6 дәрістің Қорғасын өндірісінің шаңдарын электртермиялық балқыту әдісімен кешенді өңдеу
Дәрістің конспектісі:
Металлургиялық өндірісте күйдіру және агломерациялау процестері кезінде, сульфидті шикізатты балқытуда, мыс және мысты-қорғасын штейндерін конвертерлегенде, сонымен қатар тотыққан қорғасынды-мырыш шикізатты, құрамында мырыш және қалайы бар шлактарды қайта өңдеу кезінде біраз көлемде әртүрлі құрамдағы құрғақ шаңдар мен ұшырындылар алынады.
Ірі шаңдар (бөлшектер өлшемі бірнеше ондық микрон) негізінде өңделетін материалдардың механикалық жоғалу есебінен түзіледі, сондықтан олар өздерінің құрамы бойынша бастапқы шикізатқа жақын болғандықтан процестің басына қайта жіберіледі. Металдар немесе олардың қосылыстарының буларының конденсациялау есебінен түзілген ұсақ шаңдар (бөлшектер өлшемі бірнеше микрон немесе одан да төмен) кейбір түсті және сирек кездесетін металдармен анағұрлым байытылған.
Ұсақ шаңдар негізінен ұшқыш металдардан – қорғасын және мырыштан құралады. Сонымен қатар, оларда кадмий, индий, таллий, селен, теллур сияқты бағалы компоненттер концентрленеді. Сондай-ақ шаңдарға мышьяк, хлор және фтор кіріп, оның әрі қарай қайта өңделуін біршама қиындатады.
Шаңдарға өту дәрежесі мен мұндағы түсті және сирек металдардың концентрациясы олардың шикізаттағы мөлшерімен, металлургиялық процестердің технологиялық режимімен, осы кезде түзілетін химиялық қосылыстардың қасиеттерімен, шаңұстау жүйесінің конструкциясымен анықталады. Компоненттердің ұшырынды шаңдарға өту есебінен және ұсақ шаңдардың шығуы салыстырмалы аз болуының арқасында олардағы сирек және кейбір түсті металдар, толық бөліп алмағанның өзінде де, концентратқа қарағанда ондаған есе және кенге қарағанда 100-200 есе артық болады.
Кез-келген процестерде бағалы компоненттердің шаңдарға өту дәрежесі әртүрлі болады. Мысалы, қорғасын өндірісіндегі таллий көбінесе агломерациялау процесінің шаңдарына өтеді, кадмий негізінен шахталы балқытудың шаңдарына және бір бөлігі агломерациялау процесінің шаңдарына өтеді, селен агломерациялау процесінің, шахталы балқытудың және полиметалды штейнді конвертерлеудегі шаңдардың арасында тепе-тең бөлінеді. Мырыш концентратын күйдіргенде селен мен сынаптың біраз бөлігі күкірт-қышқыл өндірісінің шламдарына өтеді. Мыс өндірісінде концентраттарды күйдіру және балқыту барысында шаңдарға рений мен висмуттың негізгі мөлшері, ал штейнді конвертерлеу кезінде мырыш, қорғасын, кадмий, висмут, индий, таллий, германий және ренийдің айтарлықтай бөлігі алынады. Барлық процестерді қосса шаңдарға 60-90 %-ке дейін кадмий мен таллий, 80 %-тен астам селен, сынап және рений, сонымен қатар, мырыш, қорғасын, индийдің бір бөліктері өтеді.
Ірі шаңдар шаңды камераларда, циклондарда және құрғақ электрсүзгіштерде ұсталады. Аса майда бөлшекті шаңдар бұл құрылғылармен ұсталмай, бір қатар жағдайларда газдармен бірге атмосфераға шығарылады. Өте майда шаңдардың ұсталуын пульпа түрінде газдарды сулы әдіспен тазартуға арналған құрылғыларда (скрубберлер, көбікті аппараттар, сулы электрсүзгіштер) жүзеге асырады. Бұл пульпаны қойылтқаннан кейін құрамында бір қатар құнды компоненттері бар шлам алынады.
