9 дәрістің Құрамында мырыш бар шлактарды кешенді өңдеу
Дәрістің конспектісі:
Дәрістің конспектісі:
Қорғасын, мыс және қалайы өндірістерінде металлургиялық шикізаттарын балқыту кезінде құрамында мырыш бар шлактар түзіледі. Мырышпен қатар олардың құрамында қорғасын, мыс, қалайы және басқа да бағалы компоненттер кездеседі. Қорғасын өндірісінде шлактардың шығуы 50-65 %, ал мыс өндірісінде мыс-мырышты концентраттарды өңдеу кезінде 80-83 % құрайды.
Мырышты шлактарды қайта өңдеу экономика жағынан пайдалы болып саналады. Сондықтан шлактарды қайта өңдеу көлемдерінің жаппай артуы түсті металлургия өндірісінің маңызды және өзекті мақсаты болып табылады.
Қазіргі кезде дүниежүзілік тәжірибеде мырышты шлактарды өңдеудің негізгі үш әдісі қолданылады: фьюмингтеу, вельцелеу және электртермиялық әдіс. Ең көп тарағаны – фьюмингтеу әдісі.
Фьюмингтеу процесінің мәні балқытылған шлактың ауа мен тотықсыздандырғыштың қоспасымен үрлеуінде болады. Бұл кезде мырыш және басқа ұшқыш металдардың тотықтары тотықсыздандырылып айдалады. Осымен қатар ұшқыш сульфидтер (қорғасынның, қалайының) айдалады. Пеш кеңістігінде металдар және сульфидтер газдардың еркін оттегісімен тотығып жеңді сүзгілерде ұсталады. Ұшырындылардың бір бөлігі шлак айдағыш пештен кейін орнатылған қазан-утилизаторда тұндырылады.
Мыс және асыл металдар штейнге өтіп, ол жиналғаннан кейін пеш алдындағы көрігінен немесе электр тоғымен қыздырылған тұндырғыштан шығарылады. Төгінді шлакты түйіршіктейді және үйіндіге бағыттайды. Фьюмингтеу кезінде ұшырындыларға толығымен қорғасын (98-99 %), мырыштың 90 %-і, және қалайының 80-85 %-і шығарылады.
Алғашқы өнеркәсіптік фьюмингтеу қондырғыларының бірі Өскемен қорғасын-мырыш комбинатында 1957 жылы салынған. 1965 жылы осы өндірісте фурмалар аймағындағы қима ауданы 20 м2 болатын фьюмингтеу пеш іске қосылды. Көмір мен ауаның қоспасында жұмыс істейтін пеш тәулігіне 400 т-дан жоғары шлак өңдейді. Ұшырындыларға 95 %-ке дейін қорғасын, 85-87 % мырыш бөлінеді, мыстың 70 %-тен жоғары мөлшері штейнге өтеді. Көмір шаңының шығыны шлак массасының 16 %-ін немесе шамамен мырыштың 1 тоннасына 1,5 т құрайды. Үйінді шлакта <1-1,5 % Zn және 0,18-0,20 % Рb болады. Ұшырындылар негізінен мырыш (60 %) және қорғасын (10 %) тотықтарынан түзіледі.
Новосибирск қалайы комбинатының фьюмингтеу қондырғысы мазутты-ауа қоспасында жұмыс істейді. Онда концентраттарды электрлі балқыту кезінде алынған шлактарды және төмен сортты шикізатты өңдейді. Шлактарды фьюмингтеу процесін табиғи газда өткізу көбірек дамушы процесс болып табылады. Табиғи газды тотықсыздандырғыш ретінде қолданатын қондырғылар «Рязцветмет» зауытында және Шымкент қорғасын зауытында жұмыс істейді.
Табиғи газды фьюмингтеу үшін қолданудың принципиалды мүмкіншілігі «Рязцветмет», Гинцветмет және Гипроникель зауыттарының бірлесе зерттеулері нәтижесінде анықталған болатын. Табиғи газбен фьюмингтеу процесі ауа артығының коэффициенті бірден (a = 0,85¸0,9) төмен болған кезде сыртқы жану камераларында (оттықтарда) ауа мен газдың алдын ала жағуында негізделген. Осы зауытта қажетті байқаулар өткізілгеннен кейін, фьюмингтеу пешті көмір шаңынан газға аудару жүзеге асырылған болатын.
Табиғи газды қолданатын фьюмингтеу қондырғының негізгі жұмысшы органы болып оттық (топка) табылады. Оның үйлесімді контрукциясын жасау үстінде институттардың және зауыттардың қызметкерлері көп жұмыс істеді. Оттық пешке a<0,85 болатын табиғи газ жануының өнімдерін беруге мүмкіндік етеді, бұл қатты тотықсыздандырғышты қолдануын толық қажетсіз етіп шығарады.
Көмір шаңды отынға қарағанда табиғи газбен фьюмингтеу кезінде пеште жоғары температураға дейін қызған пешті газдардың үлкен көлемі түзіледі. Бұл қазан-утилизатордың жұмысын қиындатады және жылуды алуға арналған құрылғыларын жетілдіруді талап етеді.
Табиғи газда жұмыс істейтін ірі өнеркәсіпті фьюмингтеу қондырғысы 1975 жылы Шымкент қорғасын зауытында іске енгізілген болатын. Ол сыртқы оттықтары бар фьюминг-пештен, қазанды-утилизатордан, шаң аулау жүйесінен, қатты материалдарды пешке тасымалдап тиеу жүйесінен, шлакты құю және түйіршіктеу түйіндерінен түзіледі. Фьюминг-пеші тік бұрышты кессондалған шахтасы түрінде болады. Пеш табаны ішіне болат құбырлары құйылған шойынды блоктардан жасалған және магнезитті кірпішпен футерленген. Тік қабырғалы кессондардың от жағындағы бетіне гарнисажды ұстау мақсатымен штырьлар орнатылған. Бойлық қабырғаларында пештің әр жағынан табиғи газды жағуға арналған 7 оттықтан орнатылған. Пеш табанынан 150 мм биікте орнатылған оттықтардың қуыстары (сопла) фьюмингтеу үшін қажетті жылу және технологиялық кезеңдерін қамтамасыздандырады.
Жобамен бір уақытта ыстық сұйық шлактар мен үйіндідегі салқын түйіршіктелген шлактарды (сұйық шлактардың массасына 25 %) өңдеуінің мүмкіншілігі алдын ала ескерілген, сонымен қатар жылытылған және оттекпен байытылған үрлеуді қолдануы қарастырылған. Құрамында қорғасын мен мырыштың ұшырындылары бар пештен шыққан газдар, тікелей пештің үстінде 50° бұрышпен орналасқан қазанды-утилизатордың форкамерасына бағытталады. Толығымен экрандалған бұл форкамера қазанды-утилизатордың бірінші секциясы болып келеді. Пеш үстінде орналасқан РК 75/40 типті қазан-утилизатордың қызу беті 6550 м2, соның ішінде 3450 м2 үш ауа қыздырғыштардың беті құрайды. Жоба бойынша қазан сағатына температурасы 450 °С және қысымы 4 МПа болатын 64 т бу өндіруі тиіс. Шаң аулаушы қондырғы әрқайсысы 840 жеңнен түзілген төрт жеңді сүзгілерден тұрады.
Фьюмингтеу операциясының жобалы ұзақтығы 150-180 мин; табиғи газ шығынының мөлшері 3300 м3/сағ, ауа шығыны 32000 м3/сағ, үрлеу қарқындылығы 28 м3/м2, ауаның қысымы 0,1-0,2 МПа, газдың артық қысымы 0,15-0,25 МПа. Газдың артық коэффициентін 0,5-0,95 аралығында реттеп отырады. Шартты отынның меншікті шығыны 20-22 %. Фьюмингтеу нәтижесінде алынған ұшырындыларды түйіршіктеп мырышты зауыттарға тасымалдайды.
Қондырғыны пайдалануға енгізгеннен кейін оның контрукциясына және технологиялық кезеңге маңызды жетілдірулер жасалынған болатын. Мысалы, пешке түсетін ыстық шлактың мөлшерінің өсуіне байланысты пеш контрукциясы күшейтілген болатын, ал пештің жобалы тиелуі (садка) 75 тоннадан 120 тоннаға дейін үлкейтілген. Қазанды-утилизатор форкамерысының табанды құбырлары қазан нұсқасына қосылған болатын. Жеңді сүзгілердің саны 4-тен 6-ға дейін көбейтілген. Осының барлығы бұл процесті тұрақтандыруға мүмкіндік берді және пештің жөндеуге тоқтау уақытын қысқартты.
Пайдалану кезінде анықталған болатын, яғни суық шлактың барынша көп мөлшерін өңдеу үшін аз тиелген көбірек үрлеуді қолдану керек. Бұл кезде ыстық шлак массасынан (100 т/тәу) 15-20 % құрайтын суық шлак мөлшерін өңдеуге болады. Табиғи газ шығыны 4300-4750, ал үрлеу шығыны 38000-40000 м3/сағ болады.
Негізінен фьюмингтеу қондырғыларда балқыту пештерінен түсетін сұйық ыстық шлактарды өңдейді. Суық шлакты ыстық шлакқа салыстырмалы аз түрде қосады.
Қорғасын мен мыс қорыту зауыттарының үйінділерінде жиналған құрамында мырышы бар қатты шлактарды қайта өңдеуге вельц-процесс тиімді болып келеді. Ол отқа төзімді кірпішпен футерленген айналмалы құбырлы пештерде жүзеге асырылады. Үйіндідегі шлакты (көбінесе түйіршіктелген) 40-50 % кокстың ұсағымен арластырады және үздіксіз пешке тиейді. 1100-1200 °С температурада шихтада мырыш, қорғасын, кадмий, сирек элементтердің қоспаларының металдық күйге дейінгі тотықсыздану процесі өтеді. Металдар булары айдалады және шихтаның үстіңгі кеңістігінде қайта тотықтарға дейін тотығып, газдармен шаңұстағыш жүйеге шығарылады. Мыс пен асыл металдар клинкерде қалады.
Вельцелеу процесін пайдалы көлемі 345 м3, диаметрі 3,6 және ұзындығы 50 м құбырлы айналмалы пеште жүзеге асырады. Пештің футеровкасы шамот және периклазшпинелидті отқа төзімді материалдан дайындалған.
Қрғасынды балқытуының шлактарын вельцелеу процесі келесі ерекшеліктерімен сипатталады: пештің реакциялық аймағындағы температураның жоғарылығы, кокс ұсағының жоғары шығыны, пештің жылу инерциясының төмендігі, пештің төменгі бөлігінде көлемі үлкен «сұйық ваннаның» түзілуі, пештің жұмыс істеу уақытының қысқалығы (150-200 тәуліктің орнына 90-100); құрамында металдық темірі бар және диаметрі кейде 0,5-0,8 м-ге жететін ірі шар тәрізді конгломераттардың (крица) түзілуі.
Вельц-пеш төмен келтірілген кезеңде жұмыс істейді:
1 т құрғақ шлакка шығындалатын кокс ұсағы, кг 460
Ауа шығыны, м3/сағ: технологиялық 4500-5500
қысылған 600-700
Табиғи газ шығыны, м3/сағ 350-370
Температура ,°С : реакциялық аймақта 1200-1250
шығатын газдардың 800-850
клинкердің 1200-1040
Шаң камерасындағы сирету (разрежение), Па 10-15
Алынатын ұшырындылардың құрамы келесідей , %: Zn 55-57; Pb 12,5-14,5; As 0,04-0,05; Sb 0,04-0,06; SiO2 1,1-2,0; C 0,4-0,6; Fe 0,1-0,18; In 0,0085-0,0110. Ұшырындылардың шығуы шлак массасынан 14-15,5 % құрайды. Ұшырындыларға 75-87 % Pb, 84-84,5 % Zn және 80-85 % In алынады. Клинкердің шығуы шихта массасынан 72-74 % құрайды. Оның құрамы ,%: Zn 1,1-1,2; Pb 0,3-0,35; Сu 0,5-1,0; Fe 21-28; С 17-19, сонымен қатар 0,07-0,15 г/т Аu және 10-15 г/т Аg.
Құрамында мырыш бар шлактарды өңдеудің электротермиялық әдісінің фьюмингтеу және вельцелеу әдістерімен салыстырғандағы үлкен, бірақ жалғыз артықшылығы мынада, яғни герметикалық жабық электр пештерде бір сатыда шлактан мырышты ұшырындыларға өткізіп, әрі қарай оны металл түрінде алу. Бұл әдістің дүниежүзілік тәжірибеде таралуына келесі кемшіліктері кедергі жасайды: электролиз әдісімен салыстырғанда алынатын металдың төмен сапасы, сондықтан оны тазартудың қажеттілігі; шлакты үйінді деп есептеуге рұқсат етпейтін мырышсыздалған өнімдегі қалдық мырыштың жоғары мөлшері; мырыштың ұшырындыларға өтуінің баяу жылдамдығына байланысты электр пештерінің төмен үлес өнімділігі; электр энергиясының үлкен шығыны және б.
Алғашқы рет өнеркәсіпті масштабта электртермия әдісі қорғасын балқытуның мырышты шлактарын өңдеуге «Геркулениум» (АҚШ) зауытында 1942 жылы қолданылған болатын. Осы мақсатпен салынған электрпеш бірнеше рет қайта құралған. 1955 жылдан бастап мырышты ұшырындыларға өткізуді өлшемі 11,6×6,65×5,6 м, үш электродтарының диаметрі 760 мм, тікбұрышты кессондалған пеште жүзеге асырады. Трансформатор қуаттылығы 5000 кВ·A .
Балқып тұрған шлакты пешке табалдырық (порог) арқылы құяды, коксты ваннаның бетіне толтыра артады. Құрамында мырышы бар бу мен газдың қоспасын 25-тонналық барботажды конденсаторға бағыттайды. 500 оС-та мырышты 90-тонналық ликвациялық пешке құйып, онда қорғасыннан бөліп алады. Құрамында СО2 бар газдарды скрубберде тазартып кейін әртүрлі металлургиялық агрегаттарда жағады.
Құрамында 1,25 % Pb бар металға мырыштың бөлінуі 72 % құрайды. Қорғасынның 50 %-і қаралы металл түрінде ликвациялық пештің төменгі қабатында концентрленеді, ал 45 %-і скруббердегі пуссьерада жиналады. Мыс штейнге өтеді. Мырыштың 1 тоннасына 10300 кВт∙сағ/т электр энергиясы және шлак массасынан 3 % кокс шығындалған кездегі пештің өнімділігі – 150 т/тәулігіне. Үйінді шлактың құрамында 4,75% Zn, 0,5 % Сu және 0,38 % Рb болады.
Бірінші зерттеулерден бері көп уақыттар өтті. Ғалымдар процестің кинетикасы туралы ұғымды әжептәуір өзгертетін мырышты электртермиялық әдісімен ұшырындыларға өткізуін интенсификациялайтын жаңа факторларды тапты. Мысалы, мырыштың ұшырындыға өту жылдамдығы ең алдымен араластырудың қарқындылығымен және шлактың тотықсыздандырғышпен түйісу дәрежесімен анықталады. Электр пешінің шекті қуаттылығы жағдайында мырыштың айдалу жылдамдығы балқыманы араластыру кезінде бірнеше рет өсіп, 2 кг/(мин·м2) мөлшерге жетеді, бұны шлактарды фьюмингтеу процесінің ең жақсы көрсеткіштерімен салыстыруға болады.
Гинцветметте мырышты шлактарды плазмалық техниканы қолдану арқылы электртермиялық кедейлендірудің технологиясы жасалып жатыр. 1981-1982 жылдары қуаттылығы 260 кВт үрлеуші плазмалық агрегаттарды қолдана отырып алдын-ала байқаулар өткізілді. Байқаулар нәтижесінде шлактардың едәуір терең және қарқынды кедейленуінің принципиалды мүмкіншілігі анықталған. Осылайша ұшырындыларға 92 % Zn және 98 % Рb шығуы кезінде үйінді шлактағы қалдық металдардың мөлшері 0,6 % Zn, 0,1 % Pb, 0,5 % Сu болды. Фьюминг-процеспен салыстыруда мынандай артықшылықтар анықталған: шартты отын шығыны 40 %-ке, ал үрлеудің шығыны 20 есе төмен. Пештің шлак бойынша бірдей меншікті өнімділігі [1,2-1,4 т/(ч·м2)] кезінде металдардың алынуы жоғарырақ болады.
Сонымен қатар, мыс балқыту өндірісінің мырышты шлактарын электртермиялық жолмен өңдеуінде табиғи газды қолдану бойынша зерттеулері жүргізілді. Бұл әдісте бір уақытта бірнеше интенсификациялаушы факторларды қолданады: газ тәрізді тотықсыздандырғыш өнімдердің үлкен мөлшерін түзетін метанды қолдану, шихтаға кальций тотығын қосу, шығаратын фаза − пиритті қолдану, сонымен қатар ваннаның барботажы.
Газ-электртермиялық кедейлендіруге құрамында, %: Zn 5-9; Сu 0,4-1; Fe 35-38; SiO2 25;CaO 1-9; Al2O3 4-8 бар шлакты ұшыратқан. Тәжірибелік жұмыстарды балқыма бойынша сыйымдылығы 1 т болатын электр пеште өткізді. Табиғи газ ваннаға бату тереңдігін реттеп тұратын ішкі созылмалы құбыры бар тік кессондалған фурмамен берілген.
1250 °С-та 45 мин аралығында (газ шығыны 10-23 м3) тотықсыздандырылған шлакты балқыма пиритті концентратпен жуылып (шлак массасынан 30-50 % алынған мөлшерде) және барботаждан кейін 30 мин ішінде тұндырылғаннан кейін құрамында 0,92 мырыш және 0,09 % мыс бар үйінді шлак алынған. Ұшырындылар мен шаңдарға 8 % мөлшеріндегі Zn кетеді. Технологиялық мұқтаждықтарға және балқыма температурасын бір қалыпта ұстауға кететін электрэнергиясының шығыны 160-220 кВт∙сағ/т құрайды
5 нег .[б .174-188].6 нег.[б .218-223].
Бақылау сұрақтары:
- Мырышты шлактарды фьюмингтеу процесінің физика- химиялық негіздері .
- Мырышты шлактарды вельцелеу процесінің теориялық негіздері .
- Құрамында мырышы бар шлактардың электртермиялық кедейленуі.