10

Дәріс 10

Қорғасын металлургиясы

Дәрістің мақсаты: Қорғасын минералдарымен, кендерімен, алу технологиясы және қолданылуымен танысу

Жоспар:

1. Қорғасынның қасиеттері мен қолданылуы

2. Қоғасынның минералдары мен кендері

3. Қорғасын өндірісінің технологиясы

Кілт сөздер: Галенит, полиметалдық кен орындар, сульфидті қорғасын кендері, шахталы пештер, агломерация, шикіқұрам, тотықтырып күйдіру.

Қорғасынның қасиеттері мен қолданылуы

Атомдық номері	82
Атомдық массасы	207,2
Тығыздығы, г/см³	11,4
Балқу температурасы, °С	327,4
Қайнау температурасы, °С	1740

Қорғасынның үштен екі бөлігіне жуығы автомобиль және басқа көлік түрлері үшін электрлік аккумулятор өндірісінде жұмсалады; қорғасын пластинкасын сәулеленуден (рентген сәулелері, радиоактивті изотоптардың сәулеленуі) қорғану үшін бөлмелерді қаптауға пайдаланады; қорғасынның кейбір қышқылдар мен негіздер әсеріне жоғары химиялық тұрақтылығын ескеріп онымен көптеген химимиялық реакторлардың ішкі беттерін қаптайды.

Қорғасын өндірілуі мен өңделуі жеңіл болғандықтан, ерте заманнан бастап қолданыла бастады: Мысырда б.э.д. 7 - 5, Финикияда б.э.д. 2 мың. жыл бұрын. Гректер мен римдіктер де қорғасын өндірісімен айналысып келген. Қорғасынның адам өміріндегі маңыздылығы, әрине, мыстан төмен болды. Алғашқы кезде қорғасын өндірісі күміс өндірісімен тығыз байланыста болды. Қазіргі кезде қорғасын негізінен кендерді шахталы пештерде балқытып өндіріледі.

Қорғасын кендері әдетте кешенді (мыс - қорғасын - мырыш, қорғасын - мырыш) болып келеді де, құрамында күміспен қатар Cu, Zn, Bi, Sb, Tl, As, Cd, Sn, Mo, V, In, Ge және т.б. кездеседі.

Кесте 1 - Қоғасын қолданылуының құрылымы, %

Аккумулятор батареялары	70,0
Кабельдер	2,6
Қорытпалар	2,9
Құбырлар мен пластиналар	8,5
Химиялық қосылыстар	9,5
Басқалары	6,5

Қоғасынның минералдары мен кендері

Қорғасынның ең көп таралған минералы галенит PbS. Сонымен қатар қорғасын табиғатта церуссит PbCO₃. және англезит PbSO₄ түрінде де кездеседі.

Сурет 1 - Әлемдегі қорғасын қорлары, млн. тонна

Сурет 2 - Әлемдегі қорғасын концентратының өндірісі, млн. тонна

Қорғасын қорлары бойынша әлемдегі екінші орынға ие Қазақстандағы ірі кен орындар қатарына:

- колчеданды - полиметалдық кен орындар - Жәйрем (3 млн. т), Үшқатын - III (1 млн. т), Бестөбе (0,86 млн. т), Қарағайлы (0,33 млн. т);

- полиметалдық кен орындар - Шалқия (1,3 млн. т) и Текелі (0,6 млн. т).

Аталған кен орындар қойнауында қорғасынның барланған қорларының жартысына жуығы жинақталған.

Қорғасын өндірісінің технологиясы

Металлургиялық өңдеуде негізінен сульфидті қорғасын кендері қолданылады. Олардың құрамында көптеген металдар қоспа түрінде кездеседі: As; Cd; Sn; Co; Mo; V; In; Ge; Та; Аu; Ag. Қорғасын кендері флотациялық әдіспен жақсы байытылады. Алынған концентраттардың орташа мөлшері төменде келтірілген, %:

Рb	Zn	Сu	Fe	S
50 - 70	12 - 14	1 - 4	3 - 7	15 - 20

Металдық қорғасынды алудың негізгі тәсілі - шахталы пештерде тотықсызданырып балқыту. Концентраттар балқыту алдында агломерацияланады. Агломерация ұсақ кендер мен концентраттарды кесектеумен қатар, қорғасын (және т.б.) металдар сульфидтерін тотықтырып тотықтарға айналдырудың пәрменді әдісі ретінде де қолданылады. Агломерациялау барысында күкірттің елеулі бөлігі тотығып, газдармен әкетіледі.

Темір кендерінің агломерациясынан айырмашылығы - қорғасын концентраттарын агломерациялауды жоғарыдан төмен ауаны сору арқылы емес, төменнен жоғары үрлеу арқылы жүргізеді. Сол арқылы көп мөлшерде түзілетін балқыма астыға ағып палеттердің оттықтарын бітемей, жентектелетін қабатта ұсталынып қалады. Сонымен қатар агломерациялық газда SO₂ - нің жоғары концентрациясы сақталады, бұл газдарды күкірт қышқылына өңдеуді тиімді болуын қамтамасыз етеді. Мұндай агломерациялық машиналардың әдеттегі машиналардан айырмашылығы - олар газдарды жинауға арналған герметикалық қалпақпен жабылған және ортасында тұтандырғыш көрік орналасқан шикіқұрамды тиейтін екі құрылғыға ие (сурет 3).

1 - төсеніш шанабы; 2 - шикіқұрам шанабы; 3 - тұтандырғыш көрік; 4 - вакуум - камералар; 5 - шикіқұрам түсіргіші; 6 - үру камералары; 7 - қалпақ; 8 - жану және балқу аймағы.

Сурет 3 - Ауаны төменнен жоғары үрлеумен жұмыс істейтін агломерациялық машинаның тиеу және тұтандыру сұлбасы

Балқытуды ойдағыдай жүргізу үшін агломерат құрамында мыстың мөлшеріне қарай күкірттің белгілі бір концентрациясына (2 - 7%) ие болуы тиіс. Күкірт концентрациясы агломерат шикіқұрамындағы көміртегі мен қайтымдардың мөлшерімен реттеледі.

Қорғасынның төмен балқу температурасы (не бары 327,4°С) оны кендерден бөліп алудың қарапайым сұлбасын қолдануға мүмкіндік береді: тотықтырып күйдіру → тотықсыздандырып балқыту.

Қорғасын агломераттарын тотықсыздандырып балқыту барысында шикіқұрамдағы кокс шығыны 10 - 14% болғанда СО₂ : СО = 1 - 2 қатынасына ие газ түзіледі. Мұнда газ қорғасынды тотықсыздандырады, бірақ FeO - ны металдық темірге дейін тотықсыздандыра алмайды:

РbО + СО = Рb + СО₂;

2РbO SiO₂ + СаО + FeO + 2СО = 2Рb + CaO·FeO·SiO₂ + 2CO₂.

Балқыту нәтижесінде тазартылмаған қорғасын және құрамында темір, мырыш тотықтары мен кремнезем, сонымен қатар РbО - ның біраз мөлшері бар қож түзіледі. Қорғасын агломераты құрамында мыс болған жағдайда балқыту барысында штейн де түзіледі, сондықтан шикіқұрамда күкірттің белгілі бір мөлшері болуы тиіс. Балқыту өнімдерін өңдеу сұлбасы 4 - ші суретте келтірілген.

Сурет 4 - Қорғасын кендерін балқыту өнімдерін өңдеу сұлбасы

Тазартылмаған қорғасын құрамында 2 - 7% - ға дейін қоспалар кездеседі. Сондықтан оның тұтынушылық қасиеттерін жақсарту және бағалы металдарды бөліп алу үшін қорғасын көп сатылы тазартуға жөнелтіледі. Тазарту барысында оның құрамынан келесі элементтер тізбектеліп бөлінеді: Сu → Те → (As; Sb; Sn) → (Ag; Аu) → Zn → Bi → (Ca; Mg).

Штейн «Мыс өндірісі» бөлімінде сипатталған сұлба бойынша өңделеді. Штейнді конвертерлеу барысында темір толығымен, мырыш пен қорғасын жартылай қожға өтеді. Мырыштың елеулі бөлігі төте буланып, қорғасынның 80% - ы возгондарға өтеді. Үрлеуден кейін алынған өнім құрамында 90% мыс болады.

Алынған қождар пирометаллургиялық өңдеуге - фьюмингілеуге жөнелтіледі. Нәтижесінде олардың құрамынан Zn, Pb, Sn және басқа да бағалы элементтер бөлініп алынады. Қондырғы сұлбасы 5 - ші суретте келтірілген.

1200 - 1300°С температурада балқытылған қож арқылы шаңкөмірлі отынның немесе табиғи газ жартылай жану өнімдері үрленеді. Тотықсыздану нәтижесінде түзілетін металдық мырыш буланып, пештен газ ағынымен әкетіледі. Мырышпен қатар возгондарға Pb, Sn, Ge толығымен, In мен Та - дың 90% - ы, Se, Те, Cd толығымен дерлік өтеді. Газдар әрі қарай фьюминг - пештен суытқыш - камераға келеді. Мұнда қосымша ауаның қатысуымен газда қалып қойған СО и Н₂ жанады, возгондар тотығып қатты бөлшектерге айналады. Шаңның ірі фракциялары жағу камерасы мен утилизатор - қазандықта тұнады. Ал ұсақ шаң женді фильтрлерде ұсталынады. Алғашқы қож құрамында 16% Zn және 2% Pb болса, фьюмингілеуден кейін қож құрамында Zn - 1,3 және Pb - 0,3% құрайды. Мырыш пен қорғасын түсімі 85 - 95% құрайды. Фьюмингілеу үрдісі периодты, ұзақтығы 1,5 сағат.

1 - фьюминг - пеш; 2 - газды жағу камерасы; 3 - утилизатор - қазандық; 4 - ауа рекуператоры;

5 - женді фильтрлер; 6 - өңделетін қож; 7 - өңделген қож; 8 – возгондар.

Сурет 5 - Фьюминг - үрдіс қондырғысының сұлбасы

Бақылау сұрақтары:

1. Қорғасын қандай салаларда қолданылады?

2. Қорғасынның негізігі минералдарын атаңыз.

3. Қақстандағы негізгі қорғасын кен орындарын атаңыз.

4. Қорғасынды кен құрамынан бөліп алудын негізгі сатыларын атаңыз.

5. Қорғасын кендерін агломераттаудың ерекшелігі неде?

6. Тотықсыздандыра балқыту өнімдерін өңдеу жолдарын атаңыз.

7. Қорғасын қождарын фьюмингілеу мақсаты неде?

Глоссарий:

1. Металдық қорғасынды алудың негізгі тәсілі - шахталы пештерде тотықсызданырып балқыту.

Әдебиеттер

1. Набойченко С.С., Агеев Н.Г., Дорошкевич А.П. и др. Процессы и аппараты цветной металлургии. - Екатеринбург: УГТУ. 1997. - 648с.

2. Тарасов А.В., Уткин Н.И. Общая металлургия. - М.: Металлургия. 1997. - 592 с.

3. Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Якушев А. М. Общая металлургия. - М.: Металлургия. 2000. - 765с.

4. Уткин Н.И. производство цветных металлов. Научное издание - интермет инжиниринг, 2004. - С.442.

5. Тихонов Б.С. Тяжелые цветные металлы и сплавы: справочник в 2 - х томах, 1999. - С.453.

6. Валиев X.X., Романтеев Ю.П. Металлургия свинца, цинка и сопутствующих металлов. Алматы: КазНТУ, 2000. - 441с. "

7. Шиврин Г.Н. Металлургия свинца и цинка. Учебник. - М.: Металлургия, 1982. - С.353.

8. Зайцев В.Я., Маргулис Е.В. Металлургия свинца и цинка. Учебник. - М.: Металлургия, 1985. - С.263.