Қорғасын, мыс зауыттардағы шаңдардың құрамында қорғасын мен мырыштың бірталай бөлігі, сонымен қатар кадмий, сирек металдар, мышьяк, хлор және фтор кездеседі. Соңғы үш компоненттердің мөлшері олардың бастапқы шикізаттағы, флюстағы, отындағы мөлшеріне тәуелді болып, мышьяк үшін 1,5-нан 20 %-ке дейін, хлор үшін 0,5-тен 6,0 %-ке дейін және фтор үшін 0,1-ден 0,3 %-ке дейін өзгеруі мүмкін. Мышьяктың анағұрлым мөлшері полиметалды штейндерді конвертерлеу кезінде пайда болатын шаңдарда, хлор мен фтор мөлшері – агломерациялық шаңдарда кездеседі. Шаңдардың кейбір түрлерінде, мысалы мысты шахталы және шарпу пештерінде балқытуының шаңдарында балласты қоспалардың (2-20 % Fe және 10-23 % SiO2) жоғары мөлшері кездеседі.
Шаңдардың заттық құрамы да өте күрделі болып табылады, олардағы металдардың негізгі бөлігі тотықтар, сульфидтер, сульфаттар, арсенаттар, хлоридтер, селенидтер және басқа қосылыстар түрінде кездеседі.
Құрамындағы қорғасынның мөлшері жоғары болғандықтан қорғасын өндірісінің шаңдары көп жағдайларда агломерация процесіне қайта оралады. Кейбір жағдайларда олардың бір бөлігін күйдіріп, негізінде кадмийді бөліп алу мақсатымен әрі қарай гидрометаллургиялық әдістермен өңдейді. Өндірістік циклда шаңдардың көп реттік айналуы (оборот) бір жағынан құрамындағы түсті және сирек металдардың жинақталуына, ал екіншіден, айналымның әрбір циклінда металдардың жаңа қосымша жоғалуына (механикалық жоғалулар, шлактармен, газдармен, оңай ұшатын қосылыстардың толассыз ұсталу есебінен) әкеп соғады.
Шаңдардың айналымы тек сирек және түсті металдардың жоғалуына әкеп соқпайды, сонымен қатар негізгі компоненттерді бөліп алу технологиясын қиындатады және оның көрсеткіштерін төмендетеді. Сондай-ақ, шаңдарды қорғасынды концентратпен бірге өңдеу кезінде агломашиналардың өнімділігі төмендейді, ал шаң құрамындағы мышьяктың циркуляциясы шлакпен қорғасынның жоғалуын ұлғайтады, шпейзаның шығынын және онымен бірге асыл металдардың жоғалуын өсіреді, балқыту агрегаттарында жоғары мөлшерде настыль пайда болуына әкеп соғады, қаралы қорғасынды тазарту кезінде бірталай қиындықтар туғызады, және ақырында, қорғасынның металға бөлінуін төмендетеді. Мыс өндірісінде қорғасын, мышьяк және висмуттың циркуляциясы қаралы мыстың сапасын төмендетеді, электролиз процесін және стандартқа сай мыс купоросты алуын қиындатады.
Сонымен, шаңдарды қайта процеске қайтару қажетсіз салдарға әкеледі. Бірақ сол уақытта шаң құрамындағы мышьяк, хлор және фтордың жоғары мөлшері олардан мырыш пен кадмийді бөліп алуын төмендетеді, ал кейбір жағдайларда сирек металдарды бөліп алуын тіпті мүмкін емес қылады. Сондықтан шаңдарды өңдеудің технологиялық сұлбалары тек құнды компоненттерді бөліп алуды ғана емес, сонымен қатар процестен мышьяк, хлор және фтор шығаруды қамтамасыздандыру керек.
Мышьк, хлор, фторды шығаруға және көп компоненттерді бөліп алуға байланысты процестердің әртүрлілігі мен күрделілігі өндірістерде металлургиялық шаңдарды өңдейтін арнайы цехтарды құруды және шаңдардың барлық құнды компоненттерінің кешенді өңдеуін қамтамасыздандыратын, олардың құрамына сай технологияларды жасауды қажет етеді.
Қазіргі уақытта қорғасын шаңдары әртүрлі жолдармен өңделеді. Ұзақ жылдар бойы қорғасын шаңдарын натрий сульфатымен және кокспен электртермиялық балқыту әдісі қолданылуда. 900-1000 °С температура аралы-ғында электрбалқыту процесі кезінде натрий сульфатының сульфидке дейін, қорғасынның өзінің қосылыстарынан металға дейін тотықсыздану процестері және мырыш пен кадмийдің айдалу процесі жүреді. Электрбалқытудың негізгі өнімдері – металдық қорғасын, құрамында кадмий бар ұшырынды шаңдар және натрийлі штейн-шлакты балқымасы (тиотұздар балқымасы).
Электрпештегі балқытуды электродтарға 6000-7000 А жүктеу арқылы жүргізеді. Ваннадағы кернеудің мөлшері 88-100 В, ваннаның тереңдігі 1600 мм. Құрамында кадмий бар ұшырынды шаңдарды күйдіру үшін және газдардың температурасын 700-800 °С-тан 250±50 ºС температураға дейін төмендету үшін шаң камерасына ауа сорылады. Металдық қорғасынды тазалауға жібереді, ұшы-рынды шаңдарды гидрометаллургиялық қайта өңдеу үшін мырыш зауыттарына жібереді, ал натрийлі штейн-шлак балқыманы ыдыратып, қатты ағындағы сумен ұсақтайды және сілтілейді. Осының нәтижесінде мырыш концен-тратымен бірге құрамында селен, теллур және индий бар ерітінді алынады.
Қорғасынды шаңдарды электртермиялық әдіспен өндірісте өңдеуінің негізгі техника-экономикалық көрсеткштері: Na2SO4 шығыны – 0,25-0,40 т/т шаңға; кокс шығыны – 0,08-0,13 т/т шаңға; электрэнергия шығыны – 600 кВт.сағ/т шаңға; тікелей бөліп алу, %: Pb металға – 95-96, Cd ұшырынды шаңдарға – 94,6-96,6, Zn концентратқа – 79-90,5; As, Na, Se, Te элементтерінің тиотұздар балқымасына алынуы – 80-92 %; кадмийлі ұшырынды шаңдардың құрамы, %: 12-20 Cd, 25-29 Pb, 27-37 Zn, 0,10-0,35 As; мырыш концентратының құрамы, %: 46-54 Zn, 21-23 S, 1,75-2,5 Na; шаң салмағынан балқыту өнімдерінің шығуы, %: қаралы қорғасын – 52-57, штейн-шлакті балқыма – 50-54, ұшырынды шаңдар ~8; электрпештің меншікті балқытуы, т/(м². тәулігіне) – 7,5-8.
Құрамында, %: 53-58 Pb, 30 Zn, 0,8-0,9 Cd, 0,17-0,20 Se, 0,15-0,50 As, 15-40 г/т Ag бар қорғасын өндірісіндегі шахталы балқытудың барлық шаңдарын электрлік балқытумен қайта өңдейді. Әдістің негізгі артықшылығы – қорғасынның металға (96 %), кадмийдің ұшырынды шаңдарға, одан әрі қарай металға (сәйкесінше 96 және 92,5 %) және мырыштың концентратқа (90 %-ке дейін) жоғары дәрежеде алынуы.
6 нег. [б. 230-243], 2 нег. [б. 321-326], 7 нег. [б. 162-183].
Бақылау сұрақтары:
- Қорғасын өндірісіндегі шаңдар мен ұшырынды шаңдардың сипаттамасы. .
- Қорғасынды шаңдарды электртермиялық балқытуының теориялық негіздері.
- Содалы-тотықсыздандырып электртермиялық балқытуының шарттары.
- Қорғасынды шаңдарды электртермиялық балқытуының өнімдері.