4. Мырыш концентраттарын «қайнау қабаты» пешінде күйдірген кездегі негізгі компоненттердің әрекеті

Мырышты алудың гидрометаллургиялық әдісі өңдеуге түскен концентраттар міндетті түрде алдын ала тотықтырып күйдіруді қажет етеді. Қазіргі таңда күйдіруді КС пештерінде жүргізеді. Бұл сілтілеу үшін жақсы дамыған әрекеттесу беті бар материалдар қажеттілігіне байланысты.

Мырыш концентраттарын қайнау қабатында күйдіру келесі реакциялардың өтуіне әкеледі:

2ZnS + ЗО₂ = 2ZnO + 2SO₂ + 890950 кДж; (57)

2FeS₂ + 5,5O₂ = Fe₂O₃ + 4SO₂ + 1657130 кДж; (58)

ZnS + 2О₂ = ZnSO₄ + 776230 кДж. (59)

940-980 °С температурада технологиялық циклде күкірт қышқылының шығынын өтеу үшін қажетті мырыш сульфатының біраз мөлшерінің түзілуі жүреді. Экзотермиялық реакциялар күйдірудің отын шығынысыз өтуін артығымен қамтамассыз етеді.

Күйдіру үрдісі кезінде мырыш силикаты (ZnO·SiO₂) және ферритінің (ZnO·Fe₂O₃) біраз мөлшері түзілуі мүмкін. Бұл қосылыстардың күймеде болмағаны жөн. Мырыш селикаты колоидты кремний қышқылының суық массасын түзеді. Мырыш ферриті күкірт қышқылының әлсіз ерітінділерінде ерімейді.

Мырыш концентраттарын күйдіру үшін диам. 5-7 м, биіктігі 7-12 м, под ауданы 20-40 м², төгу табалдырығымен жабдықталған КС пештерін қолданады. Мұндай пештердің концентрат бойынша өнімділігі под ауданынан 3,5-тен 6 т/(м²·тәу) арасында. Алынған күйме құамында Zn 55-65%, 0,5%-ға дейін сульфидті және 2%-ға дейін сульфатты күкірт болады.

Құрамындағы SO2 8-12% қайтымды газдарды күкіртқышқыл өндірісіне бағыттайды. Үрлеуді 27-29% дейін оттегімен байыту пештің өнімділігін 9 т/(м²·тәу) дейін, ал күкірт диоксиді құрамын 14-16% дейін арттырады.

Құрамында 55-65% Zn және 2,5-3% S бар оксид, силикат және феррит түріндегі күйінді сілтілеуге түседі. Күйіндіде мырыштан өзге мыс, қорғасын, темір, кадмий, мышьяк, сурьма, кобальт қосылыстары, асыл және сирек металдар болады. Еріткіш ретінде құрамында 120-160 г/л бос H₂SO₄ және 30-50 г/л Zn жұмыс жасаған электролитті қолданады.

БИЛЕТ №4

1. Ректификация негіздері. Ректификациялық бағананың (колоннаның) жұмыс істеу режимі

Ректификация – жеке фракциялардың дистилдену және конденсатталу операциялары қайталанылатын, үздіксіз қарсы ағын процесі нысанында айдаудың жүргізілуімен екі компоненттің бөліну процесі. Егер дистилдеу кезінде пайда болатын фазалар олардың қозғалысында бір бағытты сақтайтын болса, ал ректификация кезінде флег­ма деп аталатын сұйық ағыны (конден­сатталған булардікі), көтерілетін бу ағынына қарсы бағытталады, осыған байланысты ағындар арасында қарқынды масса-жылуалмасу жүреді.

Бөлінетін қоспаның компоненттеріне қойылатын негізгі талаптар:

1. қайнаудың аса жоғары температураларын болдырмау;

2. ректификация жағдайларында тұрақты болу;

3. мүмкіндігінше үлкен салыстырмалы үшқыштықта болу;

4. азеотропты қоспаларды түземеу;

5. компоненттердің қайнау және балқу температуралары арасының мүмкіндікті үлкен айырмамен сипатталуы.

Рек­тификация жүргізілетін аппаратты рек­тификациялық колон­на деп атайды. Осындай колоннаның әрекеттену принципін қарастырайық (8 сурет).

Ректификациялық қондырғы үш негізгі бөліктен тұрады: қазаннан (кубтан) – 1, ол қыз­дырғышпен жабдықталған – 2; колонналардан – 3 және конден­са­то­рдан – 4. Колоннада бір­қатар, қандайда бір конст­рук­циядағы, көлденең та­ре­лкалар жайғастырылған – 5. Рек­ти­фикацияланатын алдын-ала қыздырылған ерітінді, кран – 6 арқылы орта шетте орналасқан тарелкалардың біріне береді, оны толтырадыда құбыр – 7 бойымен төмен орналасқан тарелкаға ағып түседі. Бұл тарелкада сұйық ерітінді, ерітінді арқылы бұрқылдап жатқан бумен кездеседі, бу мен сұйық арасындағы жақсы жанасуды қамтамасыз ететін, қалпақтармен жабылған келте құбырлардан – 8 өтеді. Сұйықпен жанасқан кезде, ұшқыштығы төмен компоненттің бір бөлігі өзінің жасырын булану жылуын сұйыққа береді және будан сұйыққа конденсатталады. Осы кезде сұйық, жылудың бір бөлігін алып, төмен қайнайтын ком­понентпен байытылған бу түзеді. Осының нәтижесінде бу, коланнамен жоғары көтеріле отырып, ұшқыштығы жоғары компонентпен байытылады, ал төмен тұрған тарелкаға ағып түсетін сұйық ұшқыштығы төмен компонентпен баиды. Бұл процесс әрбір тарелкада қайталанады, соның нәтижесінде ко­лон­наның жоғары бөлігінен, таза барынша ұшқыш компонентті көрсететін бу шығады, ал кубқа ағып түсетін сұйық, төмен ұшқыш компонентті көрсетеді. «Ку­бтық қалдық» деп аталатын бұл сұйық, кран – 9 арқылы шығарылады.

Кон­ден­саторға түсетін – 4, ұшқыштығы төмен компоненттің буы кон­ден­сатталады, жәнеде конденсаттың флегма деп аталатын бөлігі, құбыр – 10 арқылы, колоннаның жоғарғы жағының жұмысын қамтамасыз ету үшін, жоғарғы тарелкаға беріледі, ал қалған бөлігі құбыр 11 арқылы жинағышқа түседі. Тарелкалардың саны бөлінетін қосылыстарға тәуелді іріктеліп алынады. Тарелкалы колонналармен қатар, металдық немесе керамикалық шиыршықтар, сақиналар немесе басқа денелер түріндегі әртүрлі саптамалармен толтырылған тарелкасыз колонналарда қолданылады. Оларды қолдану фазалардың жанасу беттерін ұлғайтуға мүмкіндік береді.

8 сурет – Ректификациялық қондырғы. Көптеген эксперименттік деректердің негізінде, ректификацияның бөлу қабілеттілігі келесі факторларға тәуелді екені белгіленді: жүйенің құрамы мен оның қасиеттерімен анықталатын бөліну коэффициентіне; колоннаның тарелкалары санына, яғни бөліну дәрежесіне; өз кезегінде жүргізу жылдамдығы мен тарелкалардың конструкциялық ерек­ше­лік­теріне тәуелді болатын, әрбір тарелкадағы бөліну тиімділігіне.

Бұл әдіс жоғары тазалықты металдарды алуға мүмкіндік береді. Теория жүзінде, 100 % жуықтаған шығыммен, кез – келген бөліну дәрежесіне жетуге болады, тек қана келесі шарт орындалатын болса: егер компо­нен­ттер азеотроптық қоспалар түземесе.

Кейдір элементтерді (Hg, Zn, Cd, Li, Br және басқ.) қарапайым заттар түрінде тікелей ректификациялық бөліну мен тазартуға түсіруге болады. Дегенмен күп жағдайларда бұл про­цесс олардың ұшатын қосылыстарының қолданылуымен іске асырылады (га­логенидтер, гид­ридтер, металорганикалық қосылыстар және басқа ұшқыш қосылыстар). Цирконий мен гафний, ниобий мен тантал тетрахлоридтер түрінде ажыратылады. Вольфрам мен мо­либ­ден хлоридтер түрінде бөледі және тазартады, ванадидің ректификациялық тазартылуы үшін ең ыңғайлы қосылыс хлорокись (VOCl₃) болып табылады.