Түсті металдар өндірісі

Жұмыстың мақсаты: «Түсті металдар өндірісі» тақырыбы бойынша білім бекіту.

Жұмыс жоспары:

1. Теориялық бөлім

2. Мысты штейн алу кезінде қождағы мыстың химиялық жоғалуын анықтау

3. Тотықтарды сульфидтермен тотықсыздандыру

4. Түсті металлургияда газдар күйі заңын қолдану

5. Өзіндік жұмысқа арналған тапсырмалар

Кілт сөздер: Изобаралық потенциалдар, түсті металдар, силикаттардың түзілуі, мыс штейні, парциалды қысым.

Бақылау сұрақтары:

1. Түсті металдарды өңдірудің қандай әдістерін білесіз?

2. Қандай түсті металдарды өңдіру тиімді болып келеді?

3. Газдар күйінің қандай заңдарын білесіз?

4. Мысты штейн дегеніміз не?

5. Белгілі бір температурадағы тепе - теңдік константасын қалай есептейді?

Глоссарий:

1. Штейн - мысты балқытқанда түзілетін сульфидтер құймасы, көбінесе мыс пен темірдің (негізінен 80 - 90).

2. Активтілік - ерітіндідегі компоненттердің бір - бірімен әрекеттескендегі тиімді (болып көрінетін) концентрациясы, немесе жүйе тәртібінің идеал ерітінді моделінен ауытқуы.

3. Мольдік үлес - заттың моль саны, 1 мольдегі ерітілген барлық құрайтындардың қосындысы.

Теориялық бөлім

Түсті металдарды құйма және химиялық қосылыс ретінде элементарлы күйде қабылдайды. Кенде олар тотықтармен, сульфидтермен, хлоридтермен, силикаттармен және өзгеде қосылыстар - минералдармен байланысқан. Металлургтардың негізгі мақсаттары бос металдардың табиғи қосылыстармен тотықсызданғанын алу болып табылады.

Түсті металдарды өңдіру әдістері әртүрлі. Металдардың көбісін пирометаллургиялық әдіспен таңдап тотықсыздандыруды қолданып және тотықтырып балқытумен алады, көбіне жылу көзі ретінде кен құрамындағы күкіртті қолданады.

Оларды келесідей әдістермен көрсетуге болады: гидрометаллургиялық, сулы ерітінділерінің электролизі немесе балқытылған орта, металлотермиялық және т.б.

Кез келген жағдайларда үрдісті оңтайландыру үшін технологиялық есептеулер жүргізу керек, кейбіреулері төменде көрсетілген.

Мысты штейн алу кезіндегі қождағы мыстың химиялық шығынын анықтау

Шикіқұрамды қыздырғанда онда келесі реакциялар жүреді:

6CuO + FeS = 3Cu₂O + SO₂ + FeO, (13.1)

FeS + 3Fe₃O₄ + 5SiO₂ = 5(2FeO · SiO₂) + SO₂. (13.2)

Реакция нәтижесінде түзілген мыс тотығы Cu₂O және FeS Cu₂S алынады,

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO. (13.3)

Сұйық құймалар арасында тепе - теңдікке жақындаған сайын мыс пен темір тотықтары қожға өтеді, ал сульфидтері - штейнге. Біріншіні активтіліктерді жай, ал екіншіні - тік жакшалармен белгілеп, реакцияның (13.3) тепе - теңдік константасын жазуға болады:

K = α[Cu₂S] · α(FeO) / α[FeS] · α(Cu₂O).

Мысал №1

1227^○С температурадағы реакцияда (13.3) - қождағы (α(Cu₂O)) мыстың химиялық шығыны мөлшерін анықтау.

Құймаларда концентрациялар мен активтіліктер мольдік үлеспен көрсетілген - заттың моль саны, 1 мольдегі ерітілген барлық құрайтындардың қосындысы.

К - ны есептеу үшін 227°С температурада изобаралық потенциалдың өзгерісін анықтаймыз:

∆Z^○ = ∆Z_Cu2S + ∆Z_FeO - ∆Z_Cu2O - ∆Z_FeS.

табамыз:

∆Z = - 116кДж,

lgK = - (∆Z / RT) = 116000 / 19,1 · 1500 = 4. К = 10⁴.

Штейн мен қождағы темір сульфиді мен тотығының активтіліктерінің теңдігіне жол беріп, ол осы шамада солай болады, және α_[Cu2S] = 0,5 қолданып, аламыз:

α(Cu₂O) = α(CuO) = α[Cu₂S] / К = 5 · 10^-3%.

Бұл көпті есепке алмайтын, көбіне силикаттардың түзілуін, жақындатылған есептеу, қождағы мыстың химиялық шығынының аз мөлшерін дәлелдейді.

Теориялық есептеулердің дұрыстығының дәлелі ретінде практикадағы мысты штейнді алу болып табылады. Штейннен мыс пен асыл металдарды алып тастау 96 - 99,5% - ға жетеді.

Штейннің шағылыстырып балқытуда 80 - 90% массасы темір мен мыс сульфидінен тұрады: қалған бөлігі өзге металдар тотығын құрайды. Штейн құрамы: 15 - 55% Сu, 15 - 50% Fe, 20 - 30% S, 0,5 - 15% SiO₂, 0,5 - 3,0% Al₂О₃, 0,5 - 2,0% (CaO + MgO), 2% айналасында Zn және азғантай мөлшерде Аu и Ag.

Қож құрамы, %: 32 - 45 SiO₂, 25 - 45 FeO, 6 - 14 СаО, 8 - 12 А1₂О₃, 0,25 - 0,35 Сu.

Қождың шығуы шамамен штейннің шығумен тең немесе одан екі еседен артық болмайды.