Шахталық қысқартып балқытудың аралық өнімдеріндегі металдың жүруін зерттеу

                                                                 

Бұл ретте сульфидтер және басқа металдар тотығыды, ал жандырылатын қоспа агломератқа айнала отыра бірігеді. Кесектелген материал шахталы пеште балқытуды жүзеге асыру үшін қажет.   

Агломератты балқытуын  шахталы пеште тотықсызданған атмосферада  жүргізеді, яғни пеш газдарында көміртек оксидінің жеткілікті саны ~ СО, тотығу формасынан энергетикалық тотықсызданатын қорғасын

 

                                          РbО + СО = Рb + СО_2.                                                                                            (14)

 

Шахталы балқытуда  жартылай өнімдерді рационалды өңдеу  кезінде және рафинирленген үрдістерді қорғасын, алтын, күміс, мыс, мырыш, висмут, сурьма, қалайы және басқа металдар шикізатынан кешенді шығаруға болады.

Жоғарыда жазылған тәсілдерден басқа сульфидті  концентраттардан қорғасынды алу тәсілдер қатары бар; натрий сульфатымен, содамен, содалы қоспамен немесе сілтілермен концентраттың оның балқуы вакуум жағдайында да,  700-900 °С кезінде сутекпен концентраты, инертті газ атмосферасында қорғасын сульфидінің жүзгінінде концентраттан шығарылады және сутекті будан қорғасынның кезекті тотықсыздануында, табиғи газбен концентраттың тотықсыздануында.

Кенді шикізаттан қорғасын өндірісінің негізгі технологиясы СНГ елдеріндегі зауыттарда агломераттайтын  жандырғыш шихтамен шахталы тотықсызданатын балқыту болып табылады. Тек қана "Дальполиметалл" ӨБ қорғасын зауытында жылына 10 мың.т қорғасынды өндіретін таулы балқыту технологиясы қолданылады. "Казцинк " ААҚ да 1985 жылы тәжірибелік-өнеркәсіптік кешен әлемінде бірінші рет ОІЦЭТ-МҚ агрегатында тәулікте 350 т шихта жобалық өнімділікпен автогенді технология бойынша қорғасынды балқыту үшін берілді.

Порто − Весме (Италия) зауытында ОІЦЭТ - МҚ әдісімен қорғасынды алу. Порто − Весме (Италия) қорғасын зауыты жылына қуатпен 80 мың. т қорғасын (600 т/тәулік шихты) кеңестік лицензия бойынша ОІЦЭТ-ЦҚ те құрылды– үрдіс 1987 ж ақпанында пайдалуға берілді. Қазіргі уақытта ол ірі, жаңа технологияға негізделген, әлемде қорғасын зауытымен әсер ететін, қатаң экологиялық нормаларды толығымен қанағаттандыра алатын болып табылады.

ОІЦЭТ-МҚ – үрдісі. Қорғасын концентраттарынан және флюстан тазаланған шихта тотықсыздандырғышпен (әдетте кокспен) бірге техникалық оттекпен (92 % О₂, Р=10⁵ Па) қыздырғыш арқылы пештің реакционды шахтасына үрленеді. Тотыққан балқыма қорғасын оксиді сияқты металдық қорғасынды да құрайтын қорғасын сульфидтері мен оның оксидтерінің арасындағы реакциялар нәтижесінде түзілген ұсақ тамшылар ретінде алынады. Қорғасынның өлшенген балқуы техникалық оттек атмосферасында қорғасынның ұшырылған сульфидтерін будың төменгі қысымы кезінде қорғасынды оксидтерге және силикаттарға өткізеді. Қорғасын сульфидін ваннада балқыту үрдісінде технологиялық газдармен қармау рециркурленетін шаңдар ағынын береді және газсалқындатқыш тұрақта (утилизатор−қазаны) керек емес заттар жасайды.

ОІЦЭТ-тті пеште факелде түзілетін күкіртті газдар кішкене тесік арқылы реакционды шахтаның төменгі бөлігіне ваннамен байланыста, балқыма газының қармауын минимумға дейін төмендетеді. Мұндай конструктивті тетіктер арқасында ОІЦЭТ-тті пештердің технологиялық газдары басқа пештерге қарағанда аз шаң болады, газдың өңделуінің барлық циклі бойынша нақты ерекшеліктерді қамтамасыз етеді.

Тік балқытудың басқа үрдістері шихтаның кептірілуін  қарастырмайды, бірақ ОІЦЭТ-тті пештің шихтасында судың болмауы технологиялық газдардың көлемі мен энтальпиясын төмендетеді, өйткені жүзгіндер мен су буының көлемі төмендейді.

Технологиялық газдар пеш ваннасынан кетеді және тік салқындатқыш тұраққа мембраналы құбырлы қабырғалармен жоғалатын судың рециркуляциясы үшін беріледі. 480−500 °С температурасында газдардың салқындауынан кейін олар электрсүзгіде шаңнан тазартылды, сосын салқындатылады және жуылатын қондырғыда тазаланады. Технологиялық газдардағы шаңның аз көлемі және күкіртті газдың кіші көлемінде газжуатынқондырғы жинақты және зауытта шламдар мәселелері болмайды.

Факелде жеке түзілетін  темір триоксиді коксты қабатта  темір тотығына дейін тотықсызданады. 1300 °С температурасы балқыманың сұйықтық жағдайда ұстау үшін жеткілікті. Балқыту өнімдерінен жылуды үздіксіз қосуда  жоғары деңгейде қорғасын тотықсыздануының эндотермиялық реакцияларында кинетиканы қамтамасыз ету үшін жеткілікті [8].

Мұндай тотықсызданатын  коксты сүзгі пеште қорғасын оксидінің  ең төмен концентрациясының болуына  мүмкіндік береді, басқа балқыту үрдісінен қарағанда. ОІЦЭТ-МҚ - ваннада қорғасын оксидінің концентарциясы үрдісінде электртермиялық бөлікте 1-2 % дейін төмендейді, оның тотықсыздану реакциясы жүріп болады. Ваннадағы балқыту үрдісінде, керісінше, қорғасын оксидінің концентарциясы 35-45 % құрайды. Бұл ерекшелік ОІЦЭТ-МҚ – үрдісін тік балқытудың басқа үрдістері алдында келесі артықшылықтарды қамтамасыз етеді:

1) ваннаның өрттеуіштерге агрессивті әсері төмендейді;

2) қорғасынның тотықсыздану зонасы кіші өлшемдерге ие;

3) аз қорғасын оксидінің тотықсыздандырғыш зонасының күкіртті газдармен қармалады.

ОІЦЭТ-МҚ зауыттың жұмысы. Порто - Весмадағы қорғасын зауыты қорғасын - мырышты металлургиялық кешеннің құрамына кіреді [10].

Империал Смелтинг зауыты мен электролизді мырышты зауыты қоса отыра жасалатын шихтаның құрамы, %: 62-72 төмен сұрыпты концентраттар (48-52 % қорғасын, 18-22 % күкірт, 5-7 % мырыш, 6-8 % темір), 18-22 кектер ерітінділеуден дәне күнде кептірілген оксидтерден (18-24 % қорғасын),         10-14 флюстер (кремнезем мен әк). 

Технологиялық көрсеткіштер: шихта бойынша өнімділік ~ 24 т/сағ; шихтаның орташа құрамы, %: 43,7 қорғасын; 5 мырыш; 0,26 мыс; 6 темір;     6,7 кальций оксиді; 7,5 кремний оксиді; 16,6 күкірт; 600 г/т күміс; 0,26 сурьма мен 0,2 мышьяк.

Қаралай қорғасын (10,4 т/сағ шығуы) құрамы, %: 97,5 қорғасын; 0,48 мыс; 0,02 күкірт; 1370 г/т күміс. Қорғасын шығарылуының орташа температурасы 600 °С. Мырыш оксиді (950 кг/сағ шығуы) құрамы, %: 20 қорғасын; 60 мырыш; 0,1 мыс; 0,1 темір тотығы; 0,25 кальций оксиді; фтор ізі мен хлор ізі.

Қождың орташа құрамы (6,9 т/сағ) шығуы, %: 1,7-2 қорғасын; 7-9 мырыш; 0,16 мыс; 26 темір тотығы; 22,7 кальций оксиді; 25,1 кремний оксиді; 1,4 күкірт; 5 г/т күміс. Қождың шығуының орташа температурасы 1250 °С.

Түзілетін күкіртті газдың мөлшері 13000 нм/сағ құрайды, ондағы күкіртті ангидридтің құрамы ~21 % , заңдығы ~50 мг/нм³ (электрсүзгіден шығуында). Газдың температурасы, °С: утилизатор-қазаны кірісінде 1280, қазаннан шығысы 480; электрсүзгіден шығуында 380.

Рециркулирленген шаң (1200 кг/сағ шығуы) құрамы, %: 55 қорғасын;       5 мырыш; 10 күкірт. Оны периодты 4-5 сағат аралықта жоғалтады әрбір 10 күнде ондағы кадмий деңгейінің ұсталу мақсатында 4-5 %.

Шығару көрсеткіштері, %:

Қаралай металда  қорғасын                     97;

Қорғасынды жалпы шығару                     98,5;

Қаралай металда  күміс                       99,5;

Қаралай металда сурьма                      92;

Қаралай металда  мыс                               80;

Күкіртті газда  сілті                               97;

Күкіртті газда мышьяк                      3;

1 т шихтаға меншікті шығын:

оттек (100 % О₂), нм³                               165;

коксик(100 % С), кг                               45;

электродтар, кг                                         1;

электроэнергия ( электродтарға), кВт сағ 170.

Атмосфераға шығарылатын  газдар 36 дан 100 °С дейін температураға ие, шаңдылығы 2.5-4,5 мг/нм³, шаңдағы қорғасынның құрамы 25-50 %. Қорғасын концентрациясы зауыт атмосферасында 50 мкг/нм³кем.  

 

 

1.2 Сульфидті шикізаттардан қорғасынды тікелей тотықсыздандырып алудың жаңа әдістері

 

 

Қазіргі уақытта  әлемде қорғасынды тікелей алудың көптеген жаңа әдістері шығуда. Олардың қондырғысының  сипаттамалары әртүрлі болғанымен,  негізінен қорғасынды шихтадан тікелей  алу болып табылады.

Жұмыста қорғасынды тікелей алудың жаңа әдістеріне шолу әлемдегі ең кең таралған белгілі әдістерді  талдау арқылы жүргізілді.

Қорғасынды  сульфидті қорғасын концентраттарынан  немесе кендерден алдын ала агломерацияламай, күйдіру және балқыту процестерін  біріктіру арқылы алуды австралиялық Mount ISA фирмасы, Mines Ltd. мен CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Legearch Organization) патенттеген. Кен немесе концентрат ұнтақ немесе қоймалжың түрінде, отқатөзімділермен қапталған пештегі шлак ваннасына жүктеледі. Пештің температурасы           1000 - 1250 ºC.  Балқыманың араласуы фурма арқылы  жоғарыдан төменге қарай берілетін оттегімен байытылған ауамен іске асады. Сол фурмалармен сұйық отын да беріледі. Бірінші сатыда қорғасын сульфидін (PbS) тотықтырады. Бастапқы шихта құрамындағы 50 %-ға дейін қорғасын оксид түрінде шлакпен жұтылады. Екінші сатыда оксидтерді металға дейін тотықсыздандыру үшін пешке кесек көмір жүктеледі. Пештен шығарылатын шлакты қайта бірінші сатыға қайтарады. Шлакта мырыш концентрациясы көбейген кезде оны мырышты бөліп шығаруға жібереді. Процесті үздіксіз режимде жүргізуге болады.

Mount Isa Mines фирмасы  жүктеп жағу көмегімен қорғасын  концентраттарын балқыту үшін  тәжірибелі қондырғы жасауға 4 млн. доллар қаражат салған.  Қондырғының өнімділігі – сағатына 5 т қорғасын. Әдісті іске асыру үшін пештің балқыма қабатына ендіретін арнайы болат оттықты пайдаланады. Ауа немесе оттегімен бірге берілетін отын, балқыманың беттігінен төмен деңгейде қарқынды жанады. Сұйық ваннаға батырылып жағу  тотықтырғыштар мен шихта материалдарының қарқынды араласуын қамтамасыз етеді. Берілген балқыту әдісінде отынды аз қолданады. Процесте жүретін реакциялар өте жоғары жылдамдықпен жүреді. 

Материалдарды балқыту кезінде күкірт газының (SO₂) бөлінуімен бірге қорғасынның тотықсыздану реакциясы жүруі қажет. Металдық қорғасын және шлак әр уақытта бір-бірімен әрекеттесуде болады, өйткені балқу ванасындағы көмірдің жануының нәтижесінде қатты араласу жүреді. Ваннаның жоғарғы зонасында бөлінетін металдар буларын тотықсыздандыру үшін ауа беріледі.  Ұшырындыларға 20 %-дай қорғасын өтеді. Құрамында ~ 11 % күкірт газы SO₂ болатын бөлінетін газдар қазан-утилизатор арқылы өтіп, күкірт қышқыл  өндірісіне түседі. Құрамында 4 % қорғасыны бар шлак төгіліп, тұндырылады. Әрі қарай мырышты бөліп алу үшін шлак флюмингтеу процесіне жіберіледі.

Шлактың мөлшері  аз болғандықтан, оның құрамындағы  қорғасынның мөлшері   металдың қаралы қорғасынға бөлініп шығуының жалпы пайызына әсерін тигізбейді.

Батырылып жағу көмегімен жүргізілетін балқыту  әдісі  алдын-ала кедей қалайы концентраттарын өндеуге арналып жасалғанына қарамастан, қазіргі уақытта қорғасын кендері мен концентраттарын балқыту үшін кеңінен қолданыла бастады.

Қоршаған ортаны қорғау көзқарасы жағынан келесі перспективті әдістің бірі америкалық фирмамен ұсынылған.

Сульфидті концентраттардан қорғасын металдық темірмен тікелей  тотықсызданып бөлінеді. Өндеу өнімдері – металдық қорғасын және оксисульфидті  балқыма болып табылады. Қорғасынның (> 90 %) жоғары бөлініп шығуын  SO₂ бөлінетін кезінде шихтадағы оттегі, темір, күкірт  қатынастарын реттеу арқылы жеткізеді. Шихтаға  қосылатын флюстер оттегінің көзі болып қызмет атқарады.

Бай қорғасын концентраттарын  реакционды балқытудың жаңа түріне Сент-Джозеф Лед Ко фирмасының технологиясы - «Сульфидті концентраттардан қорғасынды алудың бірсатылы процесі» жатады. Бұл технология бойынша қорғасын балқымасына қорғасын концентратын, флюстерді және  1000-1050 ºС температураға дейін қыздырылған ауаны немесе оттегімен байытылған ауаны, қажет болса отынды  беруді ұсынады. Балқымада қорғасынның жарты бөлігі ауаның құрамындағы оттегі мен қорғасын оксидіне дейін тотықсызданады да, металдық қорғасын және күкірт газы бөлінеді. Метал оксиді  сульфидпен әрекеттеседі.

Бұл әдіс  Сент-Джозеф Лед Ко фирмасымен жартылай өндіріс көлемінде жанама үрлеу конверторда қолданылған. Авторлардың айтуынша процестің негізгі қиыншылығы  фурма аймағындағы футеровканың отқа төзімділігін сақтау және шлакты шығару мен кедейлендіру болып табылады.

Жоғарыда берілген процеске ұқсас әдісті Беткел Ко фирмасы (АҚШ) ұзындығы 6,5 м және ені 2,5 м  пеште сынаған.

Қарастырылған реакционды балқыту әдістері, қолданылған  қондырғылардың және зерттеулердің  әртүрлі дәрежесіне қарамастан,  бірдей кемшіліктерге ие:

- олар тек  құрамында  65 %-дан жоғары қорғасыны бар жоғарғы сапалы концентраттарды өңдеу үшін қолданылады;

- жоғары мөлшерде  технологиялық газдардың түзілуіне  байланысты, ол артық мөлшерде, 50 %-ға дейін, қорғасынның шаң  мен ұшырынды түріне айналуына  алып келеді;

- концентрат  құрамындағы мырыш бөлініп шығарылмайды, ол шлак пен штейн арасында бөлініп таралады;

- алынатын қара  қорғасын құрамында күкірттің  концентрациясы жоғары болады, ол  өз кезегінде тағы бір қосымша  әдісті – күкіртсіздендіруді  қажет етеді. 

Қорғасынды  алудың тиімді технологиясын құрудың жаңа бағыттарының бірі – сульфидті материалдарды сутегі немесе табиғи газбен тотықсыздандыру әдісі болып табылады. Түсті металлургияда өнімдерді сутегімен тотықсыздандыру бойынша металл алу тәжірибесі айтарлықтай мол және оны ауыр түсті металдар технологиясында кеңінен қолдану тенденциясы бар. ТМД елдерінде сульфидті шикізаттарды өндеуге қолданылатын сутегі өндірісі үшін атом энергиясын пайдалану бойынша зерттеулер жүргізіліп жатыр.