Металлургия және экология.

Металлургиялық ө ндірістің дайындық процестері. Металды алуғ а кө мектесетін процестер пирометаллургиялық жә не гидрометаллургиялық болып екігк бө лінеді.

Пирометаллургиялық процестер. Пирометаллургиялық процестерге жоғ ары температураларда ө тетін барлық процестер жатады («пир» - грекше, от, жалын).

Кү йдіру – ө ң делетін шикізаттың минералогиялық жә не химиялық қ ұ рамын ө згерту мақ сатында жоғ ары температуралар кезінде (‪ 500-1200 °С) жү ргізілетін металлургиялық процесс. Кү йдіру процестері, кү йежентекті кү йдіруді қ оспағ анда, қ атты фазалық болады. Негізінен тү сті металлургияда тотық тыратын жә не кальцинирлейтін кү йдіру қ олданылады; кү йдірудің тотық сыздандыратын, хлорлаушы немесе фторлаушы тү рлері сирек қ олданылады.

Балқ ыту – жоғ ары температуралыпирометаллургиялық процесс, ол кө п жағ дайларда материалдың толығ ымен балқ ымағ а айналуын қ амтамасыз етеді. Балқ ытуды екі тү рге бө леді – кендік жә не тазартушы (рафинирлеуші).

Гидрометаллургиялық процестер. Гидрометаллургия– бұ л металдарды кеннен, концентраттардан жә не шикізаттың басқ а тү рлерінен сулы ерітінділермен, химиялық реагенттермен жә не ары қ арай ерітінділерден металды еркін кү йде немесе химиялық қ осылыстар нысанында бө ліп алу. Екі негізгі гидрометаллургиялық процесс қ олданылады: металдарды ерітінділерден шаймалау жә не шө гілдіру. Олардың арасында ерітінділерді шоғ ырландыру жә не оларды қ оспалардан тазарту операцияларын жү ргізу мү мкіндікті.

Металлургиялық ө ндірістің негізгі ө німдері. Тү сті металлургия кә сіпорындарының тауарлы ө німдері – металдар, олардың оксидтері жә не тұ здары, ә ртү рлі химиялық ө німдер, минералды тың айтқ ыштар, қ ұ рылыс материалдары, жылу жә не электр энергиясы, технологиялық оттегі, азот, инертті газдар жә не кейбір басқ а материалдар мен бұ йымдар.

Тү сті металдар кендерін ө ң деу кезінде негізгі ө німнен ө зге, кө птеген аралық ө німдер мен металлургия ө ндірісінің қ алдық тары алынады – агломераттар мен ө ртенділер, штейндер, қ ождар, шаң дар мен газдар, ерітінділер мен кектер, шламдар, ақ аба сулар жә не т.б.

Металдар – металлургия ө ндірісінің ө німінің негізгі тү рі, ол тазартылмағ ан жә не тазартылғ ан (рафинирленген) деп екіге бө лінеді. Тазартылмағ ан металдар, олардың тұ тыну қ асиеттерін тө мендететін, зиянды қ оспалы жә не қ ұ рамында бағ алы элементтер – серіктестер қ оспасыда болады. Тазартылмағ ан металдар міндетті тү рде қ оспалардан тазарту процесінен ө теді – рафинирлеуден.

МЕСТ ә рбір тазартылғ ан металдың 10-нан аса маркасын шығ аруды белгілейді. Ерекше таза металдарды шығ ару жә не оның сапасы, ө німді жеткізуші мен тапсырыскердің арасында жасалатын техникалық шартпен регламенттеледі.

Тү сті металлургия кә сіпорынының тү пкілікті ө німдері – қ ұ ймакесектер, катодтар, ұ нтақ тар, илемдер, кү йежентектелген бұ йымдар жә не т.б.

Металлургиялық процестердің мә ні. Металлургиялық процестің мә ні – бастапқ ы материалдан кем дегенде екі ө німді алу, берілген металғ а бай жә не кедей ө нім жә не бұ л ө німдер олардың жең іл бө лінуіне мү мкіндікті тү рде алынуы керек.

Ө ң деу ө німдерінің бө лінуі келесі фазаларда ө туі мү мкін:

1. Қ + Қ – қ атты фазалардың бө лінуі байыту саласына жатады.

2. Қ + С – мұ ндай ұ штасу пиро- жә не гидрометаллургияда кездеседі. Гидрометаллур-гияда - бұ л тұ ндыру жә не сү зу процестері, пирометаллургияда - ликвация процестері

3. Қ + Г – пирометаллургиялық процестерде кездеседі, айдау, дистилдеу процестері.

4. С + С - пиро- жә не гидрометаллургия процестерінде кездеседі. Гидрометаллургияда – бұ л сұ йық тық экстракция процестері, пирометаллургияда - ликвация. Сұ йық тар ә рқ ашанда бө лшекті ө зара ерігішті, сондық тан тү йісетін фазалар арасындағ ы заттың таралу константасы ү лкен маң ызғ а ие болады.

5. С + Г – бұ л жү йе пиро- жә не гидрометаллургияда ө те маң ызды. Газғ а бір немесе бірнеше бағ алы элементтер айдалады.

6. Г + Г – адсорбциямен, мұ здатумен, қ ысыммен бө лу ү шін қ олданылады.

Байыту мен металлургиялық балқ ытуды қ олданудың айырмашылығ ы: байыту кезінде материалды ө ң деу оның физикалық жә не химиялық қ асиеттерінің ө згеруінсіз ө теді; металлургиялық балқ ыту кезінде материалдың физикалық жә не химиялық қ асиеттері ө згереді.

Металлургияның дамуының негізгі бағ ыттары. 1.2 Қ азақ стан мен Ресейде металлургияның дамуы. Ө ткен ғ асырдың аяғ ы мен осы ғ асырдың басында машина жасау, автомобиль жә не темір жол кө лігі, авиация мен ә скери техниканың дамуымен жаң а материалдардың ө те зор мө лшерлері қ ажет етіледі, яғ ни металдар мен қ орытпаларғ а деген сұ раныс артуда. XVIII ғ асырда Ресей алтын, кү міс жә не мыс қ азып алудан алдың ғ ы шептегі елдердің біріне жатты. Орал шойындарын Англияғ а экспортқ а шығ арды; дегенмен бірінші дү ниежү зілік соғ ысқ а дейін орыс металлургиясы ішкі қ ажетсінуді тек қ ана шойын бойынша қ анағ аттандыра алды; ал мыс бойынша тек 85 %, мырыш бойынша 6 %, қ орғ асынды 3 % қ амтамасыз етті. Никель, алюминий, магний, қ алайы жә не сирек металдарды Ресейде тіпті балқ ытқ ан жоқ. Жиырмасыншы-отызыншы жылдары металдар ө ндірісі ССРО-да қ арқ ынды ө се бастады. Жаң а домналық пештер, алюминий жә не мырыш зауыттары іске қ осылып, никельдің, қ алайының жә не магнийдің отандық ө ндірісі пайда болды. ССРО зауыттарында 70 тарта металдар мен 8 серіктес элементтер алынды, ал ө ндіру масштабына қ арай олардың кө бісі дү ниежү зі бойынша бірінші орынғ а шық ты.

Металлургия Қ азақ стан ө неркә сібінің дамығ ан алдың ғ ы салаларының бірі болып табылады. Металлургиялық кә сіпорындарда 50 жуық ә ртү рлі металдар, 70 тү рінен аса тү сті металдар прокаттары жә не қ ара металдардың ыстық - жә не суық илемделген профильдері алынады. Қ азақ станда осы саланың 120 аса ө неркә сіптік кә сіпорыны бар. XX ғ асырдың басында Қ азақ стандағ ы металлургия, Шығ ыс Қ азақ стан мен Қ арсақ пайда (қ азіргі Қ арағ анды обласы) шоғ ырланғ ан алтынды, кү місті, қ орғ асын мен мысты қ азып алатын шағ ын кә сіпорындармен кө рінетін.

Е. Бекмухаметовтың деректері бойынша барлық зауыттар 1917 жылғ а дейін келесідей материалдарды ө ң деді:

- мыс кендерін – 321377 тонна;

- кү міс-қ орғ асын кендері мен концентраттарын – 33838 тонна;

- мырыш концентраттарын – 4557 тонна

жә не осы кезде алынды:

- тазартылғ ан мыс – 40976 тонна;

- қ орғ асын – 6592 тонна;

-мырыш – 619, 3 тонна.

Қ азақ стан территориясындағ ы тү сті металлургияның дамуының бұ л этапы тау-кен металлургиялық кешендердің кә сіпорындарын ұ лттандырумен аяқ талды. Дамудың техникалық -технологиялық тұ рғ ысынан 20-сыншы ғ асырдың 20-шы жылдарын тотық қ ан, карбонатты жә не басқ ада сульфидті емес кен тү рлерінің ізделу жә не олардың тікелей пиро-гидрометаллургиялық ө ң делуімен металдардың алыну этапын аяқ талды деп есептеуге болады. Осығ ан байланысты келесі еріткіштердің қ олдануымен жү ретін гидрометаллургия процесі кө ң іл аудартады: аммиакты, кү кірт қ ышқ ылын, жә не хлорлы темір мен ас тұ зы ерітінділерінің қ оспасы. 1889-1908 жылдардың ө зінде мысты шаймалау сұ лбасы бойынша Шө птікө л тә жірибелік зауыты жә не Желтау гидрометаллургиялық зауыты жұ мыс істеді. Алдын ала кү йдірілген кендерден мысты шаймалау бойыншада сынақ тар ө ткізілді. Ә ртү рлі нұ сқ алар сыналды, перколяциялық та жә не чандық шаймалауда.

1928 ж, Қ арсақ пай мыс балқ ыту зауыты іске қ осылды – бұ л тек Қ азақ станда емес, ал ССРО-дағ ы бірінші металлургиялық кә сіпорын болды. 1929 жылы қ ұ рылысы басталып, 1933-1937 жылдары Шымкенттің қ орғ асын зауыты ө ндіріске жіберілді. 30-шы жылдары Қ азақ станда тү сті металлургияның 20 ірі кә сіпорындары іске қ осылды, оның ішінде Ащысай полиметалл комбинаты, Лениногор полиметалл комбинаты, Балқ аштың кен-металлургиялық комбинаты, Ертіс мысбалқ ыту зауыты. Қ азақ стандағ ы бірінші қ ара металлургия кә сіпорыны болып табылатын – бұ л Донның хромитты кен басқ армасы.

Ұ лы Отан соғ ысы жылдарында Қ азақ станда екі байыту фабрикасы іске қ осылды, Ақ шатау кен байыту комбинаты, Текелі қ орғ асын-мырыш комбинаты.

1947 жылы Ө скеменде бірінші мырыш алынды, ал 1952 жылы Ө скемен қ орғ асын-мырыш комбинаты жіберілді. Осы уақ ытта Зырян қ орғ асын комбинатында қ орғ асын-мырыш, БКМК тазартылғ ан мыс ө ндірісі ұ йымдастырылды, ШҚ З-ның толық қ айта қ ұ рылуы жү ргізілді. 60-70-ші жылдары республикада қ ара металлургия ерекше қ арқ ынмен дами бастады; Соколовск-Сарыбай КБК (ССРО-дағ ы ең ірі), Ермактың ферроқ орытпалар зауыты іске қ осылды, Қ арағ андының металлургиялық комбинатының бірінші цехтары тұ рғ ызылды. Тү сті металлургияда келесі кә сіпорындар іске қ ослды: Ө скеменнің титан-магний комбинаты, Павлодардың алюминий зауыты жә не бірқ атар кә сіпорындар.

Бү гінгі кү ні Қ азақ стан хромды, қ орғ асынды, мырышты, уранды, мысты жә не бірқ атар серіктес металдарды қ азып алу мен ө ндіруден дү ниежү зінде алдың ғ ы қ атарлардың бірінде орналасқ ан.

Металлургияның ең маң ызды жә не келешекті проблемаларын атаң ыз. Ө ткен ғ асырдың басында машина жасау, автомобиль жә не теміржол транспорты, авиация жә не темір жол техникасының дамуымен жаң а материалдар – металдар мен балқ ымалар керек болды. Содан бері химиялық технологияның жетістігіне қ арамастан, ә рдайым жаң а синтетикалық материялдар беретін, ағ аштан, тастан, пластмассадан жә не басқ а қ атты денеден ө згеше қ асиеті бар, металлургиялық ө ндіріс тез ө сіп келеді.

Металлургия саласын химиялық технологиямен шектеп, оның бастауын металлургиялық заводқ а шикізат ә келуі деп, ал аяғ ы – рафинирленген метал немесе қ ұ йма тү ріндегі сорттық балқ ыма, тү йіршіктер, бө лшектер, немесе стандарт тү ріндегі ұ нтақ (ұ лкендігі) деп санау керек.Бірақ тә жірибеде металлургиялық сала бұ нымен шектелмейді.Кенді жеткізер алдында оны жер қ ойнауынан тауып, жер бетіне шығ арып, ө ң деу керек. Геология жә не тау жұ мысы бө лек сала болғ анымен, олардың шекарасы бірге дамуына қ арайды.

Кенді ө ң деу алдында оны бос жыныстан айыру ү шін ү гітеді, ұ нтақ тайды жә не байытады. Осыдан алынғ ан концентраттарды кейде есектеген жө н – жабыстыру, брикеттеу немесе басқ а ә діспен ү лкейту. Металды балқ ыту алдын ала руданы қ иын ө ң деуін талап етеді, шикізаттың агрегаттық жә не химиялық кү йін ө згерту.

Ә рдайым металды балқ ыту біздің планетамыздың шикізат қ орының бітуіне ә келеді, енді қ азір басты мә селе болып кеннің экономдық, комплекстік қ олдану болып отыр – олардан барлық бағ алы заттарды алу. Бұ ндағ ы жолшыбай жә не комекші ө ң деу металдың алу технологиясын қ иындатады.

Металлургиялық қ алдық кедей шикізатта ә сіресе кө п. Оларды қ оршағ ан ортаны ластамайтын кү йінде шығ ару керек – атмосфераны (газдар), жерді (қ атты қ алдық тар), суды (шламдар, ө ндірістік су). Бұ л ү шін қ осымша ө ң деу керек, ө ндірісті байқ арлық тай қ иындататын жә не қ ымбаттатын.

Дайын, қ оспалардан тазартылғ ан металды қ ысыммен ө ң дейді – соқ қ ылау, штамповка, қ аң ылтыр, сым, профильдік бұ йым жасау ү шін илектеу, немесе басқ а элементтермен балқ ытып, стандартты тү рде қ ұ йма немесе жартылай фабрикат балқ ымалар алады.

Ә р металлургиялық организация жақ сы дамығ ан энергетикалық базасыз, кү шті транспорттарсыз, су жә не адам ресурстарысыз мү мкін емес.

Одан басқ а металлургияны дамыту ү шін техниканы ауыстырып, жаң а технология енгізу керек, ең бек ө ндірісін, ө нім сапасын жоғ арылату керек – мұ ның бә рі ә р переделда ғ ылыми, технико-экономикалық анализді қ ажет етеді.

Ғ ылыми-негізделген, механикаландырылғ ан жә не автоматтандырылғ ан ө згерістерді тү сті жә не қ ара металлургияда енгізу, шығ ынды азайту жә не металдың сапасы мен ө ндіріс тиімділігін кө теру, сонымен қ атар қ оршағ ан ортаны ластайтын ө ндіріс қ алдық тарын жою – бұ л маң ызды талаптарғ а барлық мметаллургиялық кә сіп орындар бағ ынады.

Егер XVIII ғ асырда металлургия аз ө ндірілетін, қ ол ең бегі болса, қ азір ө ндірістің жанжақ ты механикаландырылғ ан жә не автоматтандырылғ анын, электроэнергияның жә не химиялық реагенттердің, отыннын кө п шығ ынын талап ететін, ө ндірістің ү лкен қ иын саласы.

Бірнеше ғ асыр аралығ ында ө ндірістің дамуы, оның ішінде металлургияның да, белгілі ө ндірістік зоналарда ө ндірістік единициялық кү шін жә не концентрациясын кө бейту жолымен жү рді. Бұ л экономикалық кө рсеткіштің жоғ арғ ы кө рсеткіштеріне жетуіне кө мек берді. Металлургиялық ө ндірістің шоғ ырлануы КСРО металлургиясына тә н болды.Ө ткен ғ асырдың 30-50 жылдарында қ азіргі Россия территориясында металлургиялық комбинаттар салынып, қ азір де болат ө ндірудің жылдық ө німі 4-8 млн. тонна беретін комбинат боп қ алып отыр: Магнитогорский, Кузнецкий, Нижне-Тагильский, Череповецкий, Заподно-Сибирский, Липецкий, жә не т.б., ал Қ азақ станда «Испат-Карметкомбинат» (Теміртау) жұ мыс жасайды.

Отанымыздың тү сті металлургиясына, негізінен кедей кендерді ө ң дейтін, тау байыту жә не металлургияның ө з ө нер кә сібінің арасындағ ы тығ ыз байланыс тә н. Олар негізінен бір ө нер кә сіп комплексін береді. Тү сті металлургияның негізгі қ ұ рылымы тау кен металлургиялық комбинаттары болып табылады.

Сондық тан металлургиялық комбинаттар кү рделі ұ йымдастырушы қ ұ рылымы бар жә не қ ұ рылымдары арасынта тығ ыз байланыс орнағ ан жү йе болып келеді.

Ә рбір металлургиялық ө ндірісті жетілген энергетикалық базасыз, қ уатты транспорттық қ ұ ралдарсыз жә не су адам ресурстарынсыз ұ йымдастыру мү мкін емес. Сондай-ақ ө ндіріс шикізат кө зіне жақ ын болуы немесе шикізатпен ү здіксіз қ амтамасыз етіліп отыруы қ ажет жә не сол ә келінген шикізатты металлургиялық ө ң деуге дайындайтын қ осымша цехтар қ ажет. Кендерді комплексті ө ң деу қ осымша жә не қ осалқ ы қ ызметті талап етеді. Бұ дан басқ а металлургиялық ө ндірістердің қ алдық тары, ә сіресе кедей кендерді ө ң дегенде орасан зор болады. Оларды қ оршағ ан ортағ а зияны келмейтіндей етіп жіберу де қ осымша қ ызметтерді талап етеді. Сонымен бірге металлургиялық агрегаттарды жө ндеу жұ мыстарына қ ажетті жабдық тарсыз (отқ а тө зімді материалдар, болат бұ йымдар жә не т.б.) жұ мыс істеу де мү мкін емес.

Жоғ арыда айтылғ ан жер қ ойнауынан қ ұ рамында металл бар кенді қ азып алудан бастап металды таза кү йінде бө ліп алуғ а дейінгі ө ң деудің сатыларына қ ажетті барлық қ ызмет тү рлерін қ оса алғ анда металлургиялық ө ндірістердің кө лемі орасан зор сала екенін білдіреді. Жү ргізілетін жұ мыстардың барлығ ының ортақ мақ саты тұ тынушы талабына сай сапалы ө нім алу. Осы мақ сатқ а жету ү шін металлургиялық ө ндірістердің жаң а технологияны зерттеп техникалық -экономикалық талдау жасайтын, техниканы жаң артуғ а жә не жаң а технологияны ендіруге ұ сыныс джасайтын ғ ылыми техникалық зерттеу бө лімі де болуы қ ажет.

Қ орыта келгенде егер XVIII ғ асырда металлургия ө німділігі аз қ ол ең бегі болса, бү гінде ол жан-жақ ты ө ндірісті механикаландыруды да автоматтандыруды да талап ететін, отын, энергетика жә не химиялық реагенттерді орасан зор кө лемде тұ тынатын ө ндірстің ең ірі саласы болып отыр.

Мырышты алудың гидрометаллургиялық ә дістері, негізгі реакциялары. Мырышты алудың дә стү рлі гидрометаллургиялық сұ лбасы алдын ала кү йдірілген концентраттан (ө ртендіден) кү кіртқ ышқ ылының сулы ерітіндісімен мырышты шаймалауды қ амтиды. Шаймалау кезінде мырыш ерітіндіге реакция бойынша кү кіртқ ышқ ылды мырыш тү рінде ө теді:

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + Н2О

Сонымен қ атар, ерітіндіге оның қ ұ рамындағ ы мыс, кадмий, темір, мышьяк жә не т.б. қ оспаларыда бө лшекті ө теді.

Тазартылғ ан мырыш ерітіндісі (электролит) мырышты электролиттік шө ктіруге тү седі, ол келесі реакциямен жү реді:

ZnSO4 + Н2О = Zn+H2SO4 + 1/2 О2

Бұ л кезде мырыш катодта шө геді, анодта оттегі бө лінеді. Ерітіндіде кү кірт қ ышқ ылы регенерацияланады, ол ө ртендінің жаң а ү лестерін шаймалау ү шін қ ажет. Мырыштың катодтық шө гіндісін қ айта балқ ытады, қ ұ ймакесектерге қ ұ яды.Кек (шаймалаудан кейінгі ерімеген қ алдық) қ осымша ө ң деуге тү седі.

Мырышты алудың пирометаллургиялық ә дістері, негізгі реакциялары. Мырышты алудың пирометалпургиялық ә дісі 1000-1100 °С температурада мырыш оксидінің тотық сыздануына негізделген, яғ ни металдық мырыштың қ айнау нү ктесінен жоғ ары. Бұ л оның бутә різдес кү йде тү зілуі кезінде бө лінуін жә не бу тү рінде айдалуын (дистилляция) қ амтамасыз етеді:

ZnO + С = Znбу + СО жә не ZnO + СО – Znбу + СО2

Мырыш буы ары қ арай конденсатталады. Дистилляция кезінде сұ йық кү йдегі мырышты алу кү шті тотық сыздандыру атмосферасы жә не қ олданылатын аппаратураның толық қ ымталуы жағ дайларында жү зеге асырылады.

Мырыштың тотық сыздануы тек оксидтерден мү мкіндікті, дистилляция алдында міндетті тү рде кү кірттің толық аласталуымен тотық тырып кү йдіру жү ргізіледі. Дистилляцияғ а жарамды кеуекті кесек материалды алу ү шін, таспалы агломерация машиналарында кү йежентектеумен сульфидті концентраттың кү йдіруін жү ргізеді.

Мырышты алу ү шін кө лденең жә не тік реторталарды, электрқ ыздырғ ышты жә не электртермиялық шахталық пешті қ олданады. Дистилляция принципі КИВЦЭТ-ЦС агрегатының электртермиялық бө лігінде мырыш буларын алу негізіне сү йенеді.

Пирометаллургиялық ә діспен алынатын мырыш, дистилляция кезінде бірге айдалатын немесе газдармен шығ атын шаң дардан тү сетін қ оспалармен (қ орғ асынның, кадмидің, темірдің, мыстың жә не басқ.) ластанғ ан. Сондық тан дистилляциялық мырыш, барлық қ ара металл сияқ ты, рафинирлеуді керек етеді.

Мырышты темір мен қ орғ асыннан тазартуды балқ ыманы баяу суытумен немес қ айта дистилляциялаумен – редистилляциямен, тү птік фазағ а оларды ликвациялау ә дісімен жү ргізеді. Қ ара мырышты рафинирлеу ү шін жә не одан ілеспелі кадмиді бө ліп алу ү шін ректификацияны табысты қ олданады – кө п рет дистилляциялау жә не конденсациялау.

Мырыш концентраттарын дистилляциялық балқ ыту электрпештерде орындалады. Шикіқ ұ рам 75-80 % агломераттан, 14-16 % кокстан (тотық сыздандырғ ыш) жә не 4-8 % ә к тасынан тұ рады. Дистилляциялық балқ ытудың ө німдері: балқ ығ ан қ ара мырыш, штейн, қ ож жә не шаң. Қ ара мырышқ а 88-90 % Zn бө лінеді. Дистилляциялық мырыш тазартылғ аннан соң темір бұ йымдарды ыстық мырыштауғ а қ олданылады.

Мырышты алудың гидрометаллургиялық ә дісі, ө ң деуге тү скен концентраттардың алдын ала тотық тырып кү йдіруден міндетті ө туін талап етеді. Қ азіргі кезде кү йдіруді Қ Қ пештерде жү ргізеді. Бұ л шаймалау ү шін жақ сы дамығ ан реакциялық беттікті материалдың қ ажеттігімен шартталады.

Мыс кендерін шахталық балқ ыту. Мыс кендерін шахталық балқ ыту – қ азірге дейін тә жірибелік мә нін жоғ алтпағ ан, ең ескі ә діс. Бұ л салыстырмалы арзан технологиялық процесс, оны жү зеге асыру ү шін ү лкен аудандар мен отқ а тө зімділердің шығ ыны талап етілмейді. Балқ ытудың бұ л тү рінің артық шылығ ы – пештің жоғ ары меншікті ө німділігі жә не процестің кез-келген масштабтағ ы ө ндіріске жарамдылығ ы.

Мыс концентраттарын тотық тырып кү йдіру, негізгі реакциялары. Тотық тырып кү йдіру – сульфидті мыс шикізатын қ ара мысқ а ө ң деудің дә стү рлі технологиясының бірінші, бірақ міндетті емес сатысы, бұ л ары қ арай балқ ытумен 25-30 % Сu болатын штейндерді алуды қ амтамасыздандырады. Мыс ө неркә сібінде тотық тырып кү йдіру сирек қ олданылады. Оны жоғ ары кү кіртті, мыстың мө лшері бойынша кедей концентраттарды немесе кенді ө ң деу кезінде, жә неде концентратта мырыш мө лшері жоғ ары болғ анда қ олданады. Мыс концентраттарының тотығ ып кү йдірілуін 750-900 °С температурада жү ргізеді, бұ л кезде сульфидтердің тотығ уы келесі реакцияғ а сә йкес оксидтердің тү зілуімен жү реді:

2MeS + ЗО2 = 2МеО + 2SO2 + Q, (12)

мұ ндағ ы Q - экзотермиялық реакцияның жылулық эффектісі.

600-650 °С тө менгі температураларда сульфаттар тұ рақ ты болады (MeSO4).

Кө птеген сульфидтер, атап айтқ анда пирит пен халькопирит, олардың ыдырауының басталу температурасынан тө менгі температурада тотығ а алады. Бұ ғ ан кү йдіру пештеріндегі кү шті тотық тыру атмосферасы жә не олардың тұ тануына жеткілікті температура ә сер етеді. Мыс концентраттарының тотығ ып кү юі кезінде темір сульфидтері басым тотығ ады. Оның себебі – мысқ а қ арағ анда темірдің оттегіге ү лкен жақ ындығ ы жә не кү кіртке жақ ындығ ының тө мендігі. Мыс концентраттарының тотығ а кү йдірілуінің негізгі реакциялары:

FeS + 3, 5О2 = Fe2O3 + 2SO2 + 921000 кДж

2FeS2 + 5, 5О2 = Fe2O3 + 4SO2 ‪ + 1655000 кДж

2CuFeS2 + 6О2 = Fe2O3 + Cu2O + 4SO2

Мыс штейнін конвертирлеу процесінің мақ саты. Қ ұ рамында 10-12-ден 60-70 % дейін Сu болатын мыс штейндерін, конвертирлеу ә дісімен ө ң дейді. Конвертирлеуге, штейннен ө зге, балқ ытылғ ан немесе қ атты кү йде мысқ а бай қ айтарма ө німдер, кварцтық флюс (кө бінесе алтын қ ұ рамды) жә не басқ а материалдар тү седі. Конвертирлеу кезінде темірдің, кү кірттің жә не серіктес компоненттердің тотығ уымен қ ара мыс алынады. Конвертирлеу отын шығ ынын керек етпейді жә не типті автогендік процесс болып табылады. Конвертирлеу процесінің ө німдері – қ ара мыс, конвертер қ ожы жә не кү кіртті газдар.

Мысты алудың гидрометаллургиялық ә дісі, Қ азақ стан кә сіпорындарында қ олданылатын ә дістері. Мысты алудың гидрометаллургиялық ә дістері. Мысты алудың гидрометаллургиялық ә дісі кенді шикізаттың кез-келген тү рін ө ң деуге жарамды. Дегенмен оларды мысты тотық қ ан кендерден немесе алдын ала кү йдірілген сульфидті кендерден бө ліп алу ү шін қ олданады. Мыстың жалпы ө ндірісіндегі гидрометаллургиялық процестердің ү лесі шетелдерде тұ рақ ты тү рде артуда жә не қ азіргі кезде 12-15 % жуық қ ұ райды. ТМД елдерінде мыстың біршама мө лшері ғ ана қ алдық тардағ ы (ү йіндідегі) жә не баланстан тыс кендердің қ азып алу жыныстарынан шаймалау жолымен бө лініп алынады.

Мыс ө неркә сібінде гидрометаллургиялық ә дістерді шектеулі қ олдану тотық қ ан кендердің қ орының аздығ ының жә не кендік шикізаттан алтын мен кү місті ілеспелі бө ліп алудың кү рделілігінің салдары болып табылады. Осы себеппен оларды, негізінен, асыл металдардың мө лшері тиімсіз кедей кендерді ө ң деу ү шін қ олданады.

Кез-келген гидрометаллургиялық ә діс, дайындық жә не қ осалқ ы операциялардан ө згесі, екі негізгі сатыдан тұ рады – ә ртү рлі ерітінділермен шаймалау жә не ерітіндіден металды шө ктіру. Еріткішті таң дау кезінде бірқ атар талаптар ескеріледі, олардың негізгілері – арзандығ ы жә не қ ол жетерлігі, кеннің негізгі компонентіне тиімді ә сер етуі жә не оны регенерациялау мү мкіндігі. Мыс шикізатына қ олданбалы осы талаптарды ү лкен дә режеде келесі еріткіштер қ анағ аттандырады: су, кү кірт қ ышқ ылының ерітінділері жә не ү швалентті темір сульфаты. Су - ә рине ең арзан жә не қ ол жетерлік еріткіш – қ ұ рамындағ ы мыс суда ерігіш сульфаттар немесе хлоридтер нысанындағ ы, шикізаттар мен жартылай ө німдерді ө ң деу ү шін қ олданылады.

Мысты тазарту (рафинирование), сатылары, қ олданылатын пештер. Қ ара мыс, оның халық шаруашылығ ында қ олдануын шектейтін, 4 % дейінгі қ оспалардан тұ рады, сондық тан оны міндетті тү рде тазартудан ө ткізеді. Қ ара мысты тазартуды екі сатылы жү ргізеді, алдымен оны отты (тотық тыра) рафинирлеу ә дісімен қ оспалардан тазартады, содан соң электролиттік ә діспен. Тек электролиттік ә дісті қ олданып қ ана тазартуғ ада болады, дегенмен мысты алдын ала біршама тазартусыз ө те қ ымбат тұ ратын электролиз процесін қ олдану тиімсіз болады.

Отпен тазарту кезінде балқ ығ ан мыстан максимал тү рде оттегі, кү кірт, темір, никель, мырыш, сурьма жә не еріген газдар аласталады. Отты тазартудан соң мысты қ ұ лақ шалы жолақ ты пішіндегі қ ұ ймакесектерге қ ұ яды (анодтар), оларды электролиздік цехқ а бағ ыттайды. Сондық тан отты тазартуғ а арналғ ан пештерді кө бінесе анодтық пештер деп атайды. Қ азіргі кә сіпорындарда мысты оттық ты тазарту ү шін екі типтегі пештер қ олданылады; стационарлы шарпымалы жә не ең кішті.

Ауамен ү рлеу кезінде мыс шала тотық қ а дейін тотығ ады, ол былау кө лемінде бірқ алыпты 10-12 % концентрациясына дейін ери отырып, оттегіні активті металдарғ а жеткізеді жә не мына реакциямен тотық тырады:

Cu2O + Me ↔ 2Cu + MeO

Металдар-қ оспалардың оксидтері, қ оспалардың қ ождануы ү шін пешке аз мө лшерде тиелген шала тотық тың жә не кремнеземның артық шылығ ымен бірге, былау бетінде қ ожды тү зейді, оны тотығ у ү рлеуінің аяғ ында ағ аш гребками сыпырып алады. Рафинирлеу пешінің қ ожында мыс массасынан шығ ысы 1-2 % кезінде, 50 % дейін Сu болады. Рафинирлеу қ ождарын кедейлендіру мақ сатында, конвертирлеу процесіне қ айтарады.

Ең толық тотығ атын жә не қ ожғ а аласталатын, оттегіге қ ауышпалылығ ы ү лкен қ оспалар: алюминий, мырыш, темір, қ алайы. Қ иын аласталатын қ оспалар қ атарына жататындар: мышьяк пен сурьма, ә сіресе олардың никельмен қ осарлы болуы. Алаулы рафинирлеу кезінде мыста асыл металдар мен селен мен теллірдың ү лкен бө лігі қ алады.

Тотық тыра ү рлеудің ұ зақ тығ ы қ ара мыстың қ оспалармен ластану дә режесіне тә уелді болады жә не 1, 5-4 сағ атты қ ұ райды. Қ ұ рамында 0, 01 % дейін S жә не 0, 2 % дейін О болатын мысты, ұ зындығ ы ‪ 800-1000‪ мм, ені 800-900 мм жә не қ алың дығ ы 35-40 мм анодтарғ а ә ткеншек типті кө лденең қ ұ йғ ыш машиналармен қ ұ яды. Анодтың массасы 240-320 кг қ ұ райды. Мысты отты рафинирлеу процесінің жалпы ұ зақ тығ ы, қ атты металды ө ң деу кезінде, 24 сағ атқ а жетеді.

Мысты-никельді штейндерді конвертирлеу ө німдерінің сипаттамасы. Қ ұ рамында 10-12-ден 60-70 % дейін Сu болатын мыс штейндерін, конвертирлеу ә дісімен ө ң дейді. Мысты-никельді штейндер қ ұ рамы бойынша никель штейндерінен айырмашылығ ы бар. Никель штейніне қ арағ анда бұ л штейндерде қ осымша мыс сульфиді Cu2S жә не метал тү ріндегі мыс болады. Штейн компоненттерінің тотығ у тізбектілігін олардың оттегіне химиялық байланысы бойынша байқ ауғ а болады, оттегіне байланысы бойынша олар келесі қ атарғ а орналасады: Fe – Co – Ni – Cu. Мысты-никельді кендерді қ орыту кезінде кобальтты файнштейнде қ алдыру тиімді болғ андық тан, конвертерлеу процесінде темірді тотық тыруды толық жү ргізбеу қ ажет. Олай болмағ анда кобальт конвертер қ ожына ө теді. Сондық тан мысты-никельді штейндерді ү рлеу мыс штейндерін конвертерлеудің бірінші периодына сә йкес темір сульфидінің жә не магнетиттің қ ожданып, мысты-никельді файнштейн алумен аяқ талады.

2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO∙ SiO2 + 2SO2

Осы реакцияның нә тижесінде штейннің кө лемі азайып, мыс жә не никель сульфидтерімен байыйды. Осы кезде штейнде еріген магнетит бө лініп шығ ады да, бір бө лігі темір сульфидімен ә рекеттеседі:

3Fe3S4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO∙ SiO2) + SO2 (2.67),

ал бір бө лігі конвертер қ ожына ө теді.

Мыстың қ олданылу аймақ тары, салалары. Қ азақ стан мыс кендерінің қ оры бойынша дү ниежү зіндегі алдың ғ ы орындардың бірін алады. Қ оры мен пайдалы қ азбалар жиынтығ ы бойынша ең бірігейі Жезқ азғ ан кен орыны, Ірі кен орындарына жататындар: Қ оң ырат, Ақ тоғ ай, Айдарлы, Жаман Айбат, Бозшакө л, Кө ксай, Қ асқ армыс, Самарск. Мыс ә р тү рлі қ ұ ймалар ө ндіруде қ олданылады. Мыстың қ осылыстары да кең тү рде қ олданылады, мысалы: мыс(ІІ) сульфатының кристаллогидраты (мыс купорасы) CuSO4∙ 5H2O ө сімдіктердің зиянкестері мен ауруларына қ арсы кү ресте пайдаланылады: мыс (ІІ) гидроксиді Cu(OH)2 органикалық қ осылыстағ ы альдегидтік топты анық тау ү шін тотық тырғ ыш ретінде қ олданылады.

Мыстың негізгі қ олданылу қ асиеттері. Ө зіндік ө те тө мен кедергілік қ асиетіне сә йкес мыс, электротехникада кү шті кабельдер де басқ ада тү рде қ олданылады. Мыстың тағ ы бір қ асиеті – ө те жоғ ары дә режедегі жылу ө ткізгіштігі. Бұ ларғ а суыту радиоторлары, кондиционерлер жә не жылу радиоторлары жатады. Ө те жоғ ары механикалық мық тылығ ына сонымен бірге механикалық ө ң деуге тез келетініне сә йкес дө ң гелек мыс қ ұ бырлары сұ йық тар мен газдарды тасымалдауғ а су қ ұ бырларының ішкі системаларында жылыту жү йелерін газбен жабдық тау, кондиционер қ ұ рылғ ыларында, суыту агрегаттарында пайдаланылады.