Түсті металдар өндірісі. Мыс және алюминий металлургиясы

Дәріс мақсаты: «Мыс және алюминий металлургиясы» түсінігімен танысу, мыс және алюминий кендерін өндіру тәсілдерін оқып үйрену.

Дәріс жоспары:

1. Шикізат материалдарын дайындау және пирометаллургиялық тәсілмен мыс алу

2. Концентраттарды күйдіру

3. Шағылдыру және электрлік пештерде штейнге балқыту

4. Шахталық пештерде штейнге балқыту

5. Мысты штейндерді айырбастау

6. Мысты тазарту

7. Алюминий және оның қосылыстарының қасиеттері

8. Глинозем құрамды кендер және минералдар

9. Ферроалюминий технологиясы

10. Силикоалюминий технологиясы (SiAl)

Кілт сөздер: Мыс кендері, мысты өңдеудің пирометаллургиялық тәсілі, гидрометаллургиялық тәсілі, күйдіру, тазарту, алюминий, глинозем, ферроалюминий, ферроқорытпалар, шикізат, қышқылсыздандырғыш, өңдегіштер, алюминий балқымасы.

Мыс алу үшін мыс кендері, сонымен қатар түсті металдардың өнеркәсіптік және тұрмыстық қалдықтары қолданылады. Мыстың кендердегі мөлшері өте төмен және 1 - 6% құрайды. Құрамында 0,5 Cu бар тау жыныстары олардан мыс бөлу үрдісінің тиімсіздігінен қайта өңделмейді. Көптеген жағдайларда мыс кендерінде басқа түсті металдар: мырыш, қорғасын, никель, алтын, күміс, селен, теллур және басқалары болады. Мыс кендерде сульфидтер (сульфидті кендер) немесе оксидтер (тотыққан кендер) түрінде болады. Мыс кендері байытуға, әдетте флотацияға ұшырайды. Байыту нәтижесінде мысты концентрат және қалдық алынады. Кендерді байытуда мыс концентратымен қатар басқа да концентраттар, мысалы, мырыш, қорғасын, пиритті және басқалары, алынады. сульфидті кендерден алынатын мыс концентраты құрамында: 10 - 35% Cu, 30 - 35% Fe және 20 - 24% S болады. Бос жыныстың мөлшері (көбіне SiO₂, сонымен қатар Al₂O₃ және CaO) 3 - 15% аралығында болады.

Мыс кендері мен концентраттарын қайта өңдеудің екі тәсілі бар: пиро- және гидрометаллургиялық. Күйдіруді, штейнге балқытуды, штейнді айырбастау, отпен және электролиттік тазартуды қамтитын пирометаллургиялық тәсіл көбірек таралған (9.1 - ші сурет).

Концентраттарды күйдіруді күкірт мөлшерін азайту және мыс пен темір сульфидтерінің бір бөлігін оксидтерге ауыстыру үшін жүргізеді. Бұл жеткілікті мысқа бай сульфидтер қорытпаларын (штейн) алу үшін қажет. Штейнге балқыту сульфидтер (штейн) мен оксидтер (қож) балқымаларын алуды қарастырады. Сұйық штейн айырбастауға ұшырайды, яғни конвертерде ауамен үрленеді, бұл ретте сульфидтердің тотығуы, темірдің қождануы және қара мыстың алынуы жүреді. Қара мысты алдымен отпен, сосын электролиттік тәсілмен тазартады (қоспаларды жояды).

Концентраттарды күйдіру

Күйдіруге көбіне құрамында 8 - 25% Cu бар кедей концентраттар ұшырайды. Бай мыс концентраттары күйдірусіз балқытылады. Ең жетілген тәсіл қайнаушы қабатта күйдіру болып табылады. Қайнаушы қабат құбылысының мәні келесіде: егер түйіршікті материал қабаты арқылы газдың өршуші ағынын жіберсек, онда аз жылдамдықтарда қатты бөлшектер қозғалмайды, бұл ретте қабат көлемі өзгермейді, бұл шахталық пештерде өтетін үрдістерге тән. Егер жылдамдықты арттырсақ, онда оның қандай да бір мәнінде материал бөлшектері еркін болады және қарқынды қозғалады: қабат көлемі ұлғаяды және ол қайнап жатқан сұйықтыққа ұқсас болады. Қайнаушы қабат түзуге қажетті газды ағынның жылдамдығы күйдірілетін материал бөлшектерінің диаметрі мен тығыздығына тәуелді.

Сурет 9.1 - Мыс алудың пирометаллургиялық тәсілі

Қайнаушы қабатта күйдіруге арналған пештің төмеңгі бөлігінде табаны бар, қимасы тікбұрыш, тігінен орналасқан камера болады. Камераның түбінен күмбез арқылы сығылған ауа беріледі. Шихталық материалдар (70 ‑ 80% мыс концентраттары, 15 - 20% кварцты флюстер, 2 - 3% әктастар және 2 - 3% айналмалы материалдар) жүктеу құрылғысы көмегімен пеш табанына беріледі. Күйдіру 850°С - та өтеді, бұл ретте мыс пен темір сульфидтерінің ауа оттегісімен өзара әсерлесуі жүреді. Күйдіру кезінде жүретін негізгі реакциялар келесілер болып табылады:

3FeS + 5O₂ = Fe₃O₄ + 3SO₂,

Cu₂S₄ + 2O₂ = 2CuO + SO₂.

Күйдіру нәтижесінде өртенділер (огарок) алынады, олардың құрамындағы күкірт мөлшері 10 - 12% құрайды, ал бастапқы концентратта ол 24 - 28% болады. Күйдіру үшін механикалық қыздырумен көп табанды пештер қолданылады. Пеш отқа төзімді кірпіштермен шегенделген цилиндр болып келеді. Пеште отқа төзімді кірпіштерден салынған 8 - 13 табан - сөрелер бар. Пеш осімен қалақ тәріздес ескектер бекітілген ескек ұстағыштары бар бос денелі тік білік өтеді. Ескектер білік айналғанда (2 - 3 айн / минут) олар материалдың бір сөрелерде периферияға, басқаларында кері бағытта жылжуын қамтамасыз ететіндей орналасқан. Жоғарыдан жүктелетін шихта біртіндеп төмен қарай иек тәріздес жолмен табаннан табанға жылжиды. Сульфидтерді ішінара тотықтыруға қажетті ауа цилиндр құраушысы бойында орналасқан терезе арқылы сорылады. Ауа төменнен жоғары қарай шихтаға қарсы қозғалады. Күйдіру температурасы шихтаның бірігуін болдырмау үшін 850°С - тан артпауы керек. Осы себептен шихтадағы күкірт мөлшері 27% - дан артық болмауы қажет. Пештен шығарылатын газдар күкірт қышқылын өндіру үшін пайдаланылады. Алдын ала олар шаңнан тазартуға ұшырайды.

Штейнге балқыту

Шағылдыру және электрлік пештерде штейнге балқыту

Шағылдыру пештерінде, сонымен қатар пештердің басқа түрлерінде мыс концентраттарын штейнге балқытудың негізгі мақсаты екі сұйық өнімді - штейн мен қожды ала отырып, шихтаны балқыту болып табылады. Бұл ретте мыс пен басқа бағалы элементтерді, мысалы, асыл металдарды, штейнге толығырақ ауыстыру, ал бос жынысты қождау мәселесі қойылады.

Шағылдыру балқытуының мәнісі жүктелген шихтаның көміртекті отынды пештің көлденең жұмысшы кеңістігінде жағудан бөлінетін жылу есебінен балқитындығында. Отын жанғанда пайда болатын факел балқытпа бетінде орналасады. Ылғалды және кептірілген концентраттарды балқытуда жүктелген шихта пештің бүйір қабырғалары бойында құламалар түзеді, өртендіні (огарок) балқытуда ол қожды балқытпа айнасының бетімен ағады.

Шағылдыру пештерінде шихта және балқытпа беті күмбездің ішкі бетінен шағылысқан жылулық сәулелердің және ыстық жағу газдарының факелінің сәуле шығару есебінен қыздырылады. Жылу беруде күмбездің жылулық сәулеленуді шағылдыру арқылы қатысуы пештерді шағылдырушы деп атауға себепші болды.

