Орғасын кенін байыту технологиясы.

Қ орғ асын металлургиясы. Қ орғ асын ө те илемді, қ ара-сұ р тү сті металл. Қ ұ рамында қ оспалар болғ ан кезде оның қ аттылығ ы артады, илемділігі соғ ан сә йкес тө мендейді.

Қ орғ асын кө птеген тү сті металдармен ә ртү рлі қ орытпалар тү зейді, бірақ темірмен қ орытылмайды. Қ орғ асын негізіндегі барлық қ орытпалар барынша қ атты жә не таза қ орғ асынмен салыстырғ анда кө бінесе мортты. Қ орғ асын негізді кейбір қ ортпалар ө те тез балқ ымалы болады: мысалы, қ орғ асынның висмутпен, қ алайымен, кадмиймен қ орытпалары 60, 5-94 °С температуралар интервалдарында балқ иды, ал оларда сынап болғ ан кезде балқ у температурасы 48-62 °С дейін тө мендейді.

Қ орғ асын қ орытпаларының ішінде ең тә жірибелік мә ндісі баббиттер – сілтілі жә не сілтіжерлі металдардың аз мө лшерін қ осумен алынатын антифрикциялық қ орытпалар, олар домалау мойынтірегінің ішпегін дайындау ү шін, қ орғ асын мен сурьма негізіндегі қ орытпалар баспалар шрифттерін дайындау ү шін қ олданылады. Қ орғ асын – жылу мен электр тогін нашар ө ткізеді, оның жылуө ткізгіштігі мысқ а қ арағ анда 175 ретке, ал электрө ткізгіштігі 12 ретке тө мен. Ол бірқ атар кү шті қ ышқ ылдардың, сілтілердің жә не аммиактың ә рекетіне қ арсы тұ рады, бірақ ә лсіз сірке қ ышқ ылында жә не басқ а органикалық қ ышқ ылдарда ериді. Суда қ орғ асын коррозияланбайды деуге болады, бірақ оттегі болғ ан кезде тез тотығ ады. Қ ұ рғ ақ ауа қ орғ асынғ а ә сер етпейді, ылғ алды ауада ол 3PbCO3·Pb(OH)2 қ ұ рамдағ ы негізгі карбонаттың беттік қ абыршағ ының тү зілуінен тез қ араяды. Қ орғ асынның ең жақ сы еріткіші – азот қ ышқ ылы. Қ орғ асын металлургиясында маң ызды роль атқ аратын қ орғ асын сульфиді - галенит (PbS), силикаттар жә не ферриттер (nРbО mSiO2 жә не nPbO·mFe2O3).

Қ орғ асынды балқ ыту қ ождарын ө ң деу мақ саты. Реакциялық балқ ыту алдын ала бө лшекті кү йдіруден соң ғ ы ө те бай қ орғ асын концентраттарын ө ң деуде қ олданылады жә не мына реакцияларғ а негізделеді:

2PbS + ЗО2 = 2РЬО + 2SO2

PbS + 2O2 = PbSO4

сонсоң кү йдірілген ө нім қ орғ асынның тотық пағ ан сульфидтерінің қ алдық тарымен ә рекеттеседі:

PbS + 2РbО = ЗРb + SO2

PbS + PbSO4 = 2Pb + 2SO2

Реакцилық балқ ыту кө ріктерде, электрпештерде, КИВЦЭТ жә не басқ а процестермен жү ргізіледі. Реакциялық балқ ытуқ ұ рамында 65 % аса Pb болатын бай концентраттарды ө ң деуде тиімді. Бұ л процесс қ орғ асынды, оның сульфидінің оксидпен жә не сульфатпен химиялық ә рекеттесуі кезінде алынуына негізделген.

Реакциялық балқ ытудың бірнеше тү рлері белгілі. Ерекше кө ң іл аудартатыны Ө скемендегі Қ МК-та игерілген КИВЦЭТ-ЦС (мырыш пен қ орғ асынның кивцэттік балуы) аталатын қ орғ асын жә не қ орғ асын-мырыш концентраттарын ө ң деу ә дісі.

КИВЦЭТ-ЦС процесіне бір аппаратта бірізді ө тетін келесі технологиялық сатылар кіреді: бастапқ ы полиметалдық концентраттың технологиялық оттегі атмосферасында кү йдірілуі мен реакциялық балқ уы, қ ож балқ ымасынан мырыштың кө міртермиялық тотық сыздану, мырыштың айдалуы мен конденсатталуы жә не технологиялық газдарды тазарту. Қ орғ асын концентраттарының кивцэттік балқ ытуының ө німдері болатындар: қ ара қ орғ асын, қ ара мырыш, штейн (кейде), қ ож, 40-50 % SO2 қ ұ рамды қ айтарма шаң мен газдар.

Тұ ндыра балқ ыту қ орғ асынды оның сульфидінен металдық темірмен келесі реакция бойынша ығ ыстыруына негізделген:

PbS + Fe = Pb + FeS (5)

Қ азіргі уақ ытта ө неркә сіпте тұ ндыру балқ ытуын қ олданбайды, дегенмен соның негізіндедегі реакция қ орғ асын шикізатын шахталық тотық сыздандыра балқ ыту тә жірибесінде біршама қ олданылады. Қ азіргі қ орғ асын металлургиясы негізінен тотық сыздандыра балқ ыту кіретін технологиялық сұ лбаларды қ олдануғ а сү йенеді.

Қ орғ асын сульфидін дә стү рлі кө міртекті тотық сыздандырғ ышпен тікелей тотық сыздандыру – ө те кү рделі мә селе жә не ө неркә сіптік жағ дайларда қ олдану ө те қ иын. Дегенмен қ орғ асын оксиді 160-180 °С температурада ә лсіз тотық сызданатын атмосферада ө те жең іл тотық сызданады. Тотық сыздандырып балқ ыту ә дісімен сульфидтік концентраттардан металдық қ орғ асынды алу ү шін, қ ара қ орғ асынғ а балқ ытуды шахталық пештерде жү ргізетіндіктен, оларды алдын ала материалдың бірмезгілде кү йежентектелуімен кү йдіру қ ажет. Кү йдірілген агломератты кокспен балқ ытады; бұ л кезде қ орғ асын мына реакциямен тотық сызданады:

РbО + СО = Рb + СО2

Қ орғ асынды қ орғ асынсыздау дегеніміз не? Қ орғ асын сульфидін дә стү рлі кө міртекті тотық сыздандырғ ышпен тікелей тотық сыздандыру – ө те кү рделі мә селе жә не ө неркә сіптік жағ дайларда қ олдану ө те қ иын. Дегенмен қ орғ асын оксиді 160-180 °С температурада ә лсіз тотық сызданатын атмосферада ө те жең іл тотық сызданады. Тотық сыздандырып балқ ыту ә дісімен сульфидтік концентраттардан металдық қ орғ асынды алу ү шін, қ ара қ орғ асынғ а балқ ытуды шахталық пештерде жү ргізетіндіктен, оларды алдын ала материалдың бірмезгілде кү йежентектелуімен кү йдіру қ ажет. Кү йдірілген агломератты кокспен балқ ытады; бұ л кезде қ орғ асын мына реакциямен тотық сызданады:

РbО + СО = Рb + СО2

Оттегімен қ ауышпалылығ ы жоғ ары қ оспалар мұ ндай балқ ыту кезінде қ ож тү зейді, ал қ ауышпалылығ ы тө мендермен – металғ а дейін тотық сызданады жә не қ орғ асында ериді. Кем дегенде 10 қ оспамен ластанғ ан қ орғ асын, қ ара деп аталады. Пештен шық аннан соң қ ара қ орғ асынды сұ йық кү йде тазартуғ а бағ ыттайды, ол кө бінесе пирометаллургиялық ә дістермен жү ргізіледі. Қ орғ асын концентратын қ ара қ орғ асынғ а шахталық балқ ыту алдында шикіқ ұ рам компоненттерін дайындауды, оны қ ұ растыруды жә не араластыруды, кү йежентектеумен тотық тырып кү йдіруді (агломераттауды) жү ргізеді. Агломераттау ү шін шикіқ ұ рамды сульфидтік концентраттардан, бай тотық қ ан кендерден, қ орғ асын жә не мырыш ө ндірістерінің қ айтарма материалдарынан, флюстерден (темір кендері немесе пирит ө ртендісі), ә к тасынан жә не кварцтан қ ұ растырады. Шикіқ ұ рамды дайындауды штабельдеу ә дісімен механикаландырылғ ан шихтарниктерде немесе шанаптық ә діспен тасымалдау таспаларында жү ргізеді. Агломерацияның дайын шикіқ ұ рамының қ ұ рамы, %: Рb 45-50; S 6-8; СаО 10-20; FeO 25-35; SiO2 20-25.

Кү йдіру алдында шикіқ ұ рамды барабанды араластырғ ыштарда ұ қ ыпты араластырылады жә не бірмезгілде 8-10 % ылғ алдандырылады. Агломераттауғ а арналғ ан бастапқ ы қ орғ асын шикіқ ұ рамының негізгі сипаттамаларының бірі – оның қ ұ рамындағ ы кү кірттің мө лшері. Шикіқ ұ рамдағ ы оның мө лшерінің жоғ арылауыда, тө мендеуіде кү йдіру нә тижесіне теріс ә сер етеді. Қ орғ асын концентратын кү йежентектеумен кү йдіру ү шін таспалы агломераттау машиналарын қ олданады, онда ауаны ү ру шикіқ ұ рам қ абаты арқ ылы тө меннен жоғ ары қ арай немесе оны сорумен жү ргізіледі. Мұ ндай концентраттарды агломераттау кезінде отын ретінде шикіқ ұ рамдағ ы сульфидтер қ олданылады. Қ орғ асын шикіқ ұ рамын кү йдіру кезінде галенит, пирит, сфалерит, мыс жә не басқ а металдар сульфидтері тотығ ады. Дегенмен жылулық энергиясының негізгі кө зі галениттің жану реакциясы болады:

2PbS + ЗО2 = 2PbO + 2SO2 + 827320 кДж

ө йткені басқ а сульфидтердің концентраттағ ы мө лшері мә нсіз.

Сульфидтердің тотығ уынан ө зге, кү йдіру кезінде қ орғ асын оксидінің қ ышқ ылды оксидтермен жең іл балқ итын қ осылыстар тү зуімен ә рекеттесуі мү мкіндікті, мысалы 2РbО·SiO2 типті силикаттарды немесе ферритті РbО·Fe2O3, жә не олардың эвтектикаларын. Ары қ арай суыту кезінде сұ йық фаза қ атаяды жә не берік, кеуекті, кесек материалғ а айналады.

Қ орғ асынды осы қ осылыстарда байланыстыру оның газдық фазағ а айдалуын тө мендетеді. Агломерация кезінде, қ орғ асынның жең іл балқ итын қ осылысының тү зілуімен қ орғ асын сульфиді мен оксидінің арасында реакция жү руі мү мкін. Бұ л реакцияның ө туі қ ажетсіз, ө йткені бұ л кезде оның ұ шқ ыштығ ымен байланысты қ орғ асынның жоғ алуы артады.

Агломераттау машинасының ә р бө лігінен газдар жеке аласталады. Бай газдар кү кірт қ ышқ ылы ө ндірісіне бағ ытталады, ал кедейлері (2-2, 5 % SO2 жә не одан тө мен) процестің басына қ айтарылады, олар газү рлеумен бірге сульфидтердің қ арқ ынды тотығ у аймағ ына беріледі. Бұ л кү кіртті қ олдану дә режесін арттырады жә не қ оршағ ан ортаның ластануын тө мендетеді.

Мыссыздандыру – барынша ең бекті талап ететін тазарту операциясы. Қ орғ асынды дө рекі мыссыздандыруды кезең ді немесе ү здіксіз жү ргізеді, ал жұ қ а мыссыздандыруды – тек қ ана кезең ді режимде. Кезең ді тазарту ү шін, 150, 260 немесе 370 т қ орғ асын сиятын болат тазартқ ыш қ азандар қ олданылады (1 сурет). Ү здіксіз дө рекі мыссыздандыру мысты тө менгі, қ орғ асынды былаудың терең (1, 7 м дейін) суық қ абаттарынан жоғ арығ а, оның сульфидтелуі мен штейнге ө туі жү ретін қ абатқ а ликвациялануына негізделген Сульфидизатор ретінде бай қ орғ асын концентраты қ олданылады.

Металдар сыныптамасы. Бү гінгі кү нітехникада металдар сыныптамасы 2 негізгі топқ а бө лінуі тарихи қ алыптасқ ан: қ ара жә не тү сті.

Қ ара металдарғ а темір жә не соның негізіндегі қ орытпалар жатады - ә ртү рлі шойындар, болаттар жә не ферроқ орытпалар. Қ ара металдарғ а, сонымен қ атар, марганец пен хромдыда жатқ ызады – бұ л темір негізіндегі қ орытпаларғ а қ осымша ретінде қ олданылатын металдар.

Қ алғ ан барлық металдарды «тү сті» деген жалпы атаумен бірлестіреді. Тү сті металдарды физика-химиялық қ асиеттеріне, табиғ аттағ ы таралу жағ дайына, ө ндіру масштабына қ арай 5 топқ а жіктейді (мұ ндай сыныптау шарты шектеу жағ дайына байланысты).

Металдарды шө ктіру ә дістері. Шө ктіру— бұ л қ атты тұ нбаның ерітінді барысындағ ы химиялық реакциялар. Мысалы, қ осылғ ан тиісті реагенттерді айтуғ а болады. Аяқ талғ аннан кейін реакция пайда болғ ан қ ұ рғ ақ қ алдығ ы деп атайды оны- преципитат, ал сұ йық тық одан жоғ ары — супернатант деп атайды.

Бұ л ә дісі ерітіндіден бө лу, химиялық компоненттер тү рінде аз еритін қ осылыстар болыа табылады.Ең кө р таралғ ан химиялық талдау ә дісі бө лу элементтері одан сандық жә не сапалық талдау ә дісі қ ұ ралады.Гидрометаллургияда сондай-ақ электролиттік тұ ндыруда, ә сіресе тү сті металдарда қ олданылады. Электролизбен тек металлдар ғ ана емес жә не окисдтер де шө гілдіріледі, мысалы қ орғ асынның қ ос тотығ ы жә не марганец — анодында, азот тотығ ы, молибден жә не уран — катодында.

Металдардың ең маң ызды қ асиеттері, олардың сипаттамалары. Барлық белгілі металдар физика-химиялық қ асиеттерінің ә ртү рлілігімен ерекшеленеді, осы қ асиеттері олардың қ олданылу аймағ ын ғ ана анық тап қ оймай, сонымен қ атар оларды алудың ә дістері мен тә сілдерінде анық тайды. Ғ ылым мен техниканың кө птеген салаларында қ олданылатын металдардың ең маң ызды қ асиеттері:

• Балқ у температурасы Тбал [К, °С] – қ атты кристалдық заттың толығ ымен сұ йық кү йге ө тетін температурасы (бірінші текті фазалық ө ту). Тұ рақ ты қ ысым кезінде, таза заттың балқ уы, балқ ыту жылуы деп аталатын жылудың қ атаң анық талғ ан мө лшерін жұ тумен тұ рақ ты температурада жү реді.

• Балқ ыту процесіне кері процесс қ атаю. Таза заттардың қ атаюы тұ рақ ты температурада ө теді жә не шамасы бойынша балқ ыту температурасына тең жылудың шығ ындалуымен жү реді.

• Жылулық кең ею α [К-1, (С)-1] — сызық тық немесе кө лемдік кең ею коэффициентімен сипатталатын, температураның ө згерісі кезіндегі мө лшердің ө згеруі (ұ зындық тың немесе кө лемнің).

• Жылуө ткізгіштік λ [Вт/(м • К)] — жылулық қ озғ алыс жә не атомдық -молекулярлық дең гейде (металдар ү шін бұ л электрондар) бө лшектердің ө зара ә рекеттесуі нә тижесінде энергияның жоғ ары қ ызғ ан аймақ тан тө менгі қ ызғ ан аймақ қ а тасымалдануы.

• Меншікті жылусыйымдылық с [Дж/(г • К)] — заттың температурасын 1 °С немесе 1 К жоғ арылату ү шін оның массасының бірлігіне келтірілетін жылудың мө лшері.

• Электрө ткізгіштік σ [Ом/м]-заттың электр тогін ө ткізу қ абілеттігі, қ озғ алыстағ ы зарядталғ ан бө лшектердің – электрондардың болуымен шартталады (ток тасушылар).

• Меншікті электр кедергісі ρ [Ом•м] — электр ө ткізгіштікке кері шама.

• Заттың магнит ө ткізгіштігі χ [м3/кг] — осы заттағ ы магниттік момент j пен магниттік ө рістің кернеулігі арасындағ ы байланысты сипаттайды: χ = j/Н.

• Бу қ ысымы (серпімділік) [Па] — нақ ты заттың берілген температурадағ ы сублимациясы немесе оның бетінен булану нә тижесінде тү зілген бу қ ысымын сипаттайды. Қ айнау температурасында зат буының қ ысымы атмосфералық қ а тең, яғ ни101, 325 кПа.

• Кө п жағ дайларда механикалық қ асиеттер, ү лкен мө лшерде ө ндірілген металдар мен қ орытпалардың қ ажеттілігі мен қ олданылуын анық тайды. Механикалық қ асиеттер кө птеген параметрлермен сипатталады. Олардың ең маң ыздысы ығ ысу серпімділігінің модулі мен қ аттылық болады.

Металдардың қ ождармен механикалық жоғ алымын тө мендету жолдары. Қ ождар – ө ң делетін шикізаттың жә не арнайы ендірілетін флюстердің бос жыныстарының оксидтерінің кү рделі қ орытпасын кө рсететін, металлургиялық балқ ымалардың міндетті ө німі. Балқ ытудың жеке тү рлерінде, ә сіресе тазарту (рафинирлеу) процестерінде, қ ождар тү сті металдардың мө лшері бойынша ө те бай алынады жә не оларды міндетті тү рде кедейлендіреді. Ө неркә сіптік тә жірибеде қ ож негізгі металлургиялық процестердің қ айтарма материалдарының бірі ретінде қ олданылады немесе арнайы қ осымша ө ң деуге тү седі.Бағ алы металдардың қ ождармен жоғ алуы олардың оксидтерінің қ ождануымен жә не қ ождық балқ ымада металқ ұ рамды ө німнің бір бө лігінің еруімен, сонымен қ атар толық тұ ндырылуымен жә не механикалық жоғ алымдарменде шартталады.