Шахталық қысқартып балқытудың аралық өнімдеріндегі металдың жүруін зерттеу

Үшіншіден –  өндіріске ғылыми-техникалық әдебиеттерде толық көрсетілген қорғасынды тікелей  алудың автогенді және жартылай автогенді  процестердің ендірілуінің кейбір себептерге байланысты, артта қалуы.   Бөліп көрсетілген мәселелер, қазіргі  уақытта қорғасын өндірісінде, ең басты технологиялық бөлімінде айтарлықтай өзгеріс болмайтындығын кәулендіреді. Классикалық дәстүрлі сұлба агломерациялау – штейнге шахталық балқыту – рафинирлеу ең басты және негізгі сұлба болып қалмақ. Бастапқы қорғасын шикізатындағы мыстың мөлшерінің өсуінің тенденциясы  штейнге балқытуды жүргізу қажетілігін күшейте бермек. Мыс құрамды  қорғасын шикізатын өңдеу кезінде штейннің құрамының өзгеруі, балқыту өнімдері арасындағы бағалы металдардың бөлініп таралуына әсерін тигізеді.  Екінші өзекті бағыт, құрамдардың өзгеру қатынасына  байланысты аралық өнімдері мен айналмалы материалдарды бөлек өндеу бойынша және келешекте оны жалпы технологиялық сұлбадан шығаратындай технологияны жасау және кіргізу болып табылады.

 

 

2.1 Аралық өнімдер мен айналмалы материалдарды  өңдеу технологиясын зерттеу

 

 

Қазіргі уақытта «Казцинк»  ААҚ Өскемен металлургиялық кешенінде (МК) қорғасын кәсіпорнында сульфидті аралық өнімдер мен айналмалы материалдар, негізгі металдарды бөліп алу мақсатымен, шахталық қысқартып балқыту процесі арқылы өңделеді. Технологияның басты ерекшелігі қорғасын өндірісінен шығатын барлық айналмалыларды шахталық қысқартып балқытуға шығарып, бөлек өңдеуді ұйымдастыру болып табылады. Қорғасын өндірісінің айналмалыларына – шахталық балқытудың мысқа кедей штейндері, сілтілік балқымалар, конверторлық шлактар және қорғасын  құрамды басқа да материалдар кіреді.

Өскемен МК қорғасын өндірісінде буландырып суыту кессондары бар үш шахталы пеш қызмет етеді, оның біреуі жөндеуде немесе резервте тұрады.

Бір пеште агломераттың тотықсыздыңдырып  балқытуын  жүргізеді, ал екінші пеште қысқартып балқыту процесін жүргізеді. Қорғасынның және басқа металдардың тотықсыздануы шахталы пеште көміртегімен немесе көміртегі  оксидімен іске асады.

Қазіргі уақыттағы өндірістегі  аралық өнімдер мен айналмалы  материалдарды өңдеуге арналған шахталық пеш металлургиялық агрегаттардың  ескі түрінің бірі болып табылады және техникалық әдебиетте толығымен жазылған. Өскемен МК буландырып суыту кессондары бар шахталық пештер жұмыс істейді. Пештің жұмыс істеу тәртібі үздіксіз.

Алынатын қара қорғасын тазалауға (рафинирлеуге) жіберіледі. Мышьяк пен сурьманың (1,8 және 3,0 % сәйкесінше) артық мөлшерде шоғырлануы, сол сияқты мыстың болуы алынатын аралық өнімдер мен айналмалы материалдардың  сапасын төмендетеді, кейінгі операциялардың шығының көбейтеді. Мыс шликерлердің шығымын жоғарлатады, қаралы қорғасын сапасын нашарлатады.

Құрамында 15-18 % мырыш болатын  шлактар, олардан мырышты бөліп  шығару үшін фьюмингованияға жіберіледі. Мырыштың ұшырындыларға бөлініп  шығуы 80 % ғана құрайды. Фьюмингованиялау кезінде түсті металдар бойынша да шлактарды толық кедейлендіруге мүмкін болмай отыр. Шлактар жиналып, үлкен алаңдарды алып жатыр.

Газдар шаңдардаң тазалағаннан кейін утилизациялайды, ал шаңдар бастапқы сатыға – агломерацияға жіберіледі.

Қысқартып балқытудың өнімдері қара қорғасын мен шлактан басқа, күрделі сульфидтер қорытпалары құрайтын штейндер болып табылады. Мыс-қорғасын штейндерінің шығымы тәулігіне 80-110 тоннаны құрайды, олар қаралы мыс алу үшін конверторлауға түседі. 

Жұмыста қаралған "ҚазЦинк" ААҚ Өскемен МК шартындағы қолданылатын қаралы қорғасын және қаралы мыс алумен бірге өндіріс өнімдерін өңдеу үшін қысқарта балқытудың технологиялық сұлбасы 2-суретте көрсетілген.

Бүгінгі күнде  қолданылатын технологиялық сұлбалар шикізаттарының құрамдарының күрделенуіне байланысты, техника-экономикалық көрсеткіштері бүгінгі күнге қойылатын талаптарға сәйкес келмейді. Шахталық қысқартып балқыту процесінде мыстың штейнге бөлініп шығуы өте            төмен ~ 70 % деңгейін құрайды. Қорғасынның да қара қорғасынға бөлініп шығуы жоғары емес – шамамен 60 %-ды құрайды. Бұл көрсеткіштер қазіргі уақыттағы аралық өнімдерді өңдеу технологиясының негізгі металдарды арнайы өнімдерге бөліп шығаруды толық қамтамасыз етпейтіндігін көрсетеді. Балқыту процесі кезінде, мышьяк пен сурьманың едәуір мөлшерлерінің арнайы өнімдерге шоғырлануы, олардың сапасын нашарлатады. Бұл жағдай төмен сапалы арнайы өнімдерді кейінгі өңдеу  кезіндегі операцияларының күрделенуіне әкеліп соғады

Жоғарыда көрсеткендей, кейінгі жылдары  қазіргі өңдеу сұлбасының технико-экономикалық көрсеткіштері қазіргі заманғы талаптарды қанағаттандырмайды: тауарлы өнімге негізгі металдарды – мыс пен қорғасынды жоғары мөлшерде бөліп шығару мүмкін болмай отыр. Өңдеуге  түсетін аралық өнімдер мен айналмалы материалдардың минералогиялық және химиялық құрамының күрделенуі бағалы өнімдерге металдардың толығымен бөлініп шығуын қамтамасыздандырмайды: қорғасынның – қаралы қорғасынға, мыстың – штейнге, келесіде мыстың – қаралы мысқа. Олардағы қоспалардың мөлшерінің жоғары болуы алынатын өнімдердің сапасының төмен деңгейде болуына әсер беріп отыр.  Осыған байланысты, не аралық өнімдер мен айналмалы материалдарды өңдеудің жаңа технологиясын жасау, не қазіргі технологияны жетілдіретін әдістерді іздестіру қажет болып отыр.

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 cурет. «КазЦинк» ААҚ Өскемен МК өндіріс өнімдерін өңдеудің

                    қысқарта балқытудың технологиялық  сұлбасы

 

 

Жаңа әдістерді  іздестіру және технологиялық тізбекке кіргізу үшін қазіргі сұлбаның жұмысына терең талдау жүргізу керек. Бұл талдау өнімдері арасында металдардың бөлініп таралуына әсер ететін  себептер мен факторларды шығару және шлакқа металдардың өтуінің формаларының мөлшерлік қатынасын анықтау мақсатында балқыту өнімдердегі металдардың  формаларын зерттеуге негізделген. Сонымен біріншілік талдау бастапқы шихта құрамын зерттеуден басталады, оны дұрыс таңдау маңыздылығы балқыту өнімдер арасында металдардың соңғы  өңімдерге бөлініп таралуын  анықтайды.

 

 

2.2 Шахталық қысқартып балқыту процесінің бастапқы шихтасын талдау

 

 

Талдау үшін, қысқартып балқытудың әр кезек және әр айлық  алынатын, штейндер мен  шлактардың құрамдары алынған. Жүргізілген  өндірістік мәліметтерді статистикалық  талдау нәтижесінде, қысқартып балқыту процесінде негізгі металдармен бірге мышьяк пен сурьманың жоғары мөлшерлерінің негізгі өнімдерде шоғырлануы, олардың ең алдымен процеске түсетін бастапқы шикізат құрамындағы мөлшеріне тікелей байланысты екендігі анықталған.

Шахталық қысқартып  балқытудың бастапқы шихтасы күрделі  конгломерат қоспасынан құралған. Балқытудың материалдық ағымын есептеу ыңғайлы  болу үшін оның құрамын 100 %-ға теңестірдік. Талдау көрсеткендей қысқартып балқыту  процесінің бастапқы шихтасының құрамы күрделі қоспа мен мыс шликерлерінен құралған.  Күрделі қоспаның құрамы – мыс бойынша кедей штейндер, конверторлық шлактар, сілтілік балқымалар, қорғасын құрамды басқа айналмалы материалдар және мыс-мырышты флюстар. Келесіде, зауыттың мәліметтері бойынша, балқытудың материалдық балансын есептеу үшін күрделі  қоспалардың жалпы үлесі 70 %-ды (оның ішінде: күрделі конгламерат ~ 46 %, мыс-мырышты кен ~ 7 %, флюстік кен ~ 17 %),  ал мыс шликерінің үлесі 30 %-ға тең екендігі анықталды. Мұндай материалдық балансты есептеу кезінде ыңғайлату жолы нақты мәліметтерді алуға және балқыту кезінде металдардың қасиеттерін толығымен бағалауға мүмкіндік бермейді. Алынған нәтижелер соңғы болып есептелмейді, олар тек балқыту өнімдері арасында металдардың бөлініп таралуын жалпы болжау үшін қолдануға келеді.

Қорғасын өндірісінде  алынатын аралық өнімдер мен айналмалы  материалдар  мөлшерлік ағымын анықтау  нәтижесінде, қысқартып балқыту  процесіндегі шихта құрамындағы  конверторлық шлактар мен шахталық тотықсыздандырып балқытудан шығатын кедей штейндердің үлестерінің айқындылығы анықталды. Біздің көзқарасымыз бойынша, оларды бір жалпы қысқартып балқыту шихтасына қосу дұрыс шешім емес. 

Ең дұрыс  шешімдердің бірі – қысқартып  балқыту шихтасын кедей штейндерден  құрастыру және оған аз мөлшерде күкірт құрамды өнімдерді – сілтілік балқымалар, кектер және басқа қорғасын өндірісінің қалдықтарын қосу. Жалпы бұл өнімдердің сапасы  қорғасын мөлшерінің артықшылығымен, ал мыс, мышьяк пен сурьманың аз шоғырлануымен сипатталуы қажет.  Мұндай шешім қысқартып балқыту шихтасын олардың тек тиімді құрамын анықтауға ғана емес, сол сияқты балқытудың жалпы бастапқы құрамын жөндеуге мүмкіндік береді.

Қысқартып балқыту  шихтасына мыс-мырышты және флюстік  кенді қосу олардың шығымын нақты  анықтауға мүмкіндік береді, демек, берілген құрамды шлак алу үшін тиімді шарттар жасалады.

Қорғасын өндірісінің  конверторлық шлагы құрамы бойынша  мыс өндірісінде алынатын шлактардан қатты ерекшелінеді. Өндірістік мәліметтердің  талдауы көрсеткендей, конверторлық шлактың құрамында жоғары мөлшерде қорғасын, мырыш, мышьяк пен сурьма көптеп шоғырланады. Балқытудың материалдық балансын есептеу кезінде, оларды бөлек өңдеу сатысына шығару қажет.  Конверторлық шлакты шахталық қысқарта балқыту процесінен шығару, тек қана жалпы процестің техника-экономикалық көрсеткіштерін жақсартып қоймай, сол сияқты арнайы өнімдердің сапасын да жақсартады,  балқыту өнімдерінің арасындағы негізгі металдар мен қоспалардың бөлініп таралуына да едәуір әсер етеді.

Өндірістік  мәліметтерді талдауда шахталық қысқартып балқытудың бастапқы шихтасының күрделі конгломерат қоспасынан құралатыны анықталды. Бастапқы шихтаның құрамы мен металдардың мөлшері 1-кестеде көрсетілген.

 

1 кесте

         Шахталық қысқартып балқытудың шихта өнімдерінің құрамы

№ р/с	Өнімдердің  аталуы	Металдар мөлшері, % масса.
		Cu	Pb	Zn	Fe	S	SiO2	As	Sb
1	мыс-мырыш кені	2,72	0,37	3,35	26,82	31,48	14,7	–	–
2	Флюстік кен	–	0,62	–	–	–	74,8	–	–
3	Конверторлық шлак	3,83	33,5	4,54	10,6	–	15,7	2,3	0,94
4	Сілтілік балқымалар	0,03	23,44	9,3	–	–	–	0,37	0,53
5	Кедей штейн	20,8	19,5	11,4	16,7	11,1	–	1,1	0,56
6	Мыс шликерлері	19,0	30,3	4,0	–	9,29	–	3,87	1,4

 

Мыс-мырышты  және флюстік кен құрамында негізгі  металдармен бірге асыл металдардың  да біраз мөлшері шоғырланған. Мыс-мырышты  кеннің құрамындағы алтын мен күміс мөлшері, сәйкесінше, 0,5-1,0 және 30-40 г/т шегінде болады. Флюстік кенде алтынның құрамы жоғары ~ 30 г/т дейін жетеді. Күмістің  құрамы небәрі 15-20 г/т құрайды.

Конверторлық  шлактағы қорғасынның жоғары мөлшері ~ 35 %-ға дейін жетеді. Ескеретіні, конверторлау кезінде қорғасынның шлакқа мұндай бөлініп таралуы конверторлау өнімдері арасындағы басқа металдардың бөлініп таралуына әсер етеді. Конверторлық шлактарда мышьяк пен сурьманың артық мөлшері де шоғырланған. Мышьяктың мөлшері 2,5 %-ға дейін жетеді, ал сурьманың мөлшері ~ 1,5 %-ға дейін барады.

Сілтілік балқымалардағы қорғасын жоғары мөлшермен сипатталады. Олардағы мышьяк пен сурьма мөлшерінің қосындысы 1,0 %-дан аспайды. Алтын  мен  күміс мөлшері, сәйкесінше, 0,5 және 12 г/т жетеді. Сілтілік балқымаларда сонымен қоса сирек металдар да кездеседі.

Кәсіпорындарда  мыс бойынша кедей штейндер, шахталық кендік балқыту кезінде, құрамында  мыс мөлшері жоғары сульфидті  қорғасын концентратын өңдеу нәтижесінде  алынады. Мұндай штейндердің шығымы тәулігіне            10-25 тоннаны құрайды. Қорғасын мөлшері жоғары болғандықтан алынатын штейндерде асыл металдардың да мөлшері жоғары. Ондағы күмістің мөлшері ~ 900 г/т, ал алтын ~ 4,0 г/т дейін жетеді.

Мыс шликерлерінің  шығымы қара қорғасындағы мыстың шоғырлануына байланысты болады. Мыс шликерлерінде, басқа шихтаның құраушыларына қарағанда,  мышьяк пен сурьманың мөлшері жоғары болып келеді.

 

 

2.3 Қоспалардың шахталық қысқарта балқытудан шығатын өнімдер сапасына әсері 

 

 

Негізгі металдардың  шикізат құрамында төмендеуі өңдеуге полиметалдық концентраттардың өсуіне алып келді. Оларды қазіргі технологиялық сұлбалармен  өңдеу күрделене бастады. Процестердің жалпы технологиялық көрсеткіштері  едәуір нашарлады, әсіресе бұл көрсеткіштердің төмендеуі металлургиялық кәсіпорынның белгілі құрамды нақты айнымалы  материалдарды  өңдеу үшін арналған процестерге тән. Шикізаттардың көлемінің өсуі құрамдарының күрделенуі, оларды өңдеу кезінде, технологиялық процестердің көрсеткіштерін нашарлататыны айқын. Қазіргі уақытта ӨМК ААҚ «Казцинк» қорғасын кәсіпорнында айнымалы материалдар мен сульфидті аралық өнімдер, олардан негізгі металдарды бөліп алу мақсатымен, шахталық қысқарта балқыту процесі арқылы өңделеді. Егер бұрын аралық өнімдерден негізгі металдарды бөліп шығару технико-экономикалық тұрғысынан қанағаттандырарлық болса, қазіргі жағдайда, олардың құрамдарының күрделенуіне  байланысты бұл көрсеткіштер технологияға қойылатын талаптарына сәйкес келмейді. Шахталық қысқарта балқыту кезінде штейнге мыстың бөлініп шығуы өте төмен шамада – небәрі  80 пайыз деңгейін құрайды. Қорғасынның да қаралы қорғасынға бөлініп шығуы жоғары емес – шамамен 60- 65 пайызды құрайды. Бұл көрсеткіштер қазіргі уақыттағы аралық өнімдерді өңдеу технологиясының негізгі металдарды арнайы өнімдерге бөліп шығаруды толық қамтамасыз етпейтіндігін көрсетеді. Сонымен қатар, балқыту процесі кезінде, басқа қоспалардың едәуір мөлшерлерінің арнайы өнімдерге шоғырлануы, олардың сапасын нашарлатады. Бұл жағдай, төмен сапалы арнайы өнімдерді кейінгі өңдеу  кезіндегі операцияларының күрделенуіне әкеліп соғады.