Құрамында мырышы бар шикізаттан мырышты өңдеу әдіс - тәсілдері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 25 бет
Таңдаулыға:

1. Негізгі бөлім

1.1 Казмырыш ЖШС Өскемен МК өнеркәсібі жайлы жалпы мағлұмат

1938 жылы Бүкіл одақтық Коммунистік партияның Орталық Комитеті "Алтай Полиметалл кәсіпорындарын дамыту туралы"жарлығы шықты.
1939 жылы Өскемен қорғасын-мырыш комбинаты металлургиялық зауытының құрылыс басқармасы құрылған болатын, бірақ 1942 жылдың қаңтарында екінші дүние жүзілік соғыстын басталуымен құрылыс тоқтатылды. Мырыш зауытының құрылысын қайта бастау туралы Оржоникидзе қаласында "Электроцинк" зауытын көшіруге байланысты болды. Құрылғыларды көшіру 1943 жылға дейін жалғасты.
1947 жылы Өскемен мырыш зауыты құрылды. Оның құрамына: күйдіру цехы, шайу цехы, электролиз цехы, бу компрессорлық цех, жөндеу-құрылыс цехы, жөндеу-механикалық цех; электр цехы, электр жөндеу цехы, көлік цехы, химиялық зертхана, әскерилендірілген күзет кірді.
Осы кезеңде стандартты технологиялық схема қолданылды, оларға: концентраттарды күйдіру, отты үздіксіз шаймалау, электролиз, катодты мырышты қайта балқыту жатады.
1947 жылғы 25 қыркүйекте Өскемен мырыш зауыты мырыштың алғашқы партиясын шығарды.
1997 жылы 7 қаңтарда заңды тұлға ретінде "Казмырыш" ААҚ тіркелді . Яғни, ОКҚ ҚК қайта құрылымдаудан өтті.
Қазіргі кезде "Қазмырыш" ЖШС құрамына мынадай негізгі өндірістік құрылымдар кіреді: Өскемен металлургия зауыты, Риддер мырыш зауыты, Зырян тау-кен байыту комбинаты( КБК), Риддер КБК, Риддер Жөндеу-механикалық зауыты, Малеев кеніші, Тишин, грехов, Алтай, Риддер-Сокольный кен орны және Текелі энергетикалық кешені.
Қазмырыш кенішінде жыл сайын 6 млн.тоннаға жуық кен өндіріледі.
Қазмырыш - бұл екі мырыш зауытынан тұрады: біріншісі, жылына 250 мың тонна мырыш шығаратын (мырыш шығарудан әлемде 7-орынды алады); екіншісі, қуаттылығы 140 мың тонна қорғасын шығаратын зауыты (ол жыл сайын 7 тоннадан астам алтын мен 300 тонна күміс беретін қымбат металдар өндірісі) болып табылады.
Мырыш өндірісі меншікті кеніштерден шикізатпен 100% қамтамасыз етілген.
Казмырыш құрамында 22 мың адам қызмет етеді . Болашақта өндіріс орынын кеңейту және жаңарту жоспарлануда.
Казмырыш ЖШС Өскемен МК өнеркәсібінің бас жоспары Қосымша 1 де көрсетілген.

