3 дәріс Мыс өндірісінің шлактарын кешенді өңдеу
Дәрістің конспектісі:
Ауыр түсті металдар өндірісінде кен шикізатын кеңінен пайдалану және қалдықсыз технологияны жасау мәселелерін металлургиялық шлактарды кешенді өңдеуді ұйымдастырусыз шешу мүмкін емес.
Шлактар өте бағалы зат, себебі түсті және сирек металдардан басқа олардың құрамында үлкен мөлшерде темір мен силикат құраушылар бар. Шлактардағы барлық бағалы компоненттерді кешенді пайдалану маңызды, ғылыми-техникалық сұрақ болып табылады. Қазіргі кезде шлактардан тек түсті металдарды бөліп алу әдістері қолданылады.
Мыс, никель және мысты-никель өндірістің конверторлық шлактарында елеулі мөлшерде түсті металдар бар және түсті компоненттерді толығырақ бөліп алу үшін қосымша өңдеу қажет.
Мыс өндірісінде конверторлық шлактағы мыс мөлшері үлкен мәнде ауысады, оның мәні әдетте 1,5-5 % тең болады. Шлактағы мыс мөлшері шлактағы кремнезем мен магнетит мөлшеріне (конвертор бірдей жағдайда жұмыс жасаса) белгілі тәуілділікпен анықталады. Неғұрлым кремнезем көп болса, соғұрлым шлактағы магнетит және мыс мөлшері аз болады.
Қазіргі уақытта мыс өндірісінің конверторлық шлактарын балқыту агрегатына кедейлендіру үшін негізінен сұйық күйінде және сирек уақытта қатты күйінде қайтарылады. Шарпу пешіне сұйық конверторлық шлакты тиеу оның жұмысына кері әсер етеді және үйінді шлакпен мыстың жоғалу мәнінің артуына себепші болады.
Бұл мыс балқыту зауыдының тәжірибе жұмыстарында, сондай-ақ арнайы өндірістік масштабта жүргізілген эксперименттерде анықталған. Мысалы шарпу пешенің күйдірілген шоғырмен оған конверторлық шлак құймай істеген жүргізілген сынақ жұмысында үйінді шлактағы мыс мөлшерінің 0,69 %-тен 0,43 % пайызға дейін төмендеуі мүмкіндігін көрсетті.
Пешке шикі мыс шоғырымен бірге конверторлық шлакты қосып және қоспай шағылыстырып балқытқан кезде, балқытудың ұзақ өндірістік (үш ай бойы) сынағында оның кері әсері анықталды. Бірінші жағдайда (конверторлық шлакпен балқытқан кезде) үйінді шлакпен мыстың жоғалуы екі еседен артық болады.
Конверторлық шлаксыз балқытқанда мыстың штейнге бөлініп шығуы 96 %-тен 98,3 %-ке дейін артты, ал үйінді шлакпен мыстың жоғалуы 2,7-ден 0,36 % пайызға дейін кеміді. Егер конверторлық шлаксыз жұмыс кезінде үйінді шлактың шығымы 78,7 %-тен 24,7 % пайызға дейін кемігенін ескерсек, онда шағылысытырып балқытуға конверторлық шлактың қайтарылуынан туындайтын мыстың қосымша жоғалуы шартты түрде зауыд қуаттылығы жылына 100 мың тонна мыс болса, шамамен 1500-2000 т металды құрайды.
Мыс балқыту өндірісінде конверторлық шлакты негізгі технологиялық айналымнан бөлек өңдеуге шығару шарпу пештерінде үйінді шлакпен мыстың жоғалуын бірнеше есе кемітуге мүмкіндік береді. Кейбір жағдайда конверторлық шлакты бөлек өңдеу процестен қаралы мысты ластаушы қорғасын, мырыш пен сүрме сияқты қоспалдарды шығару үшін технологиялық өте қажет. Балқыту пештерінің шихтасынан конверторлық шлакты шығару шарпу пештерін автогенді және электртермиялық агрегаттармен ауыстыруға байланысты ерекше қажет, себебі бұл жағдайда олардың қосылуы елеулі қиындайды.
Конверторлық шлактар қасиеті жағынан автогенді балқыту шлактарына ұқсас, сондықтан олардың әрі қарай өңдеу әдістері белгілі автогенді балқыту шлактарын кедейлендіру әдістері бойынша жүргізіледі.
Қазіргі кезде әлем тәжірибесінде мыс балқыту өндірісінің конверторлық шлактарын өңдеудің екі негізгі әдісі кеңінен тараған – флотация мен электртермия.
Конверторлық шлакты флотациялауды тиімді өткізу үшін сульфидтер мен басқа қосылыстардың неғұрлым ірі түйіршік алу мақсатында оны алдын-ала термиялық дайындайды (баяу суыту). Фин фирмасы «Оутокумпу» зауыдында бұл шлакты 300 мм қабатпен кішкене тоғандарға (прудок) құю арқылы қол жеткізіледі. Жапон зауыдтарында шлактың кристалдануы құю машиналарының құйма қалыптарында жүзеге асырылады. «Саганосеки» зауыдында конверторлық шлак бірнеше ағын сызығымен суытылады және бір мезгілде балқыту цехынан флотациялық қондырғыға тасымалданады.
«Оутокумпу» фирмасының өнеркәсібінде термиялық дайындалған конверторлық шлакты үш сатыда ұсақтайды және өздігінен ұнтақталу жолымен 0,05-0,07 мм ірілікке дейін жеткізеді, содан кейін сәйкес реагенттерді пайдаланып флотациялайды. Флотация қалдықтарында мыс мөлшері 0,2-0,4 % болады.
Оттекті-факелді балқыту шактарын флотациялау кезінде де тиімді нәтижелер алынды. Шлактың 98 %-ті -0,05 мм дейін ұнтақтау кезінде мыс шоғыры және сәйкесінше мыс мөлшері 10,3-27 және 0,1-0,22 % қалдықтар алынды. Мысты шоғырға бөліп алу 86-89,5 %, бағалы металдарды бөліп алу 90-92,9 %.
Конверторлық шлак пен автогенді балқыту шлактарын флотациялық әдіспен өңдеу мыстың жоғары дәрежеде бөлініп шағуын қамтамасыз етеді, бірақ шлактың үлкен көлемінің алдын-ала баяу суытылуын, оның ұсақ ұнтақталуын, айналымда металдың белгілі мөлшерінің қалуын, қайта балқытуға мыс шоғырының үлкен көлемінің қайтарылуын талап етеді. Сонымен қатар, флотация кезінде қосымша металдардың (никель, кобальт, мырыш) бөлініп шығуы мысқа қарағанда едәуір төмен. Сульфидті мыс шоғырын күшті тотықтырып (автогенді) балқыту кезінде алынған шлактардың флотациясы аз қанағаттанарлық нәтиже береді. Асылған (взвешенная) балқыту шлактары үшін кедейлендірудің электртермиялық әдісі неғұрлым кеңінен қолданылатындығы соңғы жағдаймен түсіндіріледі.
Мыс шоғырын өңдегенде конверторлық шлак пен автогенді балқыту шлактарын электртермиялық кедейлендіру тек Норильскіде пайдаланылады. Шлакты кедейлендіру процесі негізінен кедергі электр пештерінде іске асырылады, мұнда балқыту агрегатынан сұйық шлак өздігінен ағып түседі. Кедейлендіру үшін дөңгелек, сопақ және тікбұрышты өнімділігі 800 т/тәулігіне дейін болатын, үздік немесе үздіксіз кедергі тәртібінде жұмыс істейтін электр пештері қолданылады. Кейде кедейлендіру процесі екі тізбектей орнатылған электр пешінде жүргізіледі, 1 т шлакқа 55-70 кВт·сағ/т электр энергия шығындалады. Кедейленген шлакта 0,5-0,6 % Сu болады.
Мыс өндірісінің конверторлық шлактарын электртермиялық кедейлендіру бойынша ғылыми-зерттеу және тәжірибелік жұмыстары бірнеше оңдаған жылдар бұрын жүргізілген. Олар кедейлендіру пешінде шлактағы мыс пен басқа металдардың мөлшерін кемітудің мүмкіндіктерін көрсеткен. Содан бері шлактарды кедейлендіру процесіне деген көзқарас өзгерді. Ваннада араластыру сияқты фактор өте маңызды мәнге ие болды. Гинцветмет тәжірибелік зауыдында 1973-1974 ж.ж. әртүрлі зауыттардың конверторлық шлактарын сұйық ваннада балқытып кедейлендіру сынақтары жүргізілген.
Пешті сәйкесінше үш оттықта жанатын табиға газбен қыздырады. Конверторлық шлактың флюспен шикі құрамын соңғы шлакта 30-35 % SiO2 және 5-6 % СаО алу есебінен жүргізді. Сульфидизатор (пирит) шығыны тиелетін шлактың массасының 10 %, ал көмір шығыны 5 % болды. Балқыту процесін үздік және үздіксіз тәртібінде жүргізді. Балқыту пешінің (ванна ауданы 1 м2, ал электртұндырғыш көлемі 2 м2) үлес өнімділігі орташа тәулігіне 20 т/м2. Сынақтардан қанағаттанарлық нәтижелер алынды.
Гинцветмет тәжірибелік заыдының кейінгі сынақтарында мыс-мырыш шоғырларын КИВЦЭТ агрегатымен оттекті-факелді балқыту пешінде автогенді балқыту шлактарын электртермиялық кедейлендіруі зерттелді. Зерттеуді тотықтандырғышты әртүрлі шығындап қуаттылығы 1000 кВ·А электр пешінде жүргізді. Зертту барысында мыс пен мырыш шлактарын кедейлендіру жылдамдығы ең бірінші жасанды жасалған қарқынды араластыру мен шлактын тотықтандырғышпен жанасы (байланысу) дәрежесінен анықталатындығы анықталған. Ваннаны араластыру есебінен мырыштың төте булану жылдамдығы артты, ал мыссыздандыру жылдамдығы қарапайым электртермиямен салыстырғанда 3-4 есе артты.
Темір тотығын металға дейін тотықсыздану дрежесін өзгертіп, мыс пен мырыш бойынша шлактардың кедейлендіру тереңдігін реттеуге болдаы. Мысалы, 1 % Fe тотықсыздандырғанда шлакта 0,5 % Сu және 0,4-0,5 % Zn болса, 5-7 % Fe тотықсызданғанда мыс мөлшері 0,2 %ке дейін, ал мырыш жүзден бір пайызға дейін төмендеді. Темірдің тотықсыздану дәрежесіне байланысты бір немесе екі фаза алды.
Кедейлендіру нәтижесінде КИВЦЭТ шлагында мырыш мөлшері 1,5-3,0 %-ке дейін, оттегі-алау балқыту шлагында 0,07-0,4 %-ке дейін кеміді, мыс мөлшері сәйкесінше 0,3-0,32 және 0,2-0,5 % тең болды.
Шлактарды кедейлендіру жылдамдығы мырыш бойынша 0,7-0,9 кг/(мин·м2) (КИВЦЭТ) және 0,1-0,2 кг/(мин·м2) (оттекті-алау балқыту), ал мыс бойынша сәйкесінше 0,11-0,13 және 0,22-0,33 кг/(мин·м2).
Шоғырдан автогенді балқыту әдісімен тікелей қаралы мыс немесе ақ матт алғанда түзілген бай шлакты кедейлендіру үлкен мәнге ие. Бұл жағдайда жоғары кальцийлі шлакты электртермиялық кедейлендіруді зерттеуге көңіл бөлінеді.
Кедейлендіруге түскен шлак құрамы, % : SiO2 38-45; СаО 18-25; Al2O3 5-7; Fe 7-10; Pb 1,5-4,0; Zn 0,6-1,8. Қаралы мысқа шоғырды балқытқанда шлактағы мыс мөлшері 5-8 % және ақ матқа балқытқанда 3-5 % тең болды. Кедейлендіруді 1350-1400 оС-та қуаттылығы 1200 кВ·А табанының ауданы 3,2 м2 электр пешінде жүргізілді. Қоспа ретінде кокс (шлак массасының 3,5-6 %) пен пирит шоғыры (шлак массасының 10-25 %) пайдаланылды. Шлактың кедейленуі пирит шоғырын пеш ваннасында шлакқа түсірілген болат құбыр арқылы қысылған ауамен үрлегенде неғұрлым қарқынды жүрген. Жоғары кальцийлі шлакты электротермиялық кедейлендірудің орташа көрсеткіштері төменде көрсетілген.
Сульфидизатор мен тотықсыздандырғыш шығынын жоғарылатып шлакты мыс бойынша 0,1 % дейін және одан төмен, қорғасын бойынша 0,1 % дейін және төмен, мырыш бойынша 0,1-0,3 % дейін кедейлендіруге қол жеткізді. Кедейленген шлак шығымы өңделген шлак массасының 88-92 %, штейн 10-20 % және ұшырынды шаңдар 2-4 % тең болды.
6 нег. [б. 64-74].
Бақылау сұрақтары:
- Металлургия өндірісіндегі шлактардың физика-химиялық қасиеттері.
- Мыс өндірісінің шлактарын флотация әдісін қолдана отырып, өңдеу әдістері.
- Мыс өндірісінің шлактарын электртермия әдісімен өңдеу.