Домна және болат балқыту өндірісінің қождары
2.1. Қож жүйелерінің негізгі сипаттамалары
Техногенді кенорындардың ішінде ең үлкен қызығушылыққа , байытылған кеннің қалдықтарымен қатар , металлургиялық зауыттар мен комбинаттардағы металлургиялық қождың үйінділері ие.
Қождың мағынасы металлургияда әртүрлі оксидтер қоспасымен , өзара химиялық байланыс құрайтын , және де қатты және сұйық балқымаларымен , эвтетикалық қоспаларымен түсіндіріледі.
Металлургиялық кәсіпорындарда қождарды қолданудың мәселесімен бұрыннан айналысады және бірқатар жағдайларды сәтті шешеді - 50...80 % дейінгі үйінді қалдықтарын негізінен құрылыс материалдары өндірісінде , т.б. қолданылады . Қара, түсті, асыл металдарды өнімдерден бөліп алудың мысалдары айтарлықтай аз . Коксты үнемдеу мақсатында, қождарды қайта қолданған кейбір жағдайлар белгілі . Кейбір легірленген металдар тікелей экономикалық пайда алып келеді . (12-сурет)
Қожды қолданудағы перспективалы әзірлемелер ретінде суүрлегіш түйіршікті доменді қожды, қожды- пемзалы қиыршық тастардың өндірісін және мұнай-газ құбырларындағы қожды ауырлатқыштарды есептейді . Сонымен қатар ауыл шаруашылығына қажетті қожды-әктасты ұнды кейбір болат балқымасындағы қождардан жасайды .
Қождарда оксидтерден басқа тұздардың мөлшері болуы мүмкін. Мысалы кальций фторы, натрий хлоры , сульфаты және т.б. Олар қожға бос жыныстардан түсуі мүмкін немесе арнайы енгізіледі.
Металлургиялық қождардың негізгі функциясы болып пештен бос жынысты шығару табылады -. Осылайша оны балқыған өнімнен бөліп алады ( металл, штейн т.б.).
Сурет 12. Қара металлургия қождарын қайта өңдеу схемасы
Өзінің негізгі функцияларынан басқа металлургиялық қождар басқа да маңызды функцияларды атқарады:
Қождар маңызды химиялық реакциялар өтетін орта болып табылады. Кейбір жағдайларда металл алудың ең негізгі процестері қожда өтеді , сонымен бірге қож құрамындағы металлдардың едәуір мөлшердегі жоғалуы осы реакциялардың толық өтуіне тәуелді .
Қождарда металл тамшыларының тұнуы жүреді. Сонымен қатар бос жыныстан металл бөлшектерінің бөлінуін қамтасыз етеді. Қождағы металлдың жоғалуының негізгі формаларын - жеткіліксіз толық тұнбауының салдарынан механикалық жоғалуды айқындайды.
Қождар негізінде процесстегі максималды немесе минималды температураларды анықтайды.
Қождар, металл ваннасында рафинерленген және балқытылған металл және балқымамен байланысқа түсе отырып , металл құрамындағы рафинерленген және концентрациялы қоспалардың нәтижесін анықтайды.
Кейбір жағдайда қождар қалдық болмайды, керісінше балқыманың негізгі өнімі болып табылады.
Қождар кендерді және концентраттарды агломерациялау процесіндегі цементтейтін зат болып келеді.
Қождар, металлды жұқа қабатпен жаба отырып, тотығудан және пеш атмосферасындағы газдармен қанығудан қорғайды .
Қождар , электрометаллургиялық процестерді жүзеге асырудағы қарсыласу элементі болып келеді.
Осы тізбедегі қождың функцияларынан әртүрлі талаптар туындайды , яғни қождың әртүрлі жағдайлардағы физикалық және химиялық қасиеттері көрсетіледі. Кейбір процесстерде әлдеқайда жеңіл балқитын қождар керек болса , кейбір жағдайда , керісінше , жоғары балқу температурасы қажет . Бұған домен процесі немесе ферроқорытпалар өндірісі мысал бола алады. Кейбір жағдайларда өзінің химиялық табиғатына байланысты қышқыл, кейде негізді болуы керек.
Кейбір оксидтер қож құрамында тек қышқылды немесе тек қана негізді рольді атқарады, ал кейбір жағдайда амфотерлі оксид түрінде болады.
Қождың металлургиялық құрамына (ең алдымен температура мен тұтқырлығына ) еріген сульфидтердің, хлорлардың және басқа да тұздардың, сонымен қатар газдардың, әсіресе SiO2 болуы біршама әсер етеді. Кейбір жағдайларда газдардың болуы қождың балқу температурасын 100...150 оС дейін төмендетеді.
Қож құрамында болатын оксидтерді үш топқа бөлуге болады:
а) Қышқылды : SiO2, P2O5 ,SO3 . Олар негізді окидтермен тұз құрайды, яғни силикат (SiO2 тұзы) , фосфат (P2O5 тұзы) , сульфат ( SO3) ;
б) Негізді : Na2O , CaO, MgO , FeO, PbO, Cu 2O, BaO , қышқылды окидтермен тиісті тұздар түзеді;
в) амфотерлі , қышқыл жеткіліксіз немесе негіз көп мөлшерде болғанда , негіздің рөлін немесе керісінше қышқыл болады. Мысалы, Al 2O3 негіздермен алюминат құрайды, ал кремнеземмен – силикаттар ; ZnO негіздермен цинкат беретін болса. Қышқылды оксидтермен – тиісті тұздар түзеді.
Қара және түсті металлургияда силикаттар қождардың негізгі компонеттері болып есептелінеді. Кремний диоксиді кремнилі және поликремнилі қышқылдың топтарын құрайды . Бұлар қож құрамында болатын силикат тұздары болып келеді. Барлық кремнилі қышқылдың жалпы формуласы келесі түрде жазамыз nSiO2 * mH2O , сәйкесінше , силикаттардың формуласын келесідей өрнектейміз nSiO 2 * nMe 2O. Химиялық байланыстардың осындай түрдегі жазбасы келесіні көрсетеді,берілген химиялық байланысқа осы немесе өзге оксидтердің қанша мөлшерде болатынын көрсетеді.
Металлургияда стехометриялық қосылыстар қышқылдық дәрежесімен немесе негіздік дәрежесімен ( коэфицентімен) анықталынады.
Қышқылдық дәрежесі n кремнеземдегі кремнимен байланысқан қышқыл атомының мөлшерінің , негіздік оксидте байланысқан қышқыл атомына қатынасымен анықталады:
n = OSiO2 /O MeO
Қышқылдық дәрежесі 1 жақын силикаттар , төменгі тұтқырлық пен төменгі балқу температурасын ие болатын болса, қышқылдық дәрежесі n= 2,5: 3 силикаттар – жоғары балқу температурасы мен жоғарағы тұтқырлыққа ие . Осылайша қождардың қасиеттері қышқылдық дәрежесіне тәуелді өзгеріп отырады . Силикатты қождардың қышқылдық дәрежесін санағанда Al 2O3 және атмосфералық оксидтер есепке алынбайды.
Негізділік дәрежесі немесе қож негізділігі деп негізгі оксидтердің моль санының кремнеземнің моль санына қатынасын айтамыз. Мысалы , 2CaO * SiO2 ; FeO*CaO*SiO2 ; 0.5FeO*1.5CaO *SiO2 құрамдары үшін негізділік дәрежесі 2 тең ; және CaO *2SiO2 ;0.5FeO* 0.5CaO*2SiO 2 құрамы үшін ол 0,5 тең.