«Kazzinc» АҚ Өскемен МК базасында «Special high grade» маркалы катодтық мырыш өндіру цехын жобалау


Кіріспе 10
1 Аналитикалық шолу 11
1.1 Өнеркәсіп жұмысының анализі 11
1.2 Патентік зеріттемелер 12
1.3 Мырыш электролизін дамытудың негізгі жолдары 14
1.4 Өнертабыстың техникалық шешімдері 18
2Технологиялық шешімдер 20 2.1Шикізат және оның сипаттамасы 20
2.2 Мырышы бар шикізатты өндіру әдістері 21
2.3 Ерітіндідегі мырышты электртоғымен шөктіру 22
2.3.1 Мырышты электртоғымен шөктіру үрдісінің теориялық негіздері 22
2.3.2 Электролиз үрдісінің технико.экономикалық көрсеткіштері 26
2.3.3 Электролиз үрдісін анықтайтын факторлар 29
2.3.4 Мырышты электролиттік жолмен алу тәжірибесі 37
2.4 Шет елдерде мырыш өндірудегі күйі 39
2.5 Жоғары тазалықтағы мырышты алудың шарттары 42
3 Технологиялық үрдістің есептеулері 44
3.1 Өнімділікті есептеу 44
3.2 Былаулардың саны мен өлшемдерін анықтау 44
3.3 Ток күшін анықтау 46
3.4 Электролиз үрдісінің материалдық балансы 46
3.4.1 Газ көлемін есептеу 46
3.4.2 Былауға судың сағаттық шығынын есептеу 47
3.4.3 Электролит циркуляциясының жылдамдығын есептеу 49
3.4.4 Өнделген электролиттің қышқылдығын есептеу 50
3.4.5 Ерітінді құрамын есептеу 50
3.4.6 Шламның құрамы мен шығымын есептеу 52
3.4.7 Буландыруға және себуге кеткен электролиттің шығынын есептеу55
3.5 Былаудағы кернеу балансы 62
3.6 Кезектес тізбек саны мен цехта ванналардың орналасуы 65
3.7 1 тонна катодтық мырышқа электроэнергияның меншікті шығынын
есептеу 66
3.8 Электролиздік былауының жылулық балансы 67
3.9 Катодтық мырышты қайта балқыту үрдісінің есептеулері 70
4 Негізгі жабдықты таңдау 71
4.1 Электролиз былауларын тандау 71
4.2 Электрокөзін таңдау және былауды қоректендіру сұлбасы 71
4.3 Электролитті суытуға жабдықты таңдау 72
4.4 Үрдісті қадағалау 73
4.5 Электролиз үрдісіне қызмет көрсетулер 73
4.6 Қоспаларды дайындау және мөлшерлеу 74
5 Архитектура . құрылыстық шешімдер 76
5.1 Электролиз бөлімінің ғимараты мен кешендерінің шешімдері 76
5.2 Ғимарат пен кешендерінің антикоррозиялық қорғалуы 78
6 Жобаның қауіпсіздігі мен экологиялылығы 79
6.1 Электролиз кезіндегі қауіпсіздіктің жалпы сауалнамалары 79
6.2 Желдету 81
6.3 Жарықтандыру 82
6.4 Электроқауіпсіздік 83
6.5 Жерге қосу қорғанысы және оның есептеулері 84
6.6 Өрт қауіпсіздігі 86
6.7 Қоршаған ортаны қорғау 88
6.8 Тазарту кешендерінің өлшемдерін есептеу 88
7 Дипломдық жобаның технико.экономикалық негіздемелері 91
7.1 Түйіндеме 91
7.2 Техникалық шешімдері 92
7.3 Өндіріске кеткен шығындар 92
7.4 Жобаның кіріс мен шығысын есептеуге қажетті берілгендер 96
7.5 SPECIAL HIGH GRADE (99.995% Zn) маркалы мырыш алып, өнімді
сатудың өзіндік құны 102
7.6 Жобаның әсерлілігінің көрсеткіші 104
Қорытынды 107
КІРІСПЕ

Түсті металлургия – алға бастап келе жатқан Қазақстандағы өндірістік кешен. Қазақстан Республикасының экономикалық дамуы осы өндіріске тікелей байланысты. Республикадағы түсті металлургия экономикасы сауда-саттық қарым-қатынаста дамып келе жатыр.
Әртүрлі металлургиялық үрдістер мен қайта келтірулер қазіргі заманға сай металлургиялық технологиялармен көрсетіледі. Оның түпкі мақсаты қайта жөндеу жұмыстарына кететін шығындарды азайта отырып, сыртқы ортаға әсерін айтарлықтай төмендете, қасиеті мен қолдану облысын кеңейтіп, бастапқы кешеннен максималды таза тауарлық өнім алуды қамтамасыз ету.
Түрлі-түсті металлургия кәсіп орындарындағы өнім шығаруларының тоқтап қалуларының көбеюі табиғи өнімдер шығару түрінен өнім үнемдеуге көшуімен толықтырылды. Бұл әсерлі энергиялық, материалдық, капиталдық, қуат үнемдеулік, аз қалдықты және қалдықсыз технологиялармен, электрон-есептеу және микропроцессорлық техниканың арқысында, шығару үрдістердің автоматтандырылуымен, бағалы компоненттердің көбеюімен, өнімді қолдану және шыққан өнімнің сапасының біріктірілуімен қамтамасыздандырылады.
Түсті металлургияның экономикалық даму жағдайы Қазақстан Республикасындағы қабылданған жер қойнауы және қоршаған ортаны қорғау заңдарымен бірге өнеркәсіп өндірісінің ресурсэкономикалық күйге өтуіне негіз болып табылады. Және де, әсерлі аз қалдықты, қалдықсыз технологияларды енгізуді қамтамасыз етеді.
Осыған орай қорғасын-мырыш өндірісінде технологиялық үрдістерді жаңарта дамыту және жабдықтарды модернизациялау бағытында үлкен жұмыстар атқарылуда.
Мырышқа сұраныс көбейгендіктен, оны аз шығын шығара отырып өндіру технологиялық сұлбасын одан ары жақсартуға үлкен мән беріледі.
Қазіргі кездегі мырышты гидрометаллургиялық жолмен өндіру жоғары тазалықтағы металл алуға мүмкіндік бере отырып, комплексті кенді шикізатты қайта өңдеде және қоршаған ортаны қорғау талаптарын қанағаттандырады.
Гидрометаллургиялық сұлба бойынша мырышты алудың негізгі бөлімдерінің бірі сульфаттық мырыш ерітінділерінің электролизі болып табылады.
Электролиз үрдісі кезінде алдындағы жүрілген үрдістердің сапасы үлкен әсер етеді. Оларға жататындар: күйдіру, ерітінділеу және ерітіндіні қоспалардан тазарту.
1 Снурников А.П. Гидрометаллургия цинка. - М.: Металлургия, 1981.
2 Романтеев Ю.П. Металлургия цинка. - Алматы, 1999.
3 Выщелачивание огарка и возгонов. Электроосаждение цинка / –Усть-Каменогорск: Казцинк, 2003.
4 Хан О.А., Фульман Н.И. Новое в электроосаждении цинка. - М.: Металлургия, 1979.
5 Туромшина У.Ф. Влияние металлических примесей на катодный процесс при электролизе растворов сернокислого цинка. Автореферат диссертационной работы, представленной на соискание ученой степени кандидата химических наук / Академия наук КазССР. Институт химических наук. – Алма-Ата, 1953.
6 Григорьев В.Д., Фульман Н.И. Влияние полиакриламида на показатели электролиза цинка // Цветные металлы. – 1976. - №5.
7 Клименко В.Л. О влиянии селена, теллура, и германия на электролиз цинка // Цветные металлы. – 1971. - №11. – с. 17-19.

Пән: Тау-кен ісі
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Көлемі: 54 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 3800 теңге




КІРІСПЕ

Түсті металлургия – алға бастап келе жатқан Қазақстандағы өндірістік
кешен. Қазақстан Республикасының экономикалық дамуы осы өндіріске тікелей
байланысты. Республикадағы түсті металлургия экономикасы сауда-саттық қарым-
қатынаста дамып келе жатыр.
Әртүрлі металлургиялық үрдістер мен қайта келтірулер қазіргі заманға
сай металлургиялық технологиялармен көрсетіледі. Оның түпкі мақсаты қайта
жөндеу жұмыстарына кететін шығындарды азайта отырып, сыртқы ортаға әсерін
айтарлықтай төмендете, қасиеті мен қолдану облысын кеңейтіп, бастапқы
кешеннен максималды таза тауарлық өнім алуды қамтамасыз ету.
Түрлі-түсті металлургия кәсіп орындарындағы өнім шығаруларының тоқтап
қалуларының көбеюі табиғи өнімдер шығару түрінен өнім үнемдеуге көшуімен
толықтырылды. Бұл әсерлі энергиялық, материалдық, капиталдық, қуат
үнемдеулік, аз қалдықты және қалдықсыз технологиялармен, электрон-есептеу
және микропроцессорлық техниканың арқысында, шығару үрдістердің
автоматтандырылуымен, бағалы компоненттердің көбеюімен, өнімді қолдану және
шыққан өнімнің сапасының біріктірілуімен қамтамасыздандырылады.
Түсті металлургияның экономикалық даму жағдайы Қазақстан
Республикасындағы қабылданған жер қойнауы және қоршаған ортаны қорғау
заңдарымен бірге өнеркәсіп өндірісінің ресурсэкономикалық күйге өтуіне
негіз болып табылады. Және де, әсерлі аз қалдықты, қалдықсыз
технологияларды енгізуді қамтамасыз етеді.
Осыған орай қорғасын-мырыш өндірісінде технологиялық үрдістерді
жаңарта дамыту және жабдықтарды модернизациялау бағытында үлкен жұмыстар
атқарылуда.
Мырышқа сұраныс көбейгендіктен, оны аз шығын шығара отырып өндіру
технологиялық сұлбасын одан ары жақсартуға үлкен мән беріледі.
Қазіргі кездегі мырышты гидрометаллургиялық жолмен өндіру жоғары
тазалықтағы металл алуға мүмкіндік бере отырып, комплексті кенді шикізатты
қайта өңдеде және қоршаған ортаны қорғау талаптарын қанағаттандырады.
Гидрометаллургиялық сұлба бойынша мырышты алудың негізгі бөлімдерінің
бірі сульфаттық мырыш ерітінділерінің электролизі болып табылады.
Электролиз үрдісі кезінде алдындағы жүрілген үрдістердің сапасы үлкен
әсер етеді. Оларға жататындар: күйдіру, ерітінділеу және ерітіндіні
қоспалардан тазарту.

1 Аналитикалық шолу

1.1 Өнеркәсіп жұмысының анализі

Өскемен МК АҚ Қазмырыш құрамына кіретін қазіргі уақыттағы мырыш зауыты
мырышты гидрометаллургиялық әдіспен алуда жұмыс істейді.
Сульфидті мырыш концентраттарын қайта өндейтін және тұйық циклда жұмыс
істейтін мырыш зауытының технологиялық сұлбасының басты мақсаты, электролиз
үрдісін қанағаттандыратын ерітінді даярлайтын көптеген операциялардын
тұрады.
Электролиздің алдында жасалатын технологиялық операциялар:
Сульфидті мырыш ерітінділерін күйдіру;
Сульфидті мырыш концентраттарын тотыққан күйге жеткізу үшін тотыққан
атмосферада, сутегінің аз мөлшерінде және 850-9700С температурада
күйдіреді.
Күйдіру механикалық асақыздырғышы бар пештерде, ілулі күйдегі күйдіру
пештерінде немесе қайнау қабаты пешінде жүргізіледі.
Жобадағы өнеркәсіпте күйдіру қайнау қабаты пештерінде жүргізіледі.
ә) өртендіні ерітінділеу;
Әр түрлі өнеркәсіптерде ерітінділеу үздіксіз немесе қайталанып отыра,
бір немесе екі сатыда атқарылады. Мырыш зауытында ерітінділеу үздіксіз
сұлба бойынша екі сатыда жүргізіледі: қалыпты және қышқылды ерітінділеу.
Ерітінділеудің мақсаты мырышты тотыққан күйінен ерітіндіге сульфат (ZnSO4)
күйінде өткізуі.
Ерітінділеуді механикалық және пневматикалық араластырғышы бар
агитаторларда, құрамында 145-175гдм3 күкірт қышқылы бар қазымдалған
электролитпен жүргізеді.
б) ерітіндіні тазалау;
Тазалаудың мақсаты электролиз кезінде кедергі жасайтын қоспалардан
тазартылған ерітінді алу. Ерітіндіні тазалауды гидролиз арқылы жүргізеді.
Коагуляция, адсорбция, цементация, азеритін химиялық қосындылар және тағы
басқалар түзілуі мүмкін.
Қатты өнімдерді сұйық өнімдерден бөліп алу үшін ерітіндіні тұндыру және
сүзілу әдісін қолданады. Қоюланған қойыртпақтың сүзілуі вакуумды
сүзгіштерде, ал мөлдірлендірілген ерітінділерді – сығымдағыш-сүзгілерде
жүргізіледі.
Тазаланғаннан кейін ерітінді электролизге жіберіледі. Тазаланған қалыпты
мырыш сульфаты ерітіндісінің келтірілген құрамы, гдм3: Zn – 120-170; Mn –
2-5; мгдм3: Cu – 0.05-0.1; Cd – 0.1-2; Ni – 0.01-0.5; Co – 0.1-4; Ge –
0.05-0.1; Sb – 0.01-0.15; As – 0.05-0.2; Fe(II) – до 50; F – 20-50; Cl –
100-150.
Күкіртқышқылды мырыштың сулы ерітіндісі үздіксіз электролиз ванналарына
жіберіліп отырады. Бұл ванналардың катодтары алюминий жаймаларынан, ал
анодтары қорғасын-күміс (1% Ag) қортпасынан жасалған.
Электролит күкіртқышқылды мырыштың сулы ерітіндісі (50-60 гдм3) мен
күкірт қышқылынан (100-170 гдм3) тұрады.
Катодта мырыш бөлінеді. Ол екінші ретті айналымда балқытыллған мырыш
болады. Оны хлоры аммоний қосу арқылы индукциялық пеште қайта балқыту үшін
күнделікті қолмен қырып алады да, катодты балқыту бөлімшесінің тиеу
аймағына тасымалдайды. Хлорлы аммоний катод жаймасындағы қышқылдық
қабықшасын бұзып, балқытылған металл түйіршіктерінің қосылуына ықпал етеді.

1.2 Патенттік зерттемелер

Мырышты электролиттік жолмен алу жөніндегі патенттік-ақпараттық іздеу
отчетті кесте 1 көріге болады.

Кесте 1 - Мырышты электролиттік жолмен алу жөніндегі патенттік-
ақпараттық іздеу отчеті
№ Ел, Атауы № автор., қысқаша аннотация, техникалық
пп зерттеулер документация түрісипаттама
жүргізілген
период
1 ҚР, ЖМеталлургия ҚР патент №165854
2003-2008 Бюл.№8 2006ж Г.А.Романов, Г.А. Сүлейменова
Мырышты электролиттік жолмен алу
тәсілінің артықшылығы, анодтарды
перхлорвинилді матадан жасалған тыс
қаптарға енгізу қорғасынның катодтық
шөгіндіге бөлінуін азайтады.
2 ҚР, ЖМеталлургия ҚР патенті №1587956 (SU)
1988-2008 Бюл.№1 1994ж Н.А.Волкова, С.В.Крашенина
Электролитке фосфон қышқылынқосу арқылы
қож түзілуін азайту

Кесте 1 - жалғасы

3 ҚР, ЖМеталлургия ҚР патенті №1608.1
2003-2008 Бюл.№6 2005ж Г.А.Романов, Г.А. Сүлейменова
Мырышты электролиттік жолмен алу
тәсілінің артықшылығы, оған
поли-2-пропенамид еңгізу арқылы тоқ
шығымын және электр шығынын азайту
4 ҚР, ЖМеталлургия ҚР патенті №1709760 (SU)
1993-2008 Бюл.№3 1993ж Н.А.Волкова, С.В.Крашенина
Үрдісті арзандату және қорғасын мен мыс
бойынша катодтық мырыштың сапасын көтеру
мақсатында сүрмеқұрамдас қоспа ретінде
оксиэтилидендифосфон қышқылындағы
үшнегізді сүрме ерітіндісін қолдану
5 ҚР, ЖМеталлургия ҚР патенті №181
2001-2008 Бюл.№11 2002ж Стерлин С.С.
Мырышты электролиттік жолмен алу үшін
қорғасын негізіндегі анодтық балқыманы
коррозияға тұрақтылығын, атериалдық
шығындарды төсендетуін ескере отырып
қолдану.
6 ҚР, ЖМеталлургия ҚР патенті №2906
1993-2008 Бюл.№4 1995ж Горбачев Л.А., Комков Н.М.
Катодтық шөгіндіні 303 К дейні қыздыра
отырып, сыдыру қарқындылығын жоғарлату
7 ҚР, ЖМеталлургия ҚР патенті №16999
2004-2008 Бюл.№2 2002ж Кольцова О.И., Стрельчук Н.С.
Электролиз цехын жоғарғы бөлігінен
ағынды газөту жолынан таза ауа жіберіп,
лантанған ауаны төменгі бөлігінде
орналасқан газәкету жолы арқылы желдету

1.3 Мырыш электролизін дамытудың негізгі жолдары

Электролиздің айтарлықтай кемшілігі қарқындылығының аса жоғары
болмауы. Электролиз қарқындылығының сәйкестендірілуі электро-химиялық
реакциялардың электролит көлемінде емес, электродтарында ғана өтуіне
байланысты. Осы қиындықты элиминерлеу үшін екі жолмен жүруге болады:
электрод үрдістерін максималды қарқындыландыру және электр өрісінің
энергиясын қолдану. Бұл өріс электролит көлемінде немесе электрод аралық
аумақта пайда болады.
Үрдістің қарқындыландыруына және катодты металл тазалығының
жоғарлауына жаңа қорғасын балқымасына негізделген тұрақта ерімейтін
анодтарды шығару көмектеседі.
Ізденістер мен зерттеулер анод негізінің құрамын, қорғаныштық
татықтырғыш қабаттың өзгеруіне негізделген және де қорғасынды легірлеуге,
сутегінің бөліну реакция жылдамдықтарын қайта бөлу, қорғасын ионизациясы
мен тағы басқаға бағытталған.
Қалайы, сүрме және висмуты бар қатты құрамды ерітіндіні құрайтын
қорғасын балқымасының тұрақтылығы қорғасын тұрақтылығынан аз ғана
айырмашылығы бар. Тұрақтылығының жоғарлауы тек қатты ерітіндісінің майда
түйіршіктері қрғасын түйіршіктерінен кіші болса ғана байқалады. Қоғасын-
сүрме-кобальт, қорғасын-қалайы-кобальт, қорғасын-висмут-кобальт сияқты
үштік балқымаларды зерттеулер кобальттің шынымен де анод тұрақтылығын
айтарлықтай көбейтетінін көрсетті. Балқымада кобальт концентарциясы жоғары
болған сайын (0-1% Со), соғұрлым балқыма жоғары тұрақтылықты иеленеді.
Қорғасын және оның балқымаларының тұрақтылығының айтарлықтай
мінездемесі ұзақ анод поляризациясынан кейін анод салмағының өзгеруі болып
келеді.
Қорғасынмен қатты ерітінді тізбегін құрайтын индий мен талий
легірлеуші қоспалар концентрациясы шегінде, айтарлықтай коррозия
тұрақтылығын өзгертпейді.
Сыртқы поляризациясыз күкірт қышқылы ерітіндісінде қорғасын
коррозиясын азайту кеңейтілген шектік концентрацияда легірлеуге болатын
күміс, платина, паллади және басқа қоспаларды қосу арқылы айтарлықтай
әсерлі.
Қорғасынды электрлі терсі металлдармен (кадмий, кальций) легірлеу
кезіндегі оң әсері уақытша сипаттамаға ие және легірлеуші қоспалар
концентрациясының шағын аумағында ғана байқалады.
Кобальт, вольфрам, молибден, стронций металдары қорғасынмен балқыма
түзбейді, бірақ сутегілік қосылыстар түзілуі мүмкін. Бұл металдар қышқыл
ерітіндіде тұрақтылығымен ерекшеленбейді, бірақ олардың сутегімен қосылысы
электрохимиялық-католиттік әрекеттегі легірлеуші элементтерге жатқызуға
болады. Бұл металдар, кобальттан басұасы, уақытша бірінші 20 тәулік
қорғасынға оң әсер етеді, одан кейін анод баяу күйінде болады. Эерттеушілер
тәжірибелік-өндірістік зерттеулерге болжамды түрде 1% күмісі бар қорғасын
анодтарынң тұрақтылығына қарағанда 98,18% қорғасын, 0,75% күміс, 1% таллий,
0,07% кальций бар балқыма асып түседі деген ұсыныс жасады.
Кадмий электролизінде катодты кадмидегі қорғасын құрамын азайту үшін
анодтарға перхлорвинилді матадан жасалған тас қаптар қолдану ұсынылды.
Анодтарды тысқаптарға енгізу катодтық шөгінділерде қорғасын мөлшерін
айтарлықтай азайтады. Табиғатта кадмий мырыштың серіктесі болып келеді,
себебі, олардың құрамдары бір-біріне ұқсас. Осыдан кейін қорғасын-күмісті
анодтарға арналған перхлорвинилді матадан жасалған тас қаптарды катодтық
мырыш электролизінде қорғасын мөлшерін төмендетуге қолдануға болады.
Қазіргі уақытта мырыш зауыттарында кең қолданысқа қорғасын-күмісті
анодтар ие болды. Сондықтан болған анодтарды ары қарай дамыту үшін
әрекеттер жасалуда.
МАлғаш рет құймалы қорғасын-күмісті анодтарды Челябинск Мырыш
Зауытында (ЧМЗ) илектеу арқылы деформациялық беріктеуге түсірді. Қорғасын-
күмісті (1%) балқымасын илектеу кезінде беріктеу күш жазықтығы бойымен
бағыттық құрылымның пайда болуынан есептелген. Осы зауыттан кейін
илектелген анодтарды Риддер Мырыш Зауытында (РМЗ), Алмалы мырыш зауытында
және Электрмырышта қолдана бастады.
Ары қарай анодтарға кететін күміс шығыны мен коррозиялық тұрақтылығын
арттыру үшін, деформациялық беріктеу және анодтарды легірлеуді дамытуға
негізделген.
Максималды балқыманы беріктеу максималды жылдамдықта деформацияның
оптималды көрсеткішінің бір реттілігінде жүзеге асады – нығыздау.
Металаралық пендеформац\иялық беріктеуді қоса жасау жақсы. Қосымша
элемент-модификаторды 0,1% мөлшерде әр біреуінен қосу майда диперизациялық
фазалар құрылуына көмектеседі (Са, Аl, Тl, Sе). Модификаторларды қолдану
қорғасын-күміс гетерогендік жүйемен салыстырмалы түрде балқыма құрамын
айтарлықтай тасымалдауға көмектеседі. Электролиттік католит ретінде
қолданғандықтан түгелдей балқымадан күмісті алып тастауға болмайды.
Демек, интерметалдық және деформациялық беріктеуді бір қолдану анод
жасауға күміс шығынын азайтады. Осы орайда анодтардың коррозиялық
тұрақтылығы төмендемейді, тіпті көп жағдайларда жоғарылатады.
Электродиз шартында қорғасын оксидінің қабыршағының түзілуімен
қорғасын анодтардың баяулауы анод бетінің 90% сульфатпен қапталғанда
болады. РbSО4 түзілгенде және анодтардың баяулау уақытында айтарлықтай
катодтық мырыштың қорғасынмен ластануы байқалады. Ары баяуланған анод
токөткізетін тұрақты негізгі анодтық үрдіс жүретін РbО2 қабықшасымен
қапталып қалады.
Анодтар алдын-ала қалыпқа келтіріледі, яғни, оларды токтық жүктемеге
орнатпастан бұрын анод бетінде қорғасынның екітотықты қабықшасын түзу,
айтарлықтай көлемде анодтары ішіне реакциялардың, кеңейтетін және
беріктендіретін сульфат, хлорид, қорғасынның екі тотығы өнімдерінің
әрекетті еніп кетуінен қорғайды.
Анодтардың қалыпқа келтірілуінің негізі 80-1000С температурасында
күкірт қышқылы және калий перманганаты сулы ерітіндісінің қрғасын анодына
қышқылдандыру әрекетінің РbО2 түзе жүруі:

4KMnO4 + 2H2SO4 +3Pb = 3PbO2 + 2K2SO4 + 4MnO2 + 2H2O

Мырыш электролизі үрдісінде катод материалы ретінде А5 маркалы
илектелген алюминий қолданылады. Оның құрамында көптеген қоспалар бар, %:
темір – 0,37; кремний – 0,37; мыс – 0,2. Бұл қоспалар анодты
поляризацияланады және қысқа пайдаланымнан кейін катод тізбектен шығып
қалады.
Осыған орай тәжірибелік қызығушылық катодтық материал ретінде
коррозияға төзімді алюминий-ттитан, алюминий-марганец, алюминий-цирконий
сияқты алюминий балқымаларын қолдануда ұсынады. Алюминийдің үштік және
төрттік балқымаларын коррозиялық беріктігі төмен және тез бұзылады.
Марганецті алюминиге енгізу қиындықтар туғызбайды. Себебі, алюминий және
марганец легірлеуші компоненттері мен құрылымдары бір-біріне ұқсас.
Цирконий алюминий түйіршіктерін ұсақтай отырып, жақсы модификатор болып
келеді. Титан да модификатор болып келеді. Айтарлықтай алюминий
түйіршіктерін ұсақтайды, цирконидің марганецтен айырмашылығы алюминий
құрылымына және коррозиялық беріктігіне әсері әлсіз.
Коррозиялық және металлографикалық зерттеулер бойынша мырыш
электрорлизі үрдісінде коррозияға берік алюминий-марганец балқымасын
қолдану мүмкіндігі көрсетілді. Бұл балқыманы жасау аса қиындық туғызған
жоқ. Оны алюминий электролизі үрдісінен де алуға болады.
Мырыш электролизі үрдісінде биполярла электролизерді қолдану бойынша
зерттеулер жүргізілуде. Бұл катодтық мырышты жұлуды механизациялауға
көмектеседі.
Электролиз үрдісінде тегіс электродтардың кемешіліктері де бар: жоғары
электросыйымдылығы, үрдісті топтастыра механизациялаудың қиындылығы,
үрдістің төменгі қарқындылығы.
Электрод бетін үлкейтуге байланысты балама шешім табу мақсатында
негізгі көңіл аудару үш өлшемді электродтарға бөлінді. Бұл қозғалмайтын,
қозғалатын және қоймалжын бөлік қабаты қалыбындағы электродтар, ақпалы
кеуекті электродтар.
Тізбектен кем емес ток тығыздығында жоғары жалдамдықта эдектролиздің
өтуінің артықшылықтарын пайдалану тек үш өлшемді электродтарды қодана
отырып, үзілмейтін циклге ауысқанда ғана жүзеге асады.
Үш өлшемді элеткродтар техникалық көрсеткіштер бойынша беттің жоғарғы
шектік ауданға ие масса ауысуларының жоғары коэффициенттерін және
электролит бағытының жылдамдығын қамтамасыз етеді.
Үлкен электродты электролизерларда металлды шағын және бөлшектік
шөгінді түрінде алуға болады.
Катодтық мырышты жұлудың механизациялануы бойынша зерттеулер екі
бағытта жүрді:
а) қалыпты электролизге арналған жұлатын машиналарды шығару:
гидравлика, пневматика, жылу күші әсерінен шөгіндіні механикалық принциппен
жұмыс істей жұлып алатын машиналар ұсынылды.
ә) жаңа түрдегі электролизер ойлап шығару.
Өскемен мырыш зауытында шөккен мырышты катодтан бөлуді катод және
шөгіндінің арасындағы адгезияны төмендете діріл арқылы жүргізу тәжірибелері
жүргізілді.
Шөгінді мен катодты 300-1730К температурада шынықтырып, 20-1360К
температурада суытқан.
Айналмалы катодтары бар электролизерлерде негізінен түсті металл
үгінділерін алады. Сонымен бріге үодістің ең басты бөлімдерінің бірі –
катод бетінен шөгіндіні шешу – өнімділігі жағынан аздау болып келеді.
Зеріттеле отыра амал ретінде негізінен шөгіндіге механикалық әсер ету
арқылы шешіліп отырды. Ол әр түрлі кескіштер арқылы, қырғыш аспаптар, ал
кей жағдайларда электродтқа діріл әсері немесе электр өрісі әсерін қолдана
отырып, жүзеге асты.
Совет үкіметі кезінде де жұлі машиналары ойластырылып зерттелген.
Оларда шөгіндіні алюминий матрицасынан бөліп алудың әр түрлі әдістері
қолданылды: термиялық (аса жоғары тазалықтағы токтар), діріл арқылы,
ротациялық-ұрмалы, үльтродыбыс және үйкеліс арқылы пісіру, магнит
импульсті, вакуумдық сорғыштар көмегімен және тағы басқа. Әр әдістің нақты
артықшылықтарын, олардың оларды аз уақыт қолданғанынан және жұмыстары
туралы жеткілік ақпарат жоқ болғандықтан айту мүмкін емес.
Қазіргі кезде механизацияланған катодты мырышты жұлып алу ЧМЗ
қолданады.
Маханизация сонымен бірге электролиз былауларын марганецтік шламнан
тазартуға арналған механизацияланған вкуумдық орнатулар шығаруға
бағытталған.
Аса жоғары тазалықтағы металл алуда әсерлі әдістерге электрохимиялық
әдістерді жатқызуға болады. Соның ішінде амальгамды-электролиттік тазарту.
Оның негізгі кемшілігі электрлоиттің күрделі құрамы және кейбір металл
қоспаларынан жеткіліксіз терең тазарту. Балқытылған мырыш тұздарының
электролизі болашағы зор болып келеді. Себебі, мырыш балқу температурасының
төмендігі (4190С) мырышты сұйық күйінде алуға және оны күрделі катодты
мырышты жұлу үрдісінсіз былаудан алуға болажы. Зерттеулер балқымаға ZnCl2-
NaCl-KCl фторидтері LiF және NaF қосу арқылы жүргізілді. Зерттеулер
қорытындысы бойынша NaF қосу тиімдірек, себебі, электроөткізгіш қасиетті
жоғарылатады, ток бойынша шығымды жоғарылатады, элнектроэнергия шығымын
төмендетеді.
Мырышты электрошөктірудің технико-экономикалық көрсеткіштері
өндірістің гидрометаллургиялық сұлбасы бойынша алдыңғы бөлімдерінің
тазалығына байланысты. Өртендіні ерітінділеу, сульфаттық ерітіндіні
қоспалардан тазарту, яғни бұл бөлімнің жұмыстық жақсы жүру негізі – мырыш
электролитінің аса тазалығы.
Элетрод үрдісі туралы тереңірек, кеңейтілген түрдегі білім қажет.
Алдымен мырыштық катодтың бөлінуінің жылдамдығынан біріктірілген қоспа
иондарының әсер ету механизімі туралы мырыш электролитіне енгізілетін
беттік белсенді және басқа заттардың катодтық шөгінді құрамына әсер ету
мінездемелері туралы, күрделі жұлу тууының себептері туралы және тағы
басқа.

1.4 Өнертабыстың техникалық шешімдері

Жоғарылардың айтылып кеткендердің негізінде берілген диплом жобасында
электролиз цехының үшінші сериясына анодтық шаруашылықты дамытуды ұсынамыз.
Өскемен АҚ Қазмырыш электролиз цехының үшінші сериясында көп компонетті
анодтар орнатылған. Қорғасын 99,4%, күміс 0,5, күміс 0,5, күміс 0,5%,
кальций 0,1% балқымасынан жасалған. Бұл анодтар цех шеберханасында
жасалады. Мұндай анодтардың жұмыс істеу уақыты 2 жыл шамасында.
Катодтық мырыш тазалығын жоғарлату үшін Special High Grade маркалы
мырыш алу үшін біз анодтарды ауыстырып және оларды перхлорвинилды матадан
жасалған қаптамаларға орнатамыз.
Бұл дипломдық жобада анодтарға келесідегідей балқыманы қолддану
ұсынылады: Pb – 99,18%, Ag – 0,75%, Tl – 1 %, Ca – 0,07%. Осы балқыма
қолданыстағы балқымадан тұрақтылығы жоғары деген болжамда.
Сонымен бірге Өскемен АҚ Қазмырыш шикізат құрамында талий болуы,
анодтарды жаңартуға талий жеткілікті көлемде өңдіруге болатынын айта кету
керек. Өткен ғасырдың 90 жылдары талй өндіру айында 700 кг дейін жеткен.
Содан кейін, диафрагма рөлін ойнайтын жаңа катодтарды перхлорвинл
матасынан жасалған қаптамаларға салу ұсынылған. Сонымен бірге электролиз
кезінде анодта пайда болатын коллоидті бөлшектер электролитке түспей,
катодтық мырышты ластамай, қапшықта қалып отырады.
Перхлорвинил матасынан қапшықтар өздерін өндірістік көлемдегі кадмий
электролизінде жақсы жағынан көрсете білді. Кадмий электролизінде қапшықтар
қорғасынның катодтық кадмийді болуын төмендеткен.
Электролиз цехының үшінші сериясын жаңа анодтарға ауыстыру мақсаты тек
катодтық мырышта қорғасынның болуын төмендетіп қана қоймай, сондай-ақ
анодтық каррозияға төзімділігін қолдану мерзімін жоғарлатады. Жаңа құрамды
анодтарды да анодтар шеберханасында жасау ұсынылды. Перхлорвинилды матадан
қапшықтарды Өскемен АҚ Қазмырыш Мырыш зауытының АБК тігін цехында тігу
керек.
Есі анод: Pb – 99,4%, Ag – 0,5%, Ca – 0,01%, масса – 52 кг.
Ішкі бағамен есептегенде: Pb – 14,822 тгкг, Ag – 5 тгг, Ca – 526,63
тгкг. Ескі анодтың бір данасы – 2904 тг.
Жаңа анод: Pb – 98,180%, Ag – 0,75%, Tl – 1 %, Ca – 0,07%. Масса - 52
кг.
Жоғарыда көрсетілген ішкі бағамен талий – 300тгкг деп есептегенде,
анодтың бір данасы – 2882 тг.
Сызықтық өлшкмдерін есептей отыра анод бетінің ауданы 1,252 м2. Осыны
ескере отырып, бізге әр анодқа перхлорпвинилды матадан ауданы 1,3 м2
болатын қапшық кигізу керек. 1 м2 перхлорпвинилды мата бағасы – 100 тг.
Бір қапшық жасауға кететін мата – 130 тг тұрады. Ауданы 1-3 м2 болатын
перхлорвинилды матадан қапшық тігісімен – 134 тг.
Қапшығы мен жаңа анодтың бір данасы – 3016 тг.

2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ШЕШІМДЕР

2.1 Шикізат және оның сипаттамалары

Мырыштық кен сульфидті және тотыққан түрлерге жіктеледі. Табиғатта сом
тума мырыш табылмаған.
Мырыштың негізгі минералдары:
ZnS – сфалерит;
ZnO – цинкит;
ZnCO3 – смитсонит.
Мырыш алу үшін көбінесе сульфидті кен қолданылады. Оның құрамына
сфалерит (ZnS), галенит (PbS), халькопирит (CuFeS2), пирит (FeS) кіреді.
Құрамындағы алынатын металл аз болғандықтан (1-13%) мырышты кен
тікелей металлургиялық өнделуге жіберілмейді, оны алдын ала байытады.
Мырышпен бірге басқа асыл металдары бар полиметалды кенді байыту үшін
талғамды және ұйымды флотацияны талғамдаумен жалғастыру әдістерін
қолданады.
Концентрат құрамының жоғарылығымен сипатталады. Ол мырыштан басқа мыс,
қорғасын, кадмий, германий, индий және басқа да металдардан тұрады. Темір,
күшәлә, кермний оксиді сияқты қоспалар аз мөлшерде болады. Бірақ концентрат
құрамында айтарлықтай көп мөлшерде сирек металлдар бар. Оларды
гидрометаллургиялық өндіру кезінде қатар өндіріп алуға болады.
Жобалаудағы өнреркәсіпке келіп түсетін концентраттың минералдық
құрамы:
82-83% сфалерит;
5% халькопирит;
4% пирит;
2% галенит жән пирротин.
Концентрат келесі құрамды, %: 55,5 – Zn; 0.26 – Cd; 1.6 – Pb; 0.9 –
Cu; 31.6 – S; 4.8 – Fe; 2.1 – SiO2; 0.002 – Co; 0.003 – Ni; 0.6 – CaO; 0.98
– Al2O3; 0.04 – As; 0.03 – Sb; 1.585 – басқалары.
Электролиз үрдісінде қолданылатын шикізат пен материалдардың
мінездемесі және оларға қойылатын талаптар:
а) тазаланған қалыпты электролит: құрамындағы мырыш 125-145 гдм3;
құрамындағы қоспалар көрсетілген мөлшерден көп емес: Mn – 3-8 мгдм3; Cd –
2.5мгдм3; Cu – 0.25мгдм3; Co – 2.3мгдм3; Ni – 0.1мгдм3; Fe – 40мгдм3;
Sb – 0.08мгдм3; F – 100мгдм3; Cl – 230мгдм3; As – 0.1мгдм3; салмағы
1,35-1,39 гдм3;
ә) қазымдалған электролит: қышқылдылығы 145-175 гдм3; құрамындағы
мырыш 50-60 гдм3; температурасы 38-420С;
б) суытылған электролит: қышқылдылығы 135-165 гдм3; құрамындағы мырыш
55-65 гдм3; температурасы 30±30С;
в) электролиизге түсетін ерітінді: қышқылдылығы 135-165 гдм3; таза
салмағы 1,29 гсм3; температурасы 30±30С;
г) сүйек желімі: сертификат бойынша, 200гт;
ғ) мия экстракты: сертификат бойынша, 110 гт;
д) катодқа арналған жайма алюминий: А-5 маркалы;
е) анодтарға арналған күміс: СрА-І маркалы;
ж) анодтарға арналған қорғасын: С1, С2 маркалы;
з) мысты шина: сертификат бойынша;
и) катодтың резеңке қарнағы: сертификат бойынша.

2.2 Мырышы бар шикізатты өндіру әдістері

Қазіргі мырыш металлургиясында металды мырышты алуда
пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық екі әдіс қолданылады.
Пирометаллургиялық әдістерде кендерді және концентраттарды жоғарғы
температура да қыздыру арқылы өндіреді. Гидрометаллургиялық әдістері
шикізаттан, қышқыл сулы ерітіндідегі әр түрлі жартылай өнімдермен химиялық
реагенттерден және ерітіндіден металды бөлуге негізделген.
Пирометаллургиялық әдісте мырыш сульфиді концентраттарды алдын ала
күйдіруде (көбінесе агломерациялық күйдіру), яғни мырыш оксиді түрінде
алынады. содан соң мырыш агломератын тотықсыздандырғышпен (коксик) қосады,
алынған шихтаны керамикалық ыдысқа – ретортаға тиеледі. Реторталар
дистилляциялық пеште орналасқан. Пештегі температура 1250-13500С, сонымен
қатар келесі химиялық реакциялар жүреді:

ZnO + C = Zn + CO;
(1)

ZnO + CO = Zn + CO2.
(2)

СО2 + С = 2СО (3)

Металды мырыш бу түрінде болады. Газдар құрамында мырыш буы бар
конденсаторға түседі, онда мырыш сұйық металға дейін конденсацияланады.
Мырыш дистилляциясы горизонтальды және вертикальды реторталарда және
де шахталы немесе электропештерде жүргізіледі.
Дистилляция үрдісінде тотықсыздандырылған мырышты қорғасын, кадмий,
мыс, темір және басқа қоспалар құрайды. Содықтан оны тазартуға жібереді.
Империал Смелтинг технологиясы қазіргі уақытта ілгерлі
пирометаллургиялық әдістің бірі болып келеді. Империал Смелтинг
технологиясы бойынша мырыш концентраттарында қоғасын құрамы жоғарғы
дәрежеде болуы қажет. Технологияды концентраттарды агломерациялық күйдіру
мен агломератты тотықсыздандыра балқыту (арнайы шахталық пештерде)
қарастырылған, және де қара қорғасын мен мырыш буы алынады.
Гидрометаллургиялық әдісі бойынша алдан ала күйдірілген концентратты
күкірт қышқылы ерітіндісінде мырышты ерітінділейді.:

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O. (4)

Ерітінділеуден кейін алынған ерітіндіде қоспалар болғандықтан
сульфатты мырыш ерітіндіні тазартуға жібереді.
Қоспалардан тазартылған сулы сульфатты мырыш ерітіндіні электролизге
жібереді. Электролиз үрдісінде келесі реакциялар жүреді:

ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+0,5O2. (5)

Гидрометаллургиялық әдістің пирометаллургиялық әдістен қарағанда бір
қатар артықшылықтары бар:
а) берілген шикізаттан негізгі және серіктес құрауыштарды жоғары
дәрежеде бөліп алу;
ә) қоршаған ортаға зиянды тастандылардан қоғау үшін қолайлы шарттар
қамтамасыз етілген;
б) кіші сортты құрамындағы жоғарғы дәрежеде зиянды қоспалары бар
әр түрлі мырышы бар шикізатты өндіру.
Жоғарыдағы айтылып кеткен айырмашылықтарды ескере отырып, мырышты
гидрометаллургиялық жолмен алуды қабылдаймыз.

2.3 Ерітіндідегі мырышты электр тоғымен шөктіру

2.3.1 Мырышты электр тоғымен шөктіру үрдісінің теориялық негіздері

Электролиз деп электролит арқылы электр ток өткен кезде және
электродтарды электролитке түсіргенде жүретін электрохимиялық тотығы-
тотықсыздану үрдістерініңжиынтығын айтады.
Электролиз гидрометаллургияның ең соңғы сатысы болып табылады.
Электрошөктіру жолмен алынатын катодтық мырыштың құрамы бойынша дайын
өнімнен қарағанда айырмашылығы аз болады.
Электролиз үрдісіне барлық электролизге дейін өтілген операциялардың
сапасы әсер етеді – күйдіру, ерітінділеу және әсіресе ерітіндіні
қоспалардан тазарту.
Қазіргі уақытта мырыш сульфидті концентраттарының сапасы нашарлап,
өндеуге басқа да көбірек ластанған қоспаларды (тотыққан кендер, қорғасын
және мыс балқытуларының қождары, химиялық өндірістің қалдықтары, т.б.)
пайдаланса да, катодты мырыш тазалығына талап жоғарылй түсуде.
Жуықта мырыш электролитінің сапасын бағалау үшін олардың құрамындағы
аздаған ғана қоспаларды реттеп отырса жеткілікті болатын: мыс, кадмий,
кобальт, темір, күшәлә; олардың шектеулі концентрациясы салыстырмалы жоғары
болатын.
Қазіргі уақытта анализделетін қоспалар саны өсті және олардың мырыш
электролитіндегі шекті шекті концентрациясы азайды. Жоғарыда айтылып кеткен
элементтерден басқа жүйелі түрде хлор, фтор, марганец, органика, қорғасын,
германий, селен, рений, натрийй, каллий анықталады.
Жобаланатын кәсіпорында мырыш сульфаты бейтарап ерітіндісінің құрамы
келесідегідей, гдм3: Zn – 125-145; Mn – 5; мгдм3: Cd – 2.5; Cu – 0.25; Co
– 2.3; Ni – 0.1; Fe – 40; Sb – 0.08; As – 0.1; Cl – 230; F – 100.
Электролиз үрдісінің мағынасы келесідегідей: бейтарап электролитті
немесе оны пайдаланылған электролитпен қосып үздіксіз былау электролизіне
түсіру. Былаулардағы электролит арқылы тұрақты ток өткен кезде металды
мырыш анодтан катодқа, яғни алюминилі катодқа шөгіледі.
Мырыштың электрошөктірілуі қышқыл ортада жүреді. Электролиз үрдісінде
Джойль жылуынан электролит температурасы көтеріледі. Берілген электролиттің
температурасын ұстау үшін орталықтандыру суыту жүреді. Оны былаулдарға
алдын ала суытылған бейтарап және қышқыл электролиттің қоспасын көптеп беру
жолымен жүргізіледі.
Катод тұнбаның өсіру ұзақтығы 24 сағат. Содан кейін катодтарды
былаулардан шығарып, мырыш тұнбаларды жұлып алады.
Тазартылған сульфатты ерітінідіден мырышты электрохимиялық шөктіру
үрдісі келесі түрде теңдеу арқылы жазуға болады:

ΖnSO4+Η2Ο=Ζn+Η2SO4+0,5O2. (6)

Электролиз үрдісі негізінде өте күрделі үрдіс, өйткені электролитте
мырыштан басқа катиондар мен аниондар болады, яғни электрохимиялық
реакциялардан кейін катиондар мен аниондар, сәйкесінше катодта және анодта
разрядталады, сондықтан қай дәрежеде болмасын мырыш электрошөктіру үрдісіне
өз әсерін тигізеді.
Тұздар, қышқылдар және негіздер ерітінділерде диссоциацияланады. Оң
зарядталған иондарды – катиондар, ал теріс зарядталған иондарды – аниондар
деп атайды. Су да диссоциацияланады, бірақ аз дәрежеде.
Тұрақты ток өткен кезде кернеу әсерінен катиондар теріс зарядталған
электродқа қарай, яғни катодқа қозғалады, ал аниондар оң зарядталған анодқа
қарай қозғалады. Катиондар мен аниондар электродтарға жақындағанда олар
разрядталады, яғни ерітіндіден атомдық күйіне бөлінеді.
Мырыш электролиз үрдісінде оң зарядталған иондар Zn2+ және H+, ал
теріс зарядталған иондар SO42- және OH- топтары болады.
Катодтық үрдіс. Катодта келесі реакциялар жүреді:

Zn2++2ē=Ζn, (7)

2Н + 2ē=Н2(. (8)

Мырштың нормалы потенциалы -0,763В тең, ал сутегінікі ±0,000В. Кернеу
қатарына сәцкес тұжырымдасақ, катодта мырыш сутегі ионы разрядталу қажет.
Бірақ, тәжірибе шартында катодта мырыш шөгіледі және сутегі бөлінуге
кететін эелктроэнергиялық шығыны 10-12% (жалпы шығынынан) құрайды. Бұл
сутек иондарының үлкен асқын кернеуімен түсіндіріледі, сондықтан сутегінің
потенциалы белгілі бір шарттарда мырышщ потенциалынан теріс болады.
Сутегінің асқын кернеуінің дәрежесі катодтың материалына, ток
тығыздығына, катод бетінің күйіне, электролиттің температурасына, сутек
ионының концентрациясына және электролиттегі басқа иондардың
концентрациясына байланысты болады.
Катодтық ток тығыздығы 500Ам2 кезінде әр түрлі металдардағы сутегінің
асқын кернеу 1 кестеде көрсетілген.

Кесте 1 – Сутегінің асқын кернеуі

Металл Асқын кернеудің шамасы, В
Темір 0,700
Мырыш 0,926
Қорғасын 1,168
Қалайы 1,185
Алюминий 0,968
Висмут 1,150
Кадмий 1,210
Никель 1,890

Ток тығыздығы өскен сайын мырышта және басқа металдарда сутегінің
асқын кернеуі өседі. Сутегінің асқын кернеуі мен ток тығыздығы арасындағы
байланысты Тафель теңдеуімен өрнектеуге болады:

-ηH = а+ в×lgіk; (1.1)

мұндағы а және в – коэффициенттер.
Катод бетіндегі күй кедір бұдыр болғанда нақты ток тығыздығы
төмендейді, яғни сутегінің асқын кернеуі де төмендейді. Сондықтан
катодтарды мүмкіндігінше майда мырыш тұнбасын алуға тырысады.
Электролиттің температурасы өссе, лнда мырышта сутегінің асқын кернеуі
төменделеді, бұны ток тығыздығы 500 Ам2 болғанда 2 кестеден көріге болады.

Кесте 2 – Электролиттің температурасы мен сутегі асқын кернеуінің
байланысы

Электролиттің температурасы,С0 20 40 60 80
Асқын кернеу, В 1,164 1,105 1,075 1,070

Сутек иондарының концентрациясы өскен сайын, яғни электролиттің
қышқылдылығы өскенде, сутегінің асқын крнеуі төмендейді, өйткені оның
абсолют потенциалы оң жаққа қарай өседі.
Электролитке белгілі бір шекте қосылғн колойдтар сутегінің асқын
кернеуін көтереді, өйткені ерітіндіде беттік белсенді заттардың
концентрациясы өте жоғары болуынан жүреді.
Мырышты тұндыру үрдісі үш сатыдан тұрады: катод маңындағы иондардың
разрядталуы, атомдық мырышты алюминидің кристалдық торына енгізуі және
катод маңындағы қабықта иондарының азаюын толтыруы.
Полятизация немесе мырыш потенциал разрядының төмендеуі екінші және
әсіресе үшінші сатысы тежеулеген нәтижесінде катод маңындағы өз уақытында
мырыш иондарының толтырмауынан концентрациялық поляризациясы пайда болады.
Концентрациялық поляризацияның себептері келесідегідей: ток
тығыздығының өсуі, электролиттің температурасы төмендеуі және ерітіндіде
беттік белсенді заттардың болуы.
Электролиздің технико-экономикалық көрсеткіштерді жоғарғы дәрежеде алу
үшін қабілетті факторларды ескергенде мырыштың поляризациясы төмендейді
және сутегінің асқын кернеуі өседі.
Қорғасынды анодта келесі реакциялар жүреді:

Рb-2ē= Pb2+; (9)

2ОН--2ē=Н2О+0,5О2; (10)

Рb2+-2 ē = Pb4+; (11)

Pb4++2SO42-=Рb(SО4)2; (12)

Pb(SO4)2+2H2O = РbО2+2Н2SО4 [77]. (13)

Ерімейтін анод ретінде қорғасын қолданылады. Бұл оның күіртқышқылды
электролиттегі баяулығына негізделген. Қорғасынның анодтық тотығуы кезінде
оның бетінде қорғасын оксидінің қатты қабықшасы түзіледі. Ол қабықша
күкірқышқылында ерімейді.
Қоғасын анодтары электролиз кезіндегі анодтардың деформациясы,
катодтық мырышты ластайтын қорғасынның бөлшекті еруі, ттегі бөлінуінің
жоғарғы потейиалы секілді мкшіліктер де жоқ емес.
Қазіргі уақытта анод ретінде қоғасын мен күмістің балқымасы
қолданылады (0,75% Ag). Мырышты электролитте анодты үрдіске әсер ететін
марганец иондары да бар (Mn2+).

Mn2+ - 2 ē + 2H2O = MnO2 + 4H+; (14)

Mn2+ - 5 ē +4H2O =MnO4 +8H+. (15)

(14) реакцияның жүруі тиімсіз. Себебі, MnO2 шлам түзіп, ол анодтық
аймаққа түссе міндетті түрде Mn2+ қалпына келеді. Бірақ, MnO2 ерімейтін
анод бетіне тұнып, қорғасынның анодтан электролитке өтетін көлемін
азайтады.
Хлор иондарының болуы қорғасын анодтың каррозиясына ықпал етеді.
Өйткені, қорғасын хлориді қорғасын сульфатына қарағанда үлкен ерігіштігімен
сипатталады.
Фтор иондарының көп болуы (100 мгдм3 аса) анодтың каррозиясына әсер
етеді. Бірақ, электролиттегі мөлшерлі (50-100 мгдм3 ) болуы анодтық
үрдіске жақсы әсер етеді. Себебі, қорғасын анодының каррозиясын
төмендетеді.

2.3.2 Электролиз үрдісінің технико-экономикалық көрсеткіштері

Ток бойынша шығымы.

Белгілі бір ток өткен кезде есептелген электрохимиялық эквивалент
бойынша, нақты дәлелденген мырыш көлемінің теориялық мырыш көлеміне
қатынасы пайызбен өрнектелетін ток бойынша шығым немесе ток қолдану
коэффициенті деп аталады.
Фарадей заңы бойынша бір грамм-эквивалент зат бөліну үшін 26,8 Асағ
құрайтын, 96500 кулон (Кл) элетротогы қажет. Бұл көрсеткіш заттың электро-
химиялық эквиваленті деп аталады. Тәжірибе жүзінде, есептеуге ыңғайлы болуы
үшін, электро-химиялық эквивалент ретінде бір ампер-сағатта бөлінетін зат
мөлшері алынады.
Теория жүзінде бір ампер-сағат ток өткен кезде катодта 1,219 г мырыш
бөліну керек, бірақ тәжірибе жүзінде мырыш аз тұнады. Ток бойынша шығым
100% аз болады. Себебі, катодта мырыш иондарының разрядталуымен қатар,
электрохимиялық үрдістердің жүріп жатуы.
Мырыштың ток бойынша шығымы бір неше факторларға байланысты:
а) электролиттегі мырыш иондары мен сетегінің концентрациясы.
Электролиттегі мырыш көлемінің төмендеуі және оның қышқылдылығы ток бойынша
шығымды азайтады. Мырыш концентрациасы 50-30 гдм3 төмен болғанда, ток
бойынша шығым ерекше күрт төмендейді. Бұл катодта сутегінің асқын
кернеулігінің азаюына, қышқыл электролитпен катодтық мырыш еруінің күшеюіне
байланысты.
ә) катодтық ток тығыздығына: ток тығыздығы көтерілсе сутегініңі
асқынкернеулігі көтеріліп, ток бойынша шығым көтеріледі. Мырыш шөгкендегі
поляризациясы айтарлықтай жоғарыламайды.
б) электролит температурасына: электролит температурасы жоғарылаған
сайын, сутегі асқынкернеулігі төмендеп, ток бойынша шығым түседі. Сондықтан
электролитті суытып отыру қажет. Температраның жоғарылуы тек ток
тығыздығының аз мөлшерінде кері әсерін тигізуі мүмкін, ал ток тығыздығы
жоғары болса катодқа мырыш иондарының диффузиялық берілуін жоғарылатады
және ток бойынша шығымды көтереді.
в) электролиттегі қоспалар мөлшеріне.
Темір ток бойынша шығымды төмендетеді, өйткені анодта тотығуы Fe3+
дейін, ал катодта тотықсыздануы Fe2+ дейін болып жатады да, осыған энергия
кетеді.
Марганец ток бойынша шығымы темірге ұқсас. Екі тотық марганец
гидраттары катодтың активті беткі бөліктерін жауып қалады.
Мыстың аз мөлшері болса да ток бойынша шығымға күрт әсер етеді.
Күшәлә, күміс және германийй сол сияқты.
Ток бойынша шығымның төмендеуімен бірге шөктірілген мырыш қабатында
аздаған саңылаулар пайда болады.
Кобальт – шекті керек емес қоспа: катодтық мырыш аса желінген, ток
бойынша шығым күрт төмендеп, электроэнергия шығынын жоғарылатады.
Мырыштың ток бойынша шығымына көрсетілген қоспалардың әсер теу
механизмі келесідегідей: мыс, мышьяк, күшәлә және басқалары катодта
разрядталып, мырышқа қарағанда асқын кернеулігі аз аймақтар құрады.
Сондықтан бұл аймақтарды мырыштың еруінен сутегі жылдамдықпен бөліне
бастайды да, ток бойынша шығымды төмендетеді. Бұл қысқа тұйықталған
микрогальваникалық элементердің пайда болуынан. Онда мырыш – анод, ал
металл-қоспа – катод болып келеді. Элементтің бұл жұмысында анод ери
бастайды:

Zn-2 ē=Zn2+; (16)

ал катодта сутегі бөлінеді:

2Н+ + 2 ē =H2 (17)

Мырыштың гидрометаллургиялық өндірісінде жоғарғы көрсеткішті коагулянт
ретінде полиакриламид кеңінен қолданылады. Ол қоюлату және сүзілу
үрдістерін жылдамдату үшін 0,5% сулы ерітінді түрінде қолданылады. Мырыштық
электролитте полиакриламидтің болуы ток бойынша шығымды төмендетіп,
электрэнергия шығынын жоғарылатады.
г) катодтың беткі күйіне: бұдырлық және дендриттердің пайда болу
әсерінен катод беті үлкейсе, нағыз катодтық ток тығыздығы азаяды да, сутегі
асқын кернеулігі және ток бойынша шығым төмендейді.
Мырыштың электрошөгу қорытындысын жақсарту үшін электролитке әрдайым
аздаған көлемде коллоидтар қосады (). Олар ұсақкристалл негізді тегіс
шөгінді тудыру қызметін атқарады.
Коллоидтар сутегі асқынкернеулігін жоғарылатады, бірақ, элетролиттің
қарсылығын жоғарылатып, электрлизге кері әсер етеді.
Сонымен, электролиз кезінде жоғарғы ток бойынша шығымды алу үшін
келесі шарттарды сақтап отыру керек:
– мүмкіндігінше таза электролиттің болуы;
– электрлитте күкірт қышқылының жеткілікті жоғары концентрациясы;
– электролиттің жоғары электр өткізгіштігі;
– ток тығыздығының жоғары болуы;
– электрлиттің жақсы циркуляциясы;
– электрлоттің төмен температурасы.

Былаудағы кернеулік.

Электролит арқылы ток өткен кезде катодта металлдық мырыш, ал анодта
оттегінің бөлінуімен мырыш сульфатының бөлшектену реакциясы жүреді:
ZnSO4 + Н2О ± 2 ē = Zn + H2SO4 + 0,5О2. (18)
Мырыш сульфатының бөлшектену реакциясы басталу үшін элетродтарға
сыртқы көзден аздаған кернеу беру керек. Бұл юерілген электролиз үрдісін
жүргізу үшін керекті потенциалдардың аздаған айырмасы бөлшектену потенциалы
немесе бөлшектену кернеулігі деп аталады.
Былаудағы электродтар параллель жалғанған, сондықтан электродтар
арсындағы кернеулік былаудағы кернеулікті мінездейді.
Мырыш сульфатының теориялық бөлшектену кернеулігі 2,35-2,45 құрайды.
Ал, зауытта дәлелденген былаудағы кернеулік 3,2-3,6В аралығында. Теориялық
және дәлелденген бөлшектену кернеулігінің арасындағы айырмашылық былаудың
қарсылығымен, электродтардың поляризациясымен түсіндіріледі.
Былаудығы кернеулік ток тығыздығына, электролиттің температурасы мен
қышқылдылығына, каллоидтық қоспаларға, электродтар арақашықтығына,
байланыстардың беттік күйіне, мырыш концентрациясына, электролиттегі
сілтілік жер металлдардың болуына және басқада факторларға тәуелді.

Электроэнергияның жұмсалуы.

Электроэнергияның жұмсалуы – электролиздің ғана емес, мырышты
өндірудің гидрометаллургиялық үрдісінің де маңызды көрсеткіші болып
табылады. Себебі, электроэнергияға кететін шығын өзіндік құнның айтарлықтай
бөлігін құрайды.
Электроэнергияның шекті шығыны дәлденген түрдегі кеткен
электроэнаргияның есептелген уақыт аралығында дәлелденіп алынған мырышқа
қатынасымен есептеледі.
1 т катодтық мырыш алу үшін кететін электроэнергияның шекті шығыны
теңдікпен анықталады:

W = U× 100η×К; (1.2)

мұндағы W - 1 т катодтық мырыш алу үшін кететін электроэнергияның
шекті шығыны, кВтст;
U – былаудағы кереулік, В;
η – мырыштың ток бойынша шығымы, %;
K – электрохимиялық эквивалент, К(Zn)=1,2193 г(А×с).
Электролиз үрдісі кезіндегі электроэнергияның шығыны теория бойынша
2000 кВтст, ал дәлелдеме бойынша 3000-3400 кВтст құрайды.
Электролиз үрдісі кезінде энегия шығыны тәуелді:
ток тығыздығына – ток тығыздығы жоғары болса, энергия шығыны да жоғары
болады;
ә) электролиттің қышқылдылығы – электролит қышқылдылығы анықталған
шекке дейін өссе, энергия шығыны төмендейді, содан кейін қайта жоғарылайды.
Әр ток тығыздығына анықталған электролит қышқылдылығы сәйкес келеді. Осыдан
энергия шығыны азаяды. Ток тығыздығы төмен болған сайын энергия шығыны
азаяды, бірақ, бұл жағдайда электролит цехының өнімділігі төмендейді.
Сондықтан, арзан мырыш алу үшін оптималды ток тығыздығын және электролит
қышқылдылығын көптеген дәлелдемелерді ескере отырып таңдайды.

2.3.3 Электролиз үрдісін анықтайтын факторлар

Электролит құрамы және қоспалардың мырыштың электрошөгуіне әсері.
Электролит тазалығын мырыштың электрошөгу үрдісінің көрсеткіштері мен
катодтық мырыш спасы анықтайды.
Мырыш электролизі өтетін былаудағы электролит құрамы негізінен былауға
келіп түсетін бейтарап ерітінді құрамымен анықталады.
Ток бойынша шығым мен электролизге кететін шекті электроэнергия шығыны
бейтарап электролиттегі мырыш концентрациясына байланысты.
Бейтарап ерітінді құрамында қоспалардың болу шекті мөлшері: Zn - 125-
145 гдм3; Мn - 3-8 гдм3 көп емес; Cd - 2,5 мгдм3 көп емес; Сu - 0,25
мгдм3 көп емес ; Со - 2,3 мгдм3 көп емес; Ni - 0,1 мгдм3 көп емес; Fe -
40 мгдм3 көп емес; Sb - 0,08 мгдм3 көп емес; As - 0,1 мгдм3 көп емес; F
и С1 - 100 және 230 мгдм3 көп емес, сәйкесінше.
Мырыш электролит құрамындағы қоспаларды келесі топтарға бөлуге болады:
– катиондар –мырышқа қарағанда өзіндік стандарттық потенциалы оң
қоспалар;
– катиондар – мырышқа қарағанда өзіндік стандарттық потенциалы
теріс қоспалар;
– аниондар;
– органикалық қоспалар.
Мырыш концентрациясын шексіз жоғарлатуға болмайды. Себебі, ерітінділеу
цехында ерітінді және қойыртпақтың тұнуы мен сүзілуі нашарлауы мүмкін.
Электролизге түсетін бейтарап ерітінді құрамында 156 гдм3 мырыш
болады. Осындай концентрациямен электролиз электролитте 142 гдм3 күкірт
қышқылы болғанда ғана жүзеге асады. Өңделген электролитте бұдан кейін
54гдм3 мырыш қалады. Экономика көз қарасы тұрғысынан өнделген электролитте
55 гдм3 астам мырыш қалдыру тиімсіз, өйткені 1м3 бейтарап электрлиттен
металлды алу төмендейді.
Шөгіндіні ластап, мырышпен бірге катодта кадмий мен қорғасын тұнады.
Тазаланғаннан кейін бейтарап ерітінді құрамында кадмий 1-2 мгдм3 болса,
мырыш жоғары маркалы болады (кадмий бойынша). Кадмийдің іс-әрекеті мыршы
катодының бетінде аз әрекетті қысқытұйықталғын микроэлементтердің пайда
болуына әкеледі. Катодты мырышта қорғасын құрамының өсуі анодтық үрдіс
кезінде қорғасынның еруіне байланысты. Катодтық мырыштағы қорғасын құрамын
төмендету ток бойынша шығымын, электролит температурасын төмендетумен және
электролитке SnCO3 мен BaCO3 реагенттерін қосумен жүзеге асады.
Бұл топқа күмісті де жэатқызуға болады. Ол күміспен легірленген
анодтың еруі кезінде қорғасын мен бірге ерітіндіге өтеді (Аg 0,5-1%).
Мыс мырышқа қарағанда айтарлықтай оң потенциалды, сондықтан катодта
бірінші кезекпен және түгелдей бөлінеді. Мырыш катоды бетінде мыстың болуы
қатты қопсып, қара және көпіршікті болып кетуіне әкеледі. Бейтарапта мыстың
мөлшері 0,1-0,3 мгдм3 аралығында. Мырыш шаңымен ерітіндіні мыстан тазарту
үрдісі үлкен қиындықтар туғызады. Мыстың зиянды әрекетін кобальт және сүрме
күшейтеді.
Күшәла мен сүрме мыс сияқты мырышқа қарағанда электр оң металл,
сондықтан олардың электролиз үрдісінде іс-әрекеті мысқа ұқсас, бірақ,
сүрменің теріс әрекеті айтарлықтай төмен концентрацияда ғана байқалады.
Сүрменің бейтарап ерітіндідегі болуының шекті мүмкіндігі 0,08 мгдм3
және төмен. Сүрменің зиянды зиянды әрекеті температура өскенде жоғарылайды.
Сүрме қиын қыруда жақсы көмектеседі – сүрме тұздарының анықталған
қосындысы катодты мырышты қырып алуда бұл құбылысты алдын алады.
Айтарлықтай тегіс катодты мырыш шөгіндісін алу үшін, көрсетіліп кеткен
сүрменің зиянды әсеріне тәжірибеде тамыр жайған сүрме тұзын электролиз
үрдіінде қоспа ретінде пайдалану қарама-қайшы болып көрінуі мүмкін.
Ерітіндіде ерітінділеу цехында ерітіндінің тазартылуынан кейінгі сүрме мен
электролиз үрдісіне жалған енгізілетін сүрменің болуын нақты шектеу керек.
Гидролитикалық және көміртектендірілген ерітіндіні тазалаудан кейін
сүрменің қалдықты концентрациясы ерітіндінің сүрмеден жалпы терңе
тазартылуын ғана емес, басқа да қоспалар мен талданбайтын микроқоспалардан
тазартылуын мінездейді. Сондықтан ерітінділер қанша терең тазартылсада, тек
қатаң мөлшерленген сүрме тұзының шығыны ғана күтілген оң нәтиже береді, ал
сүрменің концентрациясы ескерілмейтін шамада да өссе (жүздік бірлікте
мгдм3) электролиз үрдісінің көрсеткішін нашарлатуы мүмкін.
Күшәланың теріс әрекеті сүрмеге қарағанда тек айтарлықтай жоғары
концентрацияда ғана пайда болады. Электрлиз кезінде күшәла ток бойынша
шығымды төмендетеді. Басқа қоспалардың болуына байланысты, бейтарап
электролиттегі күшәланың шекті концентрациясы 0,05-0,1 мгдм3 құрайды. Ток
тығыздығы аз болса да күшәла біріншіден катодта тұнып, онымен интерметалдық
қосынды береді. Бұл катод бетінің ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Мырыш электролизі
«Ресторан мәзірі» деректер базасында жобалау
Салқындатқыштың құрылымын жетілдіріп ірімшік өндіру цехын жөндеу
Өскемен
Өскемен қаласы
Мырыш металлургиясы
Өнімділігі 30 тонна/тәулігіне модифицирленген майлар цехын жобалау
АҚ қондырғысын жобалау
Жиһаз жасау цехын ашу
Майжасағыш құрылымын жетілдіріп сары май өндіру цехын жөндеу
Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор №1 болып табылады.

Байланыс

Qazaqstan
Phone: 777 614 50 20
WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь