын талап сапа алуына арналған шихта компоненттілері аралық сандық арақатынасты алдын ала есептейді. Мөлшерленген шихтаны араластырады, дымдайды, айналған дабылда кесектеу (концентраттың ұсақ бөлшектерінің грануляциясыне арналған) және 200-400 мм жуандықпен масақтық шарбаққа нығыздау толтыра артады.

Агломерациялық процес агломерациялық шихтаны «жағудан» басталады. Желдеткіш қосуынан кейін, сирету масақтық шарбақ астында камераларда жасайды, газды шілтерлермен жуандықпен шихта үстіңгі қабатын қыздырады жанында 20 мм температураға дейін 1250° С. Қалған уақыт ішінде процес уақыттарының вакуум әрекеті астында ауа, шихта қатты отын қамтамасыз етуші қарқынды жануы толассыз еме бастайды .

Агломерация, окускования тәсіл сияқты, 1911 ж. бастап кең қолдануға бастады, ол кезде агломерациялық машина толассыз әрекет ленталық үлгі ретінде салған (5.2 сурет). Агломерациялық машинаның ең басты бөлімі металл науаны болып келеді (ені 2-4 м және ұзындығы 25-80 м), тығыз жылжытылған арбашалардан борттармен – палет. Арада аралық вакуум - камера пирамида тәрізді түрлері жоғарғы және төменгі беттететіндермен құрастырылған, қосылғандар дымососоммен газ жүргізгіш көмегі жанында (эксгаустерлер).

Дайын шихтаны (дымқылды, кесектеу) коректенгішпен толтыра артады палетпен толассыз қозғалушыларды. Уақыттың артынан шихта мекендеулері тұтандырғыш көрік астында (1 минут ішінде ) шихта жағуы болады - шихта үстіңгі қабат қатты отын тұтануы. Арбаша аударуы жанында « агломерациялық бәліш» суытылғанға бағыттайды одан және ұсақталудан кейін және майдалаудкан кейін суытылады. Машина астынан алынған газдар шаңнан тазартылады және эксгаустер арқылы өткеннен кейін, атмосфераға лақтырылады.

Шихта құймасы және эксгаустер қуаттылықтары салыстырмалы өнімділік машина агломерациялық қасиеттерден тәуелді болады. Негізгі фактормен, салыстырмалы анықтаушымен ­ машиналардың агломерациялық, газ өткізгіш қабат құймасы келеді. Балқыту ошақтардың жұмыс биік техника - экономикалық көрсеткіштерінің жетуіне арналған агломерат талаптарға арнайы қанағаттандыру:

- химиялық құрамы бойынша , агломерат осы метал барынша көп мүмкін ұстауы тиісті болу; ең аз (теміркенді агломераттарға арналған) және үйлесімді (түрлі түсті металдардың кендеріне арналған) күкірт ұстауы; тұқым бос құрамы тез балқығыш алу және күйінді тиісті қамсыздандыру ( көңіл болуы дәлдеп түзеледі СаО: SiО₂)

- қыр өлшегіштік құрамы бойынша, агломерат кесектері ірілікпен тиісті біркелкі болу - ең аз ұстаумен ұсақтардың (-5 мм ) және ірілердің (+80 мм ) фракциялардың;

- беріктікпен: агломерат кесектері жеткілікті беріктігімен тиісті ие болу керек, ошақтарға тасу жанында үшін және балқыту жүруінде олар ұсақ-түйек білімімен қиратылған жоқ. Тесік дабылдық агломераттардың беріктігі бағалайды, (-5 мм құрылған ұсақ-түйектер сан таныстырушы) немесе қалған ірі фракция саны (+10 мм ) байқаудан кейін айналған дабылда агломерат сынаулары .

3. Қалпына келтіргіш күйдіру қайсысыз металдардың ең жақсы тотықтардың бұрынғы қалпына келуі үшін өткізеді ең төмендердің , мысалы:

3 Fe₂O₃ + CO 2 Fe₃O₄ + CO₂.

Fe₃O₄ магнетиті жоғары магниттік түсінгіштікпен, магнитті сепрациясымен бөліуге болады.

Қалпына келтіргіш өртеу өзіне тән бір түрімен вельцевание келеді – процес бұрынғы қалпына келу көміртегітермиялық қаттыларды металдардың тотықтарының фазаларында, процесі температурасы жанында – газды фазаға кешіп өтеді. Салыстырмалы ұшатын металдардың тобына сынап, кадмий, натрий, мырыш, магний апарып беруге болады. Мырыш өндірісі жанында вельцевание ең жиі қолданылады. Өңдеуге гидрометаллургиялық онан әрі ұсталған айдаулар душар болады .

4. Хлорлы және фторлы күйдіру сульфидтерді суда еритін немесе ұшатын хлоридтерге немесе фторидтерге ауыстыру үшін өткізіледі. Алтынды, күмісті және мысты кендерден бөлуге қолданылады. Қазіргі кезде магнийді, титанды, цирконийді, гафнийді және қалайыны алу технологияларында қолданады. Уран, берилий алуға фторлы күйдіру қолданылады.

Кесте 5.1

Хлорлы металдардың балқу және қайнау температурасы

Хлорид	Температура		Хлорид	Температура		Хлорид		Температура
	балқ.	қайн.		балқ.	қайн.			балқ.	қайн.
SiCl4	-67	58	NbCl5	205	248		PbCl2		501	950
GeCl4	-51	84	TaCl5	216	234		FeCl2		672	возг.
AsCl3	-18	130	SnCl2	247	652		UCl4		590	618
TiCl4	-23	136	FeCl3	304	319		NaCl		800	1465
VOCl3	127	субл.	ZnCl2	313	732		CaCl2		782	2027
AlCl3	180	субл.	CuCl	422	1366		MgCl2		718	1412
MoCl5	194	268	BeCl2	958	1560		BaCl2		958	1560

Крицалы процес балқыту аралық аралық жайды орынға ие болады және өртеумен температуралық диапозонмен – температуралар жанында кен өңдеуін жүргізеді, қашан кен жартылай балқыған кешіп өткенде, әсем - жабысқақ күй-жағдай. Кричлі процес қалпына келтіргіш мінез-құлықты болады . Температуралардың облысында 700-11000 металдардың бұрынғы қалпына келуі жүреді (Fe, Ni, Cr). Температура жоғарылауымен метал бұрынғы қалпына келтірген кішкентай бөлшектерінің коагуляциялау және тұқым бос бірігуі болады ірі кесектер көбірек. Алынған ошақтан өнім – крица – металл бидай дәндерінің дақтарымен күйінді жартылай балқу түйірлер ұсынады, салқындаудан кейін және ұсақтаудың магниттік сепарациямен бөледі метал және күйіндіні фазаның. Металлургия тәжірибеліде мынау процес темір, темір - никельденген тотық кендердің өңдеуі үшін қолданады.

Балқыту түрлері

Балқыту – өңдеген матирелдарды толық балқытқан кездегі жоғары температурада өткізілетін пирометаллургиялық процес. Екі түрлі балқу бар: – кендік және тазалау мақсатындағы балқытулар.

Кендік балқыту негізгі химиялық реакциялары бойынша келесі түрлерге бөлінеді:

1. Қалпына келтіргіш балқыту. Көміртекті қалпына келтіргіштермен тотық қосулардың оның бұрынғы қалпына келу шотының артынан метал алуы мақсатымен оны өткізеді және аударманың бос күйіндіге тұқымның (тотықтардың қорытпасы). Жалпы түрде қалпына келтіргіш балқыту келесі схемамен жазылады :

( МеО, SiO₂, CaO, Fe₂O₃) + C + O₂, N₂ ^үрлеу Me + (SiO₂, CaO, FeO) + CO₂, N₂.

Кен метал күйінді газ

Түрлі түсті металлургияда мысалы, қорғасын және қалайыны қалпына келтіргіш балқыту әдісімен алады.

2. Штейнге балқыту. Оны штейн деп аталатын сульфидтер қорытпасының жартылай өнімінен металды бөліп алу мақсатында қолданады.. Балқытудың екініші өнімі тотықты компонеттерден тұратын шлак болып табылады. Балқытудың бұл түрі бейтарап, тотықсызданғыш немесе тотықтырғыш атмофсерада жүруі мүмкін. Соңығ жағдайда балқытуды көбінесе концетраиялық деп атайды, себебі бұл жағдайда алынатын штейн құрамында метал концентрация жоғары болады. Штейнге балқытуды мыс және никель өндірістерінде кең қолданады. Мысты шикізатты штейнге балқытудың схемасы:

(CuFeS₂,FeS₂,SiO₂,CaO)+(SiO₂,CaO)+(O₂,N₂) (Cu₂S,FeS)+(FeO,SiO₂,CaO)+(SO₂,N₂).

кен немесе концентрат флюс үрлеу штейн шлак газдар

Тотықтырып балқытуға алынған штейнді қосымша өңдеуге қолданыладытн конвертрлеу процесі де жатады. Бұндай өңдеу балқыманы ауамен немесе таза оттегімен үрлеудің нәтижесінде құрамындағы қоспалар тотығып шлакқа және газға өтуіне негізделген процес конвертрлеу деп аталады.

Конвертрлеуге ұқсас фьюминг-процес – бұл шлактыө балқыманы газбен үрлеу. Оның конвертлеуден айырмашылығы тотықтырғыш газбен металдық балқыманы үрлейді, ал фьюмингтеу кезінде тотықсыздандырғышпен үрлейді. Тотықтырудың өнімдері метал оксидтері шлак түзсе, ал фьюмингтеу өнімдері тотықсызданған жеңіл ұшатын бу күйіндегі металдар немесе сульфидтері. Бұлар реакциялық кеңістіктен гадық ағынмен бірге кетеді. Бұл процес қорғасын, мырыш, кадмий өндірісінде қолданылады.

3. Балқытылған тұздардын электролизі.Тұрақты тоқтың әсерінен оксидтер мен хлориден тұратын балқытылған ортада жүретін тотығу-тотықсыздану процесі. Процес келесі схемамен жазылады:

MeO (MeCl₂) Me²⁺ + O^2- (2Cl^-),

катодта: Me²⁺ + 2e Me,

анодта: O^2- - 2е О₂ или 2Cl^- - 2е Cl₂ .

Нәтижесінде катодта метал бөлінеді (сұйық немесе қатты күйде), ал анодта газ. Балқымалардың электролизі кез келген метал алуы үшін кең қолданады, бірақ салыстырмалы қымбатшылығынан ол тек қана арзан түрлері болмаған жағдайда ғана қолданылады. Балқымалардың электролизін алюминий, магний және басқа жеңіл және сирек металдардың алуға қолданады.

4. Металлотермиялық балқыту. Оны қиын балқитын көміртекті тотықсыздандырғышпен карбидтер түзіп кететін металдарды алуға қолданады.

Бұл бақытудың негізнде бір металды екінші активтілігі жоғары металмен ығыстыру принципі жатыр:

Me^/O (Me^/Cl₂) + Me^// Me^/ + Me^//O (Me^//Cl₂).

Металотермиялық балқытуды жеңіл және сирек металдар алуға қолданады.

5. Реакциялық балқыту. Металдың оксиді мен сульфидінің өзара әрекеттесуі нәтижесінде метал алуға негізделген:

2MeO + MeS 3Me + SO₂.

Реакциялық балқытудың мысалы ретінде металдық қорғасын немесе мыс алу процестерін айтуға болады.

Тазалап балқыту. Бұл алынған металды тазалау мақсатымен өткізеді. Негізгі метал мен қоспа металдардың физикалық-химиялық қасиеттеріндегі айырмашылықты қолданады.

1. Тотықтырып (оттық) тазарту. Негізгі метал мен қоспалардың оттегіне бейімділігінің ерекшелігіне негізделген. Түзілген қоспалардың тотықтары тазаланған металдың бетіне шлак түзе қалқып шығады. Бұл процестің мысал ретінде қара мысты тазаладуды айтуға болады.

2. Ликвациялық тазарту. Бұл процес негізінде екі фазаның тығыздығы арқылы бөліну принципі жатыр. Фазаның бірі тазалатын метал. Қоспалар мұнда негізгі металда ерімейтін екінші фазада жиналады. Тығыздықтарының әртүрлілігіне қарай бірі түбіне екіншісі бетіне шығады. Мұнда бір фаза міндетті түрде қатты ал екіншісі сұйық болуы керек. Бұл қорғасын металургиясында кең қолданылады.

3. Сульфидтеуші тазалау. Металды оның күкітке бейімділігі жоғары қоспаларынан тазарту үшін қолданады. Мұнда да бір-бірімен араласпайтын және ликвация арқылы бөлінетін екі фаза бөлінеді. Мысалы, қорғасынды мыстан тазалау.

4. Хлорлық тазалау. Метал мен қоспалардың хлорға бейімділігі негізделген. Түзілген қоспалардың хлоридтері метал бетіне шығады немесе ұшып кетеді.

Дистилляция – затты өзінің қайнау температурасынан бірнеше жоғары нүктеде қайнатып булау процесі. Бұл метал мен қоспаларды ұшқыштық қасиетіне қарай бөлуге мүмкіндік береді. Ол кендік шикізатты алғашқы өңдеуге де немесе металды қоспалардан тазалауға да қолданылуы мүмкін. Тазалау мақсатындағы дистилляция ректификация деп аталады.

Гидрометаллургиялық негізгі процестер – шаймалау, ерітінділерді тазалау, ерітіндіден металдарды бөлу. Өнеркәсіптік еріткіштер.

Гидрометаллургиялық процестер төменгі температурада (ең көбі 300 ⁰С) фазалар бөліну арасында – қатты және сұйық жүргізіледі. Кез келген гидрометаллургиялық процес негізгі үш сатылардан тұрады: шаймалау, ерітінділерді тазалау, ерітіндіден металдарды бөлу.

Шаймалау – ерітіндіге бөлінетін металды өткізу көбінесе газдық реагентін ­ оттегі, сутегі қатысында жүреді. Шикізаттан металды ерітіндіге өткізу қиын бөлінетін екі сатыдан тұрады: минералдардың реагентпен химиялық әрекеттесуі және осы кезде түзілетін тұздардың суда еруі. Нәтижесінде екі өнім алынады: бөлінген метал ерітіндісі және ерімейтін қалдық. Ол бос қалдықтан тұрады.

Шаймалау процес жүргізу кезінде еріткішті және оның қажетті концентрациясын таңдау маңызды. Бұл кезде тепе-теңдіктің термодинамикалық есептеуін жүргізген пайдалы, ол қажетті реакцияның өту мүмкіншіліктерін анықтайды. Стандартты термодинамикалық изобарлық- изотермиялық потенциал шамасы ∆Z⁰ реакция іске асыра алатын жұмысты анықтайды. Оны шартты түрде теріс шама деп есептейді, себебі ол реакцияның жұмысқа қабілеттілігін, яғни өздігінен жүру мүмкіндігін анықтайды.

∆Z⁰_Т = Σ∆Z_К - Σ∆Z_Н немесе ∆Z⁰_Т = А + ВТlgT + cT + …,

мұндағы: Т – абсолюттік температура, К; А,В,С – тұрақтылар; «К» және «Н» индекстері – алынған (соңғы) және бастапқы заттарды білдіреді.

Мысалы, PbO + C = Pb + CO реакциясы үшін 800⁰ С кезінде ∆Z⁰_Т = - 238 - (-82) = - 156 кДж.

Төменгі температурада өтетін реакцияларға бұл теңдеуді қолдану аз нәтиже береді. Мұндай реакцияларға тепе-теңдік константасы теңдеуін К қолданады. Мысалы, малахиттің күкірт қышқылымен әрекеттесуі кезінде К шамасы күкірт қышқылының концентрациясы өте аз болғанда реакцияның жүруі мүмкін екенін көрсетеді:

Cu₂CO₃(OH)₂ + 2H₂SO₄ = 2CuSO₄ + 2H₂O + CO₂

= 7,8·10¹⁰, = 3,77.

Шаймалаудың екінші маңызды көрсетікіші оның жылдамдығы. Кейбір термодинамикалық жүруі мүмкін реакциялар сулы ерітінділерде өте баяу жүреді және оларды өндірісте қолдану пайдалы емес. Ерітілген заттардың қатты бөлшекпен әрекеттесуі көп сатылы процес, ол реагенттің бетіне жеткізілуден – диффузиядан басталады. Бұл кезде жыныстардың минералды қоршаған қатты қабаты кедергісін жояды, диффузия тесіктермен жарықшақтар арқылы жүреді. Ары қарай реагент минералға сіңіріп онымен әрекеттесіп реакцияның өнімі сол жолмен десорбцияланып ерітндіге қайта қайтады. Осы тізбекте реакцияның жылдамдығын ең баяу жүретін саты анықтайды: диффузия немесе химиялық реакция. Диффузияны араластыру арқылы (молекулалық облыстан конвективтіге аудара), жылытумен және кенді ұнтақтаумен тездетуге болады. Соңғы екі түрі қосымша шығынды талап етеді. Химиялық реакцияның жылдамдығын еріткіштерді және концентрациясын дұрыс таңдау арқылы үлкейтуге болады. Еріткіштер ретінде су, қышқылдардың, сілтілердің немесе тұздардың ерітінділерін қолданады. Олар арзан және өңделетін материалдардың компоненттерін силиктивті бөлуге және технологиялық процестердің соңында жеңіл жойылуы қажет.

Шаймалауды жер асты, үймектік, ағызып сору (перколяция) және пульпаны араластыру әдісімен жүргізуге болады.

Жер асты шаймалау. Ол табиғи және ұйымдастырылған болады. Алғашқысы жер асты суларын ескі тау өңдемелеріне құю арқылы өңдеуі тиімді емес кедей тау жынысының орнында жүргізіледі. Бұл кезде кеннің кейбір компоненттері тотықтыруға ауадағы оттегі немесе топырақпен суда болатын бактериялар көмектеседі. Бактериялар реакцияны жылдамдатады. Ұйымдастырылған шаймалау кезінде ерітнідіні арнайы өсірілген бактериямен қосып кен орыннын қалыңдығына скважина арқылы береді.

Кесте 6.1