Агломерациялық күйдірудің теорялық негізі

  Бірақ  қорғасынды үздіксіз режимде   пираметаллургиялық тазалау   процесінің технологиялық жабдықталуы  теориялық зерттеулермен сәйкес  келмейді. Балқымалардың жоғары  емес конвекциясы  жүретін   көп тонналы көлемдерде барлық химиялық әсерлесулер жүреді. Оны  процестің диффузиялық режимі анықтайды, ол көп жағдайда 10 – 20 сағатта  аяқталады. 
 

  Қорғасынды висмуттан тазарту 

  Черновой  қорғасындағы висмут  концентрациясы  0,10% - дан  аспайды. Физика – химиялық  қасиеті  бойынша  бұл  металдық қорғасынға  ұқсас, өздігінен кен түзілмейді. Бұл металдың  әлемдегі  өндірісі көп емес (4500т) және  толығымен қорғасын өндірісімен байланысты.

   Висмут қорғасынның электрохимиялық  қасиетін  нашарлатады, сондықтан  қорғасынды  негізгі  тұтынушы – акумуляторлық  өнеркәсіп қорғасынды висмуттан сапалы  тазалауды  қажет етеді. Қорғасынды висмуттан тазалауды Кролл – Беттертон әдісімен жүзеге асырады. Бұл әдіс  висмуттың кальциймен және  магниймен интерметалдық қосылыс түзілуіне негізделген. Олар жоғары балқу  температурасына ие.

   Процесс кезінде  алынатын  интерметаллид (процесс температурасы  350 – 440⁰С) тоғыздығы қорғасын тоғыздығынан төмен. Висмуттық қосылыстар ваннадағы  қорғасын беттігінен саңылаулы анод арқылы шығарылады және арнайы өңдеуге  бағытталады. Поцесс қалыпты  жағдайда  жүру үшін магнийдің кальцийге  қатынасы -2:1 болу қажет.

   Ереже бойынша, қорғасынды  висмутсыздандыруда  бірнеше  сатыда жүргізеді,  яғни  висмутқа  кедей дросто  бастапқыда операцияға қайтарылады. Процесс ұзақтығы 10 – 12 сағ тазартылған қорғасынның  құрамындағы висмут мөлшері 0,01 – 0,005%

   Кальций  және магний  көмегімен  қорғасын висмуттан толық тазаланбайды. Сондықтан  практикада жұқа  висмутсыздандыруды жүргізеді, ол  кезде  қорғасындық ваннаға  сурьма қосады. Сурьманы  қосқанда берік интерметалдық қосылыстар SO₅, Ca₅, Mg₁, Bi немесе қатты ерітінділер түзіледі. Қорғасындық балқымаға сурьманы қосу арқылы  висмуттан 0,005 – 0,004% - ға дейін тазартуға мүмкіндік береді. Висмутсыздандыру процесі кезіндегі  кальций  шығыны  0,1%, магний шығыны 0,2% (қорғасын массасынан)

   Висмуттық дростың құрамында  10% Bi болады. Сонымен қатар 90% Рb; 0,5 – 0,7% Са; 0,8 – 1,2% Mg , болады.

   Висмуттық дростар келесідей  өңделеді. Металды кальцийден және  магнийден  тазарту үшін  дростарды  450 – 600⁰С – да NaOH  және  NaNO₃ қабатының астында  қайта  балқытады. Нәтижесінде таза  висмуттық қорғасын алынады, (Bi мөлшері 8 - 15%). Бұл қорғасын кремнийфторлы  сутекті қышқылдық сулы ерітіндісінде  электролиздейді. Электролит құрамы сулы еріткіш тұз пішінінде РbSiF₆ 70 – 120 г/я, Н₂ SiF₆ 60 – 100 г/я. Коллоидтық  қоспа ретінде құрылыс желімі қолданылады. Ваннадағы кернеу 0,7 – 0,8 В, тоқтық анодтық тығыздығы 180 – 220 А/м² . Катодты таза қорғасыннан дайындайды, ал анод қызметін  висмуттық қорғасын атқарады. Қорғасын катодта тұнады, висмут шламға  өтеді. Процесс 6 тәулік бойы  үздіксіз жүреді, содан соң анодта  шламнан мұқият тазалайды және  катодпен бірге  висмутсыздандыру операциясына қайтарады.

   Шламды  кептіргеннен кейін, оны шарпымалы пешке  қайта  балқытады. Балқыту шихтасының құрамына кокс С( 4%-ға дейін) және  кальцинацияланған сода. Балқытуда 1100⁰С – да жүргізеді. Балқыту  нәтижесінде висмут және  шлак  алынады, шлак процесске қайтарылады. Черновой висмут қорғасынмен, мыспен, күміспен, мышьякпен және теллурмен ластанған.

   Черновой  висмутты тазалау процесі  қорғасынды пирометаллургиялық  тазалау процесіне ұқсайды. Черновой  висмутта  кішкене тазалау   ошақтарында балқытады. Мыстан  тр   тазалауды 290⁰С – да лаквация көмегімен  жүзеге  асырады. Ары қарай  қорғасынның және мыстың күкіртке жоғары  ұқсастығын  пайдалана отырып, балқыманы  күкіртпен араластырып жұқа  тазалауды жүргізеді.

   Теллурден, селеннен немесе мышьяктан  тазалауды 600⁰С – да  улы натр қосып  оттегімен үрлеу  арқылы  жүргізеді. Висмуттан күмісті тазалау үшін металдық мырыш қолданады.

   Черновой висмутта пирометаллургиялық  тазалауда жоғары тазалықты висмут  алынады: 99,99 - 99999% Bi  

Қорғасынды  теллурдан, мырыштан, кальцийден және  магнийден тазарту 

Теллурдан тазалау. Шахталық балқыту кезінде  Черновой қорғасынға 60 - 70% Те өтеді.

  Сульфидтік  шликерлерді бөлгеннен кейін  Гарбузов әдісі бойынша тазалаушы  ошаққа  металдық натрийді  енгізеді. Ол құрамында 3% Na бар қорғасынды  – натрийлі лигатура  түрінде  болады. Натрий  селективті түрде  теллурмен  әсерлесіп интерметалдық қосылыс түзеді Na₃Те. Қосылыстың балқу  температурасы жоғары (953⁰С) және  төменгі  тоғыздыққа ие, ол сұйық қорғасынның беттігіне қалқып шығады. Қорғасын беттігіне NaОН балқыма  қабаттан енгізеді. Барлық теллур 5 – 10 минутта бөлінеді.

  Теллурсыздандыру  операциясына шығындалатын натрий  шығыны теллур массасына тең.  Теллурды бөлу 90%. Өндірістік жағдайда  алынған шығарылымдардың  құрамында  10 - 30% Те және 0,5 -1%Sе, сонымен қатар NaОН және  механикалық шығарылған қорғасын болады.

  Қорғасынды  бөлу үшін шығарылымды 340 –  370⁰С – да  қайта балқытады. Одан соң  суытады, ұсақтайды және  сулы  сілтілеуге  жібереді, нәтижесінде сүзгілеу арқылы құрамында 15 - 30% Те бар кек және  теллур концентрациясы 20 – 35 г/я натрий  полителлуридінің ерітіндісін алады. Полителлурид ерітіндісін натрий  сульфидін қолдану арқылы  тотықтырғыш  шаймалауға жіберіледі. Тұнбаны  ыстық  сумен жуады  және  кептіреді.

  Тұнбаның  құрамы,% : Те 97 – 99; Sb0,2 – 1,0; Рb0,03;   S 0,01 – 0,09; Sе 0,03 – 015; Na 0,02 – 012. Теллурды  ары қарай тазалау үшін вакуумдық дистилляцияны қолданады.

   Мырыштан тазалау. Күміссіздендіру процесінен кейін қорғасындағы мырыш мөлшері 0,5 - 07% болады. Қорғасынды  мырыштан тазалау процесін тотықтырғыш  әдіспен, ауалық, хлорлық немесе вакуумдық әдіспен жүргізеді.

  Мырышты  ауада  тотықтыру процесі кейбір заводтарда ошақта немесе шарпымалы  пеште жүргізеді. Процестің жүруін анықтайтын негізгі реакция, келесі:

Zn_x + V₂ = ZnO_x

Тотығу кезінде ванна беттігінде құрамында мырышы бар ұнтақ тәрізді  дростар түзіледі. Қорғасынды хлорлық мырышсыздандыру процесі осыған ұқсас. Онда мырыштық қорғасынға  қарағанда  хлорға ұқсастығына негізделген:

Zn + Се₂ = ZnСе₂ 

  Бұл  процесс Югаславиядағы «Тренча» заводында жүзеге  асырылды. Тазалау өнімдері сұйық қорғасын және құрамында 92 - 95% ZnСе₂ бар сұйық хлорлы  мырыш. Көптеген заводтарда қорғасынды вакуумдық мырышсыздандыру қолданылады. Бұл процесс жоғары температурада осы металдардың буының әр түрлі қысымына негізделген.

   Процесті  жүргізетін  аппарат  сумен  суытылатын цилиндр  түрінде болады.Ол сұйық қорғасынды  ошаққа батырылады. Вакуум – насос  көмегімен жүйеде  вакуум жасайды.  Аппараттың сулы  суытқышты   қабырғалары металдық мырыш буларына конденсатор қызметін атқарады. Процесті жылдамдату  үшін насоспен немесе механикалық араластырғыш көмегімен балқыманы араластырады. Процесс 560 – 620⁰С – да жүреді. Ұзақтығы 4 – 8 сағ. Қорғасындағы  мырыштың қалдықты мөлшері 0,03 – 0,04%

Магнийден және  кальцийден тазарту.

Висмутсыздандыру  процесі кезінде  қорғасынға  кальций мен магний  енгізіледі. Қорғасындағы кальций  концентрациясы 0,03 – 0,07%, магний 0,2 – 0,18%

  Сапалы  тазалау  операциясы  қарапайым тазалаушы ошақтарда NaОН және NaNO₃ әсерлесу нәтижесінде түзілетін қорғасын тотығымен оңай тотығады:

Ca + PbO = CaO + Pb;

Mg + PbO = MgO + Pb

Практикада  процесті келесідей жүргізеді. Висмутсыздандырун  кейін қорғасынды 400 – 420⁰С – ға дейін қыздырады және араластыру кезінде  балқыма беттігіне улы  натрды және  селитраны  тиейді

  Сапалы  тазалаудан кейін алынған қалдықтарды  агломерацияға немесе шихталық  балқытуға  қайтарады. Соңғы   операциядан алынған қорғасын  заводтың соңғы өнімі болып  табылады. 
 

Агломерациялық  күйдірудің технологиясы (шихтаны  дайындау) 

   Қорғасын концентратын агломерациялағанда  шихта  құрамына кіретіндер: концентрат, қайтарма агломерат, флюстер (кварц,  әктас, темір кендері, пиритиндік  күйінді, кейде кокс немесе  шаңды көмір, мырышты кек, құрамында  15 - 20% Pb бар, және  қайтарма шаңдар.

   Көптеген қорғасын  заводтарында  қорғасын  концентратын байыту  фабрикасына  жабық  металдың  конвейерде  әкеледі. Арзан флюстерді заводқа темір жол көлігімен әкеледі.

  Цех  ішіндегі қайтарма  материалдарды  (шаң, кек және т.б) шихта   дайындайтын бөлімге  заводтың ішіндегі  көлікпен әкеледі. Қайтарма  агломератты  және  флюстерді  6 – 12 мм-ға дейінгі  ірілікке дейін жақты және конустық ұсақтықта ұсақтайды.

    Агломерациялау және  шихталық  балқытуды сапалы  нәтиже  алу  үшін құр шикізат құрамы тұрақты болу қажет. Металлургиялық заводқа  түсетін қорғасын  концентратының құрамы  тұрақты  емес. Шихтаның құрамын орталандыру үшін келесідей  екі  жағдайда  қарастыру қажет:

  Қазіргі   таңда қорғасын  заводтарында  шихталаудың екі әдісін қолданады.  Бункерлік немесе штабельдік. Бункерлік  шихталауда  шихта  мөлшері  қатаң сақталады, оны әрбір бункерден  тасымалдаушы лентаға  беріледі. Осында  араласу жүреді. Бұл жағдайда  келесідей құрылғылар  қолданылады: тарелкелі, ленталық, дірілді. Берілетін материалды үздікті түрде транспорттық  өлшегіштерде салмағын өлшейді. Бұл шихта құрамын уақытында реттеп отыруға береді. Шымкент заводында енгізілген  шихтаға құрамын автоматты реттейтін принципиалдық схема келесі суретте көрсетілген. Оның негізі  келесідей, пластикалық құрылғының 1 және жинағыш  транспорттардың арасында  салмақты  дозаторы орналасқан, изодромдық  реттегіш  көмегімен бункердің жапқышын 2 реттейтін механизмге  дабыл беріледі.

   Шихталаудың екінші  әдісі   қабатты  штабельдеу. Шихтаның қажетті компоненттері транспортталған 1,2 шихтаның жабық қоймасына беріледі. Материя транспорттық лентадан  төккіш  арба 3 арқылы  төгіледі,ол берілген  автоматты режимде 3 бөлімде қозғала отырып, шихта компонентін жұқа  қабатпен төгіп отырады. Әр бір бөлімде  бұл жағдайда ұзындығы 60 – 70 м, ені 16 м және биіктігі 5 – 6 м  штабельдер түзіледі. Осындай  бір  штабельдің өзі  9 – 4 күнге  жетеді. Шихтаны осы әдіспен шихталағанда  орталандырудың жоғары  дәрежесіне жетеді: штабельдің ұзындығы бойына қорғасын құрамының ауытқуы  1,5 - 2%-ды құрайды. (масса бойынша)

   Дайын  штабельді  жұмысқа   қосу үшін шихта  тиеуші  машина 6 арқылы  жүзеге  асырылады.  Дайын шихтаны транспортер 10 көмегімен  агломерациялық бөлімге  жіберіледі, жолында оны  салмағын өлшейді  11 және  қосымша балталы ұсатқыштарда ұсақтайды 12. Штабельдік  шихталауды  ұйымдастырылған кезде бір уақытта шихталауға және  араластыруға мүмкіндік береді.

       Қарастырылған шихталаудың қайсысы  тиімді екенін білу үшін қатаң түрде экономикалық есептеулер қажет. Штабельдік  шихталауда жақсы орталандыру және араластыруға мүмкіндік береді, бұл  шикізатты, флюсті және отынды үнемдеуге мүмкіндік береді. Бірақ штабельдік шихталауда жабық қоймалар құрылысында көптеген капиталдық шығынға ұшырайды.