Катодты мыс өндірісі және ертіндіні регенирациялау
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1 ЖАЛПЫ ТҮСІНДІРМЕЛІК ЖАЗБА
1. Кәсіпорынның қысқаша сипаттамасы
2. Шикізат базасы және өнімнің техноогиялық дәрежесімен
номенклотурасы
3. Негізгі технологиялық және жобалық шешімдер
4. Энергияресурстық қажеттілік
2 СИТУАЦИОНДЫ ПЛАН
2.1 Ситуационды план
2.1.1 Құрылыс ауданының қысқаша сипаттамасы
2.1.2 Құрылыс ауданын таңдау және сипаттау
2.1.3 Зауыттың ішкі және сыртқы көлігі
2.1.4 Қадағалу-өткізу пункті
2.1.5 Цех орналасқан ауданды қоршау
3 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ШЕШІМДЕР
1. Өндірістің технологиясы
3.1.1 Процесстің негізгі теориясы
3.1.2 Қоспалардың қозғалысы
3.1.3 Технлогиялық негіздері
3.1.3.1 Ванналармен электродтардың конструкциясы, өлшемдері
3.1.3.2 Ертіндінің құрамы
3.1.3.3 Ертінді церкуляциясы
3.1.3.4 Тоқ тығыздығы
3.1.4 Технологиялық тізбек жолы
3.1.5 Электролитті тазалау процессі
3.1.6 Катод бөліміне кіретін материалдардың сипаттамасы
3.1.7 Катод бөліміндегі негізгі қондырғыларға сипаттама
3.1.8 Катодты мыс өндірісі және ертіндіні тазалау
3.1.9 Катодтарды дайындау
3.2 Технологиялық есептер
3.2.1 Материалды балансты есептеу
3.2.1.1 Катодты мыс бойынша тәуілік өнімділігін есептеу
3.2.1.2 Ертінді көлемінің есебі
3.2.2 Ванна сандарымен айырғыштарды есептеу
3.2.3 Катод сандарымен электролиз ванналарының өлшемдерінің
есебі
3.2.4 Ваннадағы кернеуді есептеу
3.2.5 Электро энергия шығынын есептеу
3.2.6 Ваннамен катод сандарын есептеу
3.2.7 Қолданылған электролит құрамын және тазартқыш ванна санын
есептеу
3.2.8 Ваннаның жылу балансын есептеу
3.2.8.1 Судың булануымен кететін жылу шығыны
3.2.8.2 Ваннаның беткі бөлігінен шығатын жылу шығыны
3.3 Технологиялық процесстің автоматизациясы
3.3.1 Мыс электролизін басқару ретінде анализдеу
3.3.2 Автоматизациялау бағыты
3.3.3 Электролиз процессіндегі автоматизация тізбегі
3.3.4 Автоматтандырушы тізбектің мазмұны
4 ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ
4.1 Еңбекті қорғаудағы ұйымдастыру шаралары
4.2 Электрқауіпсіздігін қамтамассыз ету
4.3 Цехтағы микроклимат
4.4 Дірілмен дыбыстан және шудан қорғау
4.5 Өртке қарсы шаралар
4.6 Табиғи және жасанды жарықты ұйымдастрырып,
оны есептеу
7. Тартқыш вентиляцияны есептеу
4.8 Арнайы киімдермен қамтаммасыз ету
5 ЕҢБЕКТІ ҰЙЫМДАСТЫРУ ЖӘНЕ ӨНДІРІСТІ БАСҚАРУ
1. Өндіріс пен цех жұмысын ұйымдастыру
2. Цехты басқаруды ұйымдастыру
3. Жұмыскерлердің жұмыс графигі
4. Демалыс және жұмыс режимі
5. Еңбеккерлердің кәсіптік құрамын және санын есептеу
6. Жұмысшылардың жылдық қорын есептеу
6 ҚҰРЫЛЫС ШЕШІМДЕРІ
6.1 Құрылыс ауданыныа сипаттама
6.2.1 Цехты жобалау
6.2.2 Цехтың негізгі сипаттамалары
6.2.3 Цех ғимаратының құрылыстық сипаттамасы
6.3 Жылы сумен қамтаммасыз ету
7 ҚОРШАҒАН ОРТАНЫ ҚОРҒАУ
7.1 Өндірістік қалдықтар тізбегі
7.2 Ауа бассейнін қорғау
7.3 Жер және су қоймаларын ағынды судан сақтау
8 СМЕТАЛЫҚ ҚҰЖАТТАР
1. Бөлімдер бойынша капиталды салымдардың есебі
2. Құрылыс құнының бірлескен есебі
8. ИНВЕСТИЦИЯЛЫҚ АНАЛИЗ
1. Өзіндік құнының калькуляциясы
2. Жылдық пайданы, өтелу мерзімді, капиталды шығынды және
рентабельді есептеу
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
СПЕЦИФИКАЦИЯ
КІРІСПЕ
Мысты электролитті тазалау мыс өндірісіндегі ең соңғы үрдіс
болып табылады.Бұл үрдістің бағыты анодты мысты қоспалардан тазартып,
қолданысқа ие таза мыс беру.
Бұл дипломдық жобада жылына 200 000 тонна шығаратын ЖМЗ электролит
цхының анодты мысты тазалаудағы журетін негіздер аясында көрсетілген.
Жобаның негізіне анодтық мысты тазалау схемасы бойынша алынатын
маркасы МООК катодты мысты қарастырған.
Электролиз процессінің технологиялық схемасы классикалық әдіспен
келтірілген, анодты мыстан бағалы компонентті бөліп алу.
Аппаратуралық схеманы келтіру кезінде стандартты түрде жасап, қосымша
қондырғылар қолданылған. Технологиялық есептер ЖМЗ өндірісінің технико-
экономикалық көрсеткіштерін пайдалана отырып қарастырылған.
Жобада автоматикалық қадағалау, қоршаған ортаны қорғау, цехтың
құрылыстық шешімдері,еңбек қорғау бөлімдері қарастырылып, оларға
талдаулар көрсетілген.
1. ЖАЛПЫ ТҮСІНДІРМЕЛІК ЖАЗБА
1. Кәсіпорынның қысқаша сипаттамасы
Жезқазған мыс қорыту комбинаты Қазақстан Респупликасы бойынша
түсті металлургия саласындағы алдынғы қатардағы өндіріс орны .Бұл
өндірісте технологиялық процесс басынан аяғына дейін жүреді.
ЖМЗ-ы құрамына мыс қорыту зауытымен үш байыту фабрикалары кіреді.
Байыту фабрикаларына жергілікті кен орындарынан кен жіберілед.Онда
флотациялау арқылы кеннен мыс, қорғасын және мырыш концентраттары
алынады.
Мыс қорыту зауытының мынадай негізгі цехтары бар:
-шихта дайындау цехтарының блоктары;
-тұндыру және кептіру ,араластыру, тазалау, түйіршіктеу бөлімдері;
-шихта дайындау бөлімі;
-металлургиялық цех, оған электро пеш, конвертер және анодты бөлім кіреді;
-электролит цехы;
- күкірт қышқыл цехы;
- сирек металл цехы;
- әртүрлі жөндеу және көмекші орындар;
2. Шикі зат базасы және өнімнің технологиялық дәрижесімен
номенклатурасы
Өндірістің мыс шикі затынан катодты мысты өндіруі жылына 200 000
тоннаны құрайды.Шикі зат көзі болып зауыттың өзі болып саналады. Мысты
электролитті тазалаудағы негізгі шикі зат болып маркасы МЗ-99,5 анодты
мыс қолданылады.Сонымен бірге ертіндіні де зауыттың өзі шығарады.
Шығарылатын өнімнің технологиялы дәрижесі әлемдік стандартқа сай.
Шығарылатын мыс түрлері- М1 99,9 және МО 99,95
3. Негізгі технико-экономикалық және жобалау шешімдері
Негізгі технико-экономикалық көрсеткіштер мына 1.1-кестеде
көрсетілген.
1.1 кесте-Жобаланатын цехтың технико-экономикалық көрсеткіштері
Көрсеткіштердін атаулары Көрсеткіштері
1. Өнімнің жылдық шығарылу көлемі, т 200000
2. Өндірілетін шикізаттың жылдық көлемі, т 250000
3. Негізгі металдың құрамы; %:
99,5
- бастапқы шикізат, 99,95
- дайын өнімде, 00,05
- өндірістік қалдықтарда,
4. Өндіріс құрылысының сметалық құны, тенге 4094273550
5. Жұмыскерлердің тізімділік құрамы, соның ішінде;
адам: 234
Жұмысшылар 17
ИТР 90
МОП
6. Негізгі өнімнің өзіндік құны, тенге 221257,68
7. Өндірістін рентабельдігі, %: 30
8. Өтелу мерзімі, жыл: 3,6
1.4 Энергия ресурстық қажеттілік
Мысты электролиздеу кезінде негізгі қажеттілік электроэнергия
болып саналады.
Жезқазған мыс қорыту зауытындағы жобаланатын цехты Қараганда энерго
электроэнергиямен қамтаммасыз етеді. Қосымша көмекші көзі Жезқазған ТЭЦ
болып саналады.
2 СИТУАЦИОНДЫ ПЛАН
2.1 Ситуационды план
Зауыттың жалпы территориясы 3000 гектарды құрайды. Орналасқан аудан
беті тегіс және бір жынысты саз-балшықты болып келеді. Мысты электролит
арқылы тазалау цехы технологиялық схема бойынша қортынды бөлімді
атқарады, сондықтан цех ауданы ауқымды (м2).
Жезқазған мыс қорыту зауытының өндірістік су көзі болып Кенгір су
қоймасы болып саналады. Өндірістік суды үздіксіз беру үшін зауыт аумағына
бағытталған магистральды қос құбырлар жасқталған, диаметрлері 800 мм.
Ластанған судан айырылу үшін арнайы тазалағыштардан өткізіп, канализацияға
кетеді.
Процесс жүру үшін ауамен қамтаммасыз ету керек, ол үшін
компрессорлар жұмыс атқарады. 5-6 атм жіберілген ауа шеңберлі магистраль
арқылы жүзеге асады.
Жалпы Жезқазған қаласы энергия көзін Карагандаэнерго
системасынан алады. Қосымша энергия көзін Жезқазған ТЭЦ-і береді.
Электролиз ванналарына электр тогын 5 кремнийлі айырғышпен береді (ВАКВ
12500300).
Зауыттың ішкі көлік қатынасы негізінен темір жолдар арқылы жүзеге
асады. Бұл темір жолдарды жасаушы ЖЕЗКАЗГАН ЖАЗЫК кәсіп орны. Тұрақты
құрылыс орны Жезқазған промстрой. Өндірістік қондырғыны жөндеуші әрі
монтаждаушы Казцветметремонт кәсіп орынның басқаруымен жүреді.
1. Құрылыс ауданына қысқаша сипаттама
Орналасқан аудан бір жынысты саз-балшықтан құралған, ол көлденең нашар
ауысады. Беткі қабаттан 2,5-3 м ге дейін құрғақ шаңды болып келеді. 14-17
м төмен бір жынысты саз-балшық басталады. Бұл саз-балшықтар құмды-
графитті араласқан сулы бөліктерден тұрады.
Әрине жер суы денгейі 14-17 метрден басталады. Грунтқа жіберілетін
жүкті 3кгсм2 алуға болады.
Бұл ауданның ауа-рай климаты жылдам континентальды, температурасы
ауытқулы.( Жаз айы +35+38 0С, Қыс айы -25-280С)
Зауыт қаланың солтүстік батысында орналасқан, сол себептен шығатын
түтін мен газды қалаға бағыт алмайды.
Зауыт фундаменті 3 метр тереңдікке дейін салынған.
2. Құрылыс ауданын таңдау және сипаттау
Құрылысты шикі зат базасын, энергия мен суды, көліктік қатынасты,
климаттық жағдайды және жұмыскерлер күшін ескере отырып жүзеге асырады.
Жезқазған қаласы қаланың негзгі админстративтіті орталығы болып
саналады.Құрылыс ауданының басымдылығы рельфтің тегістілігі,бұл
жағдайда жер жұмысы жөнінде қосымша план қажет етілмейді. Таңдалынған жер
орнындағы цех қрылысы шикі зат базасына жақын болуы керек.
Шикі зат базасы болып Жезқазған кен орындары жатады.Электролитті
тазалау цехы ЖМЗ аумағында міндетті түрде болуы керек.
3. Зауыттың ішкі және сыртқы көлігі
Өндірістегі процессті уақытымен жүргізу үшін қатаң түрде мыналар
қадағаланады: шикі затты қажетті жерге жеткізу, керекті материалды жеткізу,
оларды тиеу және қоймаға жеткізіп орналастыру, жұмыс орнына немесе
цехтан цехқа жеткізу, технология бойынша тасымалдар, электро цехтан
дайын өнімді шығару.
Зауыттың ішкі көлік қозғалысын темір жолдар арқылы тасымалдайды.
Жезқазған мыс зауытында мынандай тасымалдағыштар жұмыс атқарады:
1) Тепловоз ТГМ-2 ( 70 т)
2) Аккумуляторлы электро тасымалдағыштар (8 т)
3) Вагонеткалар- анодтарды тасымалдау үшін, цех аралық қатынастар
үшін – автокөліктер қолданылады.
4. Қадалағау өткізі пункті
Пункт орналасқан нүктелер: аймақты күзету, авто көлікті қадағалау,
сақтау камерасын күзету, кірісті қадағалау және т.б. КПП планы бойынша
12х12 м, бір қабатты биіктігі 4,2 м, қақпалары механикалық түрде
жабдықталған.
5. Цех орналасқан ауданды қоршау
Электролит цехының аумағы күрделі қадағалауда болуы керек.
Зауыттың жалпы аймағынан ол аумақты арнайы шектеулермен (6-10 м)
ескерту белгілерін көрсетіп қояды. Зауыттың ішкі аймағын әр түрлі түсті
белгілермен көрсетіп, шектеу қояды.
3 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ШЕШІМДЕР
1. Өндірістің технологиясы
Технологтардың кейде шешілмейтін ең қиын проблемаларының бірі
электролиз үрдісі кезінде негізгі металлға басқа қоспалардың максималды
түрде өтпеуі. Негізгі металлға отыратын элементтер (Fe2+, Cd2+,
Co2+,Ni2+,As3+ және т.б) сапасын төмендетіп қана қоймай, электролиз
үрдісіндегі тоқ шығынын қоса азайтады.
Электролиз режимін жасаудағы шешуші фактор болып электрод
потенциалын дұрыс таңдау керек. Электролиз кезінде еритін анодты мыстың
потенциалдары ертіндіде электрохимиялық еруін қамтаммасыз етуі керек.
Мыспен бірге ертіндіге барлық катионды металлдар теріс потенциалмен
өтеді.Оң электрлі металлдар (асыл металлдар-Au,Ag,Pt )тенциалдары тотыға
алмайды, сондықтан олар электролиз үрдісіне қатыса алмай өте майда қатты
түйіршік түрінде ванна түбіне отырады. Ондағы тұнба- шламды түзеді.
3.1.1 Үрдістің негізгі теориясы
Таза әрі қатты мыс алу үшін және бағалы сирек металл алу үшін
анодты мыс құймасын электролитті тазалаудан өткізеді.Электролиз үрдісінің
жалпы түрін мына электрохимиялық схемамен көрсетеді: катодты негіздер -\
Cu SO4, H2SO4,H2O, қоспалар, қосындылар,\+ анодты мыс.
Электролит тазалауды арнайы жылдамдықпен электр тогын тиімді
қолданумен жүргізуге тырысады.
Анодты мыста мынадай химиялық реакциялар жүреді:
Cu-2e 2Cu 2+; Cu2+Cu=+0,344 B (3.1)
Cu-eCu +; Cu+Cu=+0,522 B (3.2)
Cu+eCu2+; Cu2+cu+=0.522 B (3.3)
Анодты мыстың теориялық еруі Cu2+ Cu+ түзуімен жүруі
керек.Ертіндіде металлды анодтың болуы тепе-тең болуына алып келеді,мына
реакция бойынша:
CuSO4+Cu=CuSO4 (3.4)
Технологиялық жағынан қарағанда электролитті эквивалент Cu+(1.185)
болғандықтан катодқа мыстың отыруына екі есе аз электроэнергия қажет
етеді. Реакция константасы бойынша мыстың бір валентті ионы
k=[Cu2+]2;[Cu2+] 250C кезінде 0,62-10 6 құрайды, сондықтан Cu+
концентрациясы ертіндіде жоқтың қасы, осыдан барып анодтан мыс электр тоғы
арқылы (3.1) реакция бойынша ертіндіге өтеді. Мыстың электрохимиялық
еруі мынандай реакцияларда өтеді:
Cu+H2SO4+0.5 02CuSO4+H20 (3.5)
Cu20+2H2S04+ 0.5022CuSO4+H20 (3.6)
Мыстың химиялық еру жылдамдығы электрохимиялық процесске қарағанда
йтарлықтай аз, бірақ температураның артуы оны жылдамдатады.
Әсіресе ертіндінің беткі қабатында оттегі байытылған ауа шекарасымен
шектесуінде . Сондықтан анодтың бөліну шекарасында газ тәріздес және
сұйық фазалар тез ериді, ертіне көлеміне қарағанда.Сол кезде арнайы шара
қолданбаса ( ертінді денгейінен периодты түрде өзгертпесе, анодтың
жоғарғы беті коррозияға қарсы қалқанмен жаппаса), анодтың өз
салмағымен бөлінуі мумкін.
2Cu+Cu+Cu2+ (3.7)
Бір валентті мыс шала тотықты мыстың еруінен ғана түзілмейді, ол
(3.4) реакция бойынша да түзілуі мүмкін. Ол кезде температураның
артуы оңға жылжуына алып келеді.
Көрсетілген процесстер ертіндіні байытуға алып келеді (мыспен,
күкірт қышқылыиен), ол үшін ертіндіні регенерациялауға арнайы шаралар
қолданылады.
Анодты мыстағы қоспалар электрохимиялық және химиялық ерігенде
( Ni, Fe, Zn, Co, Mn, As, Sb, Bi) ертіндіге өтеді. Бағалы металлдар және
ерімейтін химиялық қосындылар ( селенидтер, телуридтер, қос тотықтар,
қорғасын сульфаты, мышьяк, сурьма, қалайы) шламда жиналады. Электролиз
кезінде никельдің жартысы ертіндіге басқа қоспалармен бірге
өтеді.Ертіндіге жиналған никель катодтың ион алмасуын қиындатады.
Сонымен бірге тоқ өткізгіштікті азайтады және сурьмамен мышьякпен
бірігіп, қиын еритін қоспа түрінде қалқыма шлам түзеді. Никель
концентрациясының жоғарлауына байланысты 1гл ертіндінің электр
өткізгіштігі 0,005 Омсм, ал тұтқырлық 0,012 Пз артады.Никельдің қалған
бөлігі ерімейтін қабық түзіп, анод бетіне жиналады. Ол бірдей
ерімеуге алып келеді. Бұл қабықшаның жиналуы қысқаша тұйықталуға және
катодты тұнбаның ластануына әсерін тигізді. Анодтағы никель 0,4-0,8%
Ni болғанда оттегін 0,04% төмендетеді, сол кезде ертіндіге Ni 99-99.5%
дейін өтеді. Ертіндіге жіберілетін құрамды жалпы концентрация арқылы
анықтайды, онда кем дегенде 250-255 гл болуы керек. Никельдің құрамы көп
блоған жағдайда қышқылдыда төмендетеді. Мысалы: D=270Ам2 және С Сu=42-
45гл ге никельді 30 гл асырмайды, ал қышқыл 120-125 тен аспауы керек.
Ваннадағы жүретін катодпен еритін анодтың негізгі процессі мыстың
иондық разрядтары: Cu2+-2e2Cu0. Концентрациялардың жоғары болуы
(As, Bi,Sb) gтенциалдары мыс потенциалдарына жақын немесе жоғары болуы
(Ag) катодқа өтуіне қауіпті. Қоспалардың иондық разрядтары төмен
болуына қатты ертінділерде немесе мыстың балқыма қоспаларын түзген кезде
әсерін тигізеді.
Катод майда кристалды структурада және беті тегіс күйінде болуы
керек. Себебі шаюға қолайлы әрі асыл металлдар шығынын азайтады.
Негізгі технологиялық көрсеткіштерге тоқ тығыздығы, ертінді құрамы,
циркуляция жылдамдығы және беткі активті заттар (ПАВ) шығыны әсер
етеді.
Тоқ тығыздығының өсуіне байланысты электролиз ванналарының
өнімділігі артады. Ол анодтың пассивациясын арттырады. Сонымен қоса
тұнбаның сапасы нашарлайды, ертіндіні тазалау шығыны артады, асыл
металлдар шығыны да үлкен көлемде артады. Ертінді циркуляциясының
артуы шламды механикалық жолмен алуға, катод бетінің тегіс болуына,
электрод арасындағы магнитті полюске байланысты.
Жоғарғы тоқ тығыздығын пайдалану таза электролит болған кезде
ғана мүмкін ( ПАВ шығыны артқанда ), циркуляциямен суыту қолайлы
немесе арнайы электрлі режим кезінде ( пульсирующий ток резервті ток)
жүзеге асасды. Болгарлық металлургтердің мәліметіне қарағанда реверсті
тоқ кезінде шығын екі есе аз болады. Ондағы тоқтың қолдану
коэффиценті 84-99%, ал меншікті электр энергия шығыны айтарлықтай үлкен
( 500-550 квт сағт)
Электролиз кезінде ертіндідегі қышқыл құрамын шектеулі түрде алу
керек ( сонымен бірге мыс құрамын қоса ), ол кездегі қолдану
коэффициенті артады. Дегенмен бұл жағдайда тоқ өткізгіштік төмендеп,
тұтқырлық артады, нәтижесінде оны қыздыруға тура келеді.
Температураның артуы ертінді құрамын жылдам әрекеттесуіне әкеледі,
одан шыламның тұнуы артады, артынан катодты тұнба жақсарып,
электролиз көрсеткіштері жақсарады. Дегенмен температура 60-70 С
болғанда ваннаны қадағалау қиындайды, соның әсерінен химиялық еру
артып бу шығыны көп болады. Сол себепті процессті 55-65 С аралығында
жүргізеді. Электролит циркуляциясы анодтың бірыңғайлығына құрамымен
температурасына және ванна көлеміне тәуелді. Брақ мұнда шламның
бұзылмауы керек, ол катодты ғана ластамайды сонымен бірге асыл
металлдар шығынын арттырады.
Тікелей циркуляция кезінде( ертінді ванның төменгі бөлігінен
беріліп, қарсы жоғарғы бетінен ағып кетеді ) таза ертінді байытылған
мысты ертіндімен араласып мысты ион алмасу процессі жүреді. Бұл
әрекет катодты процесстің дамуына жақсы әсерін тигізеді. Бірақ
мұндағы басты жәй шламның ластанбауы.
Ертіндінің оралу циркуляциясы кезінде таза электролит ағыны
анод бетіндегі араласқан ағынмен араласа бастайды. Ертінді бағыты
жоғарыға бой алған кезде катодты қабықтарда гидродинамикалық режим
нашарлайды. Ал анод болса ыстық ертіндімен шайылып, кинетикалық
процессі жақсарады. Ертіндінің бірдей циркуляциясы ваннаның
конструктивті көлеміне байланысты.
Активті заттарды қосу тұнбаны және тегіс бетті катодты алуды
жақсартады. Беткі қабаттағы адсорбция мыс кристаллдарын бөліп,
уақытша үрдісті әлсіретеді. ПАВ- ты қосу шламның дисперсті
коагуляциясына әсер етеді. Қолданылатын ПАВ номеклатурасы әртүрлі, осы
күнге дейін өкінішке орай анықталмаған. Хлор-иондарды қосу ерімейтін
хлорлы күмісті түзеді, сонымен бірге оның шығынын арттырады. Кейде
шлам шығынын азайту үшін ертіндіні сүзгіден өткізеді.
Негізінен қара –сұр түсті қалқыма-шлам ертінді бетінде болуы
қолайсыз. Қалқыма-шламның тұнба шламнан айырмашылығы мыс қрамы көп
болуына байланысты.
Қалқыма-шлам оңай адсорбцияланып, катодты мысты ластайды, одан
келіп шишкалар түзіп, асыл металлдар шығынын арттырады.
Қалқыма-шлам құрамы тұрақты емес, оның себебі анодтардың
пассивациялануында. Кей кезде электролит құрамына, температурасына, тоқ
тығыздығына, циркуляция жылдамдығына да байланысты. Анодтардың
пассивациялану себебі беткі қабатта қабықшаның түзілуі. Ол мыс
сульфатының еруін төмендетіп қана қоймай, ертінді тұтқырлығын арттырып
кедергі жасайды.
Қалқыма шламнан құтылу үшін құрам мына түрде болуы керек:
сурьма 0,5 гл , хлор-ионы 50-500гл аспауы тиіс.(Температураның артуы
ертіндідегі қышқылдың аз болуы )
Шламды қарсы әрекеттен сақтау үшін ертіндіні үздіксіз сүзуден
өткізу керек. Ең қолайлысы электролизді оптимальді режимде ұстау
керек.
4. Қоспалардың қозғалысы
Ертіндіге қойылатын негізгі талап оның жақсы тоқ өткізгіштігі
және тазалығы. Бірақ ертіндіде мыс сульфатынан, күкірт қышқылынан
және судан басқа қоспалар бар. Ол анодты мыстан еріген қосындылар.
Тазалау кезінде олардың қозғалысы кернеу қатарына байланысты
анықталады.
Қоспалардың электрохимиялық құрамына байланысты төрт топқа бөлуге
болады.
I топ- мысқа қарағанда теріс электрлі металлдар (Ni, Fe, Zn және
т.б);
II топ- мыс потенциалына жақын металлдар (As, Sb, Bi )
III топ- мысқа қарағанда электропотенциалдары жоғары металлдар
(Au, Ag, т.б);
IV топ- Мыстың электрохимиялық қосындылары (Cu2S, Cu2Se, Cu2Te,
AuTe2, Ag2Te).
Бірінші топтағы қоспалар, яғни электро потенциалдары теріс
металлдар ертіндіге толығымен өтеді. Оның ішінде никельғана шламға
отырады. Нерст заңы бойынша қатты ертінділер оң электрі болуы мүмкін,
мысқа қарағанда. Сондықтан олар шламға өтеді.
Барлық көрсетілген топтағы қоспалардың ішіндегі қалайы мен
қорғасын өздерінің электрохимиялық құрамына байланысты электролиз
кезінде бірінші топта болса, үшінші және төртінші топтарға жатқызылуы
мүмкін.Қалайы мен қорғасын қышқыл ертіндісінде ерімейтін қорғасын
сульфатын (PbSO4) және металқалайлы қышқыл (H2SnO3) түзеді.
Теріс электрлі қоспалар электролиз кезінде тұнбаға отырмай ертіндіге
жинала береді. Ертіндіде бірінші топтағы металлдар концентрациясын
төмендетеді.
Темір, никель, мырыш сульфаттарының ертіндіде жиналуы ертіндідегі
мыс сульфатының концентрациясын төмендетеді.
Теріс электрлі элементтер катодқа тұз түрінде өтуі мүмкін, ол
жағдай егер ертіндіде концентрациясы көп болса. Мысты электролитті
тазалау тәжірибесінде ертінді концентрациясы мынадан аспауы керек,
гл; Ni-20.0; Zn-25; Fe-5.0
Екінші топтағы қосындылар ( As, Sb,Bi ) мысқа электропотенциалдары
жақын элементтер катодты ластаушы қатарына кіреді. Мысқа қарағанда теріс
электрлі металлдар анодта толығымен еріп сульфаттар түзеді, олар
электролитте жинала береді. Бірақ бұл қоспалардың сульфаттары тұрақты
емес, олар гидролизге өтіп негіз тұздар (Sb және Bi ) немесе мышьякты
қышқылды түзуі мүмкін. Сурманың негіз тұздары қалқыма шлам түзіп,
өзімен бірге мышьякты да алып кетеді.
Мышьяк және сурьма, висмут катодқа электрохимиялық және
механикалық жолмен отыра алады, себебі қалқыма шламның жұқа дисперсті
бөлшектері оңай адсорбцияланады. Демек, екінші топтағы қоспалар
электролид шлам және катодты мыс араларында бөлінеді. Ертіндіге
жіберілетін екінші топ қосындыларының концентрациясы мына түрде болуы
керек гл; As-9.0; Sb-5.0 Bi-1.5;
Мысқа қарағанда электрлері жоғары металлдарға асыл металлдар
жатады ( бастылары Au , Ag ). Бұлар үрдіс кезінде кернеу қатарына
қарай шламға жұқа дисперсті тұнба түрінде өтеді. Анодтан алтынның
шламға өтуі 99,5%, ал күмістің-98%. Күмістің алтынға қарағанда шламға
аз өтуі ол ертіндіде азда болса еруіне байланысты. Күмістің ертіндіде
ерімеуіне және шламға қолайлы өтуі үшін иондар-хлорларды қосады.
Алтын мен күмістің шламға толық өтуіне қарамастан аз да болса
шамалы мөлшері катодқа отырады. Ол шламды механикалық жолмен жүзеге
асасды. Циркуляция жылдамдығының артуы, артынша шламның лайлануы күміс
пен алтынның катодқа өтуін жоғарлатады.Тоқ тығыздығын электролит
циркуляциясын таңдау алдында анодтағы асыл металлдар құрамын
ескерген жөн.Егер олардың құрамы жоғары болса, онда тоқ тығыздығы
аз болады. Көптеген зауыттарда электролитті циркуляция кезінде ваннаға
қайтар алдында фильтрлейді, бұл шлам шығынын азайтып таза мыс алуға жол
ашады.
Электрохимиялық қосындылар (электрлері оң ) (төртінші топтағы )
анодта тотығып, катодта тотықсыздана алады.Бірақ мысты электролитті
тазалау кезінде анодта толық тотыға алмайды. Себебі анодтың
потенциалдары жетпейді. Сондықтан электролиз кезінде олар процесске
қатыспай ванна түбіне селенидтер және теллуридтер түрінде шламға 99%-Te
өтеді.
Осындай жолдармен анодты мысты тазалаудағы қоспалар катодты мыс
электролит және I және II-топтағы қосындылармен байытылып, күкірт
қышқылымен бірігеді. Электролиздің тұрақты режимін ұстау үшін
электролитті регенерациялайды, себебі оның оптимальды құрамын сақтап
қалу үшін.
Электролит регенерациясын екі әдіспен жүргізеді:
1) Ерімейтін анодты регенерация ванналарында мысты жарты ертімен
бөліп алу;
2) Электролитттің жарты бөлігін қайта өңдеуге жібереді, онда
мыспен никельді сульфат түрінде алып және оны зиянды қоспадан
тазартады.
Электролит көлемінің төмендеуіне байланысты үстіне күкірт
қышқылымен суды арнайы мөлшерде толтырып отырады.
Регенерациялық ваннада электролиз кезінде қарапайым процесс
жүреді, яғни ертіндіден мыстың бөліну басы басталады:
Cu2++2eCu0 (3.8)
Анодтағы қорғасын судың молекулалары бос оттегін бөледі:
H2O-2e12O2+2H (3.9)
Регенерациялаушы ваннадағы процесс суммарлы реакциямен
өрнектеледі:
CuSO4+H2OCu+H2SO4+12O2 (3.10)
Оның үстіне электролит мыспен және күкірт қышқылымен байытылады.
Шламға асыл металлдар толығымен өтеді, Se, Te, Sn, Pb. Ол шлада
аз мөлшерде мыста болуы мүмкін. Шламдағы мыс дисперсті порошок
түрінен диспропорционалды катион түрінде ағады. Cu+ [Cu2++Cu2Cu+]
3. Технологиялық негіздері
3.1.3.1 Ванналармен электродтардың конструкциясы мен
өлшемдері
Мысты электролитті тазалауды электролизерларда жүргізеді, оны
ванналар деп атайды.
Казіргі уақытта ванналарды моналитті темір бетондардан жасайды,
кейде құрама конструкциядан да құрайды. Мысалы : балка мен қабырғалары
темір бетоннан, ал ішкі қабаттары және түбі ағаштан жасалады.
Электролиттің құрамындағы жоғарғы концентрациясын ескере отырып
ваннаның ішкі беттерін футерлейді. Бетонды ванналарды дайындау кезінде
сыртқы қабаты дәлме-дәл болуы керек, себебі ваннадағы ертінді
гидростатикалық қысыммен пісірілген жерден жарылуы мүмкін.Ванна ішіне
ағааш салады, ал оған резиналы немесе текстолитті накладка салады.
Содан кейін оларға шиналар бекиді. Ваннаның ұзындығы электродтардың
санымен қалындығымен және өз аралық қашықтығымен анықтайды. Сонымен
қоса қабырғамен шеткі катод арасы 155-250 мм болуы керек. Ваннаның
ені катод еніне байланысты және қабырға арасымен 55 мм болуы
керек. Ванна тереңдігі катод ұзындығына байланысты және электролиттен
50 мм-ге биік болуы керек. Ваннаның жуық өлшемдері: ұзындығы 3,5-
5,5 мм, ені 1-1,1м, ал тереңдігі 1,2-1,3 м. Электрод өлшемдері әр
уақытта әр түрлі. Соңғы кезде анодты 860х860 мм өлшемдерде
қолдануда, ал алда оның өлшемін 914х914 мм қолданбақшы. Анодтың салмағы
зауыттарда 350 кг-ға дейін жетеді, ал қалыңдығы 35-45 мм.
3.1.3.2 Ертіндінің құрамы
Электролит құрамын таңдау кезінде, электролит катодтың
сапасын жақсарту керектігін және жоғарғы тоқ өткізгіштігін ескерген
жөн.
Мыс иондарын жақсы алмасу үшін құрамы тұрақты болуы керек
(циркуляция кезінде).Бірақ мыс купаросасының еруі шектеулі екенін
қадағалау керек. Ондағы су ертндісінің құрамы: күкірт қышқылынан басқа
мыста мыс сульфаты, темір мырыш бар екенін ескере отырып, мыс
купаросасының еруін төмендетуі мүмкін. Циркуляция кезінде ертіндіге
қарағанда анодты қабық мысқа бай. Сондықтан мыстың жоғарғы
концентрациясына күкірттің жоғарғы концентрациясын қолдану анодтың
әлсізденуіне алып келетінін де ескереді.
Электролиттегі күкірт концентрациясының құрамы шамамен 225-230
гл . Аса таза анод болған жағдайда электролитті жоғарғы
концентрацияда қолданады.
3. Ертінді циркуляциясы
Электролиз процессі кезінде катодты қабатта мыспен бірігеді, ал
анодты қабатта-онымен байытылады. Катодты қабатта бірігуі тұнбаның
бұзылуына алып келуі мүмкін, ал анодтық кезде байытылуы мыс
купаросасымен анодтағы тұздың бөлінуіне кері әсерін тигізеді. Сонымен
бірге поляризациялық концентрациясы артады. Көп концентірленген
ертінді анодты қабат кезінде төменгі бөлікке түседі, ал жеңілдері
беткі бөлігіне кетіп (5-10 гл дейін ), борпылдақ қара түсті мыс
отырады.
Сондықтан мыс концентрациясының ваннада барлық жерде бірдей
тең болуына жағдай жасау керек. Механикалық араластыру өте қиын.
Ауамен араластыу қолайсыз, себебі мыстың еруі жоғарлап, тоқ шығыны
төмендейді. Кейінгі зауыттарда ертінді концентрациясын теңестіру
циркуляция арқылы жүзеге асады. Қыздырылған ертіндінің циркуляциясы
бір уақытта температураны теңестіріп, ваннаның әр бөлігінде теңдік
пайда болады.
3.1.3.4 Тоқ тығыздығы
Мысты электролитті тазалау кезінде техникалық және
экономикалық тоқ тығыздығы деген түсінік бар. Техникалық деп
максимальды тоқты қолданып сапалы мыс алу және ондағы негізгі
фактор болып анодты мыстың тазалығы. Анодты мыс неғұрлым таза болса,
солғұрлым тоқ тығыздығы тызы болады.
Экономикалық тоқ тығыздығы-егер электролитті тазалау арзан
болса (минимальды).
3.1.4 Технологиялық тізбек жолы
Жоғарыда көрсетілген негіздерге сүйене отырып жобадағы есептер
үшін мыстты электролитті тазалаудағы технологиялық схемамен келесі
бөлімдер көрсетіледі: ертінді құрамын қадағалау және қыздыру, мысты
электролитте тазалау, катодты шаю, өлшеу, пакеттеу. Технологиялық схема
3.1- суретте көрсетілген.
3.1.5 Электролитті тазалау процессі
Электролиз процессі мынадай түрде болады. Электролит ванналарында
кезекпен анод пен катод жаймалары ілінеді. Электролиз негізі бойынша
арнайы титанды матрицалар күнделікті алынып, ондағы мыс негіздерін
түсіріп отырады. Осы листтар катод болып табылады.
Электролиз процессі темір бетонды пинапласты шегенделінген
ванналарда жүреді. Ваннаның бір бетінен құйылған электролит алфон
бойымен ағып, ағызу қорабына барады. Ваннаның ішкі беткейінде тұрақты
тоқ жүретін шиналар жатыр. Ваннаға электр шынжыр тәріздес кезекпен
жалғанған, электродтар параллель жалғанған. Катодты бөлікте ваннаның
келесі түрлері бар: тауарлы катод алу. Оларға мысты анодтпен титанды
катод жүктеу. Матрицалы- мысты лист өндіру үшін. Регенирациялы-
жоғалған мысты электролиттен бөліп алу үшін және күкірт қышқылын
бөліп алу үшін. Ол кезде анодты қорғасыннан катодты мыстан жасайды.
3.1 сурет –Катодтың мысты электролитте тазалудағы принципиалдық схема.
Электролитті араластыру үшін, сонымен қатар қыздыру үшін
циркуляция жүргізеді. Электролит цехының өнімділігіне әсер ететін
негізгі фактор тоқ тығыздығы болып саналады, бірақ тоқ тығыздығының
артуы электро энергия шығынына алып келеді. Оның әнсерінен катодта
шинаның пайда болуы мүмкін.
3.1.6 Катод бөліміне кіретін материалдрадың сипаттамасы
Мысты катодты катод бөлімінде анодты өңдеуден алады. Оттық
тазалаудан алынған мысты анодтың сапасы ГУ 48-7-27-82 сәйкес болуы
керек.
Техникалық күкірт қышқылы I-сортты ГОСТ-2184-77 болуы керек.
Процесске күкірт қышқылы күкірт қышқыл цехынан арнайы құбырмен
жеткізеді.
Процесске ПАВ (БАЗ) ретінде ГОСТ-6821-77 теомочевина береді.
Желатинаны столярлы клей орнына беруі де мүмкін ГОСТ 3252-80.
Ертінді құрамына HCL ретінде CL- иондарын да беріп отырады.
Шайылатын ертіндіге жушы ретінде “Новость” порошогын береді. Ол
болмаған жағдайда “Лотос” порошогын ГОСТ 25644-83 бойынша қолдануға
болады.
3.1.7 Катод бөліміндегі негізгі қондырғыларға сипаттама
Бөлімшедегі негізгі агрегат ванна, ол тік бұрышты күбі тәріздес,
ені мен тереңдігі берілетін анодпен катодтардың өлшемдеріне
байланысты.Бұл бөлімде ваннаның үш түрі бар: полимер бетонды
ванналалар сериялы жалғанған, әр бір серия жолақ бойынша екі блоктан
тұрады.Сериялар 12 циркуляционды системалармен жалғанған, әр бір
циркуляцияға бір сериядан. Барлық системада циркуляционды және қосымша
бактар бар, олар электролитпен қамтаммасыз етіп отыруы үшін.
Электролитті қыздыру әр бір циркуляцияға жылу алмастырғыш құбырмен
береді. Жылуалмастырғыштан конденсат бактан насостар арқылы катодты
машина қондырғысына беріледі. Катодты машина катодты мысты шаюға және
жүктеуге арналған құрылғы. Катодты мысты катодты вагонеткаға жүктеп,
қоймаға дайын өнімдерге жібереді. Қышқылданған конденсат багы барлық
катод бөлімінің құймаларын жинауға арналған.
Анодты вагонеткалар металлургиялық цехтан электролит цехына
тасымалдау үшін жасақталған. Барлық жүктеу және түсіру жұмыстары,
катод бөліміндегі тасымалдағыш жүктер электрокөпірлі қондырғымен
атқарылады. Кейде аккумуляторлы электровозбен, электрожүктегіш (1,5тонна )
пен де жұмыс атқарады.
Дозаторлар автоматты түрде тиомочевинамен жилатинамен
циркуляционды бактарға күнделік нормаға байланысты толтырып отырады.
Мысты катодты пакеттеу үшін автоматты сызызықтарды пайдаланады,
ол катодты мысты престеп, жабушы лентамен орап, сұранысқа дайын өнім
ретінде береді.
3.1.8 Катодты мыс өндірісі және ертіндіні регенирациялау
Катодты мысты және ертіндіні регенерациялау катод бөлімінде
жүзеге асады. Анодты анод бөлімінен (металлургиялық цехтан) арнайы анодты
вагонеткамен жеткізеді. Электрокөпірлі кранмен анодты арнайы орындармен
ваннаға жүктейді. Әр ваннаға 36 анодты жүктейді.
Жарты серияға 200-240 тонна анод қажет. Жүктелетін анодтың бір
жағы ағашты рейкаға екінші жағы мысты тоқ өткізгіш шинаға ілінеді және
олар тігінен орналасады.
Катодтар ілінген қалпында арнайы сталяжда ванна серияларына
көпірлі кранмен жеткізіледі. Ваннаға сапалы әрі қатты ілмектері бар
катодтар ғана жіберіледі. Ілінгеннен кейін оларды түзеп, контактыларын
ыстық конденсатпен жуады. Жүктелген катодтарды электролтпен толтырады,
ол электролит циркуляциялық бактан алынады. Содан кейін циркуляциянды
нормальды жылдамдыққа қойып серияларды жылытады. Тоқты қосу кезіндегі
ертінді температурасы ОоС болмауы керек.
Ертінді циркуляциясы мынадай жолдармен жүреді: Ертінді
циркуляционды бактан насостар арқылы жылу алмасудан өтіп катодты
коллекторға, одан дегазационды бактарға беріледі. Коллектордан
полиэтиленді рожкалар арқылы ваннаның қалтасына беріледі. Ваннаның
төменгі бөлігінде терезе бар, ол 155 мм орналасқан.
Ертіндіні ағызу ваннаның қарсы бетінде жоғарғы ағызынды бак
арқылы коллекторға барып, өз ағынымен циркуляционды бакка барады. Катод
ілгектерінің арасын белгілеу үшін ауа ертінді шекарасында ертіндінің
денгейін келтіру керек.
Катодты мысқа отыратын мыс жұқа кристаллды структуралы және
беткі қабаты тығыз болуы керек. Катодты тұнбаның сапасын жақсарту
үшін ертіндіге дозатор арқылы коллойдты қоспалар жібереді.
Желатинаны бір күн бұрын өлшеп жылы суға (25-30ОС) салып
қойады (16-20 сағ), содан кейін ерітіп ертіндіге жібереді. Ал
тиомочевинаны алдымен дайындап, артынан бөлек қосады.
Процесс кезінде серияның екі жағы да жұмыс істеп тұруы керек.
Анод бір партияда жұмыс істеп ілінеді, ал катод екі партияға дейін
ілінеді.
Сериялар 3-4 кезенге дейін жіберіледі.
Сериялар келесі операцияларда жұмыс атқарады:
- жаңа анодты жүктеу;
- катодтарды жүктеу;
- катодты алып, ертіндіні тазалау;
- анодты тұнбаны шығару;
- ваннаны тазалау;
Тұйық от шашуды қарау үшін электрощуптар және термодинамикалық
жабдықтар қолданады ТИП-МПЗ (краска).
Ілмектердің бір жақ беттерін сырлап қояды, себебі тұйық от шашу
кезінде қызыл түстен қоңырға өзгереді.
Катодты мысты ваннадан шығарғанда міндетті түрде басынан тоқ
өтетін шиналардан бастайды.(серияларды өшіріп).Катодты сериядан шығару
алдында ертінді аққанша жарты минут ұстап тұрады. Содан кейін катод
жайғыш машиналарына береді. Катодты 600 С-та новость реагентімен
конденсат қосып шаяды. Жуушы ертінді (2,5-3,0 кг см2) 2,5*105-3,0*105 Па
қысыммен беріледі. Толық тазалау үшін катодты вагонеткаларды бумен
немесе сығылған ауамен үрлейді. Жуылған катодты мыс қоймаға
жеткізіліп, артынша өлшенеді. Шайылған сулар бакка жиналып, ертіндіге
қолданады.
Анодты тұнбаны бороналы кранмен механикалық түрде алады және
ертінді ағып болғанша ванна серияларында ұстап тұрады. Содан анодты
тұнбаға үрлеуші қондырғыларға тасымалдайды, одан оны шламнан конденмат
арқылы жуады. Жуғаннан қалған қалдықты анод бөліміне қайта балқытуға
жібереді.
Ваннадан алынған рейкаларды жинап ретейді, қолданысқа
келетіндерін қайтадан қолданысқа жіберіп, жарамсыздарын анодты пеште
жағып жібереді.
Шлам арнайы қондырғылар арқылы вакууммен құбырларға беріліп,
одан рессиверлерге жібереді.
Ваннаны шламнан тазалау әр сериялар алынғаннан кейін жүреді.
3.1.9 Катодтарды дайындау
Катодтарды жасау ванна серияларында жүреді. Матрицаларын титаннан
жасайды. Катод беті қышқылдан таза болуы керек, әрі ешқандай сызық
түспеген күйде материалмен жабылған болуы керек. Титанды матрицаны төрт
ай жұмысынан кейін жөндеуге жібереді.
Матрицаға отырғызылатын мыстарды кранмен станкаларға алып
келеді, катодты негізді түсіру үшін. Матрицалы листтардан матрицаны
қолмен немесе арнайы станкалармен сыпырады.
Катодты негізге қойылатын негізгі талаптар:
- лист өлшемі 960х860 мм болуы керек;
- листтардың жиектері тегіс әрі сөгілмеген болуы керек;
- листта дендрит болмауы керек;
- катодты лист массасы 4-7 кг төмен болмауы керек.
3.2 Технологиялық есептер
Электролиз процессінің технологиялық есептеріне материалды
баланс, ертіндіге жиналған қоспалар және ертінді мөлшері (
регенерациялауға берілетін ), ваннадағы кернеу, электроэнергия шығыны,
ваннаның жылу балансы т.б жатқызылады.
3.2.1 Материалды балансты есептеу
ЖМЗ электролит цехының тәжірибе жұмысының негізіне сүйене
отырып, анодты мысты мынандай құрамда аламыз,% 99.5-Cu; 0,09-Au; 0,045-
Ag; 0,06-Se; 0,02-Te; 0,06-Pb; 0,1-Ni; 0,05-As; 0,03-Sb; 0,01-Bi;
0,015-Fe; 0,02-O2.
Тәжірибе нәтижесіне байланысты анодты скрап 18%. Мыс және
оның қоспаларының шламмен катодта отыру және ертіндіде орналасу
аралықтары 3.1-кестеде келтірілген.
3.1 кесте-Анодты мыстың негізгі компоненттерінің электролиз
кезінде орналасуы,%
Компонент Cu Au
Скраппен Шламға Ертіндіге Катодқа
тұнбаға
Cu 995,00 179,1 0,816 15,502 799,582
Au 0,90 0,162 0,731 - 0,007
Ag 0,45 0,081 0,364 - 0,005
Se 0,60 0,108 0,487 - 0,005
Te 0,20 0,036 0,162 - 0,002
Pb 0,60 0,108 0,408 0,039 0,045
Ni 1,00 0,18 0,008 0,754 0,058
As 0,50 0,09 0,218 0,103 0,089
Sb 0,30 0,054 0,158 0,017 0,071
Bi 0,10 0,018 0,006 0,043 0,033
Fe 0,15 0,027 0,087 0,024 0,012
O2 0,20 0,036 0,148 - 0,016
Барлығы 1000 180 3,593 16,482 799,925
3.2.1.1 Катодты мыс бойынша цехтың тәуілік өнімділігін
есептеу
Цехтың тәуілік өнімділігін мына формуламен есептейміз:
Qтәу=Qтәуn ,
(3.12)
Мұндағы, n- жыл ішіндегі күндер саны, 365
Qтәу=200000:365= 548 ттәу
3.2.1.2 Регенерациялауға кететін ертінді мөлшерімен есептеу
Регенерациялауға кететін ертінді мөлшерін электролиттегі
элементтер құрамына байланысты табамыз. Тәжірибедегі ванналар негізіне
сүйене отырып ертіндідегі элементтерді мына құрамда аламыз, гл:
40Cu, 20 Ni, 4As, 0,7 Sb.
Электролит мөлшері келесі қоспалармен анықталады. Материалдық
балансқа сүйене отырып, қоспалар мөлшерін табамыз (1000 кг анодтан
ертіндіге өткенде). Бұл келесі 3.3-кестеде көрсетілген.
3.3 кесте-Электролитке өтетін қоспалардың мөлшері
Элементтер Анодтағы Ертіндіге Енгендер Электролитке
құрамы, кг өтуі, гл құрамы,гл қажетті түрде
беруі,гл
Ni 1,0 0,754 20,0 37,70
As 0,5 0,105 4,0 25,75
Sb 0,3 0,017 0,7 24,30
Cu 995,0 15,502 40,0 387,60
Демек, мытың берілген құрамын сақтап тұру үшін церкуляциядан
регенеративті ванналарға әр тонна анод үшін 7,6 л ертінді беру
керек.
3.2.2 Ванна санымен кремнийлі айырғышты есептеу
Мыс массасын отырғызу үшін суммарлы тоқ күшін табамыз, ол
келесі формуламен өрнектеледі:
nI= Qтәу ∙kэ (Cu) ∙ k ∙ BT
(3.13)
Мұндағы; Q тәу – цехтың тәілік өнімділігі, т; - отыру
уақыты, сағ; Кэ (Cu) – мыстың электрохимиялық эквиваленті, г(А·сағ);
к- машина уақытын есептеуші коэффициент, I- тоқ күші, А; n-ванналар
саны, шт; Вт-тоқ шығыны, %;
Электрохимиялық эквивалентті мына формуламен анықтайды:
Kэ(Cu)= Ar(Cu)Z∙F (3.14)
Мұндағы; Ar(Cu)- мыстың атомдық массасы, г; Z- валенттілік; F-
Фарадей тұрақтысы, 96500А·с немесе 26,8 А∙ сағ;
Кэ(Cu)=63.542·26.8=1,185 г(А·сағ), сонда
nI=(548·106 )(24·1.185·0.91·0.94)=22.5·106A
Электролитт зауыттарында айырғыш ретінде кремнийлі айырғышты
қолдануда. Ол 12500А тұрақты тоқпен және 300В кернеумен қамтаммасыз
етеді.
Ваннаға тоқ күші 12500А күйінде алынады. Цехтағы керекті
ванналар санын табу:
n=nII=(2∙22500000) =1800 ванна
ЖМЗ тәжірибесіндегі мәлімет бойынша ваннадағы кернеу 0,4 В.
Тізбек бойынша қажетті кернеуді алдымен формуламен табамыз:
Up=n∙Up∙1,15 (3.15)
Мұндағы; Up-1800 ваннадағы кернеу,В; 1,15-кернеудің шығынын
анықтаушы коэффициент( шинада,сымда, щитта жүретін ). n- ванна саны; Uв-
бір ваннадағы кернеу,В;
Ваннадағы кернеуді 0,4В алсақ:
nсер=Up:Uайырғыш (3.16)
мұндағы; Up- ваннадағы жұмыс кернеуі, В; Uайыр- айырғыш кереуі;
nсер=830:300=3
Әр серия үшін ванна санын есептейміз, шт; 1800:3=600. Әр бір 600
ванна бір айырғышпен жұмыс істейді, сонда барлығы 3 айырғыш.
3.2.3 Катод сандарымен электролиз ванналарының өлшемдерін
есептеу
Бір ваннадағы катодтың жалпы ауданы тоқ күшімен және тоқ
тығыздығымен анықталады. Казіргі уақытта ЖМЗ-ы тоқ тығыздық 260Ам2.
Сонда 12500 А тоқ күші кезінде ваннадағы катодтың беткі ауданы
S=12500:260= 48м2 . Ал ЖМЗ катод өлшемдері мынаған тең: а=60 мм
(ұзындығы), b=860мм (ені).
Ваннадағы катод анодтан біреуге артық болғандықтан барлық
катод аудны мынаған тең:
S=2ab(n-1) (3.17)
Мұндағы; a,b- катод өлшемдері; n-катодтар саны; S- жалпы
ауданы;
Ваннадғы катодтар саны мынаған тең:
n=F(2ab)+1=48:(2∙0.86∙0.86)+1=32+1= 33
Анодтар саны : n-1=33-1=32
Ваннаның ішкі өлшемдері (ұзындығы L, ені Б, тереңдігі B)
технологиямен конструктивті өлшемдерге байланысты.
Анод қалыңдығы 45мм, катод қалыңдығы 12мм қылып алсақ. Аттас
электродтар арасы 100 мм-ге тең. Ваннаның ішкі беткі қабатынан шеткі
катод қабатына дейінгі зазорды 150-200 деп алсақ. Онда ванна
ұзындығы 100(n-1)+200+150=(33-1)100+350=3550 мм. Ваннаның енін Б
катодпен зазор аралық ен арқылы табуға болады. Б=860+160=1020мм. Ванна
тереңдігі 250мм, электролит бетінен ванна бетіне дейін 50мм, табан
ұзындығы 860 мм. Олай болса В=860+50+250=1160 мм.
Егер шлам көп шөгетін жағдайда оны 1250 мм ге дейін арттырады.
3.2.4 Ваннадағы кернеуді есептеу
Негізгі кернеуді ваннада ертінді кедергісі құрайды, оны
С.Сковоронский әдісімен есептейді. Көрсетілген әдісті қолдана отырып
электролит кедергісін келесі құрамда аламыз; гл: 40 Cu, 200 H2SO4, 20
Ni, 4 As, 2Fe ( қалған қоспаны есепке алмаймыз).
Құрамы 200гл H2SO4 электролит кедергісін мына теңдікпен
табамыз:
p=1.11+0.01a-0.0065∙(t-550C) (3.18)
Мұндағы; Р- кедергі, Ом∙см; а- мыс, никель темірдің суммарлы
құрамы, гл; t- жұмыс температурасы, оС;
С.Сковронский формуласы бойынша ертінді кедергісін
құрайтындар, %
Cu ... ... . 100+0.657∙40=126,28
Ni ... ... .. 100+0,766∙20=115,32
As ... ... .. 100+0,0725∙4=100,29
Fe ... ... .. 100+0,818∙2=101,636
Мұндағы; Cu, Ni, As-электролиттегі элементтер концентрациясы (гл)
Электролиттің кедергі коэффициентін формуламен табамыз:
RK = (3.19)
RK===1.209
Демек, ертінді кедергісі 55оС-та 1,364∙1,209=1,649 Омсм3 тең.
Элкетролит қабаттарының кедергісі
Rэ=1,649∙4,545∙86,0∙86,0=0,001013 Ом.
Барлық ваннадағы эектролит кедергісі мынаған тең:
R=0,001013:32,2=0,00001583 Ом
Кернеу, осы кедергі үшін тоқ күші 12500А болғанда мынаған
тең: U=I∙R=12500∙0,00001583=0,198 B. 55% болған жағдайда ваннадағы
кернеудің құлауы былай болады: U=0,198:0,55=0,36 B.
3.2.5 Электроэнергия шығынын есептеу
Мысты электролитті тазалаудағы электроэнергия шығыны мына
қатынаста орын алады, кВт∙4Т:
W=E 105:1,186∙Вт (3,20)
Мұндағы; Е-кернеудің бір ваннаға толық берілуі,
В(Е=Ев+Еш);
Мұндағы; Ев-ваннаға кернеудің берілуі, В; Еш-ваннадағы шиналарға
кернеудің берілуі,; 1,186-мыстың электрохимиялық эквиваленті, г(А∙сағ);
Вт- тоқ шығыны.
Әдетте электроэнергия шығынын тәжірибелік мәләметке байланысты
және тоқ шығынына байланысты анықтайды:
Вт=91-93%
Вт=94-96%
Ваннаға кернеудің берілуін жалпы түрде былай көрсетеді:
Ев=Еа-Ек+Еш+Еэл (3,21)
Мұндағы; Еа- анод потенциалы; Ек- катод потенциалы, Еэл-
ертіндіге берілген кернеу, оның ішінде шлам; Еш- контактіге берілген
кернеу;
Осылардың барлығын қортып 1т катодты мыс үшін технологиялық
электр шығынын жасайық. Егер кернеу ваннаға 0,36 В болса, ал шинаға
берілетін кернеу есепте 0,04 В тең. Ваннаның машиналық уақыты 91%,
тоқ шығыны 94%.
Көрсетілген мәндерді орындарына қойсақ:
W=[(0,36+0.04):1,186∙0,94] 103=(0,4:1,115)103=259 кВт∙сағт
Тәжірибеде 1т катодты мыс үшін электроэнергия шығыны 420-400
кВт∙сағ құрайды.
3.2.6 Ваннамен катод санын есептеу
Ваннамен катод санын есептеу үшін цехтың бір жылда екі жүз
мың тонна катодты мыс өндіретіндігін ескереміз. Катод өлшемі 860х860
мм, ал анод болса 820х820 мм. Бір анодтың массасы ілмексіз және катод
тығыздығы 8,5м3 болғанда мынаған тең: 0,860∙0,860∙0,045∙8,5=283 кг.
Материалды баланс бойынша анодтан катодқа 79,958 % немесе
283∙0,79958=226,28 кг өтеді.
200 000 тонна катодты мыс өндірісінде анодты қайта өңдеу
керек: 200 000:0,22628=883856 шт. Тоқ тығыздығы 260 Ам2 болғанда,
тоқ шығыны 94%.
1,186%∙0,94∙260∙2∙0,86∙24=11965,4 г=11,965 кг
Анодтың еруі мынаған тең:
226,28:11,965=18,9 тәу
Катодты екі есе арттыру жағдайы болса, ондағы уақыт
19:2=9,5 тәу, ал катод саны 883856∙2=1767712 шт жылына болады.
Егер матричны ванналар товарлы катод ванналары сияқты болса
және тоқ тығыздығы 96% құраса, онда тәуілік өнімділігі мынаған тең:
Qтәу= 1,186∙200∙32∙0,860∙0,96∙24=134,7
Ал ванналар саны:
n=34663:134.7:0.93=277 шт болады.
3.2.7 Қолданылған электролит құрамын есептеу және
тазалағыш ванна санын анықтау
Тазартқыш ваннаға 1 сағатта 0,4м3 электролит түседі, оның
құрамы : 40-Cu және 150∙H2SO4. Ерімейтін анод кезіндегі электролиз
мысты ертіндіден және күкірт қышқылынан мына реакция бойынша
жүреді:
CuSO4+H20=Cu+H2SO4+0.5 O2 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
1 ЖАЛПЫ ТҮСІНДІРМЕЛІК ЖАЗБА
1. Кәсіпорынның қысқаша сипаттамасы
2. Шикізат базасы және өнімнің техноогиялық дәрежесімен
номенклотурасы
3. Негізгі технологиялық және жобалық шешімдер
4. Энергияресурстық қажеттілік
2 СИТУАЦИОНДЫ ПЛАН
2.1 Ситуационды план
2.1.1 Құрылыс ауданының қысқаша сипаттамасы
2.1.2 Құрылыс ауданын таңдау және сипаттау
2.1.3 Зауыттың ішкі және сыртқы көлігі
2.1.4 Қадағалу-өткізу пункті
2.1.5 Цех орналасқан ауданды қоршау
3 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ШЕШІМДЕР
1. Өндірістің технологиясы
3.1.1 Процесстің негізгі теориясы
3.1.2 Қоспалардың қозғалысы
3.1.3 Технлогиялық негіздері
3.1.3.1 Ванналармен электродтардың конструкциясы, өлшемдері
3.1.3.2 Ертіндінің құрамы
3.1.3.3 Ертінді церкуляциясы
3.1.3.4 Тоқ тығыздығы
3.1.4 Технологиялық тізбек жолы
3.1.5 Электролитті тазалау процессі
3.1.6 Катод бөліміне кіретін материалдардың сипаттамасы
3.1.7 Катод бөліміндегі негізгі қондырғыларға сипаттама
3.1.8 Катодты мыс өндірісі және ертіндіні тазалау
3.1.9 Катодтарды дайындау
3.2 Технологиялық есептер
3.2.1 Материалды балансты есептеу
3.2.1.1 Катодты мыс бойынша тәуілік өнімділігін есептеу
3.2.1.2 Ертінді көлемінің есебі
3.2.2 Ванна сандарымен айырғыштарды есептеу
3.2.3 Катод сандарымен электролиз ванналарының өлшемдерінің
есебі
3.2.4 Ваннадағы кернеуді есептеу
3.2.5 Электро энергия шығынын есептеу
3.2.6 Ваннамен катод сандарын есептеу
3.2.7 Қолданылған электролит құрамын және тазартқыш ванна санын
есептеу
3.2.8 Ваннаның жылу балансын есептеу
3.2.8.1 Судың булануымен кететін жылу шығыны
3.2.8.2 Ваннаның беткі бөлігінен шығатын жылу шығыны
3.3 Технологиялық процесстің автоматизациясы
3.3.1 Мыс электролизін басқару ретінде анализдеу
3.3.2 Автоматизациялау бағыты
3.3.3 Электролиз процессіндегі автоматизация тізбегі
3.3.4 Автоматтандырушы тізбектің мазмұны
4 ЕҢБЕКТІ ҚОРҒАУ
4.1 Еңбекті қорғаудағы ұйымдастыру шаралары
4.2 Электрқауіпсіздігін қамтамассыз ету
4.3 Цехтағы микроклимат
4.4 Дірілмен дыбыстан және шудан қорғау
4.5 Өртке қарсы шаралар
4.6 Табиғи және жасанды жарықты ұйымдастрырып,
оны есептеу
7. Тартқыш вентиляцияны есептеу
4.8 Арнайы киімдермен қамтаммасыз ету
5 ЕҢБЕКТІ ҰЙЫМДАСТЫРУ ЖӘНЕ ӨНДІРІСТІ БАСҚАРУ
1. Өндіріс пен цех жұмысын ұйымдастыру
2. Цехты басқаруды ұйымдастыру
3. Жұмыскерлердің жұмыс графигі
4. Демалыс және жұмыс режимі
5. Еңбеккерлердің кәсіптік құрамын және санын есептеу
6. Жұмысшылардың жылдық қорын есептеу
6 ҚҰРЫЛЫС ШЕШІМДЕРІ
6.1 Құрылыс ауданыныа сипаттама
6.2.1 Цехты жобалау
6.2.2 Цехтың негізгі сипаттамалары
6.2.3 Цех ғимаратының құрылыстық сипаттамасы
6.3 Жылы сумен қамтаммасыз ету
7 ҚОРШАҒАН ОРТАНЫ ҚОРҒАУ
7.1 Өндірістік қалдықтар тізбегі
7.2 Ауа бассейнін қорғау
7.3 Жер және су қоймаларын ағынды судан сақтау
8 СМЕТАЛЫҚ ҚҰЖАТТАР
1. Бөлімдер бойынша капиталды салымдардың есебі
2. Құрылыс құнының бірлескен есебі
8. ИНВЕСТИЦИЯЛЫҚ АНАЛИЗ
1. Өзіндік құнының калькуляциясы
2. Жылдық пайданы, өтелу мерзімді, капиталды шығынды және
рентабельді есептеу
ҚОРЫТЫНДЫ
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
СПЕЦИФИКАЦИЯ
КІРІСПЕ
Мысты электролитті тазалау мыс өндірісіндегі ең соңғы үрдіс
болып табылады.Бұл үрдістің бағыты анодты мысты қоспалардан тазартып,
қолданысқа ие таза мыс беру.
Бұл дипломдық жобада жылына 200 000 тонна шығаратын ЖМЗ электролит
цхының анодты мысты тазалаудағы журетін негіздер аясында көрсетілген.
Жобаның негізіне анодтық мысты тазалау схемасы бойынша алынатын
маркасы МООК катодты мысты қарастырған.
Электролиз процессінің технологиялық схемасы классикалық әдіспен
келтірілген, анодты мыстан бағалы компонентті бөліп алу.
Аппаратуралық схеманы келтіру кезінде стандартты түрде жасап, қосымша
қондырғылар қолданылған. Технологиялық есептер ЖМЗ өндірісінің технико-
экономикалық көрсеткіштерін пайдалана отырып қарастырылған.
Жобада автоматикалық қадағалау, қоршаған ортаны қорғау, цехтың
құрылыстық шешімдері,еңбек қорғау бөлімдері қарастырылып, оларға
талдаулар көрсетілген.
1. ЖАЛПЫ ТҮСІНДІРМЕЛІК ЖАЗБА
1. Кәсіпорынның қысқаша сипаттамасы
Жезқазған мыс қорыту комбинаты Қазақстан Респупликасы бойынша
түсті металлургия саласындағы алдынғы қатардағы өндіріс орны .Бұл
өндірісте технологиялық процесс басынан аяғына дейін жүреді.
ЖМЗ-ы құрамына мыс қорыту зауытымен үш байыту фабрикалары кіреді.
Байыту фабрикаларына жергілікті кен орындарынан кен жіберілед.Онда
флотациялау арқылы кеннен мыс, қорғасын және мырыш концентраттары
алынады.
Мыс қорыту зауытының мынадай негізгі цехтары бар:
-шихта дайындау цехтарының блоктары;
-тұндыру және кептіру ,араластыру, тазалау, түйіршіктеу бөлімдері;
-шихта дайындау бөлімі;
-металлургиялық цех, оған электро пеш, конвертер және анодты бөлім кіреді;
-электролит цехы;
- күкірт қышқыл цехы;
- сирек металл цехы;
- әртүрлі жөндеу және көмекші орындар;
2. Шикі зат базасы және өнімнің технологиялық дәрижесімен
номенклатурасы
Өндірістің мыс шикі затынан катодты мысты өндіруі жылына 200 000
тоннаны құрайды.Шикі зат көзі болып зауыттың өзі болып саналады. Мысты
электролитті тазалаудағы негізгі шикі зат болып маркасы МЗ-99,5 анодты
мыс қолданылады.Сонымен бірге ертіндіні де зауыттың өзі шығарады.
Шығарылатын өнімнің технологиялы дәрижесі әлемдік стандартқа сай.
Шығарылатын мыс түрлері- М1 99,9 және МО 99,95
3. Негізгі технико-экономикалық және жобалау шешімдері
Негізгі технико-экономикалық көрсеткіштер мына 1.1-кестеде
көрсетілген.
1.1 кесте-Жобаланатын цехтың технико-экономикалық көрсеткіштері
Көрсеткіштердін атаулары Көрсеткіштері
1. Өнімнің жылдық шығарылу көлемі, т 200000
2. Өндірілетін шикізаттың жылдық көлемі, т 250000
3. Негізгі металдың құрамы; %:
99,5
- бастапқы шикізат, 99,95
- дайын өнімде, 00,05
- өндірістік қалдықтарда,
4. Өндіріс құрылысының сметалық құны, тенге 4094273550
5. Жұмыскерлердің тізімділік құрамы, соның ішінде;
адам: 234
Жұмысшылар 17
ИТР 90
МОП
6. Негізгі өнімнің өзіндік құны, тенге 221257,68
7. Өндірістін рентабельдігі, %: 30
8. Өтелу мерзімі, жыл: 3,6
1.4 Энергия ресурстық қажеттілік
Мысты электролиздеу кезінде негізгі қажеттілік электроэнергия
болып саналады.
Жезқазған мыс қорыту зауытындағы жобаланатын цехты Қараганда энерго
электроэнергиямен қамтаммасыз етеді. Қосымша көмекші көзі Жезқазған ТЭЦ
болып саналады.
2 СИТУАЦИОНДЫ ПЛАН
2.1 Ситуационды план
Зауыттың жалпы территориясы 3000 гектарды құрайды. Орналасқан аудан
беті тегіс және бір жынысты саз-балшықты болып келеді. Мысты электролит
арқылы тазалау цехы технологиялық схема бойынша қортынды бөлімді
атқарады, сондықтан цех ауданы ауқымды (м2).
Жезқазған мыс қорыту зауытының өндірістік су көзі болып Кенгір су
қоймасы болып саналады. Өндірістік суды үздіксіз беру үшін зауыт аумағына
бағытталған магистральды қос құбырлар жасқталған, диаметрлері 800 мм.
Ластанған судан айырылу үшін арнайы тазалағыштардан өткізіп, канализацияға
кетеді.
Процесс жүру үшін ауамен қамтаммасыз ету керек, ол үшін
компрессорлар жұмыс атқарады. 5-6 атм жіберілген ауа шеңберлі магистраль
арқылы жүзеге асады.
Жалпы Жезқазған қаласы энергия көзін Карагандаэнерго
системасынан алады. Қосымша энергия көзін Жезқазған ТЭЦ-і береді.
Электролиз ванналарына электр тогын 5 кремнийлі айырғышпен береді (ВАКВ
12500300).
Зауыттың ішкі көлік қатынасы негізінен темір жолдар арқылы жүзеге
асады. Бұл темір жолдарды жасаушы ЖЕЗКАЗГАН ЖАЗЫК кәсіп орны. Тұрақты
құрылыс орны Жезқазған промстрой. Өндірістік қондырғыны жөндеуші әрі
монтаждаушы Казцветметремонт кәсіп орынның басқаруымен жүреді.
1. Құрылыс ауданына қысқаша сипаттама
Орналасқан аудан бір жынысты саз-балшықтан құралған, ол көлденең нашар
ауысады. Беткі қабаттан 2,5-3 м ге дейін құрғақ шаңды болып келеді. 14-17
м төмен бір жынысты саз-балшық басталады. Бұл саз-балшықтар құмды-
графитті араласқан сулы бөліктерден тұрады.
Әрине жер суы денгейі 14-17 метрден басталады. Грунтқа жіберілетін
жүкті 3кгсм2 алуға болады.
Бұл ауданның ауа-рай климаты жылдам континентальды, температурасы
ауытқулы.( Жаз айы +35+38 0С, Қыс айы -25-280С)
Зауыт қаланың солтүстік батысында орналасқан, сол себептен шығатын
түтін мен газды қалаға бағыт алмайды.
Зауыт фундаменті 3 метр тереңдікке дейін салынған.
2. Құрылыс ауданын таңдау және сипаттау
Құрылысты шикі зат базасын, энергия мен суды, көліктік қатынасты,
климаттық жағдайды және жұмыскерлер күшін ескере отырып жүзеге асырады.
Жезқазған қаласы қаланың негзгі админстративтіті орталығы болып
саналады.Құрылыс ауданының басымдылығы рельфтің тегістілігі,бұл
жағдайда жер жұмысы жөнінде қосымша план қажет етілмейді. Таңдалынған жер
орнындағы цех қрылысы шикі зат базасына жақын болуы керек.
Шикі зат базасы болып Жезқазған кен орындары жатады.Электролитті
тазалау цехы ЖМЗ аумағында міндетті түрде болуы керек.
3. Зауыттың ішкі және сыртқы көлігі
Өндірістегі процессті уақытымен жүргізу үшін қатаң түрде мыналар
қадағаланады: шикі затты қажетті жерге жеткізу, керекті материалды жеткізу,
оларды тиеу және қоймаға жеткізіп орналастыру, жұмыс орнына немесе
цехтан цехқа жеткізу, технология бойынша тасымалдар, электро цехтан
дайын өнімді шығару.
Зауыттың ішкі көлік қозғалысын темір жолдар арқылы тасымалдайды.
Жезқазған мыс зауытында мынандай тасымалдағыштар жұмыс атқарады:
1) Тепловоз ТГМ-2 ( 70 т)
2) Аккумуляторлы электро тасымалдағыштар (8 т)
3) Вагонеткалар- анодтарды тасымалдау үшін, цех аралық қатынастар
үшін – автокөліктер қолданылады.
4. Қадалағау өткізі пункті
Пункт орналасқан нүктелер: аймақты күзету, авто көлікті қадағалау,
сақтау камерасын күзету, кірісті қадағалау және т.б. КПП планы бойынша
12х12 м, бір қабатты биіктігі 4,2 м, қақпалары механикалық түрде
жабдықталған.
5. Цех орналасқан ауданды қоршау
Электролит цехының аумағы күрделі қадағалауда болуы керек.
Зауыттың жалпы аймағынан ол аумақты арнайы шектеулермен (6-10 м)
ескерту белгілерін көрсетіп қояды. Зауыттың ішкі аймағын әр түрлі түсті
белгілермен көрсетіп, шектеу қояды.
3 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ШЕШІМДЕР
1. Өндірістің технологиясы
Технологтардың кейде шешілмейтін ең қиын проблемаларының бірі
электролиз үрдісі кезінде негізгі металлға басқа қоспалардың максималды
түрде өтпеуі. Негізгі металлға отыратын элементтер (Fe2+, Cd2+,
Co2+,Ni2+,As3+ және т.б) сапасын төмендетіп қана қоймай, электролиз
үрдісіндегі тоқ шығынын қоса азайтады.
Электролиз режимін жасаудағы шешуші фактор болып электрод
потенциалын дұрыс таңдау керек. Электролиз кезінде еритін анодты мыстың
потенциалдары ертіндіде электрохимиялық еруін қамтаммасыз етуі керек.
Мыспен бірге ертіндіге барлық катионды металлдар теріс потенциалмен
өтеді.Оң электрлі металлдар (асыл металлдар-Au,Ag,Pt )тенциалдары тотыға
алмайды, сондықтан олар электролиз үрдісіне қатыса алмай өте майда қатты
түйіршік түрінде ванна түбіне отырады. Ондағы тұнба- шламды түзеді.
3.1.1 Үрдістің негізгі теориясы
Таза әрі қатты мыс алу үшін және бағалы сирек металл алу үшін
анодты мыс құймасын электролитті тазалаудан өткізеді.Электролиз үрдісінің
жалпы түрін мына электрохимиялық схемамен көрсетеді: катодты негіздер -\
Cu SO4, H2SO4,H2O, қоспалар, қосындылар,\+ анодты мыс.
Электролит тазалауды арнайы жылдамдықпен электр тогын тиімді
қолданумен жүргізуге тырысады.
Анодты мыста мынадай химиялық реакциялар жүреді:
Cu-2e 2Cu 2+; Cu2+Cu=+0,344 B (3.1)
Cu-eCu +; Cu+Cu=+0,522 B (3.2)
Cu+eCu2+; Cu2+cu+=0.522 B (3.3)
Анодты мыстың теориялық еруі Cu2+ Cu+ түзуімен жүруі
керек.Ертіндіде металлды анодтың болуы тепе-тең болуына алып келеді,мына
реакция бойынша:
CuSO4+Cu=CuSO4 (3.4)
Технологиялық жағынан қарағанда электролитті эквивалент Cu+(1.185)
болғандықтан катодқа мыстың отыруына екі есе аз электроэнергия қажет
етеді. Реакция константасы бойынша мыстың бір валентті ионы
k=[Cu2+]2;[Cu2+] 250C кезінде 0,62-10 6 құрайды, сондықтан Cu+
концентрациясы ертіндіде жоқтың қасы, осыдан барып анодтан мыс электр тоғы
арқылы (3.1) реакция бойынша ертіндіге өтеді. Мыстың электрохимиялық
еруі мынандай реакцияларда өтеді:
Cu+H2SO4+0.5 02CuSO4+H20 (3.5)
Cu20+2H2S04+ 0.5022CuSO4+H20 (3.6)
Мыстың химиялық еру жылдамдығы электрохимиялық процесске қарағанда
йтарлықтай аз, бірақ температураның артуы оны жылдамдатады.
Әсіресе ертіндінің беткі қабатында оттегі байытылған ауа шекарасымен
шектесуінде . Сондықтан анодтың бөліну шекарасында газ тәріздес және
сұйық фазалар тез ериді, ертіне көлеміне қарағанда.Сол кезде арнайы шара
қолданбаса ( ертінді денгейінен периодты түрде өзгертпесе, анодтың
жоғарғы беті коррозияға қарсы қалқанмен жаппаса), анодтың өз
салмағымен бөлінуі мумкін.
2Cu+Cu+Cu2+ (3.7)
Бір валентті мыс шала тотықты мыстың еруінен ғана түзілмейді, ол
(3.4) реакция бойынша да түзілуі мүмкін. Ол кезде температураның
артуы оңға жылжуына алып келеді.
Көрсетілген процесстер ертіндіні байытуға алып келеді (мыспен,
күкірт қышқылыиен), ол үшін ертіндіні регенерациялауға арнайы шаралар
қолданылады.
Анодты мыстағы қоспалар электрохимиялық және химиялық ерігенде
( Ni, Fe, Zn, Co, Mn, As, Sb, Bi) ертіндіге өтеді. Бағалы металлдар және
ерімейтін химиялық қосындылар ( селенидтер, телуридтер, қос тотықтар,
қорғасын сульфаты, мышьяк, сурьма, қалайы) шламда жиналады. Электролиз
кезінде никельдің жартысы ертіндіге басқа қоспалармен бірге
өтеді.Ертіндіге жиналған никель катодтың ион алмасуын қиындатады.
Сонымен бірге тоқ өткізгіштікті азайтады және сурьмамен мышьякпен
бірігіп, қиын еритін қоспа түрінде қалқыма шлам түзеді. Никель
концентрациясының жоғарлауына байланысты 1гл ертіндінің электр
өткізгіштігі 0,005 Омсм, ал тұтқырлық 0,012 Пз артады.Никельдің қалған
бөлігі ерімейтін қабық түзіп, анод бетіне жиналады. Ол бірдей
ерімеуге алып келеді. Бұл қабықшаның жиналуы қысқаша тұйықталуға және
катодты тұнбаның ластануына әсерін тигізді. Анодтағы никель 0,4-0,8%
Ni болғанда оттегін 0,04% төмендетеді, сол кезде ертіндіге Ni 99-99.5%
дейін өтеді. Ертіндіге жіберілетін құрамды жалпы концентрация арқылы
анықтайды, онда кем дегенде 250-255 гл болуы керек. Никельдің құрамы көп
блоған жағдайда қышқылдыда төмендетеді. Мысалы: D=270Ам2 және С Сu=42-
45гл ге никельді 30 гл асырмайды, ал қышқыл 120-125 тен аспауы керек.
Ваннадағы жүретін катодпен еритін анодтың негізгі процессі мыстың
иондық разрядтары: Cu2+-2e2Cu0. Концентрациялардың жоғары болуы
(As, Bi,Sb) gтенциалдары мыс потенциалдарына жақын немесе жоғары болуы
(Ag) катодқа өтуіне қауіпті. Қоспалардың иондық разрядтары төмен
болуына қатты ертінділерде немесе мыстың балқыма қоспаларын түзген кезде
әсерін тигізеді.
Катод майда кристалды структурада және беті тегіс күйінде болуы
керек. Себебі шаюға қолайлы әрі асыл металлдар шығынын азайтады.
Негізгі технологиялық көрсеткіштерге тоқ тығыздығы, ертінді құрамы,
циркуляция жылдамдығы және беткі активті заттар (ПАВ) шығыны әсер
етеді.
Тоқ тығыздығының өсуіне байланысты электролиз ванналарының
өнімділігі артады. Ол анодтың пассивациясын арттырады. Сонымен қоса
тұнбаның сапасы нашарлайды, ертіндіні тазалау шығыны артады, асыл
металлдар шығыны да үлкен көлемде артады. Ертінді циркуляциясының
артуы шламды механикалық жолмен алуға, катод бетінің тегіс болуына,
электрод арасындағы магнитті полюске байланысты.
Жоғарғы тоқ тығыздығын пайдалану таза электролит болған кезде
ғана мүмкін ( ПАВ шығыны артқанда ), циркуляциямен суыту қолайлы
немесе арнайы электрлі режим кезінде ( пульсирующий ток резервті ток)
жүзеге асасды. Болгарлық металлургтердің мәліметіне қарағанда реверсті
тоқ кезінде шығын екі есе аз болады. Ондағы тоқтың қолдану
коэффиценті 84-99%, ал меншікті электр энергия шығыны айтарлықтай үлкен
( 500-550 квт сағт)
Электролиз кезінде ертіндідегі қышқыл құрамын шектеулі түрде алу
керек ( сонымен бірге мыс құрамын қоса ), ол кездегі қолдану
коэффициенті артады. Дегенмен бұл жағдайда тоқ өткізгіштік төмендеп,
тұтқырлық артады, нәтижесінде оны қыздыруға тура келеді.
Температураның артуы ертінді құрамын жылдам әрекеттесуіне әкеледі,
одан шыламның тұнуы артады, артынан катодты тұнба жақсарып,
электролиз көрсеткіштері жақсарады. Дегенмен температура 60-70 С
болғанда ваннаны қадағалау қиындайды, соның әсерінен химиялық еру
артып бу шығыны көп болады. Сол себепті процессті 55-65 С аралығында
жүргізеді. Электролит циркуляциясы анодтың бірыңғайлығына құрамымен
температурасына және ванна көлеміне тәуелді. Брақ мұнда шламның
бұзылмауы керек, ол катодты ғана ластамайды сонымен бірге асыл
металлдар шығынын арттырады.
Тікелей циркуляция кезінде( ертінді ванның төменгі бөлігінен
беріліп, қарсы жоғарғы бетінен ағып кетеді ) таза ертінді байытылған
мысты ертіндімен араласып мысты ион алмасу процессі жүреді. Бұл
әрекет катодты процесстің дамуына жақсы әсерін тигізеді. Бірақ
мұндағы басты жәй шламның ластанбауы.
Ертіндінің оралу циркуляциясы кезінде таза электролит ағыны
анод бетіндегі араласқан ағынмен араласа бастайды. Ертінді бағыты
жоғарыға бой алған кезде катодты қабықтарда гидродинамикалық режим
нашарлайды. Ал анод болса ыстық ертіндімен шайылып, кинетикалық
процессі жақсарады. Ертіндінің бірдей циркуляциясы ваннаның
конструктивті көлеміне байланысты.
Активті заттарды қосу тұнбаны және тегіс бетті катодты алуды
жақсартады. Беткі қабаттағы адсорбция мыс кристаллдарын бөліп,
уақытша үрдісті әлсіретеді. ПАВ- ты қосу шламның дисперсті
коагуляциясына әсер етеді. Қолданылатын ПАВ номеклатурасы әртүрлі, осы
күнге дейін өкінішке орай анықталмаған. Хлор-иондарды қосу ерімейтін
хлорлы күмісті түзеді, сонымен бірге оның шығынын арттырады. Кейде
шлам шығынын азайту үшін ертіндіні сүзгіден өткізеді.
Негізінен қара –сұр түсті қалқыма-шлам ертінді бетінде болуы
қолайсыз. Қалқыма-шламның тұнба шламнан айырмашылығы мыс қрамы көп
болуына байланысты.
Қалқыма-шлам оңай адсорбцияланып, катодты мысты ластайды, одан
келіп шишкалар түзіп, асыл металлдар шығынын арттырады.
Қалқыма-шлам құрамы тұрақты емес, оның себебі анодтардың
пассивациялануында. Кей кезде электролит құрамына, температурасына, тоқ
тығыздығына, циркуляция жылдамдығына да байланысты. Анодтардың
пассивациялану себебі беткі қабатта қабықшаның түзілуі. Ол мыс
сульфатының еруін төмендетіп қана қоймай, ертінді тұтқырлығын арттырып
кедергі жасайды.
Қалқыма шламнан құтылу үшін құрам мына түрде болуы керек:
сурьма 0,5 гл , хлор-ионы 50-500гл аспауы тиіс.(Температураның артуы
ертіндідегі қышқылдың аз болуы )
Шламды қарсы әрекеттен сақтау үшін ертіндіні үздіксіз сүзуден
өткізу керек. Ең қолайлысы электролизді оптимальді режимде ұстау
керек.
4. Қоспалардың қозғалысы
Ертіндіге қойылатын негізгі талап оның жақсы тоқ өткізгіштігі
және тазалығы. Бірақ ертіндіде мыс сульфатынан, күкірт қышқылынан
және судан басқа қоспалар бар. Ол анодты мыстан еріген қосындылар.
Тазалау кезінде олардың қозғалысы кернеу қатарына байланысты
анықталады.
Қоспалардың электрохимиялық құрамына байланысты төрт топқа бөлуге
болады.
I топ- мысқа қарағанда теріс электрлі металлдар (Ni, Fe, Zn және
т.б);
II топ- мыс потенциалына жақын металлдар (As, Sb, Bi )
III топ- мысқа қарағанда электропотенциалдары жоғары металлдар
(Au, Ag, т.б);
IV топ- Мыстың электрохимиялық қосындылары (Cu2S, Cu2Se, Cu2Te,
AuTe2, Ag2Te).
Бірінші топтағы қоспалар, яғни электро потенциалдары теріс
металлдар ертіндіге толығымен өтеді. Оның ішінде никельғана шламға
отырады. Нерст заңы бойынша қатты ертінділер оң электрі болуы мүмкін,
мысқа қарағанда. Сондықтан олар шламға өтеді.
Барлық көрсетілген топтағы қоспалардың ішіндегі қалайы мен
қорғасын өздерінің электрохимиялық құрамына байланысты электролиз
кезінде бірінші топта болса, үшінші және төртінші топтарға жатқызылуы
мүмкін.Қалайы мен қорғасын қышқыл ертіндісінде ерімейтін қорғасын
сульфатын (PbSO4) және металқалайлы қышқыл (H2SnO3) түзеді.
Теріс электрлі қоспалар электролиз кезінде тұнбаға отырмай ертіндіге
жинала береді. Ертіндіде бірінші топтағы металлдар концентрациясын
төмендетеді.
Темір, никель, мырыш сульфаттарының ертіндіде жиналуы ертіндідегі
мыс сульфатының концентрациясын төмендетеді.
Теріс электрлі элементтер катодқа тұз түрінде өтуі мүмкін, ол
жағдай егер ертіндіде концентрациясы көп болса. Мысты электролитті
тазалау тәжірибесінде ертінді концентрациясы мынадан аспауы керек,
гл; Ni-20.0; Zn-25; Fe-5.0
Екінші топтағы қосындылар ( As, Sb,Bi ) мысқа электропотенциалдары
жақын элементтер катодты ластаушы қатарына кіреді. Мысқа қарағанда теріс
электрлі металлдар анодта толығымен еріп сульфаттар түзеді, олар
электролитте жинала береді. Бірақ бұл қоспалардың сульфаттары тұрақты
емес, олар гидролизге өтіп негіз тұздар (Sb және Bi ) немесе мышьякты
қышқылды түзуі мүмкін. Сурманың негіз тұздары қалқыма шлам түзіп,
өзімен бірге мышьякты да алып кетеді.
Мышьяк және сурьма, висмут катодқа электрохимиялық және
механикалық жолмен отыра алады, себебі қалқыма шламның жұқа дисперсті
бөлшектері оңай адсорбцияланады. Демек, екінші топтағы қоспалар
электролид шлам және катодты мыс араларында бөлінеді. Ертіндіге
жіберілетін екінші топ қосындыларының концентрациясы мына түрде болуы
керек гл; As-9.0; Sb-5.0 Bi-1.5;
Мысқа қарағанда электрлері жоғары металлдарға асыл металлдар
жатады ( бастылары Au , Ag ). Бұлар үрдіс кезінде кернеу қатарына
қарай шламға жұқа дисперсті тұнба түрінде өтеді. Анодтан алтынның
шламға өтуі 99,5%, ал күмістің-98%. Күмістің алтынға қарағанда шламға
аз өтуі ол ертіндіде азда болса еруіне байланысты. Күмістің ертіндіде
ерімеуіне және шламға қолайлы өтуі үшін иондар-хлорларды қосады.
Алтын мен күмістің шламға толық өтуіне қарамастан аз да болса
шамалы мөлшері катодқа отырады. Ол шламды механикалық жолмен жүзеге
асасды. Циркуляция жылдамдығының артуы, артынша шламның лайлануы күміс
пен алтынның катодқа өтуін жоғарлатады.Тоқ тығыздығын электролит
циркуляциясын таңдау алдында анодтағы асыл металлдар құрамын
ескерген жөн.Егер олардың құрамы жоғары болса, онда тоқ тығыздығы
аз болады. Көптеген зауыттарда электролитті циркуляция кезінде ваннаға
қайтар алдында фильтрлейді, бұл шлам шығынын азайтып таза мыс алуға жол
ашады.
Электрохимиялық қосындылар (электрлері оң ) (төртінші топтағы )
анодта тотығып, катодта тотықсыздана алады.Бірақ мысты электролитті
тазалау кезінде анодта толық тотыға алмайды. Себебі анодтың
потенциалдары жетпейді. Сондықтан электролиз кезінде олар процесске
қатыспай ванна түбіне селенидтер және теллуридтер түрінде шламға 99%-Te
өтеді.
Осындай жолдармен анодты мысты тазалаудағы қоспалар катодты мыс
электролит және I және II-топтағы қосындылармен байытылып, күкірт
қышқылымен бірігеді. Электролиздің тұрақты режимін ұстау үшін
электролитті регенерациялайды, себебі оның оптимальды құрамын сақтап
қалу үшін.
Электролит регенерациясын екі әдіспен жүргізеді:
1) Ерімейтін анодты регенерация ванналарында мысты жарты ертімен
бөліп алу;
2) Электролитттің жарты бөлігін қайта өңдеуге жібереді, онда
мыспен никельді сульфат түрінде алып және оны зиянды қоспадан
тазартады.
Электролит көлемінің төмендеуіне байланысты үстіне күкірт
қышқылымен суды арнайы мөлшерде толтырып отырады.
Регенерациялық ваннада электролиз кезінде қарапайым процесс
жүреді, яғни ертіндіден мыстың бөліну басы басталады:
Cu2++2eCu0 (3.8)
Анодтағы қорғасын судың молекулалары бос оттегін бөледі:
H2O-2e12O2+2H (3.9)
Регенерациялаушы ваннадағы процесс суммарлы реакциямен
өрнектеледі:
CuSO4+H2OCu+H2SO4+12O2 (3.10)
Оның үстіне электролит мыспен және күкірт қышқылымен байытылады.
Шламға асыл металлдар толығымен өтеді, Se, Te, Sn, Pb. Ол шлада
аз мөлшерде мыста болуы мүмкін. Шламдағы мыс дисперсті порошок
түрінен диспропорционалды катион түрінде ағады. Cu+ [Cu2++Cu2Cu+]
3. Технологиялық негіздері
3.1.3.1 Ванналармен электродтардың конструкциясы мен
өлшемдері
Мысты электролитті тазалауды электролизерларда жүргізеді, оны
ванналар деп атайды.
Казіргі уақытта ванналарды моналитті темір бетондардан жасайды,
кейде құрама конструкциядан да құрайды. Мысалы : балка мен қабырғалары
темір бетоннан, ал ішкі қабаттары және түбі ағаштан жасалады.
Электролиттің құрамындағы жоғарғы концентрациясын ескере отырып
ваннаның ішкі беттерін футерлейді. Бетонды ванналарды дайындау кезінде
сыртқы қабаты дәлме-дәл болуы керек, себебі ваннадағы ертінді
гидростатикалық қысыммен пісірілген жерден жарылуы мүмкін.Ванна ішіне
ағааш салады, ал оған резиналы немесе текстолитті накладка салады.
Содан кейін оларға шиналар бекиді. Ваннаның ұзындығы электродтардың
санымен қалындығымен және өз аралық қашықтығымен анықтайды. Сонымен
қоса қабырғамен шеткі катод арасы 155-250 мм болуы керек. Ваннаның
ені катод еніне байланысты және қабырға арасымен 55 мм болуы
керек. Ванна тереңдігі катод ұзындығына байланысты және электролиттен
50 мм-ге биік болуы керек. Ваннаның жуық өлшемдері: ұзындығы 3,5-
5,5 мм, ені 1-1,1м, ал тереңдігі 1,2-1,3 м. Электрод өлшемдері әр
уақытта әр түрлі. Соңғы кезде анодты 860х860 мм өлшемдерде
қолдануда, ал алда оның өлшемін 914х914 мм қолданбақшы. Анодтың салмағы
зауыттарда 350 кг-ға дейін жетеді, ал қалыңдығы 35-45 мм.
3.1.3.2 Ертіндінің құрамы
Электролит құрамын таңдау кезінде, электролит катодтың
сапасын жақсарту керектігін және жоғарғы тоқ өткізгіштігін ескерген
жөн.
Мыс иондарын жақсы алмасу үшін құрамы тұрақты болуы керек
(циркуляция кезінде).Бірақ мыс купаросасының еруі шектеулі екенін
қадағалау керек. Ондағы су ертндісінің құрамы: күкірт қышқылынан басқа
мыста мыс сульфаты, темір мырыш бар екенін ескере отырып, мыс
купаросасының еруін төмендетуі мүмкін. Циркуляция кезінде ертіндіге
қарағанда анодты қабық мысқа бай. Сондықтан мыстың жоғарғы
концентрациясына күкірттің жоғарғы концентрациясын қолдану анодтың
әлсізденуіне алып келетінін де ескереді.
Электролиттегі күкірт концентрациясының құрамы шамамен 225-230
гл . Аса таза анод болған жағдайда электролитті жоғарғы
концентрацияда қолданады.
3. Ертінді циркуляциясы
Электролиз процессі кезінде катодты қабатта мыспен бірігеді, ал
анодты қабатта-онымен байытылады. Катодты қабатта бірігуі тұнбаның
бұзылуына алып келуі мүмкін, ал анодтық кезде байытылуы мыс
купаросасымен анодтағы тұздың бөлінуіне кері әсерін тигізеді. Сонымен
бірге поляризациялық концентрациясы артады. Көп концентірленген
ертінді анодты қабат кезінде төменгі бөлікке түседі, ал жеңілдері
беткі бөлігіне кетіп (5-10 гл дейін ), борпылдақ қара түсті мыс
отырады.
Сондықтан мыс концентрациясының ваннада барлық жерде бірдей
тең болуына жағдай жасау керек. Механикалық араластыру өте қиын.
Ауамен араластыу қолайсыз, себебі мыстың еруі жоғарлап, тоқ шығыны
төмендейді. Кейінгі зауыттарда ертінді концентрациясын теңестіру
циркуляция арқылы жүзеге асады. Қыздырылған ертіндінің циркуляциясы
бір уақытта температураны теңестіріп, ваннаның әр бөлігінде теңдік
пайда болады.
3.1.3.4 Тоқ тығыздығы
Мысты электролитті тазалау кезінде техникалық және
экономикалық тоқ тығыздығы деген түсінік бар. Техникалық деп
максимальды тоқты қолданып сапалы мыс алу және ондағы негізгі
фактор болып анодты мыстың тазалығы. Анодты мыс неғұрлым таза болса,
солғұрлым тоқ тығыздығы тызы болады.
Экономикалық тоқ тығыздығы-егер электролитті тазалау арзан
болса (минимальды).
3.1.4 Технологиялық тізбек жолы
Жоғарыда көрсетілген негіздерге сүйене отырып жобадағы есептер
үшін мыстты электролитті тазалаудағы технологиялық схемамен келесі
бөлімдер көрсетіледі: ертінді құрамын қадағалау және қыздыру, мысты
электролитте тазалау, катодты шаю, өлшеу, пакеттеу. Технологиялық схема
3.1- суретте көрсетілген.
3.1.5 Электролитті тазалау процессі
Электролиз процессі мынадай түрде болады. Электролит ванналарында
кезекпен анод пен катод жаймалары ілінеді. Электролиз негізі бойынша
арнайы титанды матрицалар күнделікті алынып, ондағы мыс негіздерін
түсіріп отырады. Осы листтар катод болып табылады.
Электролиз процессі темір бетонды пинапласты шегенделінген
ванналарда жүреді. Ваннаның бір бетінен құйылған электролит алфон
бойымен ағып, ағызу қорабына барады. Ваннаның ішкі беткейінде тұрақты
тоқ жүретін шиналар жатыр. Ваннаға электр шынжыр тәріздес кезекпен
жалғанған, электродтар параллель жалғанған. Катодты бөлікте ваннаның
келесі түрлері бар: тауарлы катод алу. Оларға мысты анодтпен титанды
катод жүктеу. Матрицалы- мысты лист өндіру үшін. Регенирациялы-
жоғалған мысты электролиттен бөліп алу үшін және күкірт қышқылын
бөліп алу үшін. Ол кезде анодты қорғасыннан катодты мыстан жасайды.
3.1 сурет –Катодтың мысты электролитте тазалудағы принципиалдық схема.
Электролитті араластыру үшін, сонымен қатар қыздыру үшін
циркуляция жүргізеді. Электролит цехының өнімділігіне әсер ететін
негізгі фактор тоқ тығыздығы болып саналады, бірақ тоқ тығыздығының
артуы электро энергия шығынына алып келеді. Оның әнсерінен катодта
шинаның пайда болуы мүмкін.
3.1.6 Катод бөліміне кіретін материалдрадың сипаттамасы
Мысты катодты катод бөлімінде анодты өңдеуден алады. Оттық
тазалаудан алынған мысты анодтың сапасы ГУ 48-7-27-82 сәйкес болуы
керек.
Техникалық күкірт қышқылы I-сортты ГОСТ-2184-77 болуы керек.
Процесске күкірт қышқылы күкірт қышқыл цехынан арнайы құбырмен
жеткізеді.
Процесске ПАВ (БАЗ) ретінде ГОСТ-6821-77 теомочевина береді.
Желатинаны столярлы клей орнына беруі де мүмкін ГОСТ 3252-80.
Ертінді құрамына HCL ретінде CL- иондарын да беріп отырады.
Шайылатын ертіндіге жушы ретінде “Новость” порошогын береді. Ол
болмаған жағдайда “Лотос” порошогын ГОСТ 25644-83 бойынша қолдануға
болады.
3.1.7 Катод бөліміндегі негізгі қондырғыларға сипаттама
Бөлімшедегі негізгі агрегат ванна, ол тік бұрышты күбі тәріздес,
ені мен тереңдігі берілетін анодпен катодтардың өлшемдеріне
байланысты.Бұл бөлімде ваннаның үш түрі бар: полимер бетонды
ванналалар сериялы жалғанған, әр бір серия жолақ бойынша екі блоктан
тұрады.Сериялар 12 циркуляционды системалармен жалғанған, әр бір
циркуляцияға бір сериядан. Барлық системада циркуляционды және қосымша
бактар бар, олар электролитпен қамтаммасыз етіп отыруы үшін.
Электролитті қыздыру әр бір циркуляцияға жылу алмастырғыш құбырмен
береді. Жылуалмастырғыштан конденсат бактан насостар арқылы катодты
машина қондырғысына беріледі. Катодты машина катодты мысты шаюға және
жүктеуге арналған құрылғы. Катодты мысты катодты вагонеткаға жүктеп,
қоймаға дайын өнімдерге жібереді. Қышқылданған конденсат багы барлық
катод бөлімінің құймаларын жинауға арналған.
Анодты вагонеткалар металлургиялық цехтан электролит цехына
тасымалдау үшін жасақталған. Барлық жүктеу және түсіру жұмыстары,
катод бөліміндегі тасымалдағыш жүктер электрокөпірлі қондырғымен
атқарылады. Кейде аккумуляторлы электровозбен, электрожүктегіш (1,5тонна )
пен де жұмыс атқарады.
Дозаторлар автоматты түрде тиомочевинамен жилатинамен
циркуляционды бактарға күнделік нормаға байланысты толтырып отырады.
Мысты катодты пакеттеу үшін автоматты сызызықтарды пайдаланады,
ол катодты мысты престеп, жабушы лентамен орап, сұранысқа дайын өнім
ретінде береді.
3.1.8 Катодты мыс өндірісі және ертіндіні регенирациялау
Катодты мысты және ертіндіні регенерациялау катод бөлімінде
жүзеге асады. Анодты анод бөлімінен (металлургиялық цехтан) арнайы анодты
вагонеткамен жеткізеді. Электрокөпірлі кранмен анодты арнайы орындармен
ваннаға жүктейді. Әр ваннаға 36 анодты жүктейді.
Жарты серияға 200-240 тонна анод қажет. Жүктелетін анодтың бір
жағы ағашты рейкаға екінші жағы мысты тоқ өткізгіш шинаға ілінеді және
олар тігінен орналасады.
Катодтар ілінген қалпында арнайы сталяжда ванна серияларына
көпірлі кранмен жеткізіледі. Ваннаға сапалы әрі қатты ілмектері бар
катодтар ғана жіберіледі. Ілінгеннен кейін оларды түзеп, контактыларын
ыстық конденсатпен жуады. Жүктелген катодтарды электролтпен толтырады,
ол электролит циркуляциялық бактан алынады. Содан кейін циркуляциянды
нормальды жылдамдыққа қойып серияларды жылытады. Тоқты қосу кезіндегі
ертінді температурасы ОоС болмауы керек.
Ертінді циркуляциясы мынадай жолдармен жүреді: Ертінді
циркуляционды бактан насостар арқылы жылу алмасудан өтіп катодты
коллекторға, одан дегазационды бактарға беріледі. Коллектордан
полиэтиленді рожкалар арқылы ваннаның қалтасына беріледі. Ваннаның
төменгі бөлігінде терезе бар, ол 155 мм орналасқан.
Ертіндіні ағызу ваннаның қарсы бетінде жоғарғы ағызынды бак
арқылы коллекторға барып, өз ағынымен циркуляционды бакка барады. Катод
ілгектерінің арасын белгілеу үшін ауа ертінді шекарасында ертіндінің
денгейін келтіру керек.
Катодты мысқа отыратын мыс жұқа кристаллды структуралы және
беткі қабаты тығыз болуы керек. Катодты тұнбаның сапасын жақсарту
үшін ертіндіге дозатор арқылы коллойдты қоспалар жібереді.
Желатинаны бір күн бұрын өлшеп жылы суға (25-30ОС) салып
қойады (16-20 сағ), содан кейін ерітіп ертіндіге жібереді. Ал
тиомочевинаны алдымен дайындап, артынан бөлек қосады.
Процесс кезінде серияның екі жағы да жұмыс істеп тұруы керек.
Анод бір партияда жұмыс істеп ілінеді, ал катод екі партияға дейін
ілінеді.
Сериялар 3-4 кезенге дейін жіберіледі.
Сериялар келесі операцияларда жұмыс атқарады:
- жаңа анодты жүктеу;
- катодтарды жүктеу;
- катодты алып, ертіндіні тазалау;
- анодты тұнбаны шығару;
- ваннаны тазалау;
Тұйық от шашуды қарау үшін электрощуптар және термодинамикалық
жабдықтар қолданады ТИП-МПЗ (краска).
Ілмектердің бір жақ беттерін сырлап қояды, себебі тұйық от шашу
кезінде қызыл түстен қоңырға өзгереді.
Катодты мысты ваннадан шығарғанда міндетті түрде басынан тоқ
өтетін шиналардан бастайды.(серияларды өшіріп).Катодты сериядан шығару
алдында ертінді аққанша жарты минут ұстап тұрады. Содан кейін катод
жайғыш машиналарына береді. Катодты 600 С-та новость реагентімен
конденсат қосып шаяды. Жуушы ертінді (2,5-3,0 кг см2) 2,5*105-3,0*105 Па
қысыммен беріледі. Толық тазалау үшін катодты вагонеткаларды бумен
немесе сығылған ауамен үрлейді. Жуылған катодты мыс қоймаға
жеткізіліп, артынша өлшенеді. Шайылған сулар бакка жиналып, ертіндіге
қолданады.
Анодты тұнбаны бороналы кранмен механикалық түрде алады және
ертінді ағып болғанша ванна серияларында ұстап тұрады. Содан анодты
тұнбаға үрлеуші қондырғыларға тасымалдайды, одан оны шламнан конденмат
арқылы жуады. Жуғаннан қалған қалдықты анод бөліміне қайта балқытуға
жібереді.
Ваннадан алынған рейкаларды жинап ретейді, қолданысқа
келетіндерін қайтадан қолданысқа жіберіп, жарамсыздарын анодты пеште
жағып жібереді.
Шлам арнайы қондырғылар арқылы вакууммен құбырларға беріліп,
одан рессиверлерге жібереді.
Ваннаны шламнан тазалау әр сериялар алынғаннан кейін жүреді.
3.1.9 Катодтарды дайындау
Катодтарды жасау ванна серияларында жүреді. Матрицаларын титаннан
жасайды. Катод беті қышқылдан таза болуы керек, әрі ешқандай сызық
түспеген күйде материалмен жабылған болуы керек. Титанды матрицаны төрт
ай жұмысынан кейін жөндеуге жібереді.
Матрицаға отырғызылатын мыстарды кранмен станкаларға алып
келеді, катодты негізді түсіру үшін. Матрицалы листтардан матрицаны
қолмен немесе арнайы станкалармен сыпырады.
Катодты негізге қойылатын негізгі талаптар:
- лист өлшемі 960х860 мм болуы керек;
- листтардың жиектері тегіс әрі сөгілмеген болуы керек;
- листта дендрит болмауы керек;
- катодты лист массасы 4-7 кг төмен болмауы керек.
3.2 Технологиялық есептер
Электролиз процессінің технологиялық есептеріне материалды
баланс, ертіндіге жиналған қоспалар және ертінді мөлшері (
регенерациялауға берілетін ), ваннадағы кернеу, электроэнергия шығыны,
ваннаның жылу балансы т.б жатқызылады.
3.2.1 Материалды балансты есептеу
ЖМЗ электролит цехының тәжірибе жұмысының негізіне сүйене
отырып, анодты мысты мынандай құрамда аламыз,% 99.5-Cu; 0,09-Au; 0,045-
Ag; 0,06-Se; 0,02-Te; 0,06-Pb; 0,1-Ni; 0,05-As; 0,03-Sb; 0,01-Bi;
0,015-Fe; 0,02-O2.
Тәжірибе нәтижесіне байланысты анодты скрап 18%. Мыс және
оның қоспаларының шламмен катодта отыру және ертіндіде орналасу
аралықтары 3.1-кестеде келтірілген.
3.1 кесте-Анодты мыстың негізгі компоненттерінің электролиз
кезінде орналасуы,%
Компонент Cu Au
Скраппен Шламға Ертіндіге Катодқа
тұнбаға
Cu 995,00 179,1 0,816 15,502 799,582
Au 0,90 0,162 0,731 - 0,007
Ag 0,45 0,081 0,364 - 0,005
Se 0,60 0,108 0,487 - 0,005
Te 0,20 0,036 0,162 - 0,002
Pb 0,60 0,108 0,408 0,039 0,045
Ni 1,00 0,18 0,008 0,754 0,058
As 0,50 0,09 0,218 0,103 0,089
Sb 0,30 0,054 0,158 0,017 0,071
Bi 0,10 0,018 0,006 0,043 0,033
Fe 0,15 0,027 0,087 0,024 0,012
O2 0,20 0,036 0,148 - 0,016
Барлығы 1000 180 3,593 16,482 799,925
3.2.1.1 Катодты мыс бойынша цехтың тәуілік өнімділігін
есептеу
Цехтың тәуілік өнімділігін мына формуламен есептейміз:
Qтәу=Qтәуn ,
(3.12)
Мұндағы, n- жыл ішіндегі күндер саны, 365
Qтәу=200000:365= 548 ттәу
3.2.1.2 Регенерациялауға кететін ертінді мөлшерімен есептеу
Регенерациялауға кететін ертінді мөлшерін электролиттегі
элементтер құрамына байланысты табамыз. Тәжірибедегі ванналар негізіне
сүйене отырып ертіндідегі элементтерді мына құрамда аламыз, гл:
40Cu, 20 Ni, 4As, 0,7 Sb.
Электролит мөлшері келесі қоспалармен анықталады. Материалдық
балансқа сүйене отырып, қоспалар мөлшерін табамыз (1000 кг анодтан
ертіндіге өткенде). Бұл келесі 3.3-кестеде көрсетілген.
3.3 кесте-Электролитке өтетін қоспалардың мөлшері
Элементтер Анодтағы Ертіндіге Енгендер Электролитке
құрамы, кг өтуі, гл құрамы,гл қажетті түрде
беруі,гл
Ni 1,0 0,754 20,0 37,70
As 0,5 0,105 4,0 25,75
Sb 0,3 0,017 0,7 24,30
Cu 995,0 15,502 40,0 387,60
Демек, мытың берілген құрамын сақтап тұру үшін церкуляциядан
регенеративті ванналарға әр тонна анод үшін 7,6 л ертінді беру
керек.
3.2.2 Ванна санымен кремнийлі айырғышты есептеу
Мыс массасын отырғызу үшін суммарлы тоқ күшін табамыз, ол
келесі формуламен өрнектеледі:
nI= Qтәу ∙kэ (Cu) ∙ k ∙ BT
(3.13)
Мұндағы; Q тәу – цехтың тәілік өнімділігі, т; - отыру
уақыты, сағ; Кэ (Cu) – мыстың электрохимиялық эквиваленті, г(А·сағ);
к- машина уақытын есептеуші коэффициент, I- тоқ күші, А; n-ванналар
саны, шт; Вт-тоқ шығыны, %;
Электрохимиялық эквивалентті мына формуламен анықтайды:
Kэ(Cu)= Ar(Cu)Z∙F (3.14)
Мұндағы; Ar(Cu)- мыстың атомдық массасы, г; Z- валенттілік; F-
Фарадей тұрақтысы, 96500А·с немесе 26,8 А∙ сағ;
Кэ(Cu)=63.542·26.8=1,185 г(А·сағ), сонда
nI=(548·106 )(24·1.185·0.91·0.94)=22.5·106A
Электролитт зауыттарында айырғыш ретінде кремнийлі айырғышты
қолдануда. Ол 12500А тұрақты тоқпен және 300В кернеумен қамтаммасыз
етеді.
Ваннаға тоқ күші 12500А күйінде алынады. Цехтағы керекті
ванналар санын табу:
n=nII=(2∙22500000) =1800 ванна
ЖМЗ тәжірибесіндегі мәлімет бойынша ваннадағы кернеу 0,4 В.
Тізбек бойынша қажетті кернеуді алдымен формуламен табамыз:
Up=n∙Up∙1,15 (3.15)
Мұндағы; Up-1800 ваннадағы кернеу,В; 1,15-кернеудің шығынын
анықтаушы коэффициент( шинада,сымда, щитта жүретін ). n- ванна саны; Uв-
бір ваннадағы кернеу,В;
Ваннадағы кернеуді 0,4В алсақ:
nсер=Up:Uайырғыш (3.16)
мұндағы; Up- ваннадағы жұмыс кернеуі, В; Uайыр- айырғыш кереуі;
nсер=830:300=3
Әр серия үшін ванна санын есептейміз, шт; 1800:3=600. Әр бір 600
ванна бір айырғышпен жұмыс істейді, сонда барлығы 3 айырғыш.
3.2.3 Катод сандарымен электролиз ванналарының өлшемдерін
есептеу
Бір ваннадағы катодтың жалпы ауданы тоқ күшімен және тоқ
тығыздығымен анықталады. Казіргі уақытта ЖМЗ-ы тоқ тығыздық 260Ам2.
Сонда 12500 А тоқ күші кезінде ваннадағы катодтың беткі ауданы
S=12500:260= 48м2 . Ал ЖМЗ катод өлшемдері мынаған тең: а=60 мм
(ұзындығы), b=860мм (ені).
Ваннадағы катод анодтан біреуге артық болғандықтан барлық
катод аудны мынаған тең:
S=2ab(n-1) (3.17)
Мұндағы; a,b- катод өлшемдері; n-катодтар саны; S- жалпы
ауданы;
Ваннадғы катодтар саны мынаған тең:
n=F(2ab)+1=48:(2∙0.86∙0.86)+1=32+1= 33
Анодтар саны : n-1=33-1=32
Ваннаның ішкі өлшемдері (ұзындығы L, ені Б, тереңдігі B)
технологиямен конструктивті өлшемдерге байланысты.
Анод қалыңдығы 45мм, катод қалыңдығы 12мм қылып алсақ. Аттас
электродтар арасы 100 мм-ге тең. Ваннаның ішкі беткі қабатынан шеткі
катод қабатына дейінгі зазорды 150-200 деп алсақ. Онда ванна
ұзындығы 100(n-1)+200+150=(33-1)100+350=3550 мм. Ваннаның енін Б
катодпен зазор аралық ен арқылы табуға болады. Б=860+160=1020мм. Ванна
тереңдігі 250мм, электролит бетінен ванна бетіне дейін 50мм, табан
ұзындығы 860 мм. Олай болса В=860+50+250=1160 мм.
Егер шлам көп шөгетін жағдайда оны 1250 мм ге дейін арттырады.
3.2.4 Ваннадағы кернеуді есептеу
Негізгі кернеуді ваннада ертінді кедергісі құрайды, оны
С.Сковоронский әдісімен есептейді. Көрсетілген әдісті қолдана отырып
электролит кедергісін келесі құрамда аламыз; гл: 40 Cu, 200 H2SO4, 20
Ni, 4 As, 2Fe ( қалған қоспаны есепке алмаймыз).
Құрамы 200гл H2SO4 электролит кедергісін мына теңдікпен
табамыз:
p=1.11+0.01a-0.0065∙(t-550C) (3.18)
Мұндағы; Р- кедергі, Ом∙см; а- мыс, никель темірдің суммарлы
құрамы, гл; t- жұмыс температурасы, оС;
С.Сковронский формуласы бойынша ертінді кедергісін
құрайтындар, %
Cu ... ... . 100+0.657∙40=126,28
Ni ... ... .. 100+0,766∙20=115,32
As ... ... .. 100+0,0725∙4=100,29
Fe ... ... .. 100+0,818∙2=101,636
Мұндағы; Cu, Ni, As-электролиттегі элементтер концентрациясы (гл)
Электролиттің кедергі коэффициентін формуламен табамыз:
RK = (3.19)
RK===1.209
Демек, ертінді кедергісі 55оС-та 1,364∙1,209=1,649 Омсм3 тең.
Элкетролит қабаттарының кедергісі
Rэ=1,649∙4,545∙86,0∙86,0=0,001013 Ом.
Барлық ваннадағы эектролит кедергісі мынаған тең:
R=0,001013:32,2=0,00001583 Ом
Кернеу, осы кедергі үшін тоқ күші 12500А болғанда мынаған
тең: U=I∙R=12500∙0,00001583=0,198 B. 55% болған жағдайда ваннадағы
кернеудің құлауы былай болады: U=0,198:0,55=0,36 B.
3.2.5 Электроэнергия шығынын есептеу
Мысты электролитті тазалаудағы электроэнергия шығыны мына
қатынаста орын алады, кВт∙4Т:
W=E 105:1,186∙Вт (3,20)
Мұндағы; Е-кернеудің бір ваннаға толық берілуі,
В(Е=Ев+Еш);
Мұндағы; Ев-ваннаға кернеудің берілуі, В; Еш-ваннадағы шиналарға
кернеудің берілуі,; 1,186-мыстың электрохимиялық эквиваленті, г(А∙сағ);
Вт- тоқ шығыны.
Әдетте электроэнергия шығынын тәжірибелік мәләметке байланысты
және тоқ шығынына байланысты анықтайды:
Вт=91-93%
Вт=94-96%
Ваннаға кернеудің берілуін жалпы түрде былай көрсетеді:
Ев=Еа-Ек+Еш+Еэл (3,21)
Мұндағы; Еа- анод потенциалы; Ек- катод потенциалы, Еэл-
ертіндіге берілген кернеу, оның ішінде шлам; Еш- контактіге берілген
кернеу;
Осылардың барлығын қортып 1т катодты мыс үшін технологиялық
электр шығынын жасайық. Егер кернеу ваннаға 0,36 В болса, ал шинаға
берілетін кернеу есепте 0,04 В тең. Ваннаның машиналық уақыты 91%,
тоқ шығыны 94%.
Көрсетілген мәндерді орындарына қойсақ:
W=[(0,36+0.04):1,186∙0,94] 103=(0,4:1,115)103=259 кВт∙сағт
Тәжірибеде 1т катодты мыс үшін электроэнергия шығыны 420-400
кВт∙сағ құрайды.
3.2.6 Ваннамен катод санын есептеу
Ваннамен катод санын есептеу үшін цехтың бір жылда екі жүз
мың тонна катодты мыс өндіретіндігін ескереміз. Катод өлшемі 860х860
мм, ал анод болса 820х820 мм. Бір анодтың массасы ілмексіз және катод
тығыздығы 8,5м3 болғанда мынаған тең: 0,860∙0,860∙0,045∙8,5=283 кг.
Материалды баланс бойынша анодтан катодқа 79,958 % немесе
283∙0,79958=226,28 кг өтеді.
200 000 тонна катодты мыс өндірісінде анодты қайта өңдеу
керек: 200 000:0,22628=883856 шт. Тоқ тығыздығы 260 Ам2 болғанда,
тоқ шығыны 94%.
1,186%∙0,94∙260∙2∙0,86∙24=11965,4 г=11,965 кг
Анодтың еруі мынаған тең:
226,28:11,965=18,9 тәу
Катодты екі есе арттыру жағдайы болса, ондағы уақыт
19:2=9,5 тәу, ал катод саны 883856∙2=1767712 шт жылына болады.
Егер матричны ванналар товарлы катод ванналары сияқты болса
және тоқ тығыздығы 96% құраса, онда тәуілік өнімділігі мынаған тең:
Qтәу= 1,186∙200∙32∙0,860∙0,96∙24=134,7
Ал ванналар саны:
n=34663:134.7:0.93=277 шт болады.
3.2.7 Қолданылған электролит құрамын есептеу және
тазалағыш ванна санын анықтау
Тазартқыш ваннаға 1 сағатта 0,4м3 электролит түседі, оның
құрамы : 40-Cu және 150∙H2SO4. Ерімейтін анод кезіндегі электролиз
мысты ертіндіден және күкірт қышқылынан мына реакция бойынша
жүреді:
CuSO4+H20=Cu+H2SO4+0.5 O2 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz