Мыс штейндерін конвертрлеу

Бастапқы кен шикізатынан құрамына және түріне байланысты, құрамында 10 - 12ден70 - 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% Cuжәне20 - 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.