МамандықҚа кіріспе



жүктеу 1.9 Mb.
бет2/7
Дата25.04.2016
өлшемі1.9 Mb.
1   2   3   4   5   6   7
: fulltext -> buuk
buuk -> М ж. КӨпеев шығармаларындағы кірме сөздер тарихы оқУ ҚҰралы
buuk -> Іскери – КӘсіби қазақ тілі
buuk -> Қазақ тілі пәнінен практикалық сабақтарға арналған әдістемелік нұсқау Павлодар Кереку 2009 (07) ббк 81. 2 каз- 9 Қ 17 С. Торайғыров атындағы пму-дың қазақ тілі кафедрасының оқу-әдістемелік кеңесі басуға ұсынған Рецензент
buuk -> ДӘСТҮР – ДӘріс қазақ тілі пәнінен студенттерге арналған оқу құралы Павлодар Кереку 2010 Т. Х. Сматаев ДӘСТҮР – ДӘріс
buuk -> М. Аллаберген тарих тудырған тұлғалар
buuk -> МӘШҺҮр-жүсіп шығармалары тілінің морфологиялық ерекшеліктері
buuk -> Мамандыққа кіріспе «Музыкалық білім»
buuk -> Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
buuk -> Қылмыстық ҚҰҚЫҚ (Жалпы бөлімі)
buuk -> МӘШҺҮР – ЖҮсіптің лингвистикалық КӨЗҚарастары оқу құралы Павлодар Кереку

2.2 Металдардың жіктелуі
Бүгінгі таңда техникада металдарды екі негізгі топқа жіктеу тарихи қалыптасқан: қара және түсті.

Қара металдарға темір негізіндегі алуан түрлі қорытпалар, түрлі шойындар, болаттар мен ферроқорытпалар жатады. Көбінесе темір негізіндегі қорытпаларға қоспа ретінде қолданылатын хром мен марганец сияқты металдар қара металдарға жатады.

Қалған барлық металдар «түсті» деген атау астында біріктірілген, оларды физика-химиялық қасиеттеріне, табиғата таралуына, өндіріс масштабына байланысты бес топқа жіктейді (мұндай жіктелу шектеулі жағдайлардан шығады):

– Тығыздығы 5 г/см3 – ден кем болатын жеңіл түсті металдар: алюминий (Al), магний (Mg), титан (Ti).

– Тығыздығы 7 г/см3-ден астам ауыр түсті металдар: негізгі қорғасын (Pb), цинк (Zn), мыс (Cu), никель (Ni), кобальт (Co), кадмий (Cd); сопутствующие – қалайы (Sn), висмут (Bi), күміс (Ag), мышьяк (As), сурьма (Sb);

Кішкене түсті металдар - кобальт, кадмий, молибден, вольфрам, сурьму сынап, висмут.

– Асыл металдар – алтын, күміс, платина тобының металдары.

– Сирек металдар. Бұл топқа металл және метал емес (селен, теллур) 60-қа жуық элементтер жатады. Сирек металдар алуан түрлі физикалық және химиялық қасиеттерге ие. Қайсы бір сирек металдардың өндіріс масштабының дамуы нәтежиесінде олар сирек металдар тобынан басқа топқа жатқызылуы мүмкін.

Сирек металдар бөлінеді:

– легірлеуші W, Mo, V;

– сиретілген Re, Se;

– жер қыртысындағы құрамы маңызсыз аз сирек жер металдары

La и лантаноиды;

– барлық ураннан кейінгі элементтер және актиноидтар немесе



радиоактивті U, Th, As, Po.

Өндірістік жіктелу бойынша сирек металдар былай бөлінеді:

а) қиын балқитын – вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий и гафний;

б) жеңіл сирек – литий, бериллий, рубидий и цезий;

в) сиретілген – табиғатта өзінің кен шикізат орындарын түзбейтін – галлий, индий, таллий, германий, селен, теллур и рений;

г) радиоактивті – полоний, радий, актиний и актиниды (торий, актиний, уран және ураннан кейінгі элементтер);

д) сирек жер – скандий, индий, лантан и лантаниды (барлығы 14 цериден лютециге дейін).

Жоғарыда келтірілген жіктелуді ғылыми және техникалық түсіндірілген деп мойындауға болмайды. Жеке металл топтары аталуының ортақ принцтері де жоқ. Қайсі бір металды өндіру мен тұтынудың артуына байланысты оның тиісінше топта орналасуы жіктелі принцптеріне қайшы келеді.

Түрлі салада кеңінен қолданылатын темір мен оның қорытпалары өндірістің негізгі металы болып табылады.


2.3 Периодтық заң
Элементердің периодық жүйесі – бұл 1869 ж. ашылған Д. И. Мен­делеевтің периодтық заңының сызбада берілуі мен химиялық элементердің жіктелуі.

Қазіргі таңда периодтық заң бойынша химиялық элементтердің қасиеттері оның реттік номерінен периодтық тәуелді. Д. И. Мен­делеев ашқан жаңалығы өзінің айғағын табуда; табиғатта табылған немесе қолдан алынғын жаңа элементтер периодтық жүйеде өз орындарына орналастырылуда.

Белгілі 109 химиялық элементтердің ішінен 89 табиғи ортада табылған, ал қалғаны қолдан алынған элементтер болып табылады; периодтық жүйені көрсетудің түрлері толып жатыр: кесте, аналитикалық геометрия фигуралары түрінде, т.с.с. әдебиеттерде (ғылымда) периодық жүйені берудің негізгі және кең таралған түрі ұзын- және қысқапериодты түрлері болып табылады. Екі түрі де бір бірін толықтырушы.

Атомдармен электрондық байланысты бірінші, екінші, үшінші,... электрондарды атомнан тізбектей бөлуге қажетті энергияға тең (электрон-вольтпен) оның ионизация потенциалымен сипаттайды. Мұндай потенциалдар тізбекті ионизация потенциалдары деп аталады. Әр элементтің бірінші ионизация потенциалы ең кіші болатыны айғақ, өйткені екінші электрон нейтрал атомнан емес көп энергия шығынын қажет ететін оң зарядталған ионнан бөлінеді. Дегенмен ионизация потенциалының өсуімен қатар күрт біртекті артуды оңай байқауға болады, мысалы, литий немеие натриде біріншіден екінші потенциалға, берилий немесе магниде екіншіден үшінші потенциалға өту кезінде.

Егер түрлі элементердің біртіндеп атомының күрделенуі, яғни Периодтық жүйеде бірінші элементен ауысуы кезінде ионизация потенциалының өзгеруін бақыласақ, бірінші электрон жұбын басқа электрондардан бөлетін бірінші кенет потенциалдың томендеуі литиде пайда болады. Мұндай ауытқулар ары қарай барлық элементтерде сақталады. Осындай екінші кенет потенциал мәнінің ауытқуы натриде, калиде және жаңа период бастайтын барлық элементтерде сақталады. Мұның барлығы атомдарда электрондар қабаттаса орналасатына нақты көрсетеді, олар атомдардың күрделенуіне қарай жаңа электрон қабатын түзеді.

Элементердің сыртқы қабатындағы электрондар саны мен олардың ядромен байланыс энергиясы, валентті күйі металлургтер үшін аса маңызды элементтердің химиялық, металдық қасиеттерін анықтайды.

Металдар үшін оң иондар түзу, яғни электрон жоғалту тән екені күмән тудырмайды. Периодтық кестені қарастырған кезде элементтердің қасиеттері сол жақтан оң жақа карай жоғалатынын көруге болады. Металл емес заттардың кестенің оң жағында орналасуы осымен түсіндіріледі. Сілтілік металдардың үстіне жиі орналастырылатын сутегі ғана ерекшеленеді.

Элементердің металдық қасиеттері жоғарыдан төмеге қарай күшейеді. Осыған орай біз ең «металл» элемент деп цезийді, ал ең «металл емес» деп фторды айта аламыз.

Қазіргі уақытқа дейін металлургияда металлургиялық өндірістің тарихи қалыптасқан салалық құрылымы мен еліміздің техникумдары мен жоғарғы оқу орындарында инжинерлі-техникалық кадрлар даярлау құрылымының келбеті болып табылатын металдардың өндірістік жіктеуін қолданада. Қалыптасқан дәстүр бойынша металдарды кара және түсті деп бөлу қабылданған. Қара металдарға темір мен оның қорытпалары және де марганец, ванадий, және хром оларды өндіру мен тұтыну шойын мен болат металлургиясымен тығыз байланысты. Қалған барлық металдарды түстіге жатқызады. «Түсті металдар» термині шартты, өйткені мыс пен алтын ғана ашық айқын түске ие.

