Мысты штейнді конвертірлеу

         Бірінші  кезең темірдің-тотығуы: 

                                        2FeS+3O₂=2FeO+2SO₂+q₁. 
        Реакция нәтижесінде пайда болған темірдің шалп тотығы кремний тотығымен қосылып, мына реакция бойынша шлакқа айналады:

                                        2FeO+SiO₂=2FeO·SiO₂+q₂.

        (1), (2) реакциялардың жүру процесінде көптеген жылу бөлінетіндіктен, бірінші кезеңде конвертердің температурасы көтеріледі. Сонымен, штейнді үрлеудің бірінші кезеңінде оның құрамындағы темір шлакқа айналады.

         Екінші  кезең – күкіртті мыстың тотығуы:

                                         2Cu₂S+3O₂=2Cu₂O+2SO₂+q₃.

         Нәтижеде пайда болған мыстың шала тотығы күкіртті мыспен әрекеттесіп, таза мыс түзеді:

                                           Cu₂S+CuO₂=3Cu+SO₂+q₄.

Сыйымдылығы 40 тонналық конвертерде мыстың штейндегі  мөлшері 24% болса, процестің жалпы  ұзындығы 15 сағатқа, ал бұдан ірі  конвентерлерде 25-30 сағатқа созылады. Сонымен, штейнді конвертерге өңдеу  арқылы одан тазартылмаған мыс алады. Тазартылмаған мысты арнаулы  қалыптарға құю арқылы кірпіш немесе плита формаға келтіреде.

Мысты тазарту

           Тазартылған мыстың құрамында  тотықтар, күкіртті қосылыстар, темір  т.б. қоспалар болғандықтан, оны  техникада пайдалануға болмайды. Өйткені құрамындағы қоспа заттар  мыстың физикалық және химиялық  қасиеттерін өзгертеді. Сондықтан  тазартылмаған мыстың құрамындағы  зияндықоспаларды бөліп алады,  яғни тазартады (рафинациялайды).

          Тазартылмаған мысты тазартудың  екі түрлі жолы бар: бірі  – жылумен 

(отпен) тазарту, екіншісі  – электролизбен тазарту. Мысты  отпен тазарту әдісі тазартылмаған  мыстың құрамында алтын, күміс,  платина сияқты қымбат бағалы  элементтер болмағанда немесе  тазалығы 99,5-99,7%-тік мыс техниканың  талаптарын қанағаттандыра алатын  жағдайда қолданады. 

         Мысалы, жез, қола сияқты мыс қортпаларын  дайындау үшін аса таза мыстың  қажеті жоқ. Тазартылмаған мысты  отпен тазарту әдісінде оны  жалын шағылыстыру пешіне салып,  тотықтырғыш ортада балқытады.  Процесті тездету үшін пештің  астауындағы (ванна) бал0ы5ан мыс0атруба  ар0ылы 141-196(1,5-2 атм.) қысымда ауа  жібереді. Осы кезде  балқыған  мыстағы қоспаның бір бөлігі  тотық күйінде (Fe₂O, Al₂O₃, SiO₂) шлакқа айналып, екінші бөлігі (PbO, ZnO) ауаға ұшып, газбен бірге тысқа шығып кетеді. Үрлеу процесінде қоспа элементтердің тотығуымен қатар мыста аздап тотығады. Сондықтан балқыған металды пештен құйып алудан бұрын, ондағы еріген ауаны бөлу үшін балқыған мысты араластырады және мыс тотығынан оттегіні бөліп алу мақсатымен оған тотықсыздандырғыш қосады. Ашытқы ретінде ылғал ағаш қолданылады. Ағашпен балқытылған мысты қозғаған кезде бөлініп шыққан су буы ағаштың құрғақ айдау өнімдерімен бірге мыстың құрамындағы еріген газдарды бөліп шығарады. Сонымен қатар ашытқы мынадай реакциялардың жүруіне себепші болады:

                                    Cu₂O+CO=2Cu+CO₂,

                                     Cu₂O+H₂=2Cu+H₂O.

      Соңғы операциядан  кейін тазартылған мыс дайын  болады. Халық шаруашылығының кейбір  салалары (мысалы, электротехника өндірісі) өндірілген мыстың тазалығына  қатаң талаптар қояды, яғни  штейннің құрамында қымбат бағалы  элементтердің (Au, Ag, As, Sb т.б.) мөлшері  жоғары болады. Мұндай жағдайда  мысты тазарту үшін электролиз  әдісі қолданылады. Электролиздеу  процесі  көлденеңі 1,2 м, ұзындығы 2,5 м, биіктігі 1 м-дей болатын арнаулы астауда (ваннада) орнатылады. Астауға

тотыяйынның 10-16%-тік судағы ерітіндісі мен 10-16%-тік күкірт қышқылы  ерітіндісінің қоспасы электролит ретінде құйылады. Астауға тұрақты  ток көзінің оң плоюсіне жалғастырылып  тазартылмаған мыс пластиналары (анод) және ток көзінің теріс  полюсіне жалғастырылып қалыңдығы 0,5-0,7 мм болатын таза мыс пластиналары (катод) түсіріледі.

        Астау  тізбешіндегі тұрақты ток кернеуі  0,3в болады да, ток күші 10000 а-дан 15000 а-ге дейін жетеді, ол токтың тығыздығы анодтың тазалығына байланысты 4×10⁸(400 )-ге дейін барады. 10-12 күннен кейін катодтарды астаудан суырып алады, осы кезде әрбір катодтың салмағы 60-90 кг-ға жетеді. Тазартылмаған мыстың құрамындағы қоспа заттар астау түбінде шлам түрінде қалады. Шламды өңдеу арқвлв оның құбамындағы қымбат бағалы элементтер алынады. Мысты тазартудың электролиздік тәсілі тазалығы 99,95%-ке жететін таза мыс алуға мүмкіндік береді. Электролиздеу әдісі арқылы 1 тонна катодмысыр алу үшін 720-1080 мдж (200-300 квт) электр энергиясы қажет.

      Шағылыстыру  пешінің жұмысын мынадай негізгі  үш көрсеткіш анықтайды: 

       а) тәулігіне  қорытылған шихтаның мөлшері;

       б) шихта  салмағына қатысты алынған отын  шығыны (ппроцент есебімен);

       в) мыстың  штейнге өту мөлшері.

       Пештің  өнімділігі тәулігіне қорытылған  шихта мөлшерінің пеш түбінің  квадрат метрмен алынған ауданына  қатынасымен анықталады:

Q=

,

мұндағы:  – тәулік (24  сағат);

                  Q – пештің өнімділігі, т;

                  т – тәулігіне қорытылған шихта  мөлшері, т;

                  S – пеш түбінің ауданы, м².

        Пеш түбінің ауданы ретінде шартты түрде оның фурма деңгейіндегі горизанталь ауданы алынады. Шағылыстыру пештерінің өнімділігі              1,4-8, сөйтіп, шихта салмағының отын шығыны 10,5%-тен 30%-ке дейін барады. Шахталы пештің жұмысы да шағылыстыру пештерінің жұмысын сипаттайтын шамалармен анықталады.

Мыс өндірісінің жанама өнімдері.

     Мыс концентраты  (лат. concentratus – шоғырланған)- кен өндіру өнеркәсібінде – пайдалы қазылымдарды байыту өнімі, не шикізатты химиялық өңдеудің өнімі.

     Бұл өнімдерде пайдалы құрамбөліктер мөлшері бастапқы шикізаттағыдан көп болады. Пайдалы құрамбөліктер мен қоспалар мөлшері, ылғалдығы, түйіршіктерінің ірілігі жағынан белгілі бір стандарттық талаптарға сай келетін концентраттарды кондицияланған (шартты сапалы) деп аталады. Олар байыту фабрикасынан тікелей пайдалануға не металлург. өңдеуге жіберіледі. Құрамындағы мыстың аздығынан және кешенді сипаттамаларының барлығынан мыс кендерін бірден металлургияға өңдеуге жіберу пайдасыз, сондықтан оларды алдын ала талғамды флотация байытудан өткізеді. [2]Мыс кенін байыту барысында негізгі алынатын өнім, құрамындағы мыс 55%-ға жететін (көбінесе 10%-дан 30%-ға дейін) мыс концентраты болып есептелінеді. Ал флотация кезінде мыстың концентратқа өту шығымы 80%-дан 95%-ға дейін болады. Байыту барысында мыс концентратынан басқа қосымша пиритті және түсті металдар концентраттары (мырышты, молибденді, т.б.) алынады. Флотация концентраттары ұнтақтарының ірілігі 74 мкм-ден аспайды. Құрамы бойынша өте күрделі нашар  байытылатын   көп  металды   кендерді    байыту    кезінде   басқа

концентраттармен қатар, көбірек мөлшерде құрамында, көбінесе 8% – 10%мысы және 16% – 18%-ға дейін мырышы бар өнеркәсіп өнімдері алынады. Бұл өнімдерді металлургия әдістерімен  өңдеу техника-экономикалық көрсеткіштері  жағынан өте тиімсіз болып  табылады.

     Түсті металлургия кәсіпорындардың жанама өнімдерінің маңызы өте зор, кейде олардың құны қорытылған мыстың құнынан асып түседі. Мыс өндірісінің жанама өнімдеріне жататындар: алтын, күміс, пластина, мырыш, қорғасын, күшала, кадмий, селен, теллер, тағы басқа сирек кездесетін металдар мен сұйық SiO₂, күкірт қышқылы, жылу, құрылыс материалдары т.т.

Қорыту процесінде түтінмен бірге шихтаның ұнтақталған майда  түйіршіктері шаң күйінде сыртқа шығып кетеді. Осы шаңды шаң  сүзгіш аппараттардың жәрдемімен ұстап  алады. Шаңның құрамында 10%-дейін сирек  кездесетін және шашыранды элементтер болады. Бұл элементтердің шаңдағы  мөлшері рудадағы сол элементтердің  мөлшерінен 4-10 есе асып түседі. Сондықтан  мыс өндірісінің жанама өнімі (шаң) жоғарыда айтылған сирек кездесетін және шашыранды элементтер металлургиясының құнды шикізаты болып табылады.

      Үйіңді шлак  пен күкірт газдарының жылуы  жылыту жүйелерінің суын қыздыруға  пайдаланылады. Мыс қорыту заводы  шлагының құрамында мырыш, қорғасын  тағы басқа элементтер болғандықтан, мыс шлагы түсті металлургияның  құнды шикізаты болып саналады. Мыс заводының шлагынан шыны  мақта мен жолға төселетін  шлак тастарын алады.

Металлургия Пеші

     Металлургия Пеші – жылуды басқа энергия түрлерінен алып, оны өңделетін затқа беретін, сыртқы ортадан оқшауланған құрылым.

      Металлургия Пешне металл бұйымдарды термиялық және химия-термиялық өңдеу үшін (қыздыратын және салқындататын) пайдаланылатын күрделі агрегаттар жатады. Өнеркәсіптік пештердің дымқыл заттарды (кендерді, шикіқұрамды, концентратты, т.б.) кептіруге (кептіру пеші), ерітінділерді буландыруға (буландыру пеші), материалдардың агрегаттық күйін өзгертпестен қыздыруға (қыздыру пеші), заттардың механикалық қасиеттерін өзгертуге (күйдіру пеші), металдарды сұйық күйге ауыстыруға, яғни балқытуға арналған (балқыту пеші) түрлері бар. Өңделетін материалдарға жылу беру әдістеріне қарай пештер тікелей жылу бөлетін (жалынды және электр пеші), жанама әдістермен жылу бөлетін (муфель пеші), жылуы өңделетін материалдар ішінде бөлінетін (конвертер пеші) және электр энергиясын пеш ішінде жылуға айналдыратын (индукциялық пеш) пештерге бөлінеді. Бұл пештерден басқа арнайы әдістермен қыздырылатын пештер де (мыс, плазмалық, оптикалық, гелиопеш, автогенді, т.б.) бар. Кейбір пештерге оларды жасаушы өнертапқыштардың есімдері берілген (Мартен, Ванюков пештері).

 

 

Қортынды

Бірлестіктің  өндірістік буындары ішінде мыс қорыту зауытының, байыту фабрикасының орны бір бөлек. Бұлар бүгінде осы заманғы озық технологияның түр-түрімен толық жарақтандырылуымен ерекшеленеді. Соның өзінде қайта жаңғыртылып жатқан тораптары қаншама дерсіз. Әрине, бұл бағыттағы іс-шаралардың бәрін жіктеп мүмкін болмағандықтан ірі жобалардың бастыларын атағанда мыс қорыту зауытындағы күкірт қышқылы цехы технологиясын тұтастай жаңарту алға қойылып отырғаны алдымен ауызға ілігеді. Мұндай міндеттің бірінші кезекке шығуы себепсіз емес. Өндіріс ошақтары шоғырланған барлық қаладағылардай Жезқазғанның да аспанын түтін торлап, ауасынан газ иісі аңқып, тымық күндерде тарқамай тынысты тарылтып тұратыны бар. Қоршаған ортаның жақсаруы үшін жасалған жоба бойынша ауаға таралатын газды тұтып қалу мәселесі біржола шешілмекші. Осыған байланысты Польшаның, Данияның газды жуып-шаю, оны өңдеу бөлімшесіне сулы катализдеу процесін қамтамасыз ететін технологиясын енгізу алдағы төрт жылда жүзеге асырылады.

Осы зауытта өндірісті технологияландырудағы, автоматтандырудағы жағымды жаңалықтар жеткілікті. Соның ішінде рудотермиялық пештердің күрделі жөндеуден сәтті өткізілуі, конверторлар қуатын 80 тоннадан 120 тоннаға дейін жеткізудің орындалуы, металлургиялық цехта құрғақ электр сүзгісінің іске қосылуы, өндірісті басқаруды толық компьютерлендіру, пеш шпурларын салқындату жүйесінің жетілдірілуі сияқтылы бірінен-бірі маңызды, ортақ іске пайдасы үлкен шаралар айтса таусылмастай.

Байыту  фабрикасында да нақ осындай өзгерістер. Кәсіпорында жаңа ұнтақтау-уату қондырғылары мен флотациялау мәшинелерін кеңінен қолдануды жолға қою кен өңдеу көлемін жылына 22 миллион тоннадан 34 миллион тоннаға жеткізуге мүмкіндік бермек.

Жаңа  технология демекші, бүгіндері бірлестік  зауыттары немесе кеніштерінен талай  жылдан жұрт көзіне үйреншікті болып  қалған техникаларды ұшырастыру сирек. Бұлардың орнын АҚШ-тың “Катерпиллер”, Финляндияның “Тамрок”, Швецияның  “Вольво” фирмаларының алып жүк мәшинелері мен бұрғылау, ұңғылау қондырғылары, балқыту, өңдеу, сүзгі агрегаттары басқан.

Әйткенмен, бұл тұрғыдағы мәселенің шешіле қоймаған жақтары да аз емес. Мұны мамандар біледі. Айталық, оларды конверторлық технологияның әлемдік деңгейден әлі төмен қалпы қатты мазалайды. Сол себептен мыс қорыту зауытында мыс штейндерін үзіліссіз конвертерлеу процесіне көшіру күн тәртібінде өткір тұр. Осы орайда жобалар жасап, ұсынуға Мәскеу болат — құйма институтының ғалымдары мен Финляндияның “Оутокумпу”, Австралияның “Аусмелт”, Жапонияның, “Мицубиси” фирмалары қамтылды.

Ендігі  бір мақсат – түпкі өнімдер  шығаруды да өрістету. Атап айтқанда, мыс, болат құбырларын, кабельдік сым  жасауға үлкен көңіл бөлінуде. Мамандар сараптағандай мұның экономикалық тиімділігі жоғары болмақ. Бұған мынадай  мысал. Ондай жағдайда аталған өнімдер  құны шақпақ мыспен салыстырғанда 2,5 есеге  өсетін көрінеді. Сондай-ақ, галлий, кадмий, теллур тәрізді сирек әрі бағалы металдар негізінде техникалық өнімдер дайындаудағы ізденістер Елбасы Жолдауындағы төртінші міндет – өндірістің шикізаттық емес секторының дамуын, экономиканың әртараптандырылуын қамтамасыз етуге ықпалын тигізеді деп күтілуде.

Айта  кету керек, мұның бәріне инвестиция бөлуден ешқандай кемдік жоқ. Өмірдің өзі талап етіп, дәлелдеп отырғандай тиімділік тұтқасы – озық технология екеніне көз жеткен.

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Сүлеймен Е.Б.Шойын металлургиясы. Әдістемелік нұсқаулық / Е.Б. Сүлеймен, М.М. Сүйіндіков. – Павлодар, 2004. – 17 б.

2.Уткин Н.И. Производство цветных металлов.– М.: Интермет Инжиниринг, 2004.

3. Худайбергенов Т.Е. Металлургия легких металлов. – Алматы, 2001.– 235 с.

4.Ибраев И.К., Акбердин А.А. Теоретические, технологические и экологические особенности производства низкоуглеродистой стали для листового проката. Научно-учебное пособие. – Алматы: НИЦ «Ғылым», 2008 – 386 с.

5. Ибраева О.Т. Теория и технология выплавки стали в кислородных конвертерах и мартеновских печах. Методическое указание / О.Т. Ибраева, И.К. Ибраев, Е.Б. Сулеймен. – Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2005. – 40 с.

6.  Лякишев Н.П.  Металлургия хрома / Н.П.Лякишев,  М.И.Гасик. – М. :  ЭЛИЗ.  – 1999. – 582 с.