Шихта қабаты ішінде жылу беру тек жылу өткізгіштік есебінен ғана жүзеге асуы мүмкін. Шағылдыру пештерінде балқытпа ішінде масса алмасудың болмауы балқытпаның төмеңгі қабаттарына жылудың берілуі тек жылу өткізгіштік есебінен жүретіндігін білдіреді. Бұл кезде шихта мен қожды балқытпаның жылу өткізгіштігі төмен екенін ескерген жөн.

Шағылдыру пешінде балқыту механизмін келесі түрде айтуға болады. Факелден шығарылатын жылу есебінен құламалар бетінде жатқан шихтаны қыздырумен материалды кептіру және жоғары сульфидтер мен басқа тұрақсыз қосылыстардың термиялық диссоциациясы бірге жүреді. Қыздыру шамасына байланысты шихталық құламалардың беткі қабаттарында шихтаның жеңіл балқитын құраушылары - сульфидті және оксидті эвтектикалар балқи бастайды. Бұл кезде түзілетін біріншілік балқытпа құламалар бетімен ағады, өзінде қиын балқитын компоненттерді ерітеді және қожды балқытпа қабаттарына түсіреді. Осы кезден бастап қожды және штейнді фазалардың бөлінуі басталады, оксидті фазаның тамшылары пештегі қождың жалпы массасында ериді, ал штейн тамшылары қож қабаты арқылы өтеді және ваннаның төмеңгі бөлігінде өзіндік штейндік жентек түзеді.

Штейн тамшыларының тұну жылдамдығы олардың өлшемдері үлкен болған сайын, соншалықты жоғары болады. Шағылдыру пештері жағдайында (тыныш ванна) өте ұсақ штейндік қоспалар пеште балқытпаның болу уақытында (10 - 14 сағат) толықтай тұнып үлгермейді және қожбен бірге шығарылады.

Шағылдыру пештерінде термиялық дайындықтан өткен, күйдірілген концентраттарды қайта өңдеуде балқыту механизмі басқаша болады. Өртенді (огарок) бөлшектері қожды ванна бетімен аға отырып, онымен байланысады, осының нәтижесінде бөлшектердегі оксидті қабыршақтар қожда ериді, ал сульфидті түйіршіктер штейн түзе отырып, балқытпа түбіне тұнады.

Шикі және күйдірілген концентраттарды балқытуда балқыту механизмі де әртүрлі болады. Шикі концентраттарды балқыту кезінде негізгі химиялық үрдістер болып жоғары сульфидтердің ыдырауы және темір сульфидтерінің айналмалы конвертерлік қожбен пешке келіп түсетін магнетитпен төмендегі реакция бойынша өзара әсерлесуі болып табылады:

FeS + 3Fe₃O₄ +5SiO₂ = 5(2FeO · SiO₂) + SO₂.

Бұл жағдайда жалпы дусульфуризация әдетте 45 - 55% құрайды. Өртендіні (огарок) балқыту (күйдіру кезінде жоғары сульфидтердің ыдырауы толықтай біткендіктен) оксидтер мен сульфидтер арасында химиялық өзара әсерлесуге келтіріледі. Бұл балқытуда негізгі реакциялар:

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO,

10Fe₂O₃ + FeS = 7Fe₃O₄ + SO₂,

сонымен қатар кремнезем болғандағы FeS Fe₃O₄ - пен өзара әсерлесу болып табылады.

Күйдірілген мыс концентраттарын балқытуда десульфуризация 20 - 25% - дан аспайды. Мыс концентраттарын балқытуға арналған шағылдыру пеші - көлденең жұмысшы кеңістігі бар балқыту агрегаты. Заманауи шағылдыру пештерінің ішкі өлшемдері келесідей: ұзындығы 28 - 35м, ені 6 - 10м, күмбезден табанға дейінгі биіктігі 4 - 4,5м. Мұндай пештердің табанының ауданы 180 - 350м² аралығында болады.

Конструкциялық шағылдыру пеші фундаменттен, қабырғалардан, табаннан (пештабан), күмбезден, қаңқасынан, балқыту өнімдерін шығару және шихтаны жүктеуге арналған құрылғылардан, отынды жағуға арналған оттықтардан (форсункалардан) тұрады.

Пеш фундаменті (негізі) құйма қождан, бетоннан, кірпіштен немесе кесек тастан дайындалған. Фундаментте пісіру пештабаны орналасқан. Пісіруді құрылыс және отқа төзімді кірпіштердің бірнеше қабаттарында кварцты құмды балқытумен жүргізіледі. Пештабанның жалпы қалыңдығы 0,6 ‑ 1,5м.

Шағылдырып балқытудың өнімдері штейн, қож, шаң және газдар болып табылады. Оларды шығару және жою арнайы қондырғылар арқылы жүзеге асырылады.

Шағылдырып балқытудың зауыттық мыс штейндері қайта өңделетін шикізат және балқыту тәсіліне (күйдірусіз немесе күйдірумен) байланысты құрамында 15 - 60% Cu, 6% - ға дейін Zn, 0,5% - ға дейін Ni, 1% - ға дейін Pb, 30 ‑ 40% Fe, 23 - 26% S болады. Бұдан басқа олардың құрамында асыл металдар, селен, теллур және басқа бағалы және зиянды қоспалар болады.

Штейнді шығару пеш табаны үстіндегі ванна түбінен периодты жұмыс істейтін шпурлар арқылы немесе байланыстырушы ыдыстар принципі бойынша жұмыс жасайтын сифондық құрылғылар арқылы жүргізіледі. Штейндік сифон үзіліссіз режимде жұмыс жасай алады. Шпурды сазды тығынмен, ал сифонды сазды тығызағыш көмегімен бітейді.

Шағылдырып балқыту қожтарының жеке қож түзуші компоненттерінің мөлшері бойынша құрамы үлкен аралықтарда өзгеруі мүмкін. Ол бірқатар жергілікті жағдайлардан - қайта өңделетін шикізат құрамы мен түрінен, арзан және қол жетімді флюстердің бар болуынан, технологиялық факторлардан тәуелді. Флюстеуші қоспалардың минимал рұқсат етілген шығысында, бірақ сол кәсіпорын үшін аударма қожтың оңтайлы құрамынан қашықтамай жұмыс істеуге ұмтылады. Шағылдырып балқытудың нақты қожтарындағы жеке қож түзуші компоненттердің мөлшері келесі аралықтар өзгереді, %: Cu 0,3 - 0,8; SiO₂ 32 - 46%, FeO 35 - 55, CaO 1,5 - 22, Al₂O₃ 3 - 10%, Zn 6 - 8 дейін, S 0,5 - 1,5.

Шағылдырып балқыту штейнінің құрамында 80 - 90% мыс және темір сульфидтері болады, ал олардың құрамына 15 - 55% Сu, 15 - 50% Fе, 20 - 30% S, 2% Zn, сонымен қатар асыл және басқа металдар кіреді. Қож кремний, темір, кальций және алюминий (SiO₂, FeO, CaO, және 0,5% Cu) оксидтерінен тұрады. Мыс пен асыл металдарды штейнге шығару дәрежесі 96 - 99,5% - ға жетеді.

Штейн қорытуға арналған жетілген агрегат электрлік пеш болып табылады. Онда жоғары өнімділікке қол жеткізіледі, пеште балқытумен қарағанда шығарумен жоғалтулар төмендейді. Бірақ шағылдыру және электрлік пештерде балқытудың бірқатар кемшіліктері бар. Бірінші кезекте олардың қатарына төмен меншікті өнімділік жатады. Шағылдыру пештерін ол 4,0 - 4,5т / тәулік, ал электрлік пештерде аздап жоғары құрайды. Электрлік пешке шикізатты пайдаланудың айтарлықтай төмен кешенділік тән, яғни біраз бағалы металдар (қорғасын, мырыш, кадмий, германий, рений және басқалары) штейнге шықпайды және барлығы дерлік жоғалады.

ТМД елдерінде сұйық ваннада балқыту деп аталатын балқытудың жаңа сызбасы ұсынылды. Бұл тәсіл 50 - 60т / (м² · тәулік) - ке дейінгі өте жоғары меншікті өнімділікке, отынның төмен шығысына ие (шағылдыру деңгейімен салыстырғанда шамамен үш есе кем), бұдан басқа мыстың және басқа түсті металдардың шығу дәрежесі артады. 20 - 40% күкіртті ангидридтен тұратын шықпа газдар күкірт қышқылын өндіру үшін қолданылады.

Сұйық ваннада балқытуға арналған пеш ұзындығы 10м, ені 2 - 3м және биіктігі 6 - 6,5м болатын тікбұрышты шахта болып келеді (9.2 - ші сурет). Пештің бүйір қабырғаларында үрлеуге арналған сумен суытылатын үрлегіштер орналасқан. Шахта қабырғалары сумен салқындатылатын кессондар түрінде орындалған. Пештің төменгі бөлігі (көміш) отқа төзімді кірпіштермен шегенделген. Балқыту үзіліссіз жүргізіледі. Қож пен штейнді шығару көмішпен тоғыцсқан және қосылған қожтық және штейндік сифондар арқылы жүреді. Шихталық материалдар күмбездегі тесіктер арқылы жүктеледі, олар ленталық қоректендіргіштер көмегімен бункерден беріледі.

Сурет 9.2 - Сұйық ваннаға арналған пеш құрылғысының сызбасы: 1 - Готейн; 2 - Үрлегіштер; 3 - Қож

Шахталық пештерде штейнге балқыту

Мыс кендерін шахталық балқыту бірнеше ғасыр сақталған және қазіргі уақытқа дейін практикалық маңызы жойылмаған штейнге балқытудың ескі тәсілі болып табылады. Шахталық пеш шахтаға ұқсас тік жұмысшы кеңістігі бар балқыту аппараты болып келеді. Түсті металлургияның шахталық пештерінің көлденең қимасының формасы тікбұрышты. Кен мен флюстерден тұратын шихтаны және отынды периодты түрде салысдар деп аталатын жеке порциялармен мойындық алаңшаға жүктейді. Пештің төменгі бөлігіне үрлегіш арқылы ауа үрленеді. Үрлегіш маңында отын (қайта өңделетін шихтаның сульфидтері немесе кокс) жанады және сол жерде өте жоғары температуралар дамиды (1300 - 1600°С - қа дейін). Жоғары температуралар зонасы пеш фокусы деп аталады. Бөлінетін жылу есебінен пеш фокусында шихтанфың балқуы жүреді және балқыту өнімдерінің түзілуі аяқталады.

Балқытудың сұйық өнімдері (қож бен штейн) ішкі көмішке ағады, одан олар қату үшін алдыңғы көмішке сифондық астауша арқылы бірге беріледі. Штейн мен қожтың бөлек шығуы алдыңғы көміштен жүзеге асырылады. Балқыту шамасы бойынша шихта төмен түседі, ал оның орнына жаңа порциясы жүктеледі. Үрлегіш маңында және одан жоғарыда пайда болған газдар жоғары қарай көтеріледі, түсуші шихта бағанынан өтіп, оған өзінің бар жылуын береді. Қарсы ағын принципі бойынша газдар мен шихта арасындағы жылу алмасу металлургиялық пештерде байқалатын және шахталық пештерде 80 - 85% - ға жететін жылуды пайдаланудың өте жоғары коэффициентін қамтамасыз етеді.

Көптеген басқа балқыту пештерімен салыстырғанда шахталық пештерде тек ірілігі 20 - 100мм кесекті материалды балқытуға болады. Ұсақ шихтаны (кенді немесе концентраттарды) қайта өңдеу жағдайларында оны агломерация немесе брикеттеу тәсілдерімен алдын ала кесектеу қажет. Мыс кендері мен концентраттарын қайта өңдеуге шахталық балқытудың төрт түрі қолданылады: тотықсыздандыру, пиритті (тотықтандыру), жартылай пиритті және жетілдірілген пиритті немесе мысты-күкіртті. Қазіргі заманғы мыс металлургиясында кенді шикізатты өқайта өңдеуде тек екі соңғы тәсіл ғана практикалық маңызын жоғалтқан жоқ. Тотықсыздандырып шахталық балқыту қазіргі уақытқа дейін екіншілік шикізаттан қара мыс алудың негізгі тәсілі ретінде қолданылады.

Тотыққан немесе екіншілік шикізатты қайта өңдеуге жарамды тотықсыздандырып балқытуда үрдіске қажетті барлық жылу шығысы қатты шихта массасының 15% - нан кем емес болатын коксты жағу есебінен алынады.

Пиритті балқыту тотықсыздандырып балқытуға қарағанда жану жылуы 5000 - 6000 кДж/кг болатын сульфидті шихтаның тотығуынан (жануынан) бөлінентін жылу есебінен теориялық толығымен жүре алады. Өте шиелініскен жылулық баланс әсерінен практикада пешке 2% - ға дейіне кокс енгізілді. Құрамында 75% - дан кем емес пирит (~ 42% күкірт) болатын жоғары күкіртті кендерді ғана қайта өңдеуге жарамды пиритті балқыту таза күйінде практикалық мәнін жоғалтты.

Бастапқы шихтадағы сульфидтер шахталық балқытуды автогенді ендіруге жеткіліксіз болған жағдайларда жылу жетіспеушілігі көміртекті отын жағумен толықтырылады. Жылу сульфидтердің жануынан да, отын жағудан да алынатын шахталық балқытудың бұл түрі жартылай пиритті деген атауға ие болды. Шахталық балқытудың бұл түріндегі кокс шығысы 5 ‑ 12% аралығында өзгереді. Осылай жартылай пиритті балқыту тотықсыздарып және пиритті балқытулары арасында аралық орын алады.

Жартылай пиритті балқыту барысын және сипатын анықтайтын негізгі үрдістер пеш фокусында дамиды, мұнда максимал температураға (1600^оС ‑ қа дейін) қол жеткізіледі және кесекті костер мен сульфидтердің (қатты және сұйық күйінде) жану, шихта компоненттерінің, штейндік және қожтық түзілімдерді балқыту үрдістері жүреді.

Клаасикалық нұсқадағы мысты-күкіртті балқыту күкіртті қарапайым күйде алу мақсатында пеш газдарын өңдеудің жетілдірілген тәсілімен бірге, құрамында 40 - 42% - дан кем емес күкірт бар жоғары күкіртті кендерді пиритті балқыту болып келеді. Ол үшін кокстың артқан мөлшерімен (12% - ға дейін) және кварцты флюспен сульфидті кенді биіктігі өсірілген герметизацияланған шахталық пеште балқытады.

Мысты-күкіртті балқыту үшін пеште биіктік бойынша үш анық көрінетін: тотықтырып балқыту (төменгі), тотықсыздандыру (ортаңғы) және дайындық (жоғарғы) зоналарының болуы тән.

Үрлегіш маңында орналасқан және өте шектелген өлшемдерге ие тотықтырып балқыту зонасында пештегі жоғары температуралар (1200 - 1450^оС) орын алады. Балқытуға қажетті жылу пиритті балқытудың негізгі реакциясы жүруі нәтижесінде бөлінеді:

2FeS + 3O₂ + SiO₂ = 2FeO · SiO₂ + 2SiO₂ + 1030290кДж.

Классикалық пиритті балқытуда реакция реагенттерінің стехиометриясынан ешқандай ауытқуларға жол берілмейді. Кез келген бастапқы реагенттің артық болуы немесе жетіспеуі балқытудың жылулық режимінің, пеш фокусының қысқаруына немесе созылуына әкеледі. Пиритті балқытуда теория жүзінде үрілген барлық оттегі үрлегіш маңында толығымен шығындалуы қажет және фурмаға децйін кокс жетпеуі керек. Кері жағдайда пиритті эффект жоғалады және пеш «теке» түзе отырып қата бастайды.

Пиритті балқытудың сұйық өнімдері пештің ішкі көмішіне және ары қарай сыртқы тұндырғышқа ағады, ал толығымен дерлік күкірт ангидриді мен азоттан тұратын газдар жоғары ұмтылады және қызған кокспен толған ортаңғы, тотықсыздандывру зонасына келіп түседі.

Концентраттарды шағылдыру немесе электрлік пештерде штейнге балқытылады. Шағылдыру пеші ұзындығы 30 - 40м, ені 8 - 10м және табаннан күмбезге дейінгі биіктігі 3,5 - 4,5м болатын тікбұрышты камера болып келеді. пештің жұмысшы кеңістігі династық немесе хромомагнезиттік кірпішпен шегенделген. Күмбез династық кірпіштен жасалған аркалы немесе магнезиттен жасалған аспалы болып келеді. Пеш мазутпен, табиғи газбен немесе көмір шаңымен қыздырылады. Оттықтар немесе форсункалар пештің алдыңғы торцтық қабырғасында бір қатарда орналасады. Жанудың газ тәріздес өнімдері шихтаны шаяды, артқы қабырғаға өтеді және газ өткізгіштен пеш көмейіне жіберіледі.

Пештің бүйір қабырғаларына жақын орналасқан күмбездегі тесіктер арқылы шихта жүктеледі. Қож пен штейн пештің бүйір қабырғаларындағы арнайы есіктер арқылы периодты түрде шығарылып отырады. Штейнге балқытуда келесі реакциялар жүреді. Алдымен шихтаны қыздыру шамасына байланысты мыс оксидінің темір сульфидімен өзара әрекеттесуі жүреді:

6CuO + Fe = 3Cu₂O + SO₂ + FeO.

Түзілген мыс оксиді темір сульфидімен мына реакция бойынша өзара әрекеттеседі:

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO.

Бұл реакция штейнге балқытуда негізгі болып табылады. Бұл ретте мыс пен темір сульфидтері балқып, сұйық штейн түзеді. Бір уақытта темір силикаттары мен басқа оксидтерден сұйық қож қалыптасады.

Шағылдырып балқыту штейнінің құрамында 80 - 90% мыс және темір сульфидтері болады, ал олардың құрамына 15 - 55% Сu, 15 - 50% Fе, 20 - 30% S, 2% Zn, сонымен қатар асыл және басқа металдар кіреді. Қож кремний, темір, кальций және алюминий оксидтерінен тұрады. Мыс пен асыл металдарды штейнге шығару дәрежесі 96 - 99,5% - ға жетеді.

Мыс штейндерін конвертрлеу

Бастапқы кен шикізатынан құрамына және түріне байланысты, құрамында 10 - 12 ден 70 - 75% - ға дейінгі Сu бар, мыс штейндерін барлық жерде конвертірлеу әдісімен өңдейді. Конвертірлеуге мыс штейндерінен басқа, балқытылған немесе қатты күйде бай мыс кендері, кварцты флюстер (көбінесе алтын құрамдылар) және басқада материалдар келіп түседі. Мыс штейндері негізінен мыс сульфидінен (Cu₂S) және темірден (Fe₂S) тұрады.

Конвертірлеу үрдісінің негізгі мақсаты темір мен күкіртті және тағы басқа қатысатын компоненттердің әсерінен қара мысты алу. Асыл металдар толығымен дерлік (сондай ақ селен және теллур) қара металда қалады. Экзотермиялық әсерге байланысты конвертірлеудің көптеген реакциялары артық отын шығынын тудырмайды, бұл дегеніміз тікелей автогенді үрдіс болып саналатындығын көрсетеді.

Мыс штейнін конвертірлеу кезінде сульфидтердің тотығуы, темірдің қожсыздануы қара мысты бөлуі жүреді. Конвертірлеуді бұрыштық үрлеу арқылы конвертірде көлденең орналастыру арқылы жүргіземіз (9.3 - ші сурет). Конвертер ішінен магнезитті немесе хромомагнезитті кірпішпен қаланған, болатты цилиндр түрінде болады. Конвертердің сыртқы диаметрі 3 - 4, ұзындығы 6 - 10м. Конвертердің сиымдылығы 8 - 100т құрайды. Корпустың ортанғы бөлігінде конвертерге, темір тотығынын қожсыздандыруға арналған, кварцты флюсті беретін және балқытылған штейнді құятын мойындық орналасқан. Мойындық арқылы қара мысты және қожты шығарады. Конвертердің ось бойымен айналуы электр өткізгіш арқылы жүреді. Балқыманы ауамен үрлеу конвертердің бойымен орналасқан фурма арқылы беріледі. Фурманың санына (40 тан 50 ге дейін) конвертердің сиымдылығына байланысты өзгереді.

Конвертер көлденең ось бойымен айналады. Конвертердің барлық қызметі (тиеу, балқыма қоймалжыңдары, газдарды шығару) корпустың ортаңғы бөлігінде орналасқан мойындық арқылы жүзеге асады. Конвертерге ауаны корпустың бір жақ шетінде орналасқан фурма арқылы береді. Соңғы кездерде конвертерлерде коллектор - фурманы қолдану кеңінен таралған. Бұл құрылғыда, ауалы коллектор, өзінің корпусында орналасқан фурмалы түтіктердің деңгейінде орналастырылады. Коллектордың қарама қарсы жағында фурмалы түтіктердің ось бойымен, жұмыс жасап тұрған конвертерге үрлеуді тоқтатпай ақ, фурманы тазартуға мүмкіндік беретін, шарлы бекітілген клапандар жасалған.

Сурет 9.3 - Штейнді үрлеуге арналған конвертердің сұлбасы: а - Тік қима; б - Көлденең қима

Көлденең конвертерлер - үздіксіз жұмыс жасайтын аппараттар. Конвертордың негізгі жұмысшы аймағы болып, көлднең ось бойымен айналу бұрышына байланысты: штейнді құю, штейнді үрлеу (фурма балқымаға жүктелген), қож қоймалжыңы, қара мыс қоймалжыңы түрлерінде болады. Штейнге үрлеу кезінде түзілетін, газдар, конвертерде орналасқан герметикалық тозаңдатқышқа мойындық арқылы, арі қарай газ ағымының жүйесіне беріледі.

Мыс штейндерін конвертірлеудің ұйымдастырылған үрдістері екі кезеңге бөлінеді. Бірінші кезең - сульфидті массалар жиынтығы. Оның негізінде темір сульфидтерін тотықсыздандыру және осы кезде түзілетін тотықтардың қожқа өтуі жатыр. Темір сульфидтерін тотықсыздандырудың ерекшелігі, бірінші кезеңде мыспен салыстырғанда темірдің оттекке жоғары жақындығымен анықталады.

Бірінші кезеңде сульфидтердің тотықсыздандырылуы ауа оттегісен жүзеге асады. Осыған байланысты темір сульфидінің штейндегі концентрация төмендеп, сәйкесінше мыс сульфиді жоғарылайды, бұл дегеніміз, негізгі құрамы мыс сульфидінен тұратын және 78 - 80% Cu және 20 - 21% S құрайтын ақ штейнге дейін түзілуі. Темірдің қожка өтуіне кварцтты (SiO₂) флюс әсер етеді. Бірінші кезеңнің негізгі реакциялары болып келесілер саналады:

2FeS + O₂ + SiO₂ = 2FeO · SiO₂ + 2SO₂,

2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂,

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO.

Бірінші кезең штейндегі мыстың құрамына байланысты 6 дан 25 сағатқа дейін созылады.

Реакциялы деп аталатын, екінші кезеңде, нәтижесінде қара мыс алынатын ақ штейнде ауамен үрлеу жүреді. Бұл кезеңнің негізгі реакциялары болып келесілер саналады:

Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂,

Cu₂S + 2Cu₂O = 6[Cu] + SO₂.

Екінші кезең 2 - 3 сағатқа созылады. Екінші кезеңнің аяқталуына қарай мысты конвертерден алып тік бұрышты болатты шөміштерге құяды. Қара мыстың құрамында: 97,5 - 99,5% Cu, 0,01 - 0,1% Fe, ≤ 0,3% Sb, ≤ 0,05% Bi, сондай ақ никельдің, мышьяктың, күмістің, алтынның және т.б. біршама мөлшері бар. Мысты және асыл металдарды жиынтықты бөліп алу 95 - 99% құрайды.

Конвертордың өнімділігі жалпы балқуға кеткен уақыт ұзақтығына бюайланысты 1 сағатта қара мысты өндіруге 4 - 12т құрайды. Тұтынушыларға қара мысты тікелей қолдану, оның құрамындағы электрлік, механикалық және басқада мыстың маңызды қасиеттерін және бағалы элементтерін - бағыттарын нашарлататын, құрамындағы зиянды қоспалардың әсерінен мүмкін емес.

Қара мысты рафинерлеуді экономикалық жағдайларға байланысты екі сатыда жүргізеді. Алдымен мысты зиянды қоспалардан оттық рафинерлеу әдісімен, содан кейін электролитті әдіспен тазартады. Бір ғана электролитті рафинерлеу қарастырылуы мүмкін. Алайда алдын ала мысты тазартусыз электролизді жүргізу қымбатқа соғуы мүмкін.

Мысты рафинерлеу

Қара мысты рафинерлеу (қоспаларды алып тастау) алдымен оттық, электролиттік әдіспен өндіреді. Осыған сәйкес тек қана қоспаларды ғана емес, сондай ақ мыстан алтын металдарды және басқада бағалы қоспаларды алуға болады. Оттық рафинерлеуді құрылысы жағынан штейнді балқытуға арналған пештерге ұқсас, шағылыстырғыш пештерде жүргізеді. Пештердің сиымдылығы 200 - 400т құрайды. Пештерді табиғи газбен, мазутпен және көмір шаңымен қыздырады. Балқыту үрдісіндегі температура 1130 - 1150°С болады. Балқу ұзақтығы 20 сағат құрайды және қара мысты конверторден алғаннан кейін бірден пешке құятын болса 6 - 8 сағатқа төмендейді.

Балқыту үрдісі кезінде темір түтіктері арқылы балқымаға ауа оттегісімен үрілетін қоспаларды тотықсыздандыру жүреді. Мысқа қарағанда оттекке химиялық қасиеті жағынан ұқсас қоспалар тотықсызданады. Оларға темір, никель, мырыш, мышьяк, сурма жатады. Асыл металдар тотықсызданбайды және мыста қалып қояды. Соның ішінде селен және теллур толығымен дерлік тотықсызданбайды , ал висмут шамалы дәрежеде тотықсызданады. Тотықсыздандыру кезеңінің негізгі реакциялары болып келесілер саналады:

4[Cu] + O₂ = Cu₂O,

[Me]_(қоспа) +Сu₂O = MeO + 2[Cu].

Тотықсыздандыру кезеңінен кейін пештен қожты алып балқытылған мыстан еріген газдарды шығарып тастайды. Бұл операцияны тығыздығына байланысты дразнерлеу деп атайды, ол металдық ваннаға шикі қоспаларды салуды қарастырады. Осыған сәйкес ваннаның араласуына және одан күкіртті ангидрит және тағы басқа газдар түріндегі күкіртті алып тастауға әсер ететін, газ түсгіш көмірсутектілер және су бүркемесін интенсивті түрде шығару жүреді. Содан кейін созылымдылыққа дразнерлеу операциясын жүргізеді, бұл операция мысты қышқылсыздандыруға , яғни одан ерітілген оттекті алып тастауға қажет. Ол үшін ваннаның жоғарғы бетіне көмірдің бір бөлігін тастайдыда оған қайтадан шикі қоспаларды тиейді. Оттық рафинерлеу нәтижесінде құрамында 9,0 - 99,5% Сu және 0,5 - 1,0% мысты алады. Мысты жазық шөміштерге құйып, электролиттік рафинерлеуге жіберетін анодтарды алады.

Электролиттік рафинерлеуді жоғары деңгейдегі таза мыстарды алу үшін және асыл металдарды, басқада бағалы қоспаларды алып тастау үшін жүргізеді. Электролизді күкіртті қышқыл қоспасы бар күкіртқышқылды мыс ерітіндісімен толтырылған, электролиттік ванналарда жүргізеді. Ванналарды ішкі жағы қорғасынмен немесе винипластпен қапталған, темір ветоннан немесе ағаштан жасайды. Цехта 1500 - 2000 ваннан орналасқан. Анодтарды ванналардың шетіне іліп катодтармен (мыстың немесе тотықпайтын болаттың жұқа түрі) алмастырады. Электролиз үрдісінде мыс аноды еріп кетеді, яғни мыс еритіндіге өтеді, сосын катодта шығарылады. Катодта мыс иондарының зарядталуы жүреді. Үрдіс 5 - 12 күнге созылады. Таза мыстан алынған катодтарды ваннадан шығарып әбден жуады, сосын электр пештерінде қайта балқытады. Бұндай қоспалар, алтын, күміс, селен, теллур, электролиз үрдісінде ерімейді және тұнбаға (шлам) түседі. Шламды одан бағалы элементтерді алу мақсатында қайта өңдейді. Тұнбаға сондай ақ қорғасын, қалайы, сурма түседі. 1 тонна мыс катодына кететін электр шығыны құрайды: 200 - 300кВт · сағат, тоқ бойынша шығын 98%. МО маркасындағы таза мыс шамамен 99,95% Сu құрайды.

Алюминий және оның қосылыстарының қасиеттері

Алюминий оттекке жоғары химиялық қатыста болады, ол оның болат өндірісінде қышқылсыздандырғыш ретінде кең қолданысқа ие болуын анықтайды:

2[Al]_Fe + 3[О]_Fe = (Al₂O₃),

lnK_al = ln([a_Al]² · [a_o2]³ = (- 59560 / T) + 17,71.

1873К lnK_al = - 14,09 болған кездеоның қышқылсыздандыру қасиеті сәйкесінше жоғары. Алюминийдің атомдық массасы 26,98, t_пл = 933,23К, t_кип = 2773К. 70 - 90% дейінгі Al ауа оттегі және шлак арқылы қышқылсыздандырылады, ал қалған құрамы болатта тиімсіз, сондықтанда болатты қоспалау кезінде қышқылсыздандыру үшін ферроалюминий және басқада балқымаларды (Fe - Mn - Al, Fe - Al - Mn - Si, Fe - Cr - Al және т.б.) қолданады. Бұл алюминий ферроқорытпаларын алу үшін алюминий шикізатын алюмасиликаттарға алмастырып қымбат және ақаулы бокситтерді алып тастау арқылы пештерде алюминийді электротермиялық әдіспен өңдеуді алюминий ферроқорытпаларын алуда мүмкіндік береді. Болатты қышқылсыздандыру үшін 10 - 30% Al бар ферроалюминийді қолдану алюминийді тиімді пайданануды 50 - 90% Al дейін жоғарылатады және ол біртіпдеп өседі. Алюминий (ФСА, ФАМС) және басқада қоспалардың қышқылсыздандыру қасиеттері таза элементтердің қышқылсыздандыру қасиеттерін жоғарылатады. Al₂O₃ - тің жоғары тотығы 2326К температурада балқиды. Жоғары температураларда AlO, Al₂O, Al₂O₃. t_кип Al₂O₃ = 3930К тотықтары үлкен роль атқарады. С мен қосылысы кезінде алюминийдің берік тотық карбиттері Al₄O₄C және Al₂OC түзіледі. Al₄O₃ SiO₂ мен және басқада металдармен қосылып Al₄O₄C t_плав = 1873К түзіледі.

Глиноземқұрамды кендер және минералдар

Алюминийді алу үшін шикізат ретінде глиноземгидратынан (бір сутекті гидраттан), глинозем моногидратынан - диаспор және бемиттен тұратын тау жынысы түріндегі боксит саналады. AlOOH үш сутекті гидраттан, гиббстан Al(OH)₃ және басқада гидрооксил (гетит, гидрогетит, гидрогематит)және темір тотығынан тұрады.

Бокситтің үш түрі ажыратылады: 1)моногидратты (диаспор, бемит), 2) үш гидратты (гиббс), 3) екі минералдың да пішінін құрайтын араластар.

Зиянды қоспа ретінде SiO₂ саналады. Бокситтің негізгі химиялық қоспасы болып Al₂O₃ саналады. Өнеркәсіптік бокситтердегі глиноземнің құрамы 28 - 60% аралығында болады. Глиноземнің 10 маркасы қарастырылады: ЭБ - 1, ЭБ - 2 маркасы электрлі коронд өндірісі үшін, ЦБ - 1 ЦБ - 2 цемент үшін, ОБ - отқа төзімділер үшін, ГБ - глинозем, МБ - мартен өндірісі үшін. Al₂O₃ тің бокситтің МБ , ГБ маркаларында шамамен 28%, ал ЦБ - 1 де - 34%, ЭБ - 2 де - 43%.

БҰҰ да бокситтің кен орындары: Оралда, (Қазақстанда, Торғай бокситтік ауданы), Кросноярск ауданында және Украинада. Жер шарында боксит кен орындарын жасаудың ең тиімді жолы болып тропиктермен (әлемдік қордың 80%) Альп және Гимолай тау жүйелерінің жазықтары саналады. Алюминий күн энергиясын қолдануда жиынтықты қондырғыларды жасау арқылы құрылымды материал ретінде қолданылады. Алюминийді және оның органикалық қоспаларын қолдануды жоғары дәрежеде болғандықтан әлемнің барлық елдерінде алюминий және оның қоспаларын глинозем құрамды бокситтерден әр түрлі әдістер электр балқыма, химиялық, микробиологиялық, сілтісіздендіру және т.б. арқылы алу технологиясы бойынша жұмыстар жүргізуде.

Осыған байланысты БҰҰ және басқада елдерде құрамында ферроқорытпа бар жиынтықты алюмнийді алудың жаңа технологиялық үрдістері қарастырылуда, оларды қара металлургияда болатты қышқылсыздандыру үшін, қара және түсті металлургияда біріншілік алюминий шығынын төмендетуге мүмкіндік береді.

Ферроалюминий технологиясы

FeAl дің химиялық құрамы келесі маркалар үшін: ФА - 10: 8 - 11,9% Al, ФА - 15: 12 - 16,9% Al, ФА - 20: 17 - 21,9% Al және ФА - 23: 22 - 24% Al. Келесі маркалар үшін қоспалардың құрамы: 4% Si, 4% C, 0,06% S, 0,06% P. FeAl балқытуды үлкен қуаттылықты жабық электр пештерінде жүргізеді, балқыту технологиясы совролитті концентраттың (48 - 50%; Al₂O₃; 34 - 36% SiO₂ және ≈ 15% Fe₂O₃ немесе басқа алюмосиликатты шикізаттардан (силимоноит, дистен, каолин және т.б.) боксит агломераттарынан алынатын электрлі корундтан алюминийді өңдеуден тұрады. Осылайша қарапайым әдіспен (SiO₂ және Fe, өндірілуімен, кен өндіргіш пештерде кедей бокситтерден көміртек алумен ) алынған электрлі корунд құрайды: 91 - 96% Al₂O₃, 1 - 3% SiO₂, 1 - 2% TiO₂, ≈ 0,5% MgO; 0,8 - 3% CaO. Осыған байланысты ферросилиций (ФС20 - 25) алынады.

Бірінші сатыда 1т электрлі корундқа және 500 - 800кг FeSi ге кедей бокситтің 1600 - 1700кг, кокстың 250 - 300кг - ы, болаттың 600 - 850 шамасы электр энергия 5000кВт / сағат болғанда агломераты алынады.

Екінші саты металды үздікті шығару арқылы және шлактың аздаған мөлшері жүретін үздіксіз үрдіс. Шихта ретінде электрлі корунд, кокс, болат қолданылады. Шихтаны дұрыс таңдап алу және құрау арқылы және электрлік режимді таңдау арқылы үрдіс қиындықсыз жүреді. Металды шығаруды әрбір екі сағат сайын жүргізеді. 1 т құймаға шлактың 1 - 3% өтеді. Шлак біршама жақсы жүреді. FeAl дің құрамы: 8 - 20% Al, 2 - 3,5% Si, 1 - 3% С, н.б. 0,03% S және 0,04% Р. 1т FeAl ге кететін шығын (ФА15) 3900кВт / сағат.

Азотталған FeAl-ді (8 - 28% Al, 4 - 10% N₂, н.б. 4% Si, 1 - 3% C қалғандары Fe) алу тиімдірек. Құймаларды ауада азоттандыру арқылы азот немесе алюминийді 1473 - 1553К жүргізеді. Алюминий нитридін құрайтын құймаларды қолдану олардың құрамына кіретін азотты толығымен пайдалануға мүмкіндік беріп марганец немесе хромның азотталған құймаларын пайдаланбайды. Барлық алюминий қорытпаларын алу кезінде алюминий шикізаттарын жоғары температура кезінде сұйық фаза түзілуі арқылы өндіріледі, сондай ақ металдық құрамдағы өндірілген алюминийдің ерітіндісімен.

Бұл қағидаға алюминийді басқада құймалармен алу технологиясы сүйенеді. Ол құймаларға, мысалы, ферромарганец, ферроалюминий және ФАМС жатады. ФМнА - ның құймасын балқыту үшін электрлі корунд, қайта өңделген көміртекті FeMn, болат струшкасы және кокс жанғағы. Балқыманы металды әрбір екі сағат сайын шығару арқылы үздіксіз жүргізеді. ФмнА - ның 1т құймасына (8 - 11% Al, 35 - 40% Mn және 2 - 4% Si) шығындалады: 400кг электрлі корунд, 440кг жоғарыкөміртекті FeMn, 340кг болат стружкасы, 160кг кокс электр энергия шамасы 3600кВт / сағ. болғанда. Металдың массасына байланысты шлактың құрамы 1 - 3% болады. Fe - Al - Mn - Si (ФАМС) жиынтықты құймасы тиімді болат қышқылсыздандырғыш болып саналады және одан әр түрлі шикізаттар алуға болады. БҰҰ - ның аумағындағы Оңтүстік Еуропада ставролитті концентратты - тау металлургиялық комбинатының өндісіндегі қалдықтарды қолдану тиімді. Ставролит 46 - 50% Al₂O₃, 36 - 38% SiO₂, 13 - 15% Fe₂O₃ құрайды. Концентратты брикеттейді немесе агломерациялайды. Үрдісті шлаксыз әдіспен үздіксіз түрде жүргізеді. Пештің колошнигі салқын, шихта еркін түрде болады, ағынөзек жақсы ашылады, ал шлактың құрамы 2% - дан (металдың массасынан) төмен. Құйманың құрамында: 10 - 14% Al, 22 - 94% Mn, 10 - 15% Si, н.б. 0,06% Р, 0,03 - 0,05% Zr, 1 - 2% С бар. Бұндай құрамдағы құйма сақтау кезінде сеппеленбейді. 1т ФАМС - ке (10% Fe, 25% Mn, 13% Si) 700кг ставролит, 400кг - тауарлы SiMn, 630кг болат стружкасы электр энергия 5200кВт / сағат. болғанда шығындалады. FeMnAl - дің 1т құймасының өзіндік құны 180 - 210$, ФАМС - те 300$ құрайды. ФАМС құймасын Si және Al көміртегін боксит агломератынан және кремнийдің төменгі құрамымен жоғары көміртекті FeMn немесе FeSiMn - ті метал ретінде енгізгендегі кварцитті алуға болады. Металдық қоспаны марганецті концентратпен алмастыру ертеректегі шлак түзумен және температураны пештің ваннасында төмендетумен байланысты. Бұл алюминий және кремнийдің жаксы өндірілуіне мүмкіндік бермейді.

FeSiAl

Ферросиликоалюминийдің құймасы ФСА ферроқорытпалар (FeMo, FeV және т. б.) алудың силико - алюминотермиялық үрдісі кезінде кешенді қышқылсыздандыргыш болат ретінде қолданылады. Бұл құймаларды алу үшін қуаттылығы 16,5 - 33МВа кен түзілгіш пештерде құйманың үздіксіз үрдісін қолданады. Шихтаны көмірлерді байыту арқылы жоғары күлділікті қалдықтардан, мысалы, Екібастұз кен орнынан алады. Бұл қалдықтардың құрамында 49 - 74% күлділік, 12 - 18% ұшқыш заттар, 3 - 8% ылғалдылық және 14 - 35% қатты көміртек. Минералдық құрамында қоспалардың мөлшері келесідей болады: SiO₂ - 62 - 66%, Al₂O₃ - 30 - 34%, CaO - 0,5 - 1%, MgO - 0,2 - 0,8%; FeO - 2 - 4%, P - 0,05 - 0,14%. Шихтаға қосымша кварцит және шамалы мөлшерде жоңқа, сонымен қатар темір құймаға үздіксіз өзіндік күйетін электродтардың болаттың қабығымен беріледі. Днепропетровский металлургиялық институтымен және Ақсу зауытымен жүргізілген зерттеулер көмірдің қалдықтары пештің жоғары бөлігіндегі колошниктегі температураға төтеп бере алатындығы және көмірдің бастапқы фракциясы, бастапқы пішінін сақтап қалатындығы дәлелденген. Үрдістің негізгі түрлерінің бірі болып, боксит агломератындағы (немесе басқа алюмосиликатты шикізат) болат жоңқасының қоспасымен алынған кокстың алюминий көміртегі және тотықты кремниймен түзілуі саналады. Оның орнына ферросилицийдің (ФС25, ФС45) аздаған қоспасын қолдануға болады. Құйманы бокситпен және кварцитті жоғары күлділікті көмірлердің (45 - 75% 30 - 40% Al₂O₃ и 45 - 55% кремнезема при 15 - 20% твердого углерода и по 10 - 15% летучих) мысалы, Екібастұз кен орнындағы көмір қалдықтарымен алмастыруға болады. Ферросиликоалюминийді балқыту кезінде құйманың химиялық құрамын массалы құрамдағы болатты қышқылсыздандыру үшін қажетті кремний мен алюминийдің қатынасына байланысты алу тиімді. Болаттың құрамын таңдау критерилерінің бірі болып, жоғары тығыздықтағы және сақтау кезінде сеппеленуіне қарсы беріктіліктегі құйманы саналады. Құймадағы Si және Al қатынасы Al 15% болғанда 4 - 6 аралығында болуы тиімдірек. Осыған байланысты қатынастарына байланысты Si және Al қатынасындағы жиынтық ФС 45, 65, 75 маркасындағы стандартты FeSi-дағы кремнийдің мөлшеріне сәйкес келуі керек, ал 0,07%-дан төмен болмауы керек. Көптеген елдердің қатарында фералсит деп аталатын 40 - 45% Si, 18 - 22% Аl FeSiAl шығарылады. Алсеминнің құрамы: 35 - 37% Si, 48 - 50% Al, 13 - 17% Fe, ≈ 0,4% O₂. ФАМнС түріндегі құйма (FeAlMnC) - симоналда ≈ 20% бойынша Al, Si, Mn бар. ДМетИ технологиясы бойынша алынған FeSiAl-ді қолдану болаттың кең таралған түрлері бойынша конвертерлі және мартенді болатты қышқылсыздандыру кезінде болаттың сапасының жоғарлауына және болаттағы алюминийдің құрамының 30 - 60% - ға жоғарлауына әкелді.

Силикоалюминий технологиясы (SiAl)

Al - Si жүйесіндегі құймалар 577^○С 12,3% Si болған кезде эвтетикамен кез келген қатынаста түзіле алады. Si - Al жүйесіндегі құймаларды құю саласында (қозғалтқыш блоктары, арматура, авияциялы қозғалтқыштар, дөңгелек дискілері т.б.) қолданылады. Осы жүйенің негізінде біріншілік алюминий және кристалдылық кремнийді балқыту әдістеріндегі әр түрлі элементтермен қоспаланған 5 - 33% Si құймаларды алады.

ТМД - да қуатты кен түзгіш пештерде электртермиялық әдістерді қолданып, әр түрлі алюмосиликатты шикізаттардың көміртектерімен кремний және алюминий тотықтарын шығарады. Электротермиялық әдіспен Al - ді SiAl түрде алу және оны біріншілік және екіншілік алюминийдің орнына болатты қышқылсыздандыру үшін қолдану келесідей артықшылықтарға ие:

1) электролизер қуаттылықтарымен өлшенбейтін, кен түзгіш пештердің жеткілікті бастапқы қуаттылығы;

2) ауыспалы тоқты тұрақты тоққа алмастыру және электрлік шығындарды азайту қажеттіліктерін болдырмау;

3) бокситтен глиноземді гидрометаллургиялық әдіспен алу қажеттілігінің жетіспеушілігі;

4) қымбат фторлы тұздарды қолдануды болдырмау;

5) әр түрлі алюмосиликаттарды (ставролитті, дистенді, силимонитті және басқада концентраттардан) және қазіргі кезде глинозем өндірісіне қолданылмайтын кедей бокситтерді қолдану арқылы кен базасын кеңейту мүмкіншілігі;

6) шикізаттан Al - ді арзан және кең таралған көміртекті қоспалармен өңдеу;

7) цехтерді тұрғызу кезінде глиноземді және электролизді цехтердің шығындарымен салыстырғанда қуатты кен түзгіш пештер мен есептегендегі төмен капиталды шығындар;

Al₂O₃ - ті көміртекпен қайта өңдеу кезінде Al - O₂ - C:

Al₂O₃ → Al₄O₄С → Al₂OС → Al₄С₃ → Al.

Al₂O₃ Al₄С₃ Fe, Si. SiAl Al и Si (3Al₂O₃ · 2SiO₂).

SiO_2(ж) + 2С = Si_(ж) + 2СО,

2 / 3Al₂O₃ + 2С = 4 / 3Al + 2СО.

Жоғары қуаттылықты кен өңдегіш пештерде Al - Si құймасын балқыту кезінде 59 - 64% Al құймасын алу тиімді. Бұл жағдайда құймадағы Al және Si активтілігі төмен және екіншілік карбид үрдістері Si + 2СО = SiС + СО₂, 2Al + СО = Al₂OC төмен деңгейде өтеді. SiAl-дің өндірісінің және оның негізіндегі литилі алюминий құймаларының (силумин АК12М2 және т.б.) технологиялық сұлбасы негізделген. Құю балқымаларының автомобиль өнеркәсібінде келесі құрамдағы түрі кең таралған: 11 - 12,5% Si, Cu - 1,75 - 25%, Fe - 0,6 - 0,9 %, Mg ≤ 0,2, Mn ≤ 0,5, Ni н.б. 0,3%, Ti ≤ 0,2, Zn ≤ 0,8%, Pb ≤ 0,15, Sr ≤ 0,1%.

Шикіқұрамның тотықты бөлігі глиноземнің алюмосиликатынан және басқада жоғары глиноземді минералдардан, ал Ni, Cu және т.б. элементтерді шикіқұрамға тотық немесе метал түрінде беруге болады. Олардың химиялық құрамына қойылатын негізгі талап темір тотығының төмен құрамы саналады. Өңдегіш ретінде газды көмірді (2,5 - 4,5% күлділік, 32 - 37% ұшқыш заттар, 78 - 80% С) және мұнайлы коксты (0,3 - 0,9% күлділік, 7 - 17% ұшқыш заттар, 88 - 90% С) береді, оларды шикіқұрамға Al және Si өңдеуге қажетті теориядан шамамен 94 - 98% енгізеді. Өңдегіштерді үсақ жіңішке тотықтармен бірге де ұнтақтайды да шнекті араластырғышта байланыстырғыш қоспасымен араластыруға жіберіледі. Содан кейін араласқан және ылғалдандырылған шикіқұрамды брикеттейді, оларды кептіреді және пешті бункерлерге бағыттайды. Балқытуды жабық колошникте және шикіқұрамның үнемі беріліп тұратын үйіндісімен жүргізеді. Колошникті арнайы мырышталған машинамен электродтардың жанында конустың пайда болуы үшін және шикіқұрамның жүрісін қамтамасыз ету үшін үйеді.құйма және қождың шығатын бөлігін бір уақытта құйманы рафинерлеп, үздіксіз футерленген қожда жүргізеді.

Алынған рафинерленген құйманың құрамында 59 - 63% Al, 38 - 39% Si және темірдің, титанның және калциймен басқада элементтердің қоспалары бар. Құйма балқыту миксеріне, ал қожды қайта өңдеуге жібереді. Құйманың рафинерленуінің металлургиялық өңделуі оны электролизді цехтан берілетін сұйық алюминиймен еріткеннен кейін басталады. Қыздырылатын миксерге құйма, салқындатылған қалдықтар және флюстерді береді. Содан кейін ерітілген құйманы кварц тығынының қабаты арқылы филтрлейді және газды қыздыратын филтрлегіш пешке бағыттап, конвейерлі түрдегі машинада қоспалайды және аралстырады.

Бақылау сұрақтары:

1. Мысты алуға арналған пирометаллургиялық әдісті сипаттап беріңіз.

2. Қайнаған қабаттағы күйдірудің маңызы неде?

3. Күйдіруге арналған пеш қандай түрде болады?

4. Шашыраңқы пештерде балқытудың негізгі мақсатын атаңыз?

5. Шашыраңқы пештерде балқыту механизмі қандай?

6. Шашыраңқы пеш нелерден тұрады?

7. Мыс кендерінің шахталық балқытудың ерекшелігі неде?

8. Мыс-күкіртті балқыманың сипаттамасы болып не саналады?

9. Мыс штейндерін конвертерлеу әдісін сипаттап беріңіз.

10. Электрлік рафинирлеудің мәні неде?

11. Алюминийдің қандай қасиеттерін білесіз?

12. Боксит дегеніміз не, оны не үшін қолданады?

13. Қуатты кен өңдегіш пештердң электртермиялық әдістің ерекшеліктерін атаңыз..

14. Ферроалюминий технологиясы туралы не білесіз?

15. Құйманы алюминиймен алу технологиясы қандай қағидаға негізделген, мысалы ферромарганецті алюминий және ФАМС құймасы?

16. Силикоалюминий (SiAl) технологиясын түсіндіріңіз?.

17. Брикеттеу үрдісі не үшін қолданылады?

Глоссарий:

1. Мыс - Д.И. Менделеевтің химиялық элементтер жүйесіндегі 4 кезеңнің бірінші тобының қосымша топшасындағы, атомдық нөмірі 29, элемент.

2. Штейн - темір сульфидінің, никельдің, мыстың, кобальттың және басқа элементтердің қоспасы. Штейн - сульфидті кендерден кейбір түсті металдарды (Cu, Ni, Pb и др.) алған кездегі аралық өнім.

3. Шашыраңқы пеш - материалға жылу отынның жануы арқылы газтүзгіш өнімдердің сәулеленуімен, сондай-ақ оттан қаланған пештің қыздырылған ішкі бетінен берілетін, өнеркәсіптік балқыту пеші.

4. Металлургиядағы конвертерлеу - көміртек, күкірт, темір және т.б. қоспаларды қожқа және газды фазаға беріп файнштейнді, қара мысты, болатты және т.б. алу арқылы штейнді немесе шойынды қайта өңдеудің қышқылсыздандырылған үрдісі.

5. Бокситтер - алюминді кен, алюминий гидроксидінен, темір оксиді және кремнийден тұратын, глинозем және глинозем құрамды отқа төзімді шикізат алу үшін.

6. Агломерат - агломерация үрдісінде кен концентратын кесектендіруде алынады. Кесекте қайнатылған ұсақ кендер ірілігі 5 - 100мм-ге дейінгі және ұсақтардың қажетсіз құрамымен.. Агломерат темір және қорғасын кенін күйдіргенде алынады.

7. Колошник - шихтаның тиімді таралуы үшін және жүктеу үшін қажетті пештің жоғарғы цилиндрлі бөлігі.

Блиц - тест

1 нұсқа

1. Мысты пирометаллургиялық әдіспен алудың қандай сатылары бар?

a) Гравитациялық концентрация, флотация, балқыту, күйдіру, сілтісіздендіру

b) Күйдіру, штейнге балқыту, штейнді конвертерлеу, оттық және электрлік рафинирлеу

c) Байыту, сілтісіздендіру, күйдіру және рафинирлеу

d) Гравитация, магниттік сепарация, күйдіру

e) Күйдіру, штейнге балқыту, байыту және рафинирлеу

2. Шашыраңқы пештерге тиелетін шихта ненің әсерінен балқиды?

a) Пештің жұмысшы аймағынан көлденең орналасқан көміртекті отынды жағу арқылы бөлінетін жылу нәтижесінде

b) Көміртектің қышқылсыздандырылуы арқылы бөлінетін СО көпіршіктерінің нәтижесінде

c) Оттектік отынды жағу арқылы бөлінетін жылу нәтижесінде

d) Көміртектің қышқылсыздандырылуы арқылы бөлінетін СО₂ көпіршіктерінің нәтижесінде

e) Регенератордағы жылудың нәтижесінен

3. Кедей концентраттардың құрамында мыстың мөлшері қандай болады?

a) 6 - 14%

b) 7 - 15%

c) 6 - 15%

d) 8 - 25%

e) 7 - 20%

4. Штейн тамшысын қорғау жылдамдығы жоғары болған сайын:

a) Оның өлшемі жоғарылайды

b) Оның өлшемі төмендейді

c) Оның диаметрі жоғарылайды

d) Оның биіктігі жоғарылайды

e) Оның қорғау уақыты жоғарылайды

5. Мыс штейндерінде кварцті флюстердің шамасы қандай болады?

a) 10 - 20%

b) 15 - 20%

c) 15 - 25%

d) 2 - 3%

e) 5 - 10%

6. Пиритті балқымадағы газдар толығымен дерлік .... тұрады.

a) Күкіртті ангидридтен және азоттан

b) Концентраттан және оттектен

c) Күкіртті ангидридтен және сутектен

d) Концентраттан және азоттан

e) Азоттан және сутектен

7. Шихталы тайқының бетінің қыздырылуы арқылы жеңіл балқитын ..... құрайтын шихталар - эвтетикалар түзіледі.

a) Сульфатты және қышқылды

b) Сульфидті және оттекті

c) Сульфатты және оттекті

d) Сутекті және қышқылды

e) Сульфидті және сутекті

8. Мыс кендерін және концентраттарын қайта өңдеу тәсілдері:

a) Электролиттік және магниттік сепарация

b) Пиро - және гидрометаллургиялық

c) Магнитті - флотациялық

d) Құрғақ магниттік сепарация

e) Байыту, құю, илеу

9. Пештің газында қалдықтарды не үшін қолданады?

a) Күкіртті қышқыл өндірісі үшін

b) Күкіртті оттек өндірісі үшін

c) Азоттық қышқыл өндірісі үшін

d) Отын өндірісі үшін

e) Кокс өндірісі үшін

10. Шашыраңқы пеш өнімдері:

a) Шойын, қож, домналық газ, колошникті шаң

b) Шойын, қож, штейн, табиғигаз

c) Штейн, қож, табиғи және домналық газ

d) Штейн, қож, шаң, газдар

e) Шойын, штейн, колошникті шаң

2 нұсқа

1. Алюминийдің массасы:

a) 26,99

b) 26,98

c) 26,89 d) 26,9 e) 27

2. 2326К - де не балқытылады ?

a) AlO жоғары тотығы

b) Al₂O - ның жоғары тотығы

c) Al₄O₄С жоғары тотығы d) Al₂OC жоғары тотығы

e) Al₂O₃ жоғары тотығы

3. Al₂O₃ негізгі химиялық компонентіне жатады………

a) Кен концентраты b) Силумин c) Бокситтер

d) Ставролит e) Глинозем

4. ЭБ маркалы бокситтегі Al₂O₃ массалық үлесі:

a) 2 - 43%

b) 1 - 34% c) 2 - 34% d) 1 - 43% e) 28%

5. Кедей бокситке 1600 - 1700кг агломерат неге шығындалады?

a) 2т электрокорундқа және 1т FeAl

b) 1т болат және 500 - 800кг FeSi c) 1т электрокорундқа және 1т FeSi

d) 1т электрокорундқа және 500 - 800кг FeSi

e) 2т электрокорундқ және 500 - 800кг FeAl

6. Fe - Al - Mn - Si (ФАМС) кешенді қорытпасы саналады:

a) Болаттың тиімді тотықсыздандырғышы болып, шикізаттың бір түрінен алуға болады b) Болатты тиімді қышқылсыздандырғышы болып, шикізаттың әр түрінен алуға болады

c) Болаттың тиімді тотықсыздандырғышы болып, шикізаттың әр түрінен алуға болады

d) Кеннің тиімді тотықсыздандырғышы болып, бокситтің әр түрінен алуға болады e) Болаттың тиімді тотықсыздандырғышы болып, шикізаттың бір түрінен алуға болады

7. Al₂O₃ - ті көміртекпен өңдеу кезінде Al - O₂ - C жүйесінде бірінен соң бірі жүретін сұлбаны қалай келтіруге болады?

a) Al₄O₄С → Al₂O₃ → Al₄С₃ → Al → Al₂OС

b) Al₂O₃ → Al₂OС → Al₄O₄С → Al₄С₃ → Al

c) Al₂O₃ → Al₂OС → Al₄С₃ d) Al → Al₄O₄С → Al₂OС → Al₄С₃ → Al₂O₃

e) Al₂O₃ → Al₄O₄С → Al₂OС → Al₄С₃ → Al

8. SiAl - ді балқыту үшін шихтаның құрамына не кіреді?

a) Дистенді, силимонитті концентрат, каолин, кварцит және глинозем

b) Дистенді, силимонитті концентрат, керосин, кварцит және ферроқорытпа

c) Кен, силимонитті концентрат, каолин, кокс және глинозем d) Дистенді, кен концентраты, хлорид, кварцит және глинозем

e) Ферросиликоалюминий, дистенді кен, каолин, кварцит және глинозем

9. Ең алдымен болатты қышқылсыздандыру және қоспалауға қолданылатын темір қоспалары Cr, Si, Mn, Ti қалай аталады:

a) Агломерат b) Ферроқорытпа

c) Қорытпа d) Боксит e) Күлділік

10. Ферросиликоалюминий FeSiAl –ді алу технологиясы:

a) ДМетЕ

b) ФАЛнС c) ДМетИ

d) ФАМнС e) FeAlMnC

Дәріс 10