3 Шикізат және қосымша көмекші мареиалдар. Шикізат марериалдарының жалпы сипаттамасы. Элементтердің табиғатта болуы мен элементтердің химиялық білсенділігінің байланысы

3.1 Шикізат және қосымша көмнкші мареиалдар. Шикізат марериалдарының жалпы сипаттамасы

Атап өткеніміздей түсті металлургия ерекше материалдар қатарына және энергияны көп тұтынатын өндіріс саласына жатады. Түсті металдарды өндіру кезінде кенді және екінші ретті шикізаттар, флюстер, отын, отқа төзімді материалдар, химиялық раективтер, газдар (тотықтыратын, тотықсыздандыратын және нейтрал) және көптеген басқа да материалдар қолданылады, ал қажетті жылу энергиясын алу үшін электр және гидростанцияларда өндірілетін электр энергиясын жиі қолданылады.

Шикізат материалдарын бағалау үшін кейбір маңызды түсініктер:

1) Пайдалы қазбалар – бұл химиялық және физикалық қасиеттері оларды материалды өндіріс саласында тиімді пайдалануға мүмкіндік беретін жер қыртысындағы минералды түзілістер. Пайдалы қазбалар: қатты (кендер, көмірлер, флюстер, отқатөзімді кендер, тас құрылыс материалдары және т.б.), сұйық (мұнай, минералды сулар) және газ тәрізді (табиғи жанар газ) болып бөлінеді.

Өндірістік сала мақсаты негізінде пайдалы қазбалар кенді (металикалық), кенді емес және жанатын (табиғи отын) болып бөлінеді. Қазіргі таңда материалдық өндіріс саласында табиғи пайдалы қазбалардың 200-ден астам түрі қолданылады.

2) Кен – құрамында металл немесе мөлшерлі металдары бар теңіздік аймақты (су асты) қоса алғанда жер қыртысында болатын тау жынысы, тауарлы өнімге қазіргі даму деңгейіне сай байыту мен металлургиялық техниканың экономикалық және технологиялық тиімді алу.

Кендер мен басқа да тау жыныстарының құрамдас бөліктері минералдар болып табылады.

3) Минерал – жер бетінде немесе жер қыртысының түбіндегі физико-химиялық үрдістер нәтежиесінде түзілген, әдетте химиялық құрамы мен физикалық қасиеттері біртекті табиғи дене.

4) Тау жынысы – геологиялық үрдістер нәтежиесінде қалыптасып жер қыртысында дербес табиғи дене түрінде жататын белгілі құрамды табиғи минералдар агрегаты. Көбінесе кенді минералдардан тұратын тау жыныстарының массивтері - кенді денелер деп аталады.

5) Пайдалы қазбалардың кен орындары (кен орындары) – табиғатта пайдалы қазбалардың (кеннің) жиналуы, көлемі мен минералды заттардың сапасы және де жату шарттарына байланысты таукен өндіру мен өндіру техникасынның даму жағдайы мен қазіргі таңдағы технико-экономикалық жағдайларды ескере отырып өндірістік өндеу заты болуы мүмкін.

Белгілі 109 элементтің ішінен жер қыртысында 93 химиялық элементтің бар екендігі анықталған. Бұл элементтердің жер қыртысында таралуы мен таратылуы үлкен көлемдермен сипатталады, яғни техникалық қажеттіліктерге соның ішінде түсті металлургия үшін шикізат материалдары ретінде қолдану кезінде үлкен тәжірибиелік мағынаға ие. Өндірістің бағасы мен тәжіриебелік құнын жиі элементтің жер қыртысындағы орташа құрамы анықтайды.
Кесте 1 – Элементердің жер қыртысында таралуы, % (салмақ

бойынша)



Элемент

Атом-дық №

Кларк

Элемент

Атом-дық №

Кларк

Оттегі

8

49.5

Германий

32

7•10-4

Кремний

14

25.75

Бериллий

4

6•10-4

Алюминий

13

7.5

Скандий

21

6•10-4

Темір

26

4.7

Мышьяк

33

5•10-4

Кальций

20

3.4

Диспрозий

66

4.4 •10-4

Натрий

11

2.64

Эрбий

68

4•10-4

Калий

19

2.4

Иттербий

70

3•10-4

Магний

12

1.94

Ванадий

23

3•10-4

Титан

22

0.58

Таллий

81

3•10-4

Сутегі

1

0.15

Молибден

42

3•10-4

Көміртегі

6

0.10

Гафний

72

3.2•10-4

Марганец

25

0.09

Бор

5

3•10-4

Фосфор

15

0.08

Гольмий

67

1.3•10-4

Күкірт

16

0.05

Европий

63

1,2•10-4

Барий

56

0.08

Вольфрам

74

1•10-4

Хлор

17

0.045

Лютеций

71

1•10-4

Скандий

21

0.04

Тулий

69

8•10~5

Рубидий

37

0.04

Селен

34

6•10~5

Фтор

9

0.027

Кадмий

48

5•10~5

Цирконий

40

0.020

Сурьма

51

4• 10~5

кесте 1 жалғасы



Элемент

Атом-дық №

Кларк

Элемент

Атом-дық №

Кларк

Хром

24

0.02

Иод

53

3•10~5

Ванадий

23

0.015

Висмут

83

2•10~5

Мыс

29

0.01

Күміс

47

1•10~5

Азот

7

0.01

Индий

49

1•10~5

Никель

28

8 •10-3

Сынап

80

7•10~6

Литий

3

6.5•10-3

Осмий

76

5•10~6

Мырыш

30

5•10-3

Палладий

46

1•10~6

Церий

58

4.5•10-3

Теллур

52

1•10~6

Қалайы

50

4•10-3

Рутений

44

5•10~7

Кобальт

27

3•10-3

Платина

78

5•10~7

Иттрий

39

2.8•10-33

Алтын

79

5•10~7

Неодим

60

2.5•10-3

Родий

45

1•10~7

Лантан

57

1.8•10-3

Рений

75

1•10~7

Қорғасын

82

1.6•10-3

Иридий

77

1•10~7

Галлий

31

1.5•10-3

Актиний

89

6•10~10

Ниобий

41

1•10-3

Радий

88

1•10~10

Кадмий

48

1•10-3

Протактиний

91

1•10~10

Торий

90

8•10-4

Полоний

84

2•10~14

Цезий

55

7•10-4

Плутоний

94

1•10~15

Празеодим

59

7•10-4

Радон

86

1 • 10~16

Самарий

62

7•10-4









Жеке элементтердің жер қыртысындағы, атмосферадағы, гидросферадағы, тау жыныстарындағы, жалпы Жердегі, космос обьектілеріндегі орташа құрамын кларк деп атайды. Кларк пайызбен, салмақ бірлігімен (г/т) немесе атомдық пайызбен өрнектелуі мүмкін. Бірқатар геохимик ғалымдардың мәліметтеріне қарағанда жекелеген элементтердің кларктері әдетте біршама өзгеше. Дегенмен, барлық жағдайда олар элементтің табиғатта ортастатистикалық таралуын жеткілікті нақты суреттейді.

Акад. А. П. Виноградов мәліметтері бойынша кларктері 0,1-ден асатын 11 элементтің үлесіне барлық жер қыртысы салмағының 98.66 % тиесілі, ал қалған барлығына – 1.34 %.

Металдардың көбі үшін жер қыртысындағы құрамының төмен болуы тән. Алтын мен күміс, сынап, қалайы, қорғасын сияқты белгілі металдарға қарағанда қатысты аз мөлшерде өндірілетін және тұтынылатын сирек металдардың көбі айтарлықтай кең таралған.

Жекелеген металдардың металдардың сиректігі туралы біздің көзқарасымыздағы сәйкес кемеушілік олардың жер қыртысындағы жоғары концентрациялы аймақ түзуге қабілетсіздік немесе қабілеттердің түрлілігі болып табылады. Белгілі элементтердің көбі (мыс, никель, мырыш, қорғасын, молибден, алтын, күміс және кейбір басқа) табиғатта аз таралуына қарамастан айтарлықтай концентрациялану мен кен орыедарын түзуге бейім. Бұл оларды үлкен көлемді өндіру мүмкіндігіне әсер етеді, яғни тұтыну қөлеміне.

Металдар қатары, мысалы сиретілген, өзінің кен орындарын және минералдарын да түзбейді. Әдетте олар негізгі түсті металдардың минералдарында өте аз концентрацияларда изоморфты қоспа түрінде болады. Мысалы, рений – сиретілген сирек металл. Жер қыртысындағы құрамы өте аз

(10 %), ол табиғаттағы сульфидті мыс минералдарымен және молибденитпен ерекше ассоциацияланады, бұл оның кенде өндірістік көлемде концентрациялануына әсер етеді.

Манызды да қазірде артып келе жатқан шикізат көзі екінші ретті шикізат болып табылады, яғни түсті және қара металдар сынықтары.

Түсті металлургияда кеннен өзге, басқа да пайдалы қазбалар қатарын қолданады. Қождауыш және отқа төзімді материалдар, табиғи газ, мұнай және оны өңдеу өнімдері, көмір маңыздыларының бірі болып табылады.

Тау жыныстарында химиялық элементтерінің бар болының негізгі түрі табиғи химиялық қосылыс минералдар болып табылады. Жер қыртысындағы минералдардың мөлшері 3000 жуық.

Минералдардың басым көпшілігі жер қыртысында кристалл, ал маңызсыз бөлігі аморфты күйде болады. Бұл күйлердің арасындағы айырмашылығы кристалл торымен анықталатын кристалл денедегі материалдық бөлшектердің (иондар, атомдар) қатаң анықталған берілген минералға тән ретпен орналасады. Аморфты затта элементар бөлшектердің орналасу заңдылығы болмайды.

Кристалл және аморфты минералдардың ішкі құрылымындағы айырмашылық олардың қасиеттерінің айырмашылын туғызады.


3.2 Минералдар мен кендер
Металдардың негізгі кен орындарының түзілуін көпшілікке ортақ жер қыртысының құрылымы жайындағы келесі гипотизамен түсіндіріледі: беттік қалың қыртысы 60-120км қалыңдыққа ие. Жер қыртысы астына 1200км силикатты жыныстар болады, 1200км саны жуықтап орта есеппен алынған. Селикатты қабат астында сульфидті қабат орналасқан, ал ортасында металл ядро бар.

Түрлі сыртқы факторлардың әсер ету нәтежиесінде, әсіресе температураның, жер қыртысының түрлі бөліктерін біркелкі емес қыздырылуы жүреді. Жер қыртысының түрлі бөліктерінің жылу өткізгіштігінің әртүрлілігінің нәтежиесінде оның тұрақты пульсациясы жүреді. Жер қыртысы әрдайым қозғалыста болады. Бұл қозғалыстың нәтежиесінде қыртыстың жекелеген бөліктерінде айтарлықтай кернеу туады. Жер қыртысы кернеуге шыдамай белгілі жерден жыртылып, жарық түзілу сәті келуі мүмкін. Мұндай жағдайда не болады екен?



Сурет 1 – Жер құрылымының қимадағы сүлбесі
Селикатты, сульфидті қабаттар және металл ядро селикаттардың, сульфидтердің және металдардың балқу температурасынан әлде қайда артық температураға ие, дегенмен олардың үлкен қысым астында болуа байланысты селикаттар, сульфидтер және металдар қатты күйде болады. Жарықтардың тузілуі нәтежиесінде селикатты қабаттың қандай да бір бөлігінің астында төмен қысым аймағы түзіледі. Масса сұйық болып, үлкен қысым астында жарыққа ұмтылады. Жарық бойымен ары қарай көтеріліп, селикатты масса жер бетіне қарай шығуы мүмкін.


Сурет 2 – Жер қыртысында жарықтың пада болу сүлбесі
Селикатты қабат сульфидті қабатпен түйіседі. Таралу заңының негізінде сульфидтердің селикатты қабатта еруі орын алады (селикаттардың сульфидті қабатта). Жоғары температура кезінде екі жақты еру жоғарлайды. Бұның нәтежиесінде жер бетіне селикаттармен қоса сульфидтер қысып шығарылады.

Жер бетінде балқыма температурасы төмендейді, соның нәтежиесінде балқыма қатады. Бірақ балқыманың қатуы біркелкі жүрмейді. Бірінші болып қиын балқитын қосылыстар кристалданады. Оңай балқитын сульфидтер кейін кристалданады. Жағдай тууына орай сульфидтер дербес фаза түрінде кристалданады. Гидротермиялы жыныстардың сол бір каналмен (жарықпен) бінеше рет көтерілуі мүмкіндігіне байланысты кен орындары аймақтық сипатқа ие.

Сипатталған табиғи құбылыстар кен орындарының түзілуіне әкеледі. Уақыт өте келе сыртқы жағдайлардың (су, көмірқышқыл газ, оттегі) әсерінен сульфидтердің тотығуы жүреді, нәтежиесінде екінші ретті тотыққан кен орындары түзіледі.

Табиғатта біртипті тек қана тотыққан немесе сульфидті кен орындары жоқ. Әдетте кен орындары құрамында сульфидті де тотыққан да кендер болады. Тотыққан кендер әдетте жер бетіне жақын орналасады.

Кен орындарында металдардың қосылыстарының түрлітиптігінен( MeS жәнеMeO болуы ) өзге, атап өтетін жайт құрамында тек бір ғана металл бар монометалды кен орындары табиғатта кездеспейді. Әдетте құрамында бірнеше ондаған түрлі металдары бар кешенді кен орындары кездеседі. Металлургтің мақсаты кеннен барлық металдарды толық қанды алу. Кен орындарында бағалы компоненттер минералдар түрінде болады. Түрлі минералдар түрлі кристалл торларында кристалданады
3.3 Элементтердің табиғатта болуы мен элементтердің химиялық білсенділігінің байланысы
Кристалдардың ішкі құрылысы оның сыртқы құрылысымен сәйкес болатыны ХХ ғ. басында дәлелденген. Кристалдардың құрылысын рентгенқұрылысты талдау көмегімен зерттейді. Алғаш болып кристалл торының бар екенін Гольдшмидт көрсетті. Ол элементтердің кристалл торында белгілі ретпен орналасатынын тапты. Түрлі қосылыстардағы сол бір катиондардың өлшемдері бірдей болатынын атап өтті. Мысалы, NaCl, NaF, Na2O және т.б қосылыстардағы натрий катиондары бірдей өлшемге ие.

Қосылыстың кристалл торына кіретін, атрмдар байланысының бірнеше типтері бар. Ионды (немесе электровалентті) және ковалентті химиялық байланысты ажыратады.

Ионды құрылыстың мысалы ретінде NaCl кристалдарын келтіруге болады.(Сурет. 4). Бұл ионды байланыстың жалпы мысалы. Әртектес зарядталған иондардың бір біріне тартылуы нәтежиесінде ионды немесе электровалентті химиялық байланыс туады. Мұндай ионды (гетерополярлы) заттар азда көпті дәрежеде сулы ерітінділерде диссоцициялануға қабілетті.


Сурет 3 – NaCl-дың ионды кристалдық құрылысы
Арасында байланыс туатын атомдарға тесілі екі валентті элементтердің қосылуы нәтежиесінде ковалентті химиялық байланыс туындайды. Коваленнті байланыс газдарда болады. Сүлбелік изобаризм оттегі молекуласының құрылымы. Ковалентті байланысы бар заттар сулы ерітінділерде иондарға дисоциацияланбайды немесе мүлде ерімейді. Ковалентті байланысты қосылыстарды басқаша гомеополярлы қосылыстар деп атайды.

Сурет 4 – Оттегінің ковалентті байланысының мысалы
Байланыс формасы температураға тәуелді өзгеруі мүмкін. Мысалы, ас тұзы температураның артуымен, әсіресе балқу температурасынан жоғары температурада (бу тәрізді күйге өту кезінде) ионды байланыс ковалентті байланысқа ауысады. Күшті ковалентті байланысты заттар оңай қайнайтын заттар қатарына жатқызылады. Кен орындарында сульфидті және тотыққан металдармен қатар сомтума металдар кездеседі (Au, Ag, Cu, Pt және т.б). Металдардың кристалл торында атомдық немесе металдық байланыс болады.

Негізгі байланыстан өзге ауыспалы типті байланыстар бар. Мысалы, сульфидтің кристалл торындағы химиялық байланыс иондв және металды байланыс арасындағы аралық орынға ие.

Байланыстың төртінші типі – қалдық күштер немесе Ван-дар-Ваальс күштері. Байланыстың бұл түрі газдардың төмендеуі немесе газдардың қатуы кезінде туындайды.