1.2 Өндіріске қажетті шикізат көлемі және оның сипаттамасы

Мырыш кендері сульфидтерге жіктеледі, онда мырыш сульфиді және тотыққан түрінде болады, оның құрамында мырыш оксидінің қосылыстары бар. Ал табиғи, косылыссыз мырыш түрі табиғатта табылмаған.
Мырыштың негізгі минералдары:
ZпS-сфалериті;
ZnО-цинкиті;
ZnСО3-смитсониті.
Мырыш алу үшін пайдаланатын, ең көп таралған кеннің бірі - сульфид. Сульфидтің құрамына сфалериттер (ZпS), галениттер (РbS), халькопириттер (СuFеS2), пириттер (FеS) кіреді.
Мырыш кендері олардағы өндірілетін металдың аз болуына байланысты (1-12 %) тікелей металлургиялық өңдеуге жіберілмейді. Олар алдын-ала өңделіп, байытылады.
Құрамында негізінен мырыш және басқа да бағалы металдар бар болғандықтан полиметалл кендерін байыту үшін әдетте селективті немесе ұжымдық флотация әдістері қолданылатын. Кейіннен келе селекция әдісі қолданылады.
Мырыш қоспасы мырыштан басқа жоғары күрделілікпен сипатталады. Оның құрамына кіретін металдар: мыс, қорғасын, кадмий, германий, индий және тағы басқа металдар. Ондағы темір, мышьяк, сурьма, кремний оксиді сияқты қоспалардың мөлшері аз болып келеді, бірақ концентраттың құрамында сирек кездесетін металдардың мөлшері өте көп. Оларды алудын ұтымды жолы гидрометаллургиялық әдіспен жүзеге асырылады.
Жобаланған кәсіпорынға түсетін концентраттар келесі минералогиялық құрамға ие:
-81-84% - cфaлeрит;
-4-6% - хaлькопирит;
-2-4%-пирит;
-1-3% - гaленит және пирротин.
Қоспаның құрамы шамамен келесі заттардан тұрады (%-бен алғанда): 56-Zп; 0,25-Сd; 1,7-Рb; 0,89-Сu; 32 - S; 4,9-Fе; 2,1-SіО2; 0,002-Со; 0,003-Ni; 0,5-СаО; 1,0 -Al2О3; 0,05-Аs; 0,03-Sb; 1,6 - басқалары.
Электролиз процесінде пайдаланылатын негізгі шикізат пен материалдардың сипаттамасы және оларға қойылатын негізгі талаптар мыналар:
а) тазартылған бейтарап электролит: құрамы Zп 120-146 гдм3; қоспалардың құрамы: Мп - 3-7 гдм3; Cd - 2,5 мгдм3; Сu - 0,26 мгдм3; Со - 2,4 мгдм3; Nі - 0,1 мгдм3; Fе - 38-41 мгдм3; Sb - 0,079 мгдм3; Ғ - 100 мгдм3; С1 - 240 мгдм3; Аs-0,09 мгдм3; үлес салмағы 1,34-1,40 гдм3;
б) пайдаланылған электролит: қышқылдылығы 140-176 гдм3; мырыш құрамы 50-60 гдм3; температурасы 37°- 43° С;
в) салқындатылған электролит: қышқылдылығы 130-166 гдм3; мырыш құрамы 50-65 гдм3; температурасы 300+-30 С.
г) электролизге түсетін ерітінді: қышқылдылығы 130-166 гдм3; үлес салмағы 1,30 гсм3; температурасы 30 +-30С;
д) сүйек желімі: сертификат бойынша, 200 гт;
е) мия сығындысы: сертификат бойынша, 110 гт;
ж) катодтарға арналған алюминий табағы: а-5 маркасы;
з) анодтарға арналған күміс: СРА-I маркасы;
и) анодтарға арналған қорғасын: C1, C2 маркасы;
к) мыс шина: сертификат бойынша;
л) катодты штанга резеңкесі: сертификат бойынша .

1.3 Құрамында мырышы бар шикізаттан мырышты өңдеу әдіс-тәсілдері

Қазіргі таңда мырыш металлургиясында мырыш металын өндірудің екі негізгі әдістері қолданылады. Олар пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық деп аталады.
Пирометаллургиялық негізінен жоғары температурада қыздыру арқылы кендер мен концентраттарды өңдеу арқылы алынатын әдіс. Гидрометаллургиялық процестің пирометаллургиядан айырмашылығы шикізаттан және әртүрлі жартылай өнімдерден металдарды қышқылдардың және басқа химиялық реагенттердің ерітінділерімен алуға, содан кейін ерітіндіден металдарды шығаруға негізделген.
Пирометаллургиялық әдіспен сульфидті мырыш концентраттары алдын-ала күйдіріледі, яғни мырышты оксидке айналдырады. Көбінесе бұл агломерациялық күйдіру деп аталады. Содан кейін дайын болған мырышты агломераты тотықсыздандырғышпен (Кокс) араластырады. Нәтижесінде алынған зарядты дистилляциялық пешке орналастырылған арнайы керамикалық ретортты ыдыстарға тиейді. Пештегі Температура 1255-1360°C. Бұл жағдайда келесі химиялық реакциялар жүреді:

ZnО + С = Zn + СО; (1.1)

ZnО +СО = Zn+CO2 (1.2)

СО2 + С = 2СО (1.3)

Мырыш металы бу күйінде болады. Мырыш буы бар газдар конденсаторға түседі. Түскеннен кейін мырыш сұйық металға конденсацияланады.
Мырышты айдау негізінен көлденең және тік реторттарда және де шахта мен электр пештерінде жүзеге асырылады.
Дистилляция процесі кезінде қалпына келтірілген мырыш құрамында қорғасын, кадмий, мыс, темір және басқалары болады, сондықтан кейіннен тазарту процесі жүреді.
Қазіргі уақытта мырыш алудың ең прогрессивті пирометаллургиялық әдісінің бірі - Империал Смелтинг әдісі болып табылады. "Империал Смелтинг" әдісімен қорғасынның мөлшері жоғары мырыш концентраттары өңделеді. Технология концентраттарды агломерациялайтын күйдіруді және қара қорғасын мен мырыш буын алу арқылы, арнайы конструкциялы шахта пешінде агломератты қалпына келтіретін балқытуды қажет етеді.
Гидрометаллургиялық әдіс бойынша негізінен мырыш күкірт қышқылының ерітіндісімен алдын ала күйдірілген концентраттан шайылып алынады.

ZnО+H2SО4=ZnSО4+Н2О (1.4)

1- суретте Мырыш өндірудің технологиялық сызба нұсқасы көрсетілген.

Сурет 1. Мырыш өндірудің технологиялық сызбасы

Шаймалау кезінде алынған ерітінділердің құрамында қоспалар болады, сондықтан мырыш сульфатының ерітіндісі тазартуға жіберіледі.
Қоспалардан тазартылған кейін дайын болған мырыш сульфатының сулы ерітіндісі электролизге қорғасын-күміс анодтары және алюминий катодтары бар ванналарға түседі. Электролиз процесінде жүретін реакция мынадай:

ZnSО4+H2О=Zn+H2SО4+0,5О2 (1.5)

Гидрометаллургиялық әдіс пирометаллургиялық әдіске қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие болып келеді:
1) бастапқы берілген шикізаттың негізгі және ілеспе компоненттерін алу жоғары дәрежеде болады;
2) Қоршаған ортаны қорғау барысында зиянды шығарындылардан сақтау үшін неғұрлым қолайлы жағдайларды қамтамасыз ету;
3) құрамында мырышы бар әртүрлі шикізатты, соның ішінде құрамында зиянды қоспалары жоғары төмен сұрыпты шикізатты қайта өңдеу мүмкіндігіне ие болып келеді.
Жоғарыда көрсетілген артықшылықтарға сәйкес біз қазіргі таңда мырыш алудың гидрометаллургиялық әдісін таңдаймыз және де сол әдісті жүзеге асырамыз.

1.4 Жұмыс істеп тұрған кәсіпорынның жұмысын талдау

Қазіргі заманауи мырыш зауыттарының бірі "Қазмырыш" ЖШС Өскемен МК зауыты. Бұл зауыт мырышты алудың гидрометаллургиялық әдісін қолдану арқылы жұмыс істейді.
Сульфидті мырыш концентраттарын өңдейтін және жабық циклде жұмыс істейтін мырыш зауытының технологиялық схемасының мақсаты негізінен электролиз талаптарын қанағаттандыратын ерітіндіні алуға бағытталған көптеген операцияларды қамту болып табылады.
Электролиз алдындағы технологиялық операцияларға мыналар жатады:
а) сульфидті мырышты ерітінділерін күйдіру арқылы;
Сульфидті мырыш концентратын мырышты сульфидті формадан оксидке айналдыру үшін оны ең алдымен артық оттегімен және 8600-9600С температурада тотығу атмосферасында күйдіру арқылы алады.
Күйдіру процесі пештің қайнаған қабатында (КС) жүзеге асырылады.
б) шлактарды шаймалау процесі;
Шлактарды шаймалау процесі үздіксіз немесе кезеңді түрде, яғни бір немесе екі кезеңмен жүзеге асырылуы мүмкін.
Мырыш зауытында шаймалау процесі екі кезеңде үздіксіз сұлба бойынша жүзеге асырылады. Олар бейтарап және қышқыл шаймалау болып табылады.
Шаймалаудың ең негізгі мақсаты мырышты оксидтен сульфат (ZпSО4) ерітіндісі түріндегі ерітіндіге айналдыру болып табылады.
Шаймалау процесін құрамында 140-180 гдм3 күкірт қышқылы бар пайдаланылған электролитпен механикалық және пневматикалық араластырылатын агигаторларда жүзеге асырылады.
в) ерітінділерді тазалау;
Тазалаудың негізгі мақсаты электролизге кедергі келтіретін қоспалардан бос ерітінділерді алу болып табылады. Ерітінділерді тазарту процесі гидролиз арқылы тазартылады. Нашар еритін химиялық қосылыстардың түзілуі коагуляция, адсорбция, цементтеу және т. б процестер арқылы жүзеге асады.
Қатты өнімдерді сұйық өнімдерден бөліп алу үшін ерітінділерде екі әдіс қолданылады. Олар тұндыру және сүзу әдістері арқылы жүргізіледі. Қоюланған пульпаларды сүзу вакуум-сүзгілерде жүзеге асырылатын болса, ал тазартылған ерітінділерді-сүзгі престерде жүзеге асырылады.
Тазарту процесінен кейін ерітінді электролизге беріледі. Мырыш сульфатының тазартылған бейтарап ерітіндісінің құрамы шамамен келесідей болады, гдм3: Zп - 110-160; Мп - 2-5; мгдм3: Сd - 0,1-2,0; Сu - 0,06-0,1; Nі - 0,01-0,5; Со-0,1-5,0; Gе-0,04-0,1; Sb-0,01-0,16; Аs-0,05-0,19; Fе(II) - 50-ге дейін; Ғ-20-50; Сl-100-160.
Мырыш сульфатының сулы ерітіндісі электролиз ванналарына түседі. Бұл ванналардың катодтары негізінен алюминий қаңылтырларынан ал анодтары қорғасын - күміс қорытпасынан (1% Аg) жасалынған.
Жалпы алғанда осы электролит-мырыш сульфатының (55-65 гдм3) және күкірт қышқылының (99-165 гдм3) сулы ерітіндісі болып табылады.
Катодта мырыш бөлінеді, ол тәулігіне бір рет катодтардан қолмен аршылып және қайта балқыту үшін катодты балқыту бөлімінің тиеу платформасына аммоний хлориді қосылған индукциялық пештерде тасымалдану арқылы жүзеге асады, оның екінші орамасы балқытылған мырыш болып табылады. Аммоний хлориді катод парақтарының бетіндегі оксид қабатын бұзады және балқытылған металл бөліктерінің бірігуіне ықпал жасайды.

1.5 Ерітіндіден мырыштың электрлік тұндырылуы

1.5.1 Мырыштың электрлік тұндыру процесінің теориялық негіздері

Электролиз дегеніміз электр тогының өтуі кезінде электролитке батырылған электродтарда болатын электрохимиялық тотығу-тотықсыздану процестерінің жиынтығы болып табылады.
Электролиз процесі мырыштың гидрометаллургиялық өндірісінің соңғы сатысы болып табылады. Электродепозиция процесі арқылы алынған катодты мырыш өзінің құрамы бойынша дайын өнімнен, яғни құйма металдан еш ерекшеленбейді.
Мырышты қайта балқыту арқылы электролизі мырыш өндірісіндегі ең қымбат қайта бөлу процесі болып табылады (бүкіл зауыттың технологиялық процесіндегі шығындардың 50-55% құрайды) .
Электролиз процесі барысында оның алдында жасалған барлық процестердің сапасы әсер етеді. Солардың ішіндегі негізгілері: күйдіру, шаймалау және әсіресе ерітінділерді қоспалардан тазарту сапалары әсер етеді.
Қазіргі уақытта сульфидті мырыш концентраттарының сапасы нашарлағанына қарамастан жәнеде құрамын мырыштан басқа да қоспалармен ластанғанына қарамастан, құрамында мырыш бар шикізат түрлері (тотыққан кендер, өнеркәсіптік өнімдер, қорғасын және мыс балқыту шлактары, химия өнеркәсібінің қалдықтары) қайтадан өңдеуге жіберіледі, катодты мырыштың тазалығына қойылатын талаптар қатары артып келеді.
Жақында мырыш электролитінің сапасын бағалау үшін құрамындағы қоспаларды зерттеуге жүргізілді. Олардың қатарына: мыс, кадмий, кобальт, темір, мышьяк, сурьма жатады. Зерттеу барысында олардың рұқсат етілген концентрациясы салыстырмалы түрде жоғары болды.
Қазіргі уақытта талданатын қоспалардың саны едәуір артып келеді, сонымен бірге олардың мырыш электролитіндегі рұқсат етілген концентрациясының жоғарғы шегі едәуір төмендеді. Жоғарыда көрсетілген құрамындағы элементтерден басқа, хлор, фтор, марганец, органикалық заттар, қорғасын, германия, селен, рений, қалайы, натрий және калийдің құрамы жүйелі түрде зерттеліп анықталды.
Казмырыш ЖШС Өскемен металлургиялық комбинат базасында катодтық мырыш өндіру цехында электролизге қолданылатын мырыш сульфатының бейтарап ерітіндісі келесі құрамға ие болып келеді, гдм3: Zп-125-145; Mп-5; мгдм3: Сd-2,5; Сu-0,25; Со-2,3; Nі-0,1; Ғe-40.
Негізінен электролиз процесінің мәні келесідей болып табылады: бейтараптанған электролит немесе оның пайдаланылған электролит қоспасы күміс қосылған анодтар орнатылған және алюминий катодтары орналасқан электролиз ванналарына түседі. Негізінен ванналар арқылы тұрақты электр тогы өтеді. Ток электролит арқылы анодтан катодқа өту барысында алюминий катодтарында металл мырыштары тұнады.
Мырыштың электродепозиция барысы қышқылдық ортада жүзеге асады. Электролиз процесі барысында электролиттің температурасы Джоульдің жылулық әсерінен жоғарылайды. Ерітіндіге қажетті қалыпты температураны ұстап тұру үшін ваннаға бейтараптандырылған және қышқыл электролиттің алдын ала салқындатылған қоспаларын бірнеше қайталап қосу арқылы орталықтанған салқындату процесі қолданылады.
Катодты шөгінділерінің өсу ұзақтығы 1 тәулікті құрайды, яғни 24 сағат. 24 сағат өткеннен кейін катодтар ваннадан шығарылады және оларды мырыш шөгінділерінен тазартылады.
Таза сульфат ерітіндісіндегі мырыштың электрохимиялық процеспен тұндырылуын мына теңдеумен өрнектеуге болады:

ΖnSО4+Η2О=Ζn+Н2SО4+0,5О2 (1.6)

Шын мәнісінде, электролиз процесі әлдеқайда күрделі процестердің бірі болып келеді. Себебі, ерітіндінің құрамында мырыштан басқа да катиондар мен аниондар бар, олар осы электрохимиялық реакциялар кезінде катод пен анодта шығарылады және де мырыштың электрлік тұндырылу процесіне белгілі бір дәрежеде әсер етеді.
Тұздар, қышқылдар мен негіздер осы иондар түзетін ерітінділерде ыдырауға ұшырайды. Зарядталған иондар оң және теріс деп бөлінеді. Оң зарядталғандары катиондар, ал терістері аниондар деп аталады. Олар суда да ыдырау процесіне ұшырайды, бірақ өте аз дәрежеде ыдырайды.
Тұрақты электр тогының әсерінен. Нақтырақ айтқанда, осы кернеудің әсерінен катиондар теріс зарядталған электрод - катодқа, ал аниодар оң зарядталған - анодқа ауысады. Электродтарға жақындаған кезде атомдық күйдегі ерітіндіден шығып, катиондар мен аниондар разрядталады. Катиондар мен аниондардың разряды электрондардың қосылуымен немесе бөліну процесі бірге жүреді.
Электролиз процесінде мырыштың оң зарядталған ион мырыш ионы -Zn2+ болады жәнеде сутегі - H+ , ал теріс зарядталған иондар SO42- және ОН- топтары болады.
Катодтық процесс. Катод процесі кезінде келесі реакциялар жүреді:

----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Zn2++2ē=Ζn, (1.7)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

2Н + 2ē=Н2 , (1.8)

Белгілі болғандай, қалыпты мырыштың потенцалы -0,763В-қа тең , ал сутегінікі +-0,000 В тең. Кейбір бірқатар кернеулерге сәйкес катодта сутегі иондарын разрядтау процесі жүруі керек. Алайда осы электролиздің практикалық жағдайында мырыштың шөгінділері түзіледі және сутегі бөлуге арналған электр энергиясының шығындыларының жалпы шығыны 10-15%- ынан аспайды. Бұл негізінен сутегі иондарының разрядының шамадан тыс жоғары жүктелуімен түсіндіріледі, соның арқасында оның потенциалы белгілі бір жағдайларда мырыш потенциалына қарағанда теріс болып келеді.
Негізінен сутектің шамадан тыс жүктелу дәрежесі оның катод материалына, токтың тығыздығына, катодтың беттік күйіне, температурасына, сутегі иондарының концентрациясына және де электролиттің басқада иондарына байланысты болады. Катодтың тығыздығы 500 Aм2 болатын әртүрлі металдардағы сутектің шамадан тыс жүктелуі туралы бірінші кестеде келтірілген

Кесте 1.1 - сутектің асқын кернеуінің көрсеткіштері

Металл атауы
Асқын кернеулердің
көрсеткіші, В
Темір
0,70
Мырыш
0,93
Қорғасын
1,17
Қалайы
1,19
Алюминий
0,97
Висмут
1,15
Кадмий
1,21
Никель
1,90

Токтың тығыздығының жоғарылауы әсерінен мырыштағы сонымен қатар басқа да металдарда да сутегінің асқын кернеулігі артады. Осы сутегі асқын кернеуінің ток тығыздығына тәуелділігін Тафель теңдеуі арқылы өрнектеледі:

-ηн = a + b x lgDk, (1.9)

мұндағы a және b - көрсеткіш коэффициенттері.
Өрескел катод бетіндегі токтың шынайы тығыздығының төмендеуіне байланысты сутегінің асқын кернеуі де төмендейді. Бұл арқылы катодтарда процесс барысында мырыш шөгіндісін барынша тегіс алу қажеттілігімен түсіндіріледі.
Электролиттің температурасының көтерілуі мырыштағы сутегі асқын кернеуінің төмендеуіне алып келеді, ол туралы 2-кестеде 500 Ам ток тығыздығынан алынған мәліметтерден көруге болады.

Кесте1.2 - сутектің асқын кернеуінің электролит температурасына тәуелділігі.

Электролиттің температурасы, 0С
20
40
60
80
Асқын кернеу, В
1,16
1,11
1,08
1,070

Сутегі ионының концентрациясы жоғарылауынан, яғни электролит қышқылының жоғарылауынан, сутектің асқын кернеуі төмендейді, себебі оның абсолюттік потенциалы электропозитивті жағында артады.
Электролитке коллоидтерді қосса сутегі асқын кернеуі артады, бірақта ол белгілі бер шекке дейін ғана асады. Себебі ерітіндідегі беттік -белсенді заттардың(ББЗ) шамадан тыс концентрациясы қарама-қарсы бағытта әрекет етеді.

1.5.2 Тұндыру процесінің сатылары

Мырышты тұндыру процесі негізінен үш кезеңнен тұрады. Олар: катодта иондардың разраядталуы, алюминийдің кристалдық торына мырыш атомдарының енуі және де соңғысы катод қабатында азайған иондарды толықтыру болып келеді. Поляризация немесе мырыш разряды потенциалының төмендеуінің негізгі себебі екінші және де әсіресе үшінші сатының баяулауы нәтижесінде пайда болады, онда катод қабатын мырыш иондарымен уақтылы толтырмау әсерінен концентрациялық поляризация пайда болады.
Концентрациялық поляризацияның себептері ток тығыздығының жоғарылауынан, электролит температурасының төмендеуінен және де беттік- белсенді заттардың ерітіндісінде болуы мүмкін.
Негізінен электролиздің жоғары техникалық- экономикалық көрсеткіштерін алу үшін сутегі асқын кернеуінің жоғарылауына және де мырыштың поляризациясының төмендеуіне алып келетін факторларды ескере отырып жүзеге асырылады.
Қорғасын анодында электрохимиялық реакциялар келесідей жүреді:

----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Рb-2ē= Pb2+, (1.10)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

----------------------------------- ----------------------------------- ----------
2ОН--2ē=Н2О+0,5О2, (1.11)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Рb2+-2 ē = Pb4+, (1.12)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Pb4++2SO42-=Рb(SО4)2, (1.13)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

Pb(SO4)2+2H2O = РbО2+2Н2SО4, (1.14)

Қорғасынды негізінен ерімейтін анод ретінде пайдаланады, бұл негізінен оның сульфат электролитінде ерімейтін қорғасын оксидінің (РbО2) қатты қабықшасының пайда болуымен қорғасынның анодты тотығуы нәтижесінде оның сульфат электролитінде пассивациялануына байланысты болып табылады.
Осы қорғасын анодтарының кейбір кемшіліктері бар болып табылады, оларға негізінен оттегінің жоғары потенциалының шығарылуы, қорғасынның жартылай еру нәтижесінен катодты мырыштың ластануы, электролиз процесі кезіндегі анодтардың деформациясы жатады.
Қазіргі кезде осы анод ретінде қорғасын қорытпасы мен күміс (0,75% Аg) қолданылады.
Мырыштың электролитінде анод процесіне әсерін тигізетін марганец(Mn2+) иондары бар:

----------------------------------- ----------------------------------- ----------
Мn2+ - 2 ē + 2Н2O = МnО2 + 4Н+; (1.16)
----------------------------------- ----------------------------------- ----------

Мn2+ - 5 ē +4Н2O =МnО4 +8Н+. (1.17)

1.16 - теңдеуіндегі реакцияның жүруі қолайсыз болып табылады, оның себебі МnО2 тұнба түзеді. Егерде сол тұнба анодтық кеңістікке түссе онда ол міндетті түрде Mn2+ дейін қалпына келеді. Бірақта МnО2 ерімейтін анодтың бетін тұндыра отырып, анодтан электролитке өтетін қорғасынның мөлшерін азайтуға қабілетті.
Жалпы алғанда хлор иондарының болуы ол қорғасын анодтарының коррозиясына әсер етеді, оның себебі қорғасын хлориді қорғасын сульфатына қарағанда жақсы ерігіштігімен ерекшеленеді.
Фтор ионының жоғары мөлшері (мысалы 100 мгдм3 дан жоғары болса) анод коррозиясының жоғарылауына әкеп соқтырады, алайда оның электролиттегі қалыпты мөлшері (50-100 мгдм3 ) анодтың процесіне оң ықпал етеді, себебі ол қорғасын анодының коррозиясын төмендетеді.

1.6 Электролиз процесіндегі техникалық-экономикалық көрсеткіштер

1.6.1 Ток шығу қабілеті. Қоспалардың ток шығаруға әсер етуі

Ток шығысы немесе пайызбен есептелетін ток пайдалану коэффисиенті дегеніміз токтың белігілі бір мөлшерінің өтуі кезіндегі электрохимиялық эквиваленттен есептелетін мырыштың нақты мөлшерінің теориялық мөлшерге қатынасын айтады.
Фарадей заңы бойынша кез келген заттың бір грамм эквивалентін бөліп алуы үшін 96500 кулон (Кл) электр энергиясы жұмсалады, ол 26,8 Асағ құрайды. Бұл шама негізінен электро химиялық зат эквиваленттік деп аталады. Іске асыру барысында, есептеуге ыңғайлы болуы үшін, электро химиялық эквиваленттің сапасы ретінде заттың мөлшері алынады, яғни бір ампер-сағат.
Бір ампер - сағат электр тогы өткенде катодта 1,219г мырыш бөлінуі керек, бірақта теориялыққа қарағанда іске асыру барысында аз түседі. Ток шығысы әрқашанда 100% төмен болады. Мұның басты себебі мырыш иондарының разрядының негізгі процесімен бірге бір мезгілде катодтағы ағынның ағуы, яғни бұл процес жанама электрохимиялық процесстер деп аталады.
Мырыштың ток арқылы шығымы көптеген факторларға байланысты болып келеді:
А)Электролиттегі сутегі мен мырыш ионының концентрациясынан. Ток тиімділігінің төмендеуіне негізінен электролиттегі мырыш мөлшерінің төмендеуі мен оның қышқылдылығының артуынан болып келеді. Әсіресе мырыш концентрациясының 50-30 гдм3 көрсеткішінен төмен болған жағдайда ток шығымы күрт төмендейді. Бұл негізінен катодтағы сутегі асқын кернеуінің бірте - бірте төмендеуіне әкеп соғады, сондай-ақ катодты мырыштың қышқыл электролитпен еруінің мөлшері жоғарылауына байланысты болады. Электролиттің қышқылдылығын арттыру үшін ток тығыздығын арттыру қажет;
Б)келесісі катодтық токтың тығыздығы бойынша: ток тығыздығының жоғарылауынан ток тиімділігі артады, себебі сутегінің асқын кернеуі артады ал поляризация мырышты тұндыру барысында аздап артады;
В)электролиттің температурасына дейін: Электролит температурасының жоғарылауынан ток тиімділігінің төмендеуінің басты себебі сутегінің асқын кернеуінің төмендеуімен байланысты болып келеді, сондықтан да электролитті салқындату қажет. Температураның жоғарылауы токтың төмен тығыздығының бөлігіне зиянын тигізеді, ал жоғары тығыздығына пайдалы болып келеді, яғни катодқа мырыш иондарының диффузиялық берілуін және ток тиімділігін арттырады;
Г)электролит қоспаларының мөлшері бойынша;
Д)катодтың беттік күйі бойынша: негізінен кедір-бұдырлық пен дендритті түзілістердің әсерінен катод бетінің ұлғаюы салдарынан катодтың өзіндік ток тығыздығы азаяды және де ол сутегінің асқын кернеуінің төмендеуіне әкеп соғып, соның салдарынан ток тиімділігінің төмендеуіне әкеледі.
Темір ток тиімділігін азайтуға қабілетті, себебі анодта ол Fe 3+ дейін тотығады, ал энергия қолданатын катодта Fe 2+ дейін тотықсанданады.
Марганецта темір сияқыт токтың тиімділігіне өзіндік әсер етеді. Марганецтің диоксидінің гидраттары катодтың бетінің белсенді аймақтарын жабуға қабілетті.
Мыстың мөлшері аз болса да токтың тиімділігіне айтарлықтай әсерін тигізеді. Мышьяк, сурьма, күміс және германий сияқты қоспалардың да айтарлықтай әсер етеді.
Ток тиімділігінің төмендеуімен қатар тұндырылған мырыш қабатында шағын тесіктер пайда болады.
Кобальт металы аса жағымсыз қоспа болып табылады. Себебі оның салдарынан: катодты мырыш қатты тоттанады, ток тиімділігінің күрт төмендеуіне әсер етеді және электро энергияның тұтынуын арттырады.
Негізінен бұл қоспалардың мырыштағы ток тиімділігіне әсер ету механизмі келесідей болып келеді: мыс, мышьяк,сурьма және тағы да басқа иондар катодта разрядталады және де олар мырышпен салыстырғанда асқын кернеу төмен болатын аймақтар жасайды, сондықтан да бұл жерде мырыш еруіне байланысты сутегі қарқынды бөлу арқылы оның ток тиімділігін төмендетеді. Бұның себебі қысқа тұйықталған микрогальваникалық элементтердің пайда болуымен тікелей байланысты болып келеді, оларда мырыш анод болып, ал қоспалы металы катод болып келеді. Мұндай элементтермен жұмыс жасаған кезде анод ериді:
Zn-2 ē=Zn2+;
ал катодта сутегі бөлінеді:
2Н+ + 2 ē =H2
Мырыштың гидрометаллургиялық өндірісінде полиакриламид тиімділігі жоғары коагулянт ретінде өндірісте кеңінен қолданылады. Полиакриламидті негізінен қоюландыру және сүзу процестердің барысын күшейту үшін 0,5% сулы ерітінді ретінде қолданады. Мырыш электролитінде полиакриламидт болса, онда ол ток тиімділігін төмендетеді және де электр энергиясының тұтынуын арттырады.
Электролиттегі мырыштың электрлік тұндыру барысында оның нәтижесін жақсарту үшін әрқашанда коллоидтардың біраз бөлігін қосады (ағаш желімі, желатин және де тағы басқадары). Оларды қосқанның арқасында ұсақ кристалдық тегіс тұнбалық құрылымды алуға мүмкіндік береді.
Коллоидтар негізінен сутегінің асқын кернеуін арттырады, бірақта сонымен қатар электролизге кері әсер ете отырып, электролиттің кедергісін жоғарылытады.
Электролизде жоғары ток тиімділігін алу үшін келесі шарттарды сақтау керек:
-мүмкіндік болса, таза электролит болуы керек,
-электролиттегі күкірт қышқылының концентрациясының мөлшері жеткілікті жоғары болса;
-электролиттің электр өткізгіштігі жоғары болуы керек;
-токтың жоғары тығыздығы;
-электролиттің жақсы айналымы керек;
-электролиттің температурасы төмен болуы керек.
1.6.2. Ваннадағы кернеу
Электролит арқылы ток өткенде мырыш сульфаты ыдырауға ұшырап, катодта металл мырышы, ал реакция бойынша анодта оттегі бөлінеді:
ZnSO4 + Н2О +- 2 ē = Zn + H2SO4 + 0,5О2.
Негізінен мырыш сульфатының ыдырау реакциясы басталуы үшін сыртқы көзден белгілі бір минималды кернеуін электродтарға беру қажет болып табылады. Осы берілген электролиз процесін іске асыру үшін қажет ең кіші потенциалдық айырмашылық ыдырау потенциалы немесе ыдырау кернеуі деп аталады.
Электродтар негізінен ваннада параллель қосылған, сондықтан да электродтар арасындағы кернеулер ваннадағы кернеулерді сипаттайды.
Мырыш сульфатының теориялық ыдырау кернеуінің көрсеткіші 2,35-2,45В. Өндірісте, зауыттық тәжірибеде ваннадағы нақты кернеу көрсеткіші 3,2-3,6 В дейін болады. Осы көрсеткіштер бойынша теориялықпен тәжірибедегі нақты ыдырау кернеуінің арасындағы көрсеткіштер айырмашылығы ваннаның кедергісі мен электродтардың поляризациясымен түсіндіріледі.
Негізінен ваннадағы кернеу көрсеткіші токтың тығыздығына, электролиттің қышқылдылығы мен температурасына, коллоидтық қоспаларға, электроидтар арасындағы қашықтықтарға, жанасу бетінің жағдайына, электролиттегі мырыштың және де сілтілік жер металдарының концентрациясына және де басқада факторларға байланысты болып келеді.
1.6.3 Электр энергиясын тұтыну
Электр энергиясын тұтыну дегеніміз ол электролиз үшін ғана емес сонымен қатар мырыш өндірісінің гидрометаллургиялық бүкіл процесіның маңызды көрсеткіштерінің бірі болып табылады, себебі мырыш өндірісінде электр энергиясының шығындары өзіндік құнының едәуір бөлігін құрайды.
Меншікті электр энергиясының шығыны тұтынылған электр энергиясын есептелген уақыт ішінде нақты алынған мырышқа бөлу арқылы есептеледі.
1 тонна катодты мырышты алу барысында жұмсалатын меншікті электр энергиясына тұтанатын шығыны келесі формуламен анықталады:
W = U* 100η*К ;
Бұл жердегі: W-1 тонна катод алу үшін жұмсалған меншікті электр энергиясының шығындық көрсеткіші, кВтсағт;
U-ваннадағы кернеу көрсеткіші, В;
η-мырыштың ток шығындысы мөлшері, %;
К-электрохимиялық эквиваленті, мысалы:К(Zn) - 1,2193г(А*сағ).
Электролиз процесінде негізінен электр энергиясын тұтыну теория бойынша 2000кВтсағт, ал өндірістік орталарда тәжірибе бойынша 3000-4000кВТсағт болып табылады.
Электролиз кезінде энергияны түтыну шығыны келесілерге байланысты болады:
Біріншіден, ток тығыздығына байланысты. Ток тығыздығы неғұрлым жоғары болса, энергияны тұтыну шығыны да соғұрлым жоғары болып келеді;
Екіншіден, электролиттің қышқылдық мөлшеріне байланысты болып келеді. Электролиттің қышқылдылығы белгілі бір мөлшерге дейін жоғарылағанда энергияның тұтыну шығыны азаяды да, ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.