2 Тәжірибелік бөлім

2.1 Шикізат және өнім мінездемесі, оларға қойылатын талап

2.1.1 Ақаба суларын өндіру әдістерін зерттеу

Ал қазіргі кезде шлактарды өңдеудің бірнеше әдістері өндірістерде қолданылып жүр. Ол әдістерге шлактарды әр түрлі әдістермен фьюмингілеу, трубалы пештерде вельцтеу және электротермиялық өндірулер жатады.

Шлактарды фьюмигілеу

Фьюмингілеу өте кең таралған әдістердің бірі. Бұл процестің мағынасын келесідей. Металдардың тотықтарынан тұратын балқыған шлактардың ваннасына, ауа мен, қысыммен көмір шоғын үрлейді. Кәмірдің толық жануы үшін жеткіліксіз мөлшерде ауа жіберіледі, сондықтан көміртегі СО –ға дейін жанады және шлактағы металдардың тотықтарын тотықсыздандырады. Процес кезінде жүретін реакциялар:

С+О₂= СО₂ (1)

СО₂+С=2СО (2)

PbO+CO=Pb_бу+CO₂ (3)

Қорғасын қосылыстары да тотықсызданады, ал темірдің тотықтары да металды темірлерге дейін тотықсызданады, олар қорғасын мен мырыштың тотықтарымен сульфидтерімен әрекеттеседі.

PbO+Fe =Pb+FeO (4)

PbS+Fe = Pb+FeS (5)

Zn+Fe =Zn +FeO (6)

ZnS+Fe = Zn+ FeS (7)

Шлакты ваннаның үстінде металдар мен сульфидтер буы және СО арнайы алынып келінетін немесе табиғи тартылатын ауа арқылы тотығады. Алынған қорғасын және басқа металдар тотықтары пештен газдардың токтарымен шығырылады және шаңұстағышдарды ұсталынады.

Шлактарды өңдеудің келесі әдісі шлактерде вельцтеу.

Вельцтеу процесі шлактарды тотықсыздандырығыштармен әрекетесуіне негізделген. Ол турбалы шыналатын қисайтылған пеште жүзеге асырылады. Қаты шихта, пештің қабырғаларымен секіріп, жылжып 1100-1200⁰С-температураға дейін пештің қабырғаларының жылу өткізгіштігімен және ыстық газдардан қызады, сол кезде мырыш, қорғасын және сирек кездесетін элементтердің металға дейін тотықсыздануы жүреді. Металдар буы айдауға түседі және шихта үстіндегі беттікте қайтадан окиске дейін тотығады, олар газдармен шаң ұстағыш жүйеге ұшып шығады. Олардың тотықтарынан қорғасынды айдау процесінің негізінен келесі реакциялармен көрсетуге болады.

PbO+C=Zn_буы+CO-Q_кал (8)

2CO+O₂=2CO+Q_{2 кал} (9)

2Pb_бу+O₂=2ZnO+Q_{3 кал} (10)

(8) реакция шихтада, (9) реакция және (10) реакция –шихтаның үстінде. Азғантай мөлшерде шихтада болатын темір тотықтары, металды темірге дейін тотықсызданады, сөйтіп мырыштың қосылстарымен келеі реакцмя бойынша әрекеттеседі:

PbO+Ғе=FeO+Pb_бу (11)

PbO+Fe=FeS+Pb_бу (12)

Шихтадағы мыс және бағалы металдар клинкерде айдалынбай толығымен қалады яғни вельцтеудің қатты қалдығында. Клинкер 85%-ке дейін шығады ал егер кокс көп шығындалса, ол шихтаны салмағынан 100%-ке дейін жетеді. Сульфидті және тотыққан түрде қорғасындар вельцтеу температурасында біршама буланады. қорғасын сульфидтері басқа металдардың сульфидтерімен балқып, штейннің түзілуіне қатысып, пештің шығарылатын соңынан ағып шығады, және азғантай мөлшерде сульфаттар мен және қорғасын тотықтарымен келесі реакция бойынша әрекеттеседі.

PbS+PbSO₄=2Pb+SO₂ (13)

PbS+2PbO=3Pb+SO₂ (14)

Алынған қорғасын өзінің ұшқыштығының арқасында штейнмен араласып және біразы пештің шығаратын ұшынада штейнмен шихта қабатының астында жиналады. Шихтаның температурасы көтерілген сайын қорғасын қосылытары тезірек тотықсызданады және толық айдалады. Бірақ, көп жоғары температураның да керегі жоқ, себебі шихтаның біразы балқып, пісе бастайды. Ондай жағдайда көп мөлшерде қатпарлар түзіліп, пештің қабырғаларымен олардың секіріп айналуы бұзылады. Сондықтан шихтаның температурасын жоғары мүмкін деңгейде ұстап тұрады. Вельцтеудің артықшылығы, вазгонға қорғасынның жоғары мөлшерде шығуы және процестің қарапайымдылығы. Ал, кемшілігі: төмен өнімділігі, бұнда тек қатты шлактарды өңдейді, кокстың шығыны көп, ал газдардың шығуы аз, сондай-ақ көп мөлшерде клинкер шығады.

Қорғасын өндірістерінің сұйық шлатарына фьюмингілеу тиімді болатын болса, ал қатты шлактарына тек вельцтеуді қолданса, онда электротермиялық өңдеуде қатты және сұйық шлактарды қолдануға болады. Шлактарды электро балқыту – бұл тотықсыздану процесі, онда балқыма өзінің үстіңгі беттігінде орналасқан кокспен әрекеттеседі. Балқытуды рудно – термиялық пеште жүргізіледі, онда шлакқа электродтарды отырғызған, олар кедергі денесі ретінде қызмет атқарады. Өңдеуге түсетін шлакта көп мөлшерде темір бар, олар тәжірибе кезінде 30-35%-ке дейін темірге тотықсызданған, ал мырыш 85-90%-ке дейін. Сол кезде темірге бай қатты балқитын балқыма түзіліп, олардың пештің түбіне қатпар түрінде қапталады. Бұл әдістің негізгі мақсаты, мырышты максималды тотықсыздандыра отырып, темірді минималды тотықсыздандыру. Осы соңғы кезге дейін мырыш пен темірді тотықсыздандырудың негізгі реакциясы 1250-1500⁰С температурада келесі түрде:

PbO+COPb+CO₂

FeO+COFe+CO₂

Fe₃O₄+CO3FeO+CO₂

Fe₂O₃+CO2FeO+CO₂

C+CO₂2CO

Бірақ бұнда да басқа реакциялар жүреді деген тұжырым бар, олар:

3FeO+PbOPb+Fe₃O₄

2Fe₂O+PbOPb+Fe₂O3

PbO+FeZn+FeO

PbS+FeZn+FeS

PbS+FeOZnO+FeS

Балқыту 3% кокс шығында және 1400-1500⁰С-да температурада жүзеге асырылады. Негізнен бастапқы шлакты 5,5% Zn, 0,65% Cu және 0,54% Pb болса, тасталған шлакта 0,61 Zn, 0,24% Cu және 0,12% Pb болған. Ал, металға 75% Zn және 66% Pb шығарылған.

Осы қарастырылған электротермиялық процестің артықшылығына келесілерді жатқызуға болады.

1. Аз ауыстырылатын, аз көлемді қондырғылармен технологиялық сызба және аз шығынды өндіріс.

2. Бір сатыда бірнеше дайын өнім алу мүмкіндігі – тасталатын шлак, товарлы штейн, металды қорғасын.

3. Процестің толық механизациялану және автоматизациялану мүмкіндігі.

4. Күйген газдардың болмауы, олардың тазлануының қарапайымдылығы және қолданылуы.

Ал, кемшіліктері: қорғасын айдалу жылдамдығының жоғары еместігі, электроэнергиясының қымбаттылығында экономика жағынан тиімсіз, төмен сортты мырыштың алынуы.

Ереже бойынша, барлық рудаларды флотация әдісімен байытады.

Қорғасын концентраттарының сапасы құрамдағы қорғасын, металды-қоспалар және бос жыныстағы компоненттер құрамымен анықталады.

Әдетте бай концентраттың құрамы мынадай болады; %; 72-77 Pb; 0,5-3 SiO₂; 12-15 S; 2-3 Zn; 2-4 FeO; 1,5-2 CaO. Оларрды жақсы флотирленген сульфидті рудалардан алады.

Қорғасынның негізгі массасын 70 % қорғасыны бар металл концетнтраттарын балқыту арқылы алады, олар сульфидті, тотыққан және аралас рудалардан алады

Көбіне рудалар жартылай металды күйде болады және алынған концентраттардың сапасы руданың минералогиялық құрамына, ондағы минералдардың өсу дәрежесіне, олардың ірілігіне және байыту процестеріне әсер ететін басқада көптеген факторларға байланысты.

Қалдықтарды хлорлы әдіспен өңдеген кезде құрамында Рв және Zn бар хлорлы возгондар түзіледі. Хлорлы возгондарды өнім ретінде қольдана алмаймыз, себебі оның құрамындағы ерімейтін қоспалар бар. Оларды яғни олардың құрамында Рв және Zn бар жартылай өнімді пирометаллургиядық және гидрометаллургиялық әдістермен өңделеді. Пирометаллургиялы әдіс мырыш хлоридін және қара қорғасынды алуды қарастырады. Бірақ, пирометаллургияық әдістің кейбір кемшіліктері бар. Мысалы; процесс жоғары температурада жүргізіледі, үлкен энергетикалық және материалды шығындары бар. Осыған байланысты құрамында Рв және Zn қосылыстары бар қалдықтарды химиялық әдіспен өңдеуді ұсынып отырмыз. (Қосымша 1 қара)