Металлургиялық үрдістер кезіндегі тәртіпке үлкен әсер ететін, қосылыстың беріктігін анықтау үшін маңызды болып табылатын - элементтердің иондық радиусы.

Иондық тордың энегиясы мына формуламен өрнектеледі:

, (1)

мұндағы К – Авогадро санын қоса және кристалл тордың типін

ескеретін тұрақты;

W1 және W2 – иондардың заряды;

rа және rк – анион мен катионның радиусы;

n – тебілу күшін сипаттайтын шама.

Бұл өрнектен байқайтанымыз анион мен катионның иондық радиусы аз болған сайын, ионды тордың энергиясы ұлғайып, қосылыс берік бола түседі

Егер салыстыру үшін бірнеше қосылыстарды қарасақ, она олардың қатысты беріктігін бірден анықтауға болады. Мысал үшін LiF, NaF, KF, RbF,CsF алайық. Алынған барлық қосылыстардағы анион тұрақты болып қалады, ал катион әртүрлі, катион радиусы



Li < Ne < K < Rb < Cs қатарымен ұлғаяды. Яғни, толық тордың энергиясы литиден цезиге қарай ұлғаяды.

Кейбір элементтердің иондық радиусы бір біріне жақын немесе тең. Мысалы, Nb+5 = 0.69 Å, Ta+5 = 0.69 Å, S2-= 0.3 Å, Se2- = 0.35 Å иондық радиусы. Иондық радиустардың өлшемдерінің осындай жақындағына байланысты химиялық қосылыстарда бір элементтерді екіншісі орын басуы мүмкін.


Кесте 2 – Металдардың тұрақты формалары мен қасиеттері

Металл

Электро- химиялық потенциал, в

Табиғатта болу формалары мен негігі химиялық қасиеттері

Li, Rb, Ca, K, Zn

(+3.01)

-

(+2.3)



Хлоридтер, карбонаттар, сульфаттар: ауада оңай тотығады, өте тұрақты оксидтер түзеді, сумен өз бетінше әрекетеседі, B, Sr, Na, La, Mg иондық қосылыс түзеді

Th, Ce, Ti, Be, Hf, Al, Zn, V

(+2,1)

-

(+1,44)



Негізінен оксидтер, силикаттар, күрделі оксидтер; қыздыру кезінде тотығады, тұрақты оксидтер түзеді, бумен әрекетеседі, негізінен ионды қосылыстар түзеді

W, Mn, U, Se, Cr,Ga, Fe,Cd,In, Т1

(+1.1)

-

(+0.335)



Қарапайым және күрделі оксидтер мен сульфидтер, едәуір қыздыру кезінде тотығады, беріктігі орта оксидтер түзеді, белсенділігі төмен металдардың оксидтері оңай тотықсызданады


Co, Ni, Мо, Sт, Zn, Pb, Sb, As, Bi, Te, Rh, Re, Hg, Ag, Cu

(+0.335)

-

(-0.799)



Сульфидтер мен күрделі оксидтермен бірге селенидтер, теллуридтер және арсенидтер түзеді; тұрақты емес оксидтер түзеді, олардың кейбіреуі жоғары температурада ыдырайды, бумен әрекетеспейді, көп жағдайларды қосылыстарда күрделі байланыс көрсетеді

Sb, As, Bi, Cu, Te, Rh, Te, Rh, Pd, Ir, Pt, Au

(-0.1)

-

(-1.7)



Сульфидтер, теллуридтер түрінде немесе бос күйінде кездеседі; тұрақты емес оксидтер түзеді, кейбіреуі бөлме температурасында да бумен және жай қышқылдармен әрекетеспейді, тұздарда күрделі байланыс көсетеді

Табиғаттағы металдардың тұрақты формаларының бағасы:

– Табиғатта жиі жай қосылыстар түзетін, жоғары электродты потенциалмен және қосылыс түзу стандартты бос энергиясының жоғары теріс мәнімен сипатталатын белсенділігі жоғары металдар. Сілтілі және жерсілтілі металдар басым түрде хлоридтер, карбонаттар және сульфаттар сияқты қосылыстар түзеді. Бұл металдардың оксидтері сирек түзіледі, өйткені олар кварц сияқты басқа да қышқыл оксидтермен әрекетеседі. Табиғатта бұл металдар алюминаттар немесе алюмосиликаттар түрінде болуы сирек емес.

– Белсенділік кестесінің орта бөлігінде орналасқан металдар кендерде силикаттар түрінде жиі болады. Олардың кейбіреулері – белсендіректері жай оксидтер, ал белсендігі төмендері тағы сульфидтер түзуі мүмкін. Өндірістік минерал ретінде сульфидтер белсенділігі төмен металдар үшін маңызға ие.

– Белсенділігі төменірек металдар селенидтер, теллуридтер, арсенидтер және антимонидтер түзуге қабілеттілік немесе бос күйде болуын көрсетеді. (4 кестеде қорғасыннан төмен орналасқан барлық металдар табиғатта бос күйінде табылуы мүмкін, бұл әсіресе мыстан басталатын металдар үшін тән)

Табиғатта ионды және де ковалентті байланысты қосылыстар басым кездеседі. Интерметалды байланысты деп аталатын, байланысы бар қосылыстар белгілі.

Табиғатта химиялық және физикалық қасиеттері жағынан түрлі минералдар қатары түзіледі. Сөйтсе де пайдалы минералдар кенде таза түрінде болмайды, олар бос жыныспен аралас келеді. Әдетте кендегі пайдалы компоненттердің құрамы жоғары емес. Металлургтің мақсаты кеннен пайдалы металдарды тауарлы металға алу.
4 Металлургиялық өңдеудің жалпы принцпиалды сүлбесі. Байытудың негізгі әдістері


4.1 Металлургиялық өңдеудің жалпы принцпиалды сүлбесі
Өздеріңізге белгілі болғандай кенді өндеу байыту мен тікелей металлургиялық өңдеуден тұрады. Байыту кезінде біз концентрат алуға, яғни металмен байытылған өнім және қалдық, онда бастапқы кенге қарағанда берілген метал құрамы аз өнім аламыз. Металлургиялық өндеу кезінде металлург кем дегенде екі өнім алады, олардың бірі берілген металға бай, ал екіншісі кедей болады. Мысалы – мыс штейн мен қож; шойын мен қож; электролитті мыс және шлам. Яғни, материал кеннен металға дейінгі жолда байыту үрдісіне түседі.

Сурет 5 – Металлургиялық өңдеудің принцпиалды технологиялық сүлбесі


Металлургиялық үрдістің мағынасы бастапқы материалдан кем дегенде екі өнім алуға негізделеді – біріншісі берілген металға бай, ал екіншісі кедей, бұл өнімдер оларды оңай бөліп алу мүмкіндігін беретін түрде алынуы керек.

Өндеу өнімдерін бөлу келесі фазаларда жүруі мүмкін.



  1. Т + Т – қатты фазалардың бөлінуі байыту облысына жатады.

2) Т +Ж мұндай үйлесім пиро- және гидрометаллургияда кездеседі. Гидрометаллургияда – тұндыру және сүзгілеу үрдістері, ал пирометаллургияда – ликвация үрдісі.

  1. Т + Г пирометаллургиялық үрдістерде кездеседі,

  2. Ж + Ж пиро- және гидрометаллургиялық үрдістерде кездеседі. Гидрометаллургияда – бұл сұйықты экстракция үрдістері, пирометаллургияда – ликвация. Сұйықтар әрқашан бір бірінде бөліктеп ериді, сондықтан әсерлесетін фазалар арасындағы таралу константасы үлкен манызға ие.

  3. Ж + Г жүйе пиро- және гидрометаллургияда маңызға ие. Бір немесе бірнеше бағалы элемент газдарға қуылады.

  4. Г + Г қысыммен, қатырумен адсорбцияны бөлу үшін қолданады.

Металлургиялық өңдеу мен байыту арасындағы айырмашылық – байыту өңдеуі кезінде материалдың физикалық және химиялық қасиеттері өзгермей жүреді, ал металлургиялық өңдеу кезінде өңделетін материалдардың химиялық және физикалық қасиеттері өзгереді.
4.2 Байытудың негізгі әдістері
Байытудың негізгі әдістері мыналар болып табылады:

– Қолымен кен өңдеу: түсі, жылтырлығы, кесек пішіні, фотоэлектрлік қасиеттеріне қарай. Тікелей тасмалдағыштарда жүргізіледі. Мысалы, сынап өндіруде қолданылады. Айтарлықтай кедей кеннен түсі бойынша HgS менералының жекелеген кесектерін іріктейді. Іріктеліп алынған кесектер штуфты кен деп аталады. Штуфты кен кеннің жалпы массасынан жеке өңделеді.

– Қаттылығы және морттығы бойынша байыту. Кендегі пайдалы минералдар мен бос жыныстардың түрлі қаттылық пен морттыққа ие болуына негізделген, олар ұсақтауға бірдей дәрежеде түспейді. Ұсақтаудан кейін минералдарды грохочение бөледі.

–Үйкеліс бойынша байыту. Көлбеу жазықтықта минералдардың түрлі үйкеліс коэффициентін қолданады.

– Электростатикалық байыту. Кен жоғары кернеу өрісі арқылы өткізіледі, өту барысында жекелеген бөлшектер заряд таңбасы бойынша бөлінеді. Минералдардың электрөткізгіштік, электрсиымдылық және диэлектрлік қасиеттерінің әр түрлілігі қолданылады.

– Магнитті байыту. Минералдардың түрлі магниттік қасиеттеріне негізделген. Мысалы, магнетиттің Fe2O3 магнит өтімділігі түсті металл минералдарының көбінің магнит өтімділігінен 100 есе артық.

– Минералдардың шекті салмағы және минерал түйіршіктерінің ауада немесе сұйықтарда құлау жылдамдығының әр түрлілігін гравитациялық байыту қолданады.

– Ауы суспензияларда байыту қолданылуы мүмкін; бұл кезде ауыр минералдар шөгіп, жеңілдері – бос кен бетіне шығып алынып тасталынады.

– Отмучивание әдісі.

– Флотациялық байыту. Кенді сәйкес реагенттермен өңдеуден кейін минералдардың сумен дымқалдану түрлілігіне негізделген.

Түсті металл кендерін өңдеуде флотациялық байыту негізгі болып табылады. Сульфидті кендерді байытуда қолданылады.

Минералдың дымқылданбауына орай ауа көпіршіктері оның бетіне жабысып, минерал түйіршіктерін жоғары көтереді (флотациялайды). Бұр минералды көбік артынан алынады. Бірегей көбікті түзу үшін флотациялық машина камерасында қойыртпақтың қарқынды араласуын және камера бетімен көпіршіктердің бірдей таралуын қамтамассыз ететін импеллерді бұлғағыш орнатылады.

Бірақ, байытудың кез келген түрімен таза металл алуға болмайды. Қандай да бір қосылыс түріндегі минералдағы металл байытудың кез келген операциясынан өтіп сол қосылыс түрінде қалады. Сондықтан байыту өнімдерін – концентраттарды – таза металл алу үшін металлургиялық зауыттарға жөнелтеді.

5 Металлургиялық өңдеудің негізгі үрдістері. Металлургиялық өндіріс өнімдері

5.1 Металлургиялық өңдеудің негізгі үрдістері
Металл алу үрдістерін пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық деп бөледі. Жоғары температурада жүретін барлық үрдістер пирометаллургиялыққа жатады («пир» - грек. от).

Күйдіру – ­өңделетін шикізаттың химиялық және минерологиялық құрамын өзгерту мақсатында жоғары температурада (500-1200°С) жүргізілетін металлургиялық үрдіс. Күйежентектеумен күйдіруден өзге күйдіру үрдістері қатты фазалы. Түсті металлургияда негізінен тотықтырушы және кальцилеуші; тотықсыздандырушы, хлорлеуші немесе фторлаушы күйдіру түрлері айтарлықтай сирек қолдданылады.

Тотықтыру күйдіру дайындалған сульфидті кендерді және концентраттар үшін құрамындағы металдарды тотық түріне ауыстыру және сульфидтерді толық немесе бөліктеп тотықтыру мақсатында мына реакция бойынша таза күйде қолданады.

2MeS + ЗО2 → 2МеО + 2SO2 (2)


Тотықтырып күйдірудің бір түрі күйежентектеумен агломераттаушы күйдіру. Сульфидтердің тотығуымен қатар бөлінетін жылу арқасында материалдың күйежентектелуі жүреді. Өңделетін материал құрамындағы оңай балқитын компоненттері біршама мөлшерде сұйық фаза бөліп, кейін салқындату нәтежиесінде қатады да қиын балқитын бөлшектерді кесек кеуекті өнімге (агломират) цементтейді.

Тотықтыру сульфаттаушы күйдіру кезінде алынатын металдардың бастапқы сульфидтерін суда еритін сульфаттар түріне ауыстырады:

MeS + 2О2 → MeSO4 (3)
Кальцилеуші күйдіруді (қыздару) тұрақы емес химиялық қосылыстарды термиялық ыдырату (дисоциация) үшін жүргізеді, жиі гидроксидтер мен карбонаттарды.

Фторлаушы немесе хлорлаушы күйдіруді металдарды суда ерігіш немесе оңай ұшқыш фторидтер мен хлоридтер түріне, ал тотықсыздандырғышты - жоғары оксидтерді технологиялық түрге ауыстыру үшін қолданылады, мысалы:


Fe2O3 + СО → Fe3O4 + СО2 (4)
Балқыту – көп жағдайда материалдың толық балқуын қамтамассыз ететін жоғары температуралы пирометаллургиялық үрдіс. Балқытудың екі түрін ажыратады – кенді және тазартқыш.

Кенді балқыту келесі кезеңдерден тұрады:

– өңделетін материалдарды кептіру мен қыздыру;

– тұрақты емес химиялық қосылыстардың термиялық диссоциациясы;

– сульфидтердің тотығуы немесе оксидтердің тотықсыздануы (балқыту түріне байланысты);

– алғашқы балқыма түзетін оңай балқитын компоненттердің балқуы;

– алғашқы балқымада қиын балқитын құрамдастарының штейн немесе қара металл мен қож түзіп еруі;

– балқу өнімдері арасында бағалы компоненттерді тарату;

– сұйық балқу өнімдерін бөлу.

Кенді балқытудың барлық кезеңдері тізбектей немесе түрлі жылдамдықпен бір уақытта жүреді. Ең баяу жүретін кезең (соңғысы – сұйық балқу өнімдерін бөлу) қосынды балқу жылдамдығын, яғни қолданылатын агрегаттың нәтежиелі өнімділігін анықтайды.

Әдетте бұл кезең тұндырумен жүзеге асырылады, дегенмен балқыманы қарқынды араластыру арқылы үдетуге болады, өз кезегінде ол балқыту пешінің шекті өнімділігінің артуына әкеледі.

Кенді балқыту бес түрлі болады.

Тотықсыздандырушы балқыту оның оксидті қосылыстарын көміртекті тотықсыздандырғыштармен тотықсыздандыру арқасында металл алу және бос жыныстарды қожға (оксидтер қорытпасы) айнадыру үшін қолданылады, мына сүлбе бойынша жүреді:
(MeO, SiO2, CaO, Fe2O3) + СО → Me + (SiO2, CaO, FeO) + CO2 (5)

Кен Металл Қож Газ


Штейнге балқыту мына сүлбе бойынша алынатын металды жартылай өнімге айналдыру үшін қолданылады:
CuFeS2, FeS2, SiO2, CaO) + (SiO2, CaO) + (O2, N2) →

Кен немесе концентра Флюс Ауа


→ (Cu2S, FeS) + (FeO, SiO2, CaO) + (SO2, N2) (6) Штейн Қож Газдар
Балқытудың екінші өнімі – қож оксидті компоненттерді концентрлейді

Балқытудың бұл түрін нейтрал, тотықсыздандырғыш немесе тотықтырғыш атмосфераларда жүргізіледі. Ақырғы жағдайда балқытуды концентрациялаушы деп атайды, өйткені тотығу жағдайындағы балқыту алынатын металл құрамы үлкен штейндер алуға мүмкіндік береді.

Электротермиялық балқыту (балқыған тұздар электролизі) оксидтерден немесе хлоридтерден тұратын балқыған ортаға тұрақты тоқтың әсер етуімен жүреді. Мұнда катодта қатты немесе сұйық күйдк металл, ал анодта газ (оттегі немес хлор) бөлінеді.

Металлотермиялық балқыту көміртегімен әсерлесу кезінде морттық қасиет беретін карбидтер түзуге жақын тұратын қиын-тотықсызданатын металдар алу үшін қолданылады.

Мұндай балқытудың негізінде бір металды өзінің қосылысынан ( оксидтері, хлоридтері және т.с.с) басқа белсендірек металмен ығыстырып шығару принціпі жатыр.

Реакциялы балқыту оның сульфиді мен оксидінің әсерлесу реакциясы бойнша металл алуға негізделген:


2MeO + MeS → 3Me + SO2 (7)
Тазартыу балқыту, температураның өзгеруі немесе қысым мен өзгеде факторлардың әсерінен, реагенттердің әсер етуі нәтежиесінде бастапқы балқымады түзілетін қоспаларды жаңа фазада концентрациялауға негізделген, алынған металдарды қоспалардан тазарту үшін жүргізіледі. Қоспалардың компонентерінен тұратын жаңадан түзілетін фаза тазартылатын балқымада ерімейтін және одан мүлде ерекшеленетін болуы керек. Бұл екі талап қорытындысында оның балқыма бетіне шығуын немесе балқыманың түб жағына тұнуын немесе айтарлықтай ұшқыштыққа ие болса газды фазаға алынып тасталынуын қастамассыз етеді.

Араласпайтын фазаларды тығыздығы бойынша бөлу үрдісі ликвация деп аталады. ликвация кез келген тазартып балқытудың құрамдас кезеңі немесе жеке тазарту әдісі ретінде болуы мүмкін.

Реагент ретінде оттегі қолданылса тазарту тотықтырғыш немесе отты, хлор – хлорлы, күкірт немесе сульфид – сульфидтеуші деп аталады.

Тығыздығы жоғары оңай ұшқыш қоспаларды алып тастау металл балқыманы вакуммда ұстаумен қол жеткізеді (вакуумды тазарту).

Гидрометаллургиялық үрдістер. Гидрометаллурги – кеннен, концентраттарды және басқа да шикізаттардың түрлерін сулы ерітіндімен, кейін химиялық қосылыстар түрінде немесе бос күіндегі металдар алынатын химиялық реагенттермен металдарды алу. Екі негізгі гидрометаллургиялық үрдістер қолданылады: ерітіндіден металдарды сілтілеу және тұндыру. Оладың арасында ерітінділерді концентрациялау және қоспалардан тазарту операциялары болуы мүмкін.

Сілтілеу – тотықтырғыштың болуымен (мысалы, оттегінің) қатты фаза компоненттерін еріткіштің көмегіемен сұрыптап алу үрдісі.

Сілтілеу кезіндегі негізгі реакциялар қатты мен сұйық фазалар шекарасында жүреді және диффузиялық сипатқа ие болады. Бастапқы қойыртпақты араластыру қарықыны мен әсерлесетін материалдардың беттік, әсіресе электрохимиялық қасиеттері сілтілеу нәтежиесіне айтарлықтай әсер етеді.

Сілтілеу нәтежиесінде екі өнім алынады: қоспалармен ластанған, әдетте концентрациясы төмен алынатын металл ерітіндісі мен негізінен бос жыныс минералдарынан және қиын еритін күрделі минералдардың компоненттерінен тұратын ерімейтін қалдық алынады.

Еріткіш ретінде су, қышқыл ерітінділері, сілтілік металдардың немесе тұздардың гидрооксидтері қолданылады.

Еріткіш ретінде суды қолданған кезде ғана сілтілеу үрдісі таза физикалық механизмге ие. Барлық қалған жағдайда еру химиялық реакциямен қатар жүреді, алынатын металл бастапқыда суда еритін қосылыс түріне ауысады.

Металдарды тұндыру сілтілеу ерітінділерінен бірнеше әдіспен жүруі мүмкін: сулы ерітінділердің электролизі, цементтеу, газ тәрізді тотықсыздандырғыштармен (оттегімен) қамым астында тотықсыздандыру немесе кристалдау (буландырумен).

Сілтілеу ерітінділерін қоспалардан тазарту үшін органикалық және бейорганикалық реагенттермен химиялық тұндыру, цементтеу, гидролиздеу және кристалдау әдістерін қолданады. Сілтілеу кезінде алынған ерітінді одан сонғы өнім алу үшін жарамсыз немесе құрамында өзінше құндылығы бар қоспалар болған жағдайларда бұл операцияларды жүзеге асырады.

Ерітінділерді концентрациялауды әдетте сілтілеуден өте кедей ерітінді алынғанда өткізеді. Ерітінділердің концентрациясының жоғарлауына жиі буландырумен қол жеткіземіз.

Түсті металдар гидрометаллургиясында (әсіресе сирек және асыл металдар өндірісінде) сорбциялық (ионалмасу) және экстракциялық үрдістер кеңінен таралуда.

Ионалмасу үрдістері кейбір қатты заттардың (иониттер) ерітінділермен әсерлесу кезінде ерітіндіден таңбасы бір ион жұту, ионит құрамына кіретін иондардың алмасу қабілетіне негізделген. Ионит ретінде механикалық беріктігі және химиялық тұрақтылығы, жоғары алмасу көлеміне ие қатты жоғарымолекулалы синтетикалық заттарды жиі қолданады. Алмасатын иондардың заряд таңбасы бойынша катионттер мен аниониттерді ажыратады.

Экстракция ( сұйық экстракция) – сумен араласпайтын, сулы ерітіндіден еріген химиялық қосылыстарды сұйық органикалық фазаға алу үрдісі. Кейінгі реэкстракция арқылы органикалық фазадан экстракцияланған металды сулы ерітіндіге алады. Экстрогент ретінде органикалық қышқылдар мен олардың тұздарын, аминдер мен аммонилі негіздер тұздарын, спирттерді, эфирлерді, кетондарды қолданады.

Металл алу үрдістерін пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық деп бөледі. Жоғары температурада жүретін барлық үрдістер пирометаллургиялыққа жатады.

Сулы ортада жүретін үрдістер гидрометаллургиялық үрдістерге жатады.

Металлургтер пирометаллургиялық үрдістердің кен таңдауына ие. Олар:


  1. Ликвация – қату кезінде немесе сұйық күйде компоненттерді

шекті салмағы бойынша бөлу.

  1. Дистилляция – металдың немесе оның қосылыстарының кейінен будың

конденсациялануымен булануы.

  1. Тотығу үрдістері.





MeS + ½ O2 – MeO + SO2. (8)
Арықарай металды тотықтан алады, ол айтарлықтай оңай.

(естеріңізде болатындай тотықтарға дәстүрлі байланысты атап өткен болатынбыз).



  1. Қышқылсыздану. (Металдан еритін тотықтарды алып

тастау). Мысалы, металды темірден (болаттан) FeO түрінде болатын оттекті алып тастау.
3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3 (9)
Al2O3 темірде ерімейді де алынып тасталынады.

  1. Тотықсыздану үрдістері – пирометаллургияда негізгі болып

табылады.
MeO + C = Me + CO;
MeO + CO = Me + CO2; (10)
MeO + H2 = Me + H2O.


  1. Металлотермиялық үрдістер – металды өз тотығынан өзге

металмен ығыстырып шығару. ( Қышқылсызданумен салыстыр)
3MeO + 2Al = 3Me + Al2O3. (11)


  1. Сульфидті балқытулар. Сульфидті шикізатты балқыту

кезінде сульфидтердің қорытпа өнімі – г.т – мыс пен темір сульфидтері - штейн түзіледі.

  1. Реакциалы балқыту. Металдың тотығы мен сульфидінің

әсерлесу кезінде таза металл түзіледі.
Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2 (12)


  1. Электрохимиялық үрдістер – электр доғаның жану

нәтежиесінде алынатын жоғары температурада жүретін үрдістер. Қара металлургияда кеңінен қолданылады ( қоспаланған болаттарды және ферроқорытпаларды балқыту), ал түсті металлургияда ( кабидтерді, магний және алюминий қорытпаларын алу).

Маңызды гидрометаллургиялық үрдістер:

– Ерітінділеу – қандайда бір еріткіш әсерінен концентраттың

немесе кеннің бағалы компоненттерін ерітіндіге өткізу.

– Металдарды ерітінділерден тұндыру.

– Электрометаллургиялық үрдістерге жататыны:

– Сулы ерітінділердің электролизі.

– Балқыған тұздардың электролизі.


5.2 Металлургия өндірісінің өнімдері
Түсті металлургия өндірісінің тауарлы өнімдері – металдар, олардың тотықтары мен тұздары, түрлі химиялық өнімдер, минералды тыңайтқыштар, құрлыс материалдары, жылу және электр энергиясы, технологиялық оттегі, азот, инертті газдар және кейбір өзге материалдар мен бұйымдар.

Түсті металл кендерін өңдеу кезінде негізгі тауарлы өнімнен өзге көптеген жартылай өнімдер мен металлугиялық өндірістің қалдықтары – агломераттар мен күйежентектер, штейндер, қождар, шаңдар мен газдар, ерітінділер мен қоқымдар, шламдар, төгінді сулар және т. б алынады.

Металлы – қараланған және тазартылған деп бөлінетін металургиялық өндірістің негізгі өнім түрі. Қараланған металдар құрамында олардың тұтыну қасиеттерін төмендететін зиянды қоспалар және де бағалы серіктес элементтердің қоспалары болады. Қараланған металдарды міндетті түрде қопалалардан тазартады.

МЕСТ – әрбір тазартылған металдың 10 және одан да көп шығу маркаларын бекітеді. Аса таза металдардың шығуы мен сапасы өнімді жеткізуші мен тұтынушы арасында жасасқан ТШ регламенттеледі.

Түсті металлургия кәсіпорындарының сонғы өнімі – құймаметалдар, катодтар, ұнтақтар, илемдер, пісірілген бұйымдар және т.б.

Қождар – арнайы енгізілетін флюстер мен өңделетін шикізаттың бос жыныс тотықтарының күрделі қорытпасы болып табылатын, металлургиялық балқытудың міндетті өнімі. Қож түзуші компоненттерден өзге зауыт қождарының құрамында алынатын металл біршама мөлшерде болады, әдетте ол оларды жоғалту көзі болып табылады.

Қож құрамында бағалы компоненттер біраз мөлшерде болса, олар төгінді өнім болып табылады, дегенмен мұны шартты деп санауға болады.

Балқытудың жекелеген түрлерінде, әсіресе тазарту үрдістерінде қождардағы түсті металдар құрамы аса бай болады, сондықтан оларды міндетті түрде кедейлетеді. Өндірістік тәжірибеде қождарды негізгі металлургиялық үрдістердің бірінің айналым материалы ретінде қолданады немесе қосымша арнайы өңдеуге түседі.

Бағалы металдардың қожбен шығындалуы олардың тотықтарының қождануы мен құрамында металлы бар өнімнің біраз мөлшерінің қож балқымасында еруіне және де толық емес кейіндеу мен механикалық шығындарға негізделген.

Түсті металлардың концентраттары мен кендерін балқыту кезіндегі қождың шығысы шикі құрамның кенді бөлігінің 100-120% -на жетуі мүмкін, әдетте өте үлкен болады. Алғашқы байытусыз үлкен флюстер шығынымен кедей кендерді балқыту кезінде қождың жоғары шығыны байқалады.

Әр металлургиялық үрдіс үшін экономикалық және технологиялық талаптарды қанағаттандыратын тиімді қож құрамы таңдалады.

Балқыту көрсеткіштеріне әсер ететін қожды балқымалардың маңызды физико-химиялық қасиеттеріне мыналар: балқуы (балқу температурасы), тұтқырлық, тығыздық, құрамында металлы бар өнімнің қожда ерігіштігі мен контактіге түсетін металлургиялық балқымалардың беттік қасиеттері жатады.

Көп жағдайларда алынатын қождардың құрамын оптималдыға жақындату үшін ьастапқы шикіқұрамға сәйкес флюстерді – минерады қоспаларды еңгізіп түзетуге тура келеді. Егер қождардың оптималды құрамына флюстерді қоспай қол жеткізілсе, онда өңделетін шикіқұрам мен алынған қож өздігінен балқитын деп аталады.

Түсті металлургия қождарының негізгі компоненттері – кремний диоксиді, темір мен кальций оксидтері. Әдетте бұл қосындылардың қосынды құрамы 70-тен 90-95%. Калций оксидінің концентрациясы сирек 6-8%-дан асады. Металлургиялық қождарда өңделетін шикізат құрамы мен қолданылатын технологияға байланысты алюминий, магний, темір, мырыш және өзге металдар оксидтері болуы мүмкін.

Штейндер мысты, никельді және қорғасын кендерінің кейбір бөліктерін, темір сульфидімен ауыр түті металдар сульфидтерінің қорытпасы болып табылатын, оларда қосындылар еріген концентраттарды пирометаллургиялық өңдеудің аралық өнімі болып табылады. Түсті металлургия тәжірибесінде сұйық күйінде түзілетін және сұйық қожбен араласпайтын, оларды қарапайым кейіндіру арқылы бөлуге мүмкіндік беретін мысты, мысты-никельді, никельді және полиметаллды штейндер алынады.

Газдар мен шаңдар – пештерден бірге алынып тасталынатын пирометаллургиялық үрдістердің міндетті өнімі.

Кері қайтатын металлургиялық газдарды өңделетін шикізат компоненттерінің арасында жүретін химиялық реакция арқасында түзілетін, технологиялық және отынның жану өнімі болып табылатын, оттық деп жіктеуге болады. Кері қайтатын газдардың құрамы мен мөлшері өңделетін шикізаттың түрімен және қолданылатын металлургиялық үрдіспен толық анықталады.

Түсті металлургия технологиялық газдарының негізгі мүмкін компоненттері – күкіртті ангедрид, көміртегі оксиді мен диоксиді, су буы. Жекелеген металлургиялық үрдістеде газ тәрізді хлор, хлоридтер, мышякты және өзге оңай ұшқыш химиялық қосылыстар бөлінуі мүмкін. Отынның жану кезінде көміртегі оксиді мен диоксиді және су буы басым түзіледі. Газ құрамында міндетті түрде газүрлеу мен ауа сору арқасында жеткізілетін азот пен бос оттегі болады. Басым жағдайларда кері қайтатын газар 800-1300 °С температураға ие.

Өндірістік шаңдалған газдар сирек полидисперсті, яғни құрамындағы бөлшектердің ірілігі әр түрлі. Газдардың шаңмен қанығу дәрежесіне қарай қаттыластанған (50 r/м3-ге дейін), орташаластанған (10 г/м3 ге дейін), азластанған (1 г/м3-ге дейін) және техникалық таза (~0,05 г/м3) деп бөледі. Сонғысы өндірістік газды терең тазарту өнімі болып табылады.

Газдардың шаңдалуы, олардың химиялық және гранулометриялық құрамы өңделетін шикізаттың түрімен, шикіқұрамды дайындау әдісімен, металлургиялық үрдіс түрімен, қож және газдардың қозғалу шарттарымен, түзілетін газдардың көлемімен анықталады.

Шаңдар металлургиялық үрдістер кезіндегі технологиялық ағынның шығуы мен әсіресе өңделетін шикіқұрамның кішкене бөлшектердің оттық газдары және оңай ұшатын компоненттердің төте булануы арқасында түзіледі.

Шаңдарды ірілігі 10 мкм асатын қалың және 10мкм кем жұқа деп жіктейді.

Қалың шаңдардың түзілуі металлургиялық өңдеудің өніміне немесе өңделетін шикіқұрамның ұсақ бөлшектеріне газ ағанының әсерімен байланысты. Шаң бөлшектерінің ірілігі мен мөлшері газ ағынының жылдамдығы мен өңделетін материал ірілігімен анықталады. Өлшемдері 3-10 мкм-ден бірнеше миллиметрге жететін қалың шаңдар, әдетте сынық тәрізді болады. Қалың шаңдардың химиялық құрамы көп жағдайларда өздері түзілген бастапқы материалдың құрамына ұқсас. Әдетте қалың шаңдарды айналымға қайтарады немесе аталған үрдіс өнімімен біріктіреді.

Жұқа шаңның (возгондардың) жұқа фракциялары ұшқыш заттардың конденсациясы кезінде түзіледі, құрамындағы бөлшектердің өлшемдері 1 мкм-ден артық емес. Осы кезде алынған буды газ ағыны алып кетеді де артынан газдарды суыту кезінде қатты бөлшектерді немесе суйық тамшыларды түзумен конденсацияланады. Түзілу кезіндегі жұқа шаң бөлшектерінің өлшемдері микрометрдің ондық бөлігін құрайды. Кейінен ұсақ бөлшектердің каогуляциясы арқасында ірілеу агрегаттардың түзілуі мүмкін.

Возгандар химиялық құрамы жағынан бастапқы материалдан қүрт ерекшеленеді – олар ұшқыш компоненттермен, мысалы цинкпен, кадмимен, қорғасынмен, индимен және өзге де бірқатар сирек және сиретілген элементтермен байытылған. Возгондар – осы элементтерді алудағы бағалы шикізат, сондықтан олар арықарай дарбес өндеуге түсуі керек.

Металлургиялық үрдістер кезінде түзілетін шаңдар қағып алынады, ол өз кезгінде құрамындағы бағалы компоненттерді алуды және қоршаған ортаны ластауды алдын алуды қамтамассыз етеді.



Шаңқағу – шаңдалған газдарды шаң түзілу көзінен алып тасауға және кейінен газ ағынынан қатты бөлшектерді бөлуге арналған үрдістер кешені. Шаңқағу ұсталынған шаңды утилизациялаумен қатар газдардың құрамындағы бағалы компоненттерді, мысалы күкіртті қолануды қамтамассыз етеді.

Тазартылатын газдар (температура, ылғалдылығы мен химиялық құрамы) мен ұсталынатын шаңдар (бөлшектердің ірілігі, химиялық және фазалық құрамы, және де кейбір физикалық қасиеттері) сипаттамасынаң көп түрлілігіне орай түрлі типтегі шаңқаққыштарды қолданады.

Ауаны немесе өндірістік газдарды шаңнан тазартудың үш әдісі бар: құрғақ, сулы және электрлік.

Құрғақ әдіс кезінде шаң салыстырмалы баяу қозғалатын газ ағынынан, центрге тарқыш күш, инерциялық күш және сүзгілеумен бөлшектер ауырдық күші әсерінен шөктіріледі.

Сулы шаңқағу шаң бөлшектерін сумен немесе өзге сұйықтармен сулауға негізделіп, қойыртпақ түрінде тұндырылады. Ол үшін газды сұйық қабаттан немесе ұсақ дисперсті сұйық тамшылар пердесінен өткізеді.

Шаңқағудың электрлік әдісі жұқа және өте жұқа шаңнан түсті металлургия кәсіпорындары газдарын терең тазартудың негізгі әдістерінің бірі болып табылады.

Металлургиялық өндірістердің көбінің кері қайтатын газдар құрамындағы компоненттер қоршаған ортаны күрделі ластаудың көзі немесе алу қажеттілігі бар материалдық құндылық болып табылады. Олар – күкірт оксидтері, газтәрізді хлор, хлорлы және фторлы сутегі, күкіртсутегі, сынап булары және т.б. Қоршаған ортаға үлкен нұқсан келтіретін күкіртті ангедридті күкірт қышқылы немесе элементті күкіртті өндіру үшін қолдануға болады.

Газдарды газ тәрізді компоненттерден тазарту үшін өзінде еритін химиялық қосылыс түзетін сұйықтармен шаю кезінде газдардың жұтылуы – абсорбцияны және газдарды қатты заттардың беті жұтуы адсорбция, мысалы ионалмасу материалдары (шайырлар) қолданады.

Гидрометаллургиялық үрдістедің негізгі өнімі – ерітінділер, қоқымдар және төгінді сулар.

Ерітінділер – еріген зат ионды-молекулярлы түрде болатын, ерітінділеу (еріту) үрдісінің өнімі.

Металлургиялық зауыттардың өндірістік қалдықтары өңделетін шикізат пен өндірісте қолданылатын қосымша көмекші материалдар түрімен, қолданылатын технологиялық үрдістедің мамандануы және өнірістік қалдықтарды залалсыздандыру мен қағып алу үрдістерін ұйымдастыру сапасымен анықталады. Пирометаллургиялық үрдістерді қолдану кезіндегі қоршаған ортаға зиянды әсер етуі мүмкін негізгі қалдықтар мен выбростар шаңдар мен технологиялық газдар, ал кенді шикізатты байыту мен гидрометаллургиялық өңдеу кезінде төгінді сулар болып табылады

Түсті металлургияда ауа және су қоймаларын қорғау саласындағы жұмыстар мынаған бағытталған:

– залалсыздандыру менқағып алу арқасында қатты және газтәрізді заттардың атмосфераға шығарылуын қысқарту;

– жер беті мен су қоймаларына төгінді сулардың шығарылуын тоқтату, суды қолданудың төгіндісіз режиміне ауысу;

– өндірістік қалдық құрамындағы барлық бағалы компоненттерді залалсыздандыруды ұйымдастыру.

Әдетте төгінді суларды арнайы қоймаларға төгеді және олардың құрамында зиянды заттар болатын болса, онда ол жерқойнауы мен жерасты сулары және түрлі су қоймаларын ластау көзі болып табылады.

Түсті металлургия кәсіпорындарының төгінді сулары өңделетін шикізат түрі мен құрамына, қолданылатын технологиялық реагенттерге және де төгінді суларды тазарту (залалсыздандыру) сапасына қарай ластаушы компоненттердің көп түрлілігімен ерекшеленеді.


6 Қазақстандағы пайдалы қазбалардының негізгі кен орындары, минералдар мен кендер

Қорғасын қорытпаларын негізгі тұтынушылары мен өндірушілері: АҚШ, Австралия, Канада, Мексика, Перу. Құрамында қорғасыны бар 144 минерал тіркелген, бірақ оның оны ғана өндірістік маңызға ие.

Галенит – қорғасынды жылтыр (PbS), n- и p-типті жартылай өткізгіш болып табылатын қорғасынды кеннің негізгі минералы, карбонатты және гидротермалды кен орындарына қатысты.

Церуссит – (PbCO3) карбонаты, тотығу аймағында кездеседі, англезитпен және лимонитпен серіктеседі (ассоциирует).

Англезит – (PbSO4) сульфаты сульфидті кендердің тотығу аймағында кездеседі. Тығыз жер немесе түйіршікті масса түзеді, морт және жеңіл ұнтақталады.

Пироморфит [Pb5(PO4)3Cl] тотығу аймағында кездеседі, фосфорды мышьякпен алмастыру кезінде миметизит, ал ванадимен – ванадинит түзеді.

Плюмбоярозит (PbFe6[(OH)6(SO4)2]2) рН<7 кезінде англезит және лимонит түзіп ыдырайды.

Келесі типті кендері ажыратады: скарновые, колчеданные, стратиформные и жильные.

Скарнды кендерде бос жыныс диопсид-гранатты құраммен ұсынылған: қорғасынның негізгі серіктесі – мырыш Pb:Zn = 1:1,4 қатынаста жиі кездеседі. Негізгі минералдары: галенит, сфалерит, пирротин.

Колчеданды кедердің құрамында пирит, пирротин және де қорғасын, мырыш, мыс, алтын, күміс, кадмий, қалайы, барит, флюарит және т.б қосындылары болады. Pb:Zn = 1:2,4 қатынасы. Барлық минералдар үшін бір біріне жұқа өсу тән.

ТМД-ғы кен орындары: Тишинді, Холоднинді, Орловді, Озерді, Жайремді, Филизчайді.

Стратиформды типті кендердегі қорғасын құрамы Pb:Zn = 1:1 қатынаста жоғары болуымен сипатталады (8%-ға дейін). Негізгі минералдары: кварц, доломит, барит, галенит, сфалерит, англезит, церуссит, смитсонит.

ТМД-ғы кен орындары: Горевте и Миргалимсайда.

Жилді типті кендер Pb:Zn = 1:1,5 қатынасымен сипатталады. Минералдары: галенит, сфалерит, кварц, кальцит. Бұл кендерді сульфидті, аралас және тотыққан деп бөледі.

Сульфидті қорғасын-мырышты кендер кең таралған, олар заттық құрамының түрлілігімен ерекшеленеді және 1400-ден астам кен орындарында алынады. ТМД елдерінде қорғасын-мырышты кендерді Алмалык, Текелі, Зырян, Карагайлы, Мизур, Салаир, Красноречті, Алтай, Гориев және өзге де фабрикаларда өңдейді.

Кен орындары: Горев и Миргалимсай, ТМД елдерінде; Три-Стейс, АҚШ; және Пайн-Пойнт, Канада.

Жилді типті кендер Pb:Zn=l:l,5 қатынаымен сипатталады. Осындай типті кендерді Мизурий фабрикасы өңдейді; Мадан кенді ауданының 40 кен орындары, Болгария, және Бингем, АҚШ. Минералдары: галенит, сфалерит, кварц, кальцит. Бұл кендерді сульфидті, аралас және тотыққан деп бөледі.

Қорғасын концентраттарының МЕСТ- ке сәйкес құрамы 75 тен 70 арасында РЬ (I сорта); 2,5-3% Zn; 1,5-1,8% Сu; 66-60% Pb (II-III сорта); 4-6% Zn, 2-2,5% Сu (4-7 сорт); 60-40% РЬ; 7-8% Zn; 2,5-3,5% Сu.





1   2   3   4   5   6   7


©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет