Темір кенін өңдеудің электрохимиялық технологиясын жасау
ӘДЕБИ ШОЛУ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
1. Қазақстан Республикасындағы темір кендерінің жалпы сипаттамасы және кен орындары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
1.1 Темір кендерінің жалпы сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4 1.2 Пирометаллургиялық процестердің негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 11
1.3 Темір кендерін өңдеудің белгілі әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
1.4 Темір және оның қосылыстарының физика.химиялық қасиеттері ... ... 23
1.4.1 Темірдің физика . химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 23
1.5 Темірдің және оның қосылыстарының қолданылуы ... ... ... ... ... ... ... ... . 27
1.6 Қазақстан Республикасындағы темір кендері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 28
1.6.1 Лисаковский темір кені ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28
СТАЦИОНАРЛЫ ЕМЕС ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР
2.1. Стационарлы емес токтарды алу әдістері мен олардың түрлері ... ... ... 31
2.2. Стационарлы емес токпен поляризацияланған электродтардағы электрохимиялық реакциялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3 Темір кенін ерітудің экологиялық тұрғыдан таза электрохимиялық технологиясын жасау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 35
3.1 Тәжірибе жүргізу әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 35
3.2. Темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне ток тығыздығының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39
3.3 Кен құрамындағы темірдің ерітіндіге өту дәрежесіне тәжірибе ұзақтығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
3.4 Темір кенінің айнымалы ток әсерімен тұз қышқылында еруіне қышқыл концентрациясының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 41
3.5 Темір кенінің еруіне ток тығыздығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
3.6 Кендегі темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне электролиз ұзақтығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 43
3.7 Темір кенінің тұз қышқылында еруіне қатты:сұйық қатынасының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
3.8 Темір кенінің тұз қышқылында еруіне электролит температурасының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
1. Қазақстан Республикасындағы темір кендерінің жалпы сипаттамасы және кен орындары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
1.1 Темір кендерінің жалпы сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4 1.2 Пирометаллургиялық процестердің негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 11
1.3 Темір кендерін өңдеудің белгілі әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
1.4 Темір және оның қосылыстарының физика.химиялық қасиеттері ... ... 23
1.4.1 Темірдің физика . химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 23
1.5 Темірдің және оның қосылыстарының қолданылуы ... ... ... ... ... ... ... ... . 27
1.6 Қазақстан Республикасындағы темір кендері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 28
1.6.1 Лисаковский темір кені ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28
СТАЦИОНАРЛЫ ЕМЕС ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР
2.1. Стационарлы емес токтарды алу әдістері мен олардың түрлері ... ... ... 31
2.2. Стационарлы емес токпен поляризацияланған электродтардағы электрохимиялық реакциялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 33
ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3 Темір кенін ерітудің экологиялық тұрғыдан таза электрохимиялық технологиясын жасау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 35
3.1 Тәжірибе жүргізу әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 35
3.2. Темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне ток тығыздығының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39
3.3 Кен құрамындағы темірдің ерітіндіге өту дәрежесіне тәжірибе ұзақтығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
3.4 Темір кенінің айнымалы ток әсерімен тұз қышқылында еруіне қышқыл концентрациясының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 41
3.5 Темір кенінің еруіне ток тығыздығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42
3.6 Кендегі темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне электролиз ұзақтығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 43
3.7 Темір кенінің тұз қышқылында еруіне қатты:сұйық қатынасының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
3.8 Темір кенінің тұз қышқылында еруіне электролит температурасының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
Тақырыптың өзектілігі.Қазіргі кезде жер шарындағы халық санының жедел өсуі мен техникалық прогрестің қарқынды дамуы, жер, қазба байлықтарының тиімсіз пайдаланылу нәтижесінде өндіріс орындарынан шыққан қалдықтар мен газдар атмосфераны, литосфераны ластап табиғаттағы қалыпты процестерді бұзуда.
Табиғаттағы өзгерістер баяу, байқаусыз өтеді. Ал ондағы өзін-өзі реттеу мен қалпына келтіру процестері ұзаққа созылады. Адамның зиянды істері де бірден байқалмайды, оны адамдар көбінесе ұзақ жылдар өткен соң ғана байқайды да, түзету жұмыстары күткендей нәтиже бермейді. Сондықтан ғылым мен техниканың жетістіктерін пайдалана отырып өндіріс көлемін ұлғайтуда қалдықты аз бөлетін және қалдықсыз технологияны қамтамасыз ететін, өндіріс қалдықтарын қайта өңдеп пайдалану жұмыстарын жүргізу қажет болып отыр.
Осындай антропогендік әсерлердің бірі атмосферадағы көмір қышқыл газының концентрациясының көбеюі. Көмір қышқыл газы отын жану процесінде және темірді қазіргі кездегі пирометаллургиялық жолмен бөліп алуда көп мөлшерде бөлінеді. Бұл әдіс үлкен домна пештерінде, жоғары температурада темір кендерінен таза темірді бөліп алғанға дейін өңдейді. Осы кезде атмосфераға көп мөлшерде газ, литосфераға қалдық, шаң бөлінеді.Сондықтан темір кендерін немесе темір қалдықтарын өңдеуде, олардан таза металл бөліп алуда пирометаллургиялық әдістерді қолдануды азайтып, гидрометаллургиялық әдістерді, оның ішінде орындалу тәсілі жеңілдеу және аса күрделі қондырғыларды талап етпейтін электрохимиялық әдістерді жетілдіру тиімді болып отыр.
Зерттеу нысаны: Құрамында темірдің 39,38% проценттік мөлшері бар Лисаковск темір кені.
Жұмыстың мақсаты: Темір кенін өңдеудің электрохимиялық технологиясын жасауға бағытталған зерттеулерді жүргізу:
- темір кенін тұз қышқылының сулы ерітінділерінде өндірістік жиіліктегі айнымалы ток әсерімен өңдеудің негіздерін жасау;
- темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне әртүрлі параметрлердің әсерін анықтау.
Ғылыми жаңалығы: Бұл жұмыста алғаш рет темір кенін еріту мақсатында өндірістік жиіліктегі айнымалы ток қолданылды. Айнымалы токпен поляризацияланған кезде темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесі ток әсерінсіз жүргізілген тәжірибелердегіге қарағанда шамамен 2 есеге артатындығын көрсетті және сонымен қатар ерітіндіге өткен оксидтердің стехиометриялық құрамының өзгеруіне байланысты олардың магниттік қасиетке ие болатындығы анықталды.
Практикалық құндылығы: Жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде, бұл әдіс – келешекте темір кенінің беттік қасиеттерін өзгертіп, оның байытылу көрсеткіштерін жетілдірудің, түзілген ерітінділерден темірдің қажетті қосылыстарын алу әдістерін жасаудың және темір кенін өндеудің экологиялық тұрғыдан таза қалдықсыз технологиясын жасауға негіз бола алады.
Табиғаттағы өзгерістер баяу, байқаусыз өтеді. Ал ондағы өзін-өзі реттеу мен қалпына келтіру процестері ұзаққа созылады. Адамның зиянды істері де бірден байқалмайды, оны адамдар көбінесе ұзақ жылдар өткен соң ғана байқайды да, түзету жұмыстары күткендей нәтиже бермейді. Сондықтан ғылым мен техниканың жетістіктерін пайдалана отырып өндіріс көлемін ұлғайтуда қалдықты аз бөлетін және қалдықсыз технологияны қамтамасыз ететін, өндіріс қалдықтарын қайта өңдеп пайдалану жұмыстарын жүргізу қажет болып отыр.
Осындай антропогендік әсерлердің бірі атмосферадағы көмір қышқыл газының концентрациясының көбеюі. Көмір қышқыл газы отын жану процесінде және темірді қазіргі кездегі пирометаллургиялық жолмен бөліп алуда көп мөлшерде бөлінеді. Бұл әдіс үлкен домна пештерінде, жоғары температурада темір кендерінен таза темірді бөліп алғанға дейін өңдейді. Осы кезде атмосфераға көп мөлшерде газ, литосфераға қалдық, шаң бөлінеді.Сондықтан темір кендерін немесе темір қалдықтарын өңдеуде, олардан таза металл бөліп алуда пирометаллургиялық әдістерді қолдануды азайтып, гидрометаллургиялық әдістерді, оның ішінде орындалу тәсілі жеңілдеу және аса күрделі қондырғыларды талап етпейтін электрохимиялық әдістерді жетілдіру тиімді болып отыр.
Зерттеу нысаны: Құрамында темірдің 39,38% проценттік мөлшері бар Лисаковск темір кені.
Жұмыстың мақсаты: Темір кенін өңдеудің электрохимиялық технологиясын жасауға бағытталған зерттеулерді жүргізу:
- темір кенін тұз қышқылының сулы ерітінділерінде өндірістік жиіліктегі айнымалы ток әсерімен өңдеудің негіздерін жасау;
- темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне әртүрлі параметрлердің әсерін анықтау.
Ғылыми жаңалығы: Бұл жұмыста алғаш рет темір кенін еріту мақсатында өндірістік жиіліктегі айнымалы ток қолданылды. Айнымалы токпен поляризацияланған кезде темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесі ток әсерінсіз жүргізілген тәжірибелердегіге қарағанда шамамен 2 есеге артатындығын көрсетті және сонымен қатар ерітіндіге өткен оксидтердің стехиометриялық құрамының өзгеруіне байланысты олардың магниттік қасиетке ие болатындығы анықталды.
Практикалық құндылығы: Жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде, бұл әдіс – келешекте темір кенінің беттік қасиеттерін өзгертіп, оның байытылу көрсеткіштерін жетілдірудің, түзілген ерітінділерден темірдің қажетті қосылыстарын алу әдістерін жасаудың және темір кенін өндеудің экологиялық тұрғыдан таза қалдықсыз технологиясын жасауға негіз бола алады.
1. Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2т:-M.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2003.-Т.2: Металлургические процессы. Переработки химического топлива. Пройзводство органических виществ и полимерных материалов.-448с.
2. Андрющенко.Ф.К., Хтмтя и хим. техн. 1963. т. 6. 850с.
3. КондрашинВ.Ю., химия и химическая технология7” Изд. Вузов., 1972.Т. 15:Т. 12.
4. Общая химическая технология. Под ред. проф. Амелина А.Г., М., “химия”,1977., 400с.
5. Химическая технология В 2х частях. Под ред. И.П.Мухленова. Учебник для вузов. ч. ІІ. Важнейшие химические пройзводство. ИЗД. 3-е перераб. и доп. М., “Высш. школа”, 1977, 288с.
6. А.И. Пономарев, методы химического анализа железных, титано-магнетитовых и хромовых руд, ИЗД. “Наука”; Москва, 1966., 405с.
7. Ю. В. Баймаков, А.И.Журин Электролиз в гидрометаллургий. ИЗД. второе, Москва, “Металлургия”. 1977.334c.
8. Металлургия чугуна. Под ред. Ю.С.Юсфина.- М.: ИКЦ “Академкнига”, 2004.-774с.
9. Химическая энциклопедия: В 5т. : т.2: Даффа – меди / редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред) и др. – М.: Сов. энцик., 1990,- 671с.
10. Гидрометаллургия железных порошков. / Буланов В.Я., Ватолин Н. А., Залазинский Г.Г., Волкова П.К. – М.: Наука, 1984,-211с.
11. Лирко В.А., Кабанов Ю.А. Современная состояние развития бурых железняков Казахстана. // Промышленность. 2002, с.79-82.
12. Агафонин Н.П., Металлы и сплавы. Москва., 1967. 144с.
13. Некрасов Б.В. Основы общей химии, Т.3, изд. «Химия», 1970г.-416с.
14. Николаев А.В., “ Журнал приклодная химия ” 1978. т. 51. вып. 625с.
15. И.Ф.Вязников, С.С. Ермаков “Применение изделий порошковой металургий в промышленности”, Москва,1960.-187с.
16. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под. ред. А.И. Ермакова.- изд. 30-е исправленное – М.: Интеграл-Пресс, 2006,-728с.
17. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия.- М.:изд. Мир, 1979,-677с.
18. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб.и доп. – М.: Химия, 1992,-592с.
19. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения). В 10-ти т. Том 3. Подготовка и металлургическая переработка железных и марганцевых руд.-Астана: Фолиант, 2003. -345с.
20. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения). В 10-ти т. Том 4. развитие теории и практики металлургической переработки железоглиноземистых руд.- А. 2003.-416с.
21. Дахнол Л. Фосфор в бурожелезняковых рудах Лисаковского месторождения // Промышленность. Тендер технологий 2002,с.64-65.
22. Шлугин Л.П. Электрохимические цепи на переменном токе. Л.: Наука, 1975,- 269с.
23. Костин Ж.А., Кублановский В.С., Заблудовский В.С., Импульсный электролиз. Киев: 1989,-167с.
24. Озеров А.М., Кривцов А.К., Хатиев В.А. Нестационарный электролиз. Волгоград, Ниже- волж. Изд., 1972,-160с.
25. Трафов Б.М. Электрохимические цепи переменного тока. Москва, 1973,-128с.
26. Ваграмян А.Т. Методы исследования процессов электроосаждения металлов, Москва, 1960,- 500с.
27. Верник С., Пиннер Р. . Химическая и электрохимическая оброботка алюминия и его сплавов. Л.: Слдпромгиз 1960.
28. Кондращин В.Ю. и др. Нестационарный ток // Химия и химическая технология, Барнаул, 1972,- С.12-18.
29. Левин А.И., ПомосовА.В. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии. М.: Металлургия, 1979,-312с.
30. Ваграмян А.Т., Попков А.П. К теории электрохимических выпрямителей /ЖФХ/, 1954, 28, с. 752-756.
31. Нурилаев М.А., Бешов А.Б., Кулекеев Н.Д. Өндірістік айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі калий хлориді ерітіндісіндегі никель электродының электрохимиялық қасиеттері // Қ.А. Ясауи атындағы ХҚТУ хабаршысы, 1999, N2,C.5-17 б.
32. Нестационарные электрохимические процессы. Тезис докладов Барнаул, 1989,-181с.
33. Жылысбаева Г.Н. Өндірістік айнымалы токпен поляризациялау арқылы түсті металдар мыс және қорғасын ұнтақтарын алу. Автореф. дис. канд. Қарағанды, 1989,-147 б.
34. Баешов А.Б., ГалиеваА., Андамасова А. Исследование электрорастворения железных электродов при поляризаций переменным током // Комплексное использование минерального сырья, 1983, В.5, С.86-88.
35. Баешов А.Б., Кожаков Б.Е., Букетов Е.А. Электрохимические получение медного порошка // Сб. Работ по химии, Алма-ата, 1984, С. 283-290.
36. Баешов А.Б., Бейбитова А.Д., Баешова А.К. и др. Влияние природы щелочи на растворения окисных соединений меди в щелочных растворах. // Тезис докл. Караганда, 1983, С. 70-76.
37. Сарбаева Г.Т., Баешов А.Б., Баешова А.К. Электрохимическое поведение алюминиевых электродов в сульфатных растворах при поляризации переменным током // Комплексное использование минерального сырья, 1995, В3, С.76-81.
38. Изтлеуов Г.М., Баешов А.Б., Баешова А.К., Мадиев Ө.Қ. Құрамында титан түйіршіктері бар өндіріс қалдықтарын қышқылды ортада электрохимиялық жолмен еріту және оның қосылыстарын алу // Поиск, 2000, N6, 17-22 б.
39. Краткая химическая энциклопедия. Ред. Кол. И.Л. Кнунянц (отв. ред.) и др. Т.2. М., «Советская энциклопедия», 1963, 1088 с.
40. Жарменов А.А., Муканов Д.М., Бабенко А.А. и др. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения). В 10-ти т. Том 4. Развитие теории и практики металлургической переработки железоглиноземистых руд.- Астана: Фолиант, 2003, 416с.
41. Химические методы анализа: Учеб. пособие для хим.- технол. вузов/ В.И. Посыпайко, Н.А.Кузырева, Ю.П. Логачева.- М.: Высш. шк., 1989.-448с.
42. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод.- М.: “химия”, 1984-448с.
43. А.П.Крешков, Основы аналитической химий, Физико-химические (инструментальные) методы анализа, Изд. “химия”,1970,-671с.
44. Реми Г. Курс неорганической химии. Т.2. Изд-во «Мир», -М., 1974, 775 с.
45. Справочник по электрохимии/Под ред. А.М.Сухотина. – Л.: Химия, 1981, 488 с.
46. Баешов А. Электрохимические методы извлечения меди, халькогенов и синтеза их соединений. Алма-Ата: Наука, 1990, 108 с.
47. Баешова А.К. Электрохимические методы извлечения металлов и халькогенов при поляризации переменным током // Дисс. на сосикание ученой степени доктора техн. наук. – Алма-ата, 2002 г.
48. Баешов А., Егинбаева А.Е., Баешова А.К. Исследование электрохимических процессов на железных электродах при поляризации переменным током в солянокислой среде // Наука и образование Южного Казахстана, 2001. № 25. -С. 190-193.
49. Баешов А., Егинбаева А.Е., Баешова А.К. Об образовании соединений железа при поляризации промышленным переменным током железосодержащих отходов в хлоридных растворах //Новости науки Казахстана, 2004, вып. 4. -С. 33-36
2. Андрющенко.Ф.К., Хтмтя и хим. техн. 1963. т. 6. 850с.
3. КондрашинВ.Ю., химия и химическая технология7” Изд. Вузов., 1972.Т. 15:Т. 12.
4. Общая химическая технология. Под ред. проф. Амелина А.Г., М., “химия”,1977., 400с.
5. Химическая технология В 2х частях. Под ред. И.П.Мухленова. Учебник для вузов. ч. ІІ. Важнейшие химические пройзводство. ИЗД. 3-е перераб. и доп. М., “Высш. школа”, 1977, 288с.
6. А.И. Пономарев, методы химического анализа железных, титано-магнетитовых и хромовых руд, ИЗД. “Наука”; Москва, 1966., 405с.
7. Ю. В. Баймаков, А.И.Журин Электролиз в гидрометаллургий. ИЗД. второе, Москва, “Металлургия”. 1977.334c.
8. Металлургия чугуна. Под ред. Ю.С.Юсфина.- М.: ИКЦ “Академкнига”, 2004.-774с.
9. Химическая энциклопедия: В 5т. : т.2: Даффа – меди / редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред) и др. – М.: Сов. энцик., 1990,- 671с.
10. Гидрометаллургия железных порошков. / Буланов В.Я., Ватолин Н. А., Залазинский Г.Г., Волкова П.К. – М.: Наука, 1984,-211с.
11. Лирко В.А., Кабанов Ю.А. Современная состояние развития бурых железняков Казахстана. // Промышленность. 2002, с.79-82.
12. Агафонин Н.П., Металлы и сплавы. Москва., 1967. 144с.
13. Некрасов Б.В. Основы общей химии, Т.3, изд. «Химия», 1970г.-416с.
14. Николаев А.В., “ Журнал приклодная химия ” 1978. т. 51. вып. 625с.
15. И.Ф.Вязников, С.С. Ермаков “Применение изделий порошковой металургий в промышленности”, Москва,1960.-187с.
16. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под. ред. А.И. Ермакова.- изд. 30-е исправленное – М.: Интеграл-Пресс, 2006,-728с.
17. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия.- М.:изд. Мир, 1979,-677с.
18. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб.и доп. – М.: Химия, 1992,-592с.
19. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения). В 10-ти т. Том 3. Подготовка и металлургическая переработка железных и марганцевых руд.-Астана: Фолиант, 2003. -345с.
20. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения). В 10-ти т. Том 4. развитие теории и практики металлургической переработки железоглиноземистых руд.- А. 2003.-416с.
21. Дахнол Л. Фосфор в бурожелезняковых рудах Лисаковского месторождения // Промышленность. Тендер технологий 2002,с.64-65.
22. Шлугин Л.П. Электрохимические цепи на переменном токе. Л.: Наука, 1975,- 269с.
23. Костин Ж.А., Кублановский В.С., Заблудовский В.С., Импульсный электролиз. Киев: 1989,-167с.
24. Озеров А.М., Кривцов А.К., Хатиев В.А. Нестационарный электролиз. Волгоград, Ниже- волж. Изд., 1972,-160с.
25. Трафов Б.М. Электрохимические цепи переменного тока. Москва, 1973,-128с.
26. Ваграмян А.Т. Методы исследования процессов электроосаждения металлов, Москва, 1960,- 500с.
27. Верник С., Пиннер Р. . Химическая и электрохимическая оброботка алюминия и его сплавов. Л.: Слдпромгиз 1960.
28. Кондращин В.Ю. и др. Нестационарный ток // Химия и химическая технология, Барнаул, 1972,- С.12-18.
29. Левин А.И., ПомосовА.В. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии. М.: Металлургия, 1979,-312с.
30. Ваграмян А.Т., Попков А.П. К теории электрохимических выпрямителей /ЖФХ/, 1954, 28, с. 752-756.
31. Нурилаев М.А., Бешов А.Б., Кулекеев Н.Д. Өндірістік айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі калий хлориді ерітіндісіндегі никель электродының электрохимиялық қасиеттері // Қ.А. Ясауи атындағы ХҚТУ хабаршысы, 1999, N2,C.5-17 б.
32. Нестационарные электрохимические процессы. Тезис докладов Барнаул, 1989,-181с.
33. Жылысбаева Г.Н. Өндірістік айнымалы токпен поляризациялау арқылы түсті металдар мыс және қорғасын ұнтақтарын алу. Автореф. дис. канд. Қарағанды, 1989,-147 б.
34. Баешов А.Б., ГалиеваА., Андамасова А. Исследование электрорастворения железных электродов при поляризаций переменным током // Комплексное использование минерального сырья, 1983, В.5, С.86-88.
35. Баешов А.Б., Кожаков Б.Е., Букетов Е.А. Электрохимические получение медного порошка // Сб. Работ по химии, Алма-ата, 1984, С. 283-290.
36. Баешов А.Б., Бейбитова А.Д., Баешова А.К. и др. Влияние природы щелочи на растворения окисных соединений меди в щелочных растворах. // Тезис докл. Караганда, 1983, С. 70-76.
37. Сарбаева Г.Т., Баешов А.Б., Баешова А.К. Электрохимическое поведение алюминиевых электродов в сульфатных растворах при поляризации переменным током // Комплексное использование минерального сырья, 1995, В3, С.76-81.
38. Изтлеуов Г.М., Баешов А.Б., Баешова А.К., Мадиев Ө.Қ. Құрамында титан түйіршіктері бар өндіріс қалдықтарын қышқылды ортада электрохимиялық жолмен еріту және оның қосылыстарын алу // Поиск, 2000, N6, 17-22 б.
39. Краткая химическая энциклопедия. Ред. Кол. И.Л. Кнунянц (отв. ред.) и др. Т.2. М., «Советская энциклопедия», 1963, 1088 с.
40. Жарменов А.А., Муканов Д.М., Бабенко А.А. и др. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения). В 10-ти т. Том 4. Развитие теории и практики металлургической переработки железоглиноземистых руд.- Астана: Фолиант, 2003, 416с.
41. Химические методы анализа: Учеб. пособие для хим.- технол. вузов/ В.И. Посыпайко, Н.А.Кузырева, Ю.П. Логачева.- М.: Высш. шк., 1989.-448с.
42. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод.- М.: “химия”, 1984-448с.
43. А.П.Крешков, Основы аналитической химий, Физико-химические (инструментальные) методы анализа, Изд. “химия”,1970,-671с.
44. Реми Г. Курс неорганической химии. Т.2. Изд-во «Мир», -М., 1974, 775 с.
45. Справочник по электрохимии/Под ред. А.М.Сухотина. – Л.: Химия, 1981, 488 с.
46. Баешов А. Электрохимические методы извлечения меди, халькогенов и синтеза их соединений. Алма-Ата: Наука, 1990, 108 с.
47. Баешова А.К. Электрохимические методы извлечения металлов и халькогенов при поляризации переменным током // Дисс. на сосикание ученой степени доктора техн. наук. – Алма-ата, 2002 г.
48. Баешов А., Егинбаева А.Е., Баешова А.К. Исследование электрохимических процессов на железных электродах при поляризации переменным током в солянокислой среде // Наука и образование Южного Казахстана, 2001. № 25. -С. 190-193.
49. Баешов А., Егинбаева А.Е., Баешова А.К. Об образовании соединений железа при поляризации промышленным переменным током железосодержащих отходов в хлоридных растворах //Новости науки Казахстана, 2004, вып. 4. -С. 33-36
Мазмұны
ӘДЕБИ ШОЛУ
Кіріспе
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... . 3
1. Қазақстан Республикасындағы темір кендерінің жалпы сипаттамасы және кен
орындары
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 4
1.1 Темір кендерінің жалпы сипаттамасы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 4 1.2
Пирометаллургиялық процестердің негіздері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.3 Темір кендерін өңдеудің белгілі әдістері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
1.4 Темір және оның қосылыстарының физика-химиялық қасиеттері ... ...
23
1.4.1 Темірдің физика - химиялық қасиеттері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
1.5 Темірдің және оның қосылыстарының қолданылуы
... ... ... ... ... ... ... ... . 27
1.6 Қазақстан Республикасындағы темір кендері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28
1.6.1 Лисаковский темір кені
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
28
СТАЦИОНАРЛЫ ЕМЕС ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР
2.1. Стационарлы емес токтарды алу әдістері мен олардың түрлері
... ... ... 31
2.2. Стационарлы емес токпен поляризацияланған электродтардағы
электрохимиялық реакциялар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
33
ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3 Темір кенін ерітудің экологиялық тұрғыдан таза электрохимиялық
технологиясын жасау
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... 35
3.1 Тәжірибе жүргізу әдістемесі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
35
3.2. Темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне ток тығыздығының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 39
3.3 Кен құрамындағы темірдің ерітіндіге өту дәрежесіне тәжірибе ұзақтығының
әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 40
3.4 Темір кенінің айнымалы ток әсерімен тұз қышқылында еруіне қышқыл
концентрациясының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... . 41
3.5 Темір кенінің еруіне ток тығыздығының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 42
3.6 Кендегі темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне электролиз
ұзақтығының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 43
3.7 Темір кенінің тұз қышқылында еруіне қатты:сұйық қатынасының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 44
3.8 Темір кенінің тұз қышқылында еруіне электролит температурасының
әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 46
Қолданылған әдебиеттер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 47
Кіріспе
Тақырыптың өзектілігі.Қазіргі кезде жер шарындағы халық санының жедел
өсуі мен техникалық прогрестің қарқынды дамуы, жер, қазба байлықтарының
тиімсіз пайдаланылу нәтижесінде өндіріс орындарынан шыққан қалдықтар мен
газдар атмосфераны, литосфераны ластап табиғаттағы қалыпты процестерді
бұзуда.
Табиғаттағы өзгерістер баяу, байқаусыз өтеді. Ал ондағы өзін-өзі
реттеу мен қалпына келтіру процестері ұзаққа созылады. Адамның зиянды
істері де бірден байқалмайды, оны адамдар көбінесе ұзақ жылдар өткен соң
ғана байқайды да, түзету жұмыстары күткендей нәтиже бермейді. Сондықтан
ғылым мен техниканың жетістіктерін пайдалана отырып өндіріс көлемін
ұлғайтуда қалдықты аз бөлетін және қалдықсыз технологияны қамтамасыз
ететін, өндіріс қалдықтарын қайта өңдеп пайдалану жұмыстарын жүргізу қажет
болып отыр.
Осындай антропогендік әсерлердің бірі атмосферадағы көмір қышқыл
газының концентрациясының көбеюі. Көмір қышқыл газы отын жану процесінде
және темірді қазіргі кездегі пирометаллургиялық жолмен бөліп алуда көп
мөлшерде бөлінеді. Бұл әдіс үлкен домна пештерінде, жоғары температурада
темір кендерінен таза темірді бөліп алғанға дейін өңдейді. Осы кезде
атмосфераға көп мөлшерде газ, литосфераға қалдық, шаң бөлінеді.Сондықтан
темір кендерін немесе темір қалдықтарын өңдеуде, олардан таза металл бөліп
алуда пирометаллургиялық әдістерді қолдануды азайтып, гидрометаллургиялық
әдістерді, оның ішінде орындалу тәсілі жеңілдеу және аса күрделі
қондырғыларды талап етпейтін электрохимиялық әдістерді жетілдіру тиімді
болып отыр.
Зерттеу нысаны: Құрамында темірдің 39,38% проценттік мөлшері бар
Лисаковск темір кені.
Жұмыстың мақсаты: Темір кенін өңдеудің электрохимиялық технологиясын
жасауға бағытталған зерттеулерді жүргізу:
- темір кенін тұз қышқылының сулы ерітінділерінде өндірістік
жиіліктегі айнымалы ток әсерімен өңдеудің негіздерін жасау;
- темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне әртүрлі параметрлердің
әсерін анықтау.
Ғылыми жаңалығы: Бұл жұмыста алғаш рет темір кенін еріту мақсатында
өндірістік жиіліктегі айнымалы ток қолданылды. Айнымалы токпен
поляризацияланған кезде темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесі ток
әсерінсіз жүргізілген тәжірибелердегіге қарағанда шамамен 2 есеге
артатындығын көрсетті және сонымен қатар ерітіндіге өткен оксидтердің
стехиометриялық құрамының өзгеруіне байланысты олардың магниттік қасиетке
ие болатындығы анықталды.
Практикалық құндылығы: Жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде, бұл әдіс
– келешекте темір кенінің беттік қасиеттерін өзгертіп, оның байытылу
көрсеткіштерін жетілдірудің, түзілген ерітінділерден темірдің қажетті
қосылыстарын алу әдістерін жасаудың және темір кенін өндеудің экологиялық
тұрғыдан таза қалдықсыз технологиясын жасауға негіз бола алады.
Басылымдар: Магистрлік диссертациялық жұмыстың материалдары бойынша 1
ғылыми мақала мен 1 тезис баяндама жарық көрді.
Диссертациялық жұмыстың көлемі мен құрылымы: Магистрлік диссертациялық
жұмыс кіріспеден, 3 тараудан, қорытындыдан, қолданылған әдебиеттер
тізімінен тұрады. 48 беттен тұратын магистрлік диссертациялық жазбаға 13
сурет, 4 кесте және 2 схема енген. Библиографиялық әдебиеттер тізімі 49.
ӘДЕБИ ШОЛУ
1. Қазақстан Республикасындағы темір кендерінің жалпы сипаттамасы және
кен орындары
1.1 Темір кендерінің жалпы сипаттамасы.
Халық шаруашылығын өркендету жоспарларының қай уақыттағысын қарасақ
та, ондағы алдыңғы орынның бірін, жетекші рольді қара металлургия алып
келеді. Халық шаруашылығы салаларының қайсысын алсақ та оның өсуінің бір
жағы металдар өндірісіне, оның ішінде қара металдарға тіреледі.
Қара металдардың негізі темір. Бүкіл өндірілетін металдармен
салыстырғанда бір темірдің өзі 20 есе артық өндіріледі. Темір ғарыштан
түскен метеориттерде ғана таза күйінде болады. Жер ядросы темірден тұрады
деген жорамал бар. Жер қыртысын түзетін элементтер ішінде, көптігі жағынан
темір елеулі орын алады, ол металдар ішінде, алюминийден кейінгі ең көп
тараған металл. Жер қыртысындағы темір — оксид, сульфид, карбонат және
силикат түрінде болады.
Темір кені. Қара металлургия өндірісінің негізгі шикізаты – темір кені
болып табылады. Жер қыртысында темір түрлі дәрежеде тотыққан оксидтер
түрінде кездеседі. Тау жыныстарының құрамында оксидтері, бос жыныстары және
тағы басқа темір минералдары бар қосылыстарды темір кені деп атайды. Бос
жынысты кеннің құрамы түрлі силикаттар және алюмосиликаттар түзетін
кальций, магний, алюминий және кремний оксидтерінен тұрады. Бос жыныстан
басқа темір кенінің құрамында марганец, хром, никель, молибден, вольфрам,
ванадий кездеседі.
Кеннің құрамындағы темірдің мөлшеріне қарай кендер (30%-төмен) кедей, (30-
50%) орташа, (50%-жоғары) темірге бай болып үшке бөлінеді.
Темір кендеріндегі темір қосылыстарының қасиеттеріне қарай келесі
түрлерге бөлінеді.
1 Магнетитті кен (магнитті темір тас). Мұнда темір магнетит түрінде
Fe3O4 (78,4% Fe), темірдің ІІ және ІІІ FeО*Fe2О3 оксидтері түрінде
болады. Таза магнетиттің тотығу дәрежесі 2-ге тең ( Feжал*FeО). Кенде
темір ІІ оксидінің тотығуына байланысты ол 7-ге дейін жоғарлайды. Осыған
ұқсас кендерді мартит депте атайды. Ең көп кездесетін кеннің құрамындағы
темірдің мөлшері 50-60% пайызды құрайды.Көбіне олар күкірттен және
фосфордан тұрады. Қиын тотықсызданады.
2 Гематитті кен (қызыл темір тас). Бұл кенде темір магнитті темір
тастың тотығуы және желде мүжу нәтижесінде түзілген сусыз оксид түрінде
Fe2О3 кездеседі. Бұл кенде темірдің мөлшері 50-70% пайызды және аз
мөлшерде күкірт және фосфор кездеседі. Оңай тотықсызданады.
3 Қоңыр темір тас. Мұнда темір, темір кендерінің басқа түрлерін желдету
немесе тотықтыру кезінде түзілген,гидратталған оксидтер гетит Fe2О3*H2O
және лимонит 2Fe2О3*3H2O түрінде кездеседі. Лимониттің құрамында кремний
мен алюминий оксидтерінің қоспасы көп кездеседі және темір 30-40% пайызды
құрайды. Оңай тотықсызданады.
4 Сидерит (минералды темір шпаты). Мұнда темір карбонат (FeСО3)
түрінде кездеседі және бұл минералда зианды қоспалар кездеспейді. Мұнда
темірдің мөлшері 30-40% пайыздан аспайды. [1]
Ішінде минералдардың қосылыстары бар минералдар мен тау
жыныстарын, құрамындағы металды өнеркәсіптік жолмен шығарып алу экономика
жағынан тиімді болса, кен (руда) деп атайды. Демек қандайда болсын кен
құрамында керекті бөлігімен қатар, керексіз құм, саз, әктас т.б. бос жыныс
деп аталатын бөлімі болады. Мысалы, темір кендерінде таза темір 50-70%
болса, ондай кенді іске асыру экономика жағынан пайдалы дейді, мыс
кендерінде, таза мыс 1% болса да, ол бай кен болып саналады, ал алтынға
келсек, онда пайыздың оннан, жүзден бөліктері бар жыныстардың өзі тиімді
деп есептеледі:
Металдардың кені болып саналатын қосылыстар көбіне оксидтер, сульфидтер
жөне түрлі тұздар (карбонат, галогенид, сульфат, силикат, фосфат, т.б.).
1. Оксид кендерінің мысалдары - қызыл темір тас (Ғе203),
қоңыр темір тас (2Ғе203-ЗН20), магнитті темір тас (ҒеО*Ғе203);
боксит (А1203*2Н20); пиролюзит (Мn02); қалайы тас (Sn02);
қызыл мыс кені (Сu20), хромды темір тас [Ғе(Сг02)2] т.т.
2. Сульфид кендері, жер қыртысында біраз тереңдікте
жатады, мысалы, колчедандар: мыс колчеданы (СuҒеS2); темір
колчеданы (ҒеS2); жалтырлар: мыс жалтыры (Сu2S); қорғасын
жалтыры (РЬS); алдауыштар: мырыштікі (ZnS), күмістікі (Аg2S), сынаптікі
(НgS) т.б. Сульфид кендерінің көпшілігінде бірнеше металл аралас болады,
мысалы, қорғасын мен мырыш аралас, оның үстіне алтын, күміс т.б. қоспасы
болады. Мұндай көп металды кенді полиметалды кен деп атайды.
3. Тұз кендері. Кейбір металдар, әсіресе, периодтық жүйенің I-ІІ-
негізгі топтарындағы металдар және сирек металдардың біразы жаратылыста
көбінесе тұздар түрінде кездеседі. Ол тұздар теңіздердің, не ащы көлдердің
суында еріген күйде және қазба тұз түрінде жер қабатында болады (бұлар да
бұрынғы теңіздердің қалдығы). Ол тұздардың да химиялық құрамына қарай
химиялық атымен қатар минералдық аты бар. Айталық, галогенидтер-карналит
(КС1МgС12*6Н20), сильвинит (КСl*NаСІ), сильвин (КСІ), галит (NaСІ)- флюорит
(СаҒ2), бишофит (МgС12*6Н20). [2]
Сульфаттар — каинит (КС1*МgS04*ЗН20), серит
(МgS04 *Н20), полигалит (К2S04 *МgS04-*2СаS04 *ЗН20),
лангбейнит (К2S04*2МgS04), эпсомит (МgS04*7Н20), гипс (СаS04*2Н20),
ангидрид (СаS04), тенардит (Na2S04), мирабилит (Nа2SО4 *10Н2О).
Карбонаттар - доломит (СаС03МgС03), мрамор (СаС03), сидерит (ҒеС03),
смитсонит (ZnС03), церусит (РЬС03), сoда (Na2СО3 *10Н2О) т.б. [3]
Енді кен ішінде осы қосылыстар түрінде болатын металдарды шығарып алу
мәселесіне келелік. Металды адам баласы мұнан 5000 жылдай бұрын өндіре
бастаған. Содан кейінгі жердегі адамзаттың материалдық, рухани және мәдеии
тұрмысының дамуы, металл алу және оны пайдалана білумен байланысты болған.
Бірақ, XX ғасырдың басында бар болғаны 15 металл, негізінен темір, мыс,
қорғасын қалайы, мырыш, күміс, алтын ғана қолданылып келді. Соңғы қысқа
мерзімде алюминий, магний, хром, никель, марганец және басқа металдардың
маңызы артып, сонымен қатар қазіргі ғылым мен техника металдардың бәріне де
қолданылатын орын тауып, барлығын адам баласының қызметіне қосты.
Қазіргі кезде адам керегіне тұтынылатын металл мөлшері орасан көп,
мысалы, осы ғасырдың ортасыңда бүкіл жер жүзіңде жылына 150 миллион тонна
темір, мыс, қорғасын, алюминий әрқайсысы 2 миллион тоннадан, қалайы, никель
әрқайсысы 200 мың тоннадан артық өндіріледі.
Металл қоры жағынан, оны өндіруде Қазақстан алдыңғы орындарда. Академик
Қ.И. Сәтпаевтың айтуынша Казақстан еліміздің гауһар қоры; Қазақстан хром
және ванадий байлығынан жер жүзінде бірінші орын алады, ал темір, мыс,
қорғасын, мырыш, күміс, кадмий, ванадий, хром, вольфрам, молибден және
басқа кейбір металдардың қоры жөнінде де біздің ел бірінші орын алады.
Кен құрамындағы металды шығарып алатын өнеркәсіп саласын металлургия
дейді. Химия металлургиямен тығыз байланысты ғылым, өйкені металл өндіру
процестері химиялық реакцияларға негізделген. Металлургия сол химиялық
реакцияларды өндірістік масштабта жүргізудің әдістерін, оған керекті
аппараттарды табады.
Қазіргі заман металлургиясының теориялық және практикалық негіздерін
құруға Д.К Чернов, Н.С. Курнаков, М.А. Павлов, И.П. Бардин т.б. ғалымдар
үлкен үлес қосты.
Кендегі металды шығарып алудан бұрын көп жағдайда ол кенді әуелі байыту
керек. Кенде керекті бөлігімен қатар, керексіз құм, саз, әктас т.б. сияқты,
бос жыныстар болады, ол бос жыныстар кейде өте көп те болады, кеннің сол
керекті бөлімін бос жыныстан бөліп ажыратуды кенді байыту деп атайды. Кен
байытудың қарапайым түрлерінен басқа флотация (ағылшынша flatation қалқып
шығу деген сөзден) көп қолданылады. Флотацияның техникасы оңай, оның негізі
— кен мен бос жыныстың бөлшектерінің адсорбциялағыш қасиеттерінің әр түрлі
болуында. Флотация жасау үшін кенді өте үсақ етіп ұнтақтап, сумен
араластырып (пульпа түрінде) арнаулы ыдысқа құяды; суға полюстілігі нашар
бір органикалық зат, айталық қарағай майын қосады (1 т кенге 400 г
есебінен). Бос жыныс бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланады
(өйткені олар гидрофильдік заттар), кеннің, әсіресе сульфидтің,
бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланбайды (өйткені олар
гидрофобтық заттар) ал майдың молекулалары адсорбцияланады
Ыдыстың астыңғы жағынан сығылған ауа жібергенде, сол ауа
көпіршіктерінің сырты майдың жұқа қабыршағымен қапталады. Осындай ауаның
көпіршігі жоғары көтеріліп ыдыстың бетінде көбік түзеді, оның сыртындағы
маймен адсорбцияласқан кеннің бөлшектері, ілесіп жоғары шығып, көбік ішінде
болады. Бөлшектеріне су сіңген бос жыныс ауырлап ыдыс түбіне шөгеді.
Көбікті сыпырып алып, сығып байытылған кенді алады. [4]
Кен ішіндегі металды алу әдісі — оның химиялық құрамына
байланысты.Оксид-кендерін тотықсыздандырып барып ішіндегі металды алады.
Тотықсыздандырғыш ретінде көбнесе көміртек қолданылады, мысалы:
Sn02+2С=Sn+2СО (1)
Ғе203+ЗС=2Ғе+ЗСО (2)
Кенмен араласып пешке түскен бос жыныстарды (олар көбіне құм SiO2)
бөліп шығару үшін шикіқұрамға флюс, немесе балқытқыш араластырады. Бос
жыныспен флюс реакцияласып оңай балқитын қосылыстар — қож түзеді. Қож жеңіл
болғандықтан сұйық күйде балқыған металдың үстіңде болады, оны пештің
арнаулы аузынан бөлек ағызып алады. Кейбір қиын балқитын металдарды алуда
тотықсыздандырғыш ретінде алюминий қолданады, өйткені алюминий тотыққанда
өте көп жылу бөліп шығарады (бір моль (А120з) түзілгенде 1,6•1033 кДж), бұл
реакцияны шағын ыдыста өткізсе, 3500°-қа дейін қызу береді. Бұл әдісті
алюминотермия дейді, оны орыс ғалымы Н.Н.Бекетов ұсынған. Хром, марганец,
молибден және басқа қиын балқитын металдар осы алюминотермия арқылы
алынады:
Мо03+2А1=Мо+А12Оз (3)
Таза металл және сирек металдар алу үшін тотықсыздандырғыш ретінде
сутек қолданылады:
W03+ЗН2=W+ЗН20 (4)
Сульфид кендерін әуелі арнаулы пештерде (конвертор, немесе ватер
жакет) күйдіріп, құрамындағы күкіртті де, металды да оксидке айнаддырады:
2ZnS+302=2ZnО+2S02
(5)
2Сu2S+302=2Сu20+2S02
(6)
Одан әрі, оксидтерді жоғарыда айтқандай тотықсыздандырады.
"Қайнаған тәрізді күйде" күйдіру. Ұсақталған қатты заттарды "қайнаған
тәрізді күйде" әрекеттестіру, өнеркөсіптің түрлі салаларында өріс алды.
Ұсақ ұнтақталған затты шілтер үстіне салып, астынан шілтердің тесік-
тесігінен ауа (басқа газ) үрлейді, сонда үнтақ заттың ауа тесіп шыққан беті
бүлкілдеп, қайнап жатқан тәрізді болады. Соның нәтижесінде үнтақ зат, тозаң
түрінде көтеріліп, ауамен (басқа газбен) жақсы араласады, бұл "қайнаған
тәрізді күйде" реакцияласуы өте жылдам болады.
Сульфид кендерін күйдіріп өртегенде осы әдісті қолданатын болды, сонда
өндірістің өнімі 3-4 есе артады.
Тұз кендеріндегі литий, натрий, калий, кальций, магний, бериллий т.б.
сияқты металдарды, олардың тұздарын балқытып, электролиздеп алады.
Алюминийді балқыған глиноземді (А1203) электролиздеп алады.
Тұздар құрамындағы металдар, оң зарядты ион түрінде болады.
Электролиздегенде ол оң иондар теріс электродқа (катодқа) келіп, тиісті
мөлшерде электрон қосып алып, бейтарап атомға айналып, балқыған тұздан
бөлініп шығады.
Электролиз әдісін тек балқыған емес, еріген тұздарға және мыс, никель
т.б. металды тазалауға (рафинация) қолданады.
Электролизден басқа әдістердің барлығы жоғары температурада жүреді,
оларды пирометаллургия әдістері деп атайды.
Кейбір кендерде керекті металдың аздығы сондай, олар флотациямен де
байымайды, ондай кендерге гидрометаллургия әдістерін қолданады. Оның
мазмұны — кенді өте ұсақтап түрлі реагенттермен (қышқыл, сілтілердің
ерітінділері) әрекеттестіреді. Сонда ерітіндіге тұз түрінде көшкен металды
көбінесе электролиздеу арқылы шығарып алады. [5-6]
Бұл айтылған металдарды алудың жалпы ортақ әдістері.
Таза металдарды алу. Қазіргі металлургияның алдында тұрған басты
міндеттердің бірі — кейбір металдарды аса таза күйінде бөліп алу. Оның
себебі, олар бүгінгі техникада шектен асқан таза күйінде қолданылады.
Мәселен, жартылай (шала) өткізгіштерде ядролық реакторлар мен қазіргі аса
төзімді болаттың арнайы түрлерінде металдардың тазалығы өте жоғары болуы
талап етіледі. Осыған орай өнеркәсіп кейбір металдардың тазалығын
99,999999%-дан астам етіп отыр.
Металдарды тазалаудың әр түрлі әдістері бар. Мәселен, вакуумда айдау
мен қайта балқыту арқылы металдардың әртүрлі үшқыштығына сай қоспадан бөліп
алады. Ал, кейбір металдар төменгі температурада аса ұшқыш қосылыстар
түзеді, оларды қатты қыздырса, ыдырап таза металл бөледі.
Зоналап балқыту әдісі қоспаның қатты және балқыған металда әртүрлі
еруіне негізделген. Өте жоғары қызуы бар зонадан әрлі-берлі баяу жылжып
өтіп тұратын металдың таза кристалдары ортасына шоғырланып, қоспасы
шеттеріне ығысады. Осылайша көптеген қайталаулардан соң өте таза металл
алынады.
Өте таза күйдегі металдардың қасиеттері қалыпты жағдайдағыдан біршама
өзгеше болады. Мысалы, олардың серпімділігі, иілгіштігі де жоғары болып,
электр, жылу өткізгіштігі артады. [7]
Осы кезде металдарды жеке, таза күйінде сирек қолданады, өйткені
ғылым мен техниканың талабын жеке металдардың қасиеттері қанағаттандыра
алмайтын болды. Металдарды араластырып құйма жасаса, құймалардың құрамын
қажетке сәйкес өзгерту арқылы, техниканың талабына сай, арнаулы қасиеті бар
құймалар алуға болады. Сондықтан жер бетінде өндірілетін металдардың дені
түрлі құймалар жасауға жұмсалады.
Қазіргі кезде өнеркәсіп пен өндірісте 8000-нан астам құймалар
қолданылады. Ал олардың әрқайсысын арнайы өңдеуден өткізіп, қалаған
мақсатта қолданылатын түрлерін алуға болады.
Құйма жасау үшін керекті металдарды тиісті мөлшерде алып араластырып,
отқа төзімді қазандарда, не арнаулы пештерде балқығанша қыздырады.
Металдардың көпшілігі балқыған күйде бірінің ішінде бірі жақсы ериді,
араласады. Сол балқыған күйдегі металдар қайтадан қатқан кезде құйма
түзеді.
Құйманың не екенін түсіну үшін металдар балқысып, құйысып қатып құйма
болғанда, олардың арасында не құбылыс болатындығын қаралық. Онда үш түрлі
құбылыс болуы мүмкін.
1 Балқыған күйде араласқанымен, қатқан кезде әр металл өз жөнінде
кристалданады. Мұндай жағдайда құйма дейініміз жеке металдардың таза
кристалдарының қоспасы. Ондай құйма біртекті болмайды. Оған мынадай
металдар жұбынан шығатын құймаларды мысалға алуға болады: Рb-Sn, Ві-Сs, Аg-
Рb. Бұлардың кристалдары Ван-дер-Вальс күштерінің арқасында байланысып
тұрады. Микроскоппен қарағанда онда әр металдың кристалдарының жеке
тұрғандығын байқау қиын емес.
2 Құйма түзуші металдар бірінің ішінде бірі ериді. Қатқан
құйманы қатты ерітінді деп атайды. Қатты ерітіндіде металдар,
кристалдық құрылымын бұзбай, бірінің орнына екіншісі тұра
береді. Қатты ерітінді біртекті.
Мәселен, Аg-Сu, Сu-Na, Мn-Ғе, Аg-Аu, Рt-Аu құймалары қатты ерітінділер
түзеді.
қатты ерітінділердің беріктігі де, қаттылығы да, серпімділігі де,
электротехникалық қасиеттері де, химиялық тұрақтылығы да оны құрайтын
металдардікінен әрдайым жоғары болады. Тат баспайтын болаттар осы топқа
жатады.
3 Құйма түзуші металдар құрамы кесімді химиялық
қосылыс түзеді (АuSn, Аu2Sn5, АuSn3, Мo4Sn, МoSn2).
Мұндай қосылыстарды интерметалдық қосылыс дейді. Металдар
ғана емес кейбір бейметалдар да балқыған күйде металдармен
химиялық қосылыстар түзеді (Ғе3С, Ғе3Sі2, Сu3Р, Сu2Sі). Мұндай
жағдайда да құйма біртекті.
Интерметалдық қосылыстар металдардың валенттігіне сай түзілмейді,
олардың құрамы біртіндеп баяу өзгереді. Сондықтан оларды бертоллидтер деп
те атайды.
Әдетте, бір металл периодтық жүйедегі белгілі бір топтың екінші бір
металымен интерметалдық қосылыс түзсе, қалғандарымен де әрекеттесіп,
қосылыстар түзеді, мысалға (NаСd5, NaHg4; ал бірімен әрекеттеспесе сол
топтың басқа өкілдерімен де әрекеттеспейді).
Бірақ көпшілік жағдайда құйма біртекті болмайды, өйткені құймалардың
көпшілігі, онда түзілген интерметалдық қосылыспен қосылыспай, артық қалған
металдың қоспасы болып табылады.
Құймалардың қасиеті әрине оның құрамына тәуелді, бірақ онымен қатар
шынықтыру әдісіне (температураға) байланысты.
Ғылым мен техниканың өскелең талабына сай керекті жаңа құймалар жасау
өте қарқынды дамуда. Мысалы, аса қатты құймалар жасап шығу үшін болаттарға
бор, азот және басқа элементтер қосылады. Металдардың ең жеңілі литийді
негізге алып аса жеңіл құйма жасап шығаруда алыс болмас деп сенуге болады.
Космостық зымырандар, кемелер жасауда да әрине құймалар өзіне сай орын
алады. [8-9]
1.2 Пирометаллургиялық процестердің негіздері
Негізінен металдардың өндірісінде металлургиялық процестер кеңінен
қолданылады. Сонымен қатар кен мен қалдықтардан металдарды бөліп алу
өндірістерінде технологиялық процестерде қолданылады. Жалпы металлургиялық
процестер жүйелі үш бөлімнен тұрады.
1. Кенді дайындау. Кеннен металл алу жағдайына айландыру күйін
қамтамасыз ету.
2. Тотықсыздандыру. Бос металл бөлінгенге дейін, кеннің құрамындағы
қосылыстардың тотықсыздануы.
3 Алынған металды екінші рет өңдеу.
Кенді дайындау. Бұл кезең кеннің өзінің құрамына және құрамындағы
металдардың химиялық байланыстарының формасына қарай механикалық және
физика-химиялық операцияларға бөлінеді.Мұндай операцияларға кенді ұсақтау
немесе ірілету, кенді байыту және классификациялау, сонымен қатар кеннің
құрамындағы металдардың химиялық байланыстарын өзгерту арқылы
тотықсыздандыруға дайындау жатады. Көбіне осы операцияның соңғы кезеңінің
өтілуі, металл оксидтерді тотықсыздандыруда, галоген металдардан бөле
жүргізіледі, осыған байланысты кеннің құрамындағы қалған қосылыстарды
(сульфидтер, гидроксидтер) оксид алу операциясына аударылады. Бұл сәйкес
реагенттер қатысында, жоғары температурада кенді байыту арқылы жүргізіледі.
(1- схема)
Тотықсыздандыру. ( кеннен металды бөлу). Бұл кезең
тотықсыздандырғыштың табиғатына және тотықсыздандыру процесінің жағдайына
қарай түрленеді. Тотықсыздандырғыш ретінде химиялық реагенттер (сутегі,
көміртегі (ІІ) оксиді, көміртек, металдар) қолданылады. Сонымен қатар
тотықсыздандыру процесі ток қатысында ерітіндіде, қатты фазаны балқыту
кезінде жүргізіледі. Осыған байланысты тотықсыздандыру процесі келесі
әдістерге бөлінеді:
1. Пирометаллургиялық тотықсыздандыру – химиялық тотықсыздандырғыштар
қатысында, жоғары температурада қатты фазаны балқыту процесі:
FeO + CO = Feo + CO2 (7)
2. Гидрометаллургиялық тотықсыздандыру – сулы орталарда химиялық
реагенттер қатысында жүргізіледі:
CuSO4 + Zn = Cuo + ZnSO4 (8)
3. Электропирометаллургиялық – затты жоғары температурада электр
тоғының әсерімен балқыту процесі:
Al2O3 + 6e- = 2Alo + 3O2- (9)
4. Электрогидрометаллургиялық - сулы орталарда электр тогының
әсерімен тотықсыздандыру процесі:
CuSO4 + 2е- = Cuo + SO42-
(10)
Осы аталған әдістер көптеген металдарды кеннен бөліп алу процестерінде
кеңінен қолданылады.
Екінші рет өңдеу. Тотықсызданған металдың құрамындағы бөгде
қосылыстардан арылу үшін және крисалдық структурасын қайта құру мақсатында
оның құрамы мен қасиетін өзгертіп тазалайды. Металдарды екіншілік өңдеу
операциясы дистилляция, қайта балқыту, электролиз әдістері арқылы
жүргізіледі, нәтижесінде шыныққан, жұмсақ металл тағы басқа балқымалар
алынады.
Металдарды кеннен бөлу өндірісінің жалпы схемасы. (2-схема)
І – Кенді дайындау,
ІІ –Тотықсыздандыру,
ІІІ –Екінші рет өңдеу,
Т –Термиялық өңдеу,
Т1 –Тотықсыздандырғыш,
Технологиялық процестердің әдістеріне сәйкес кенді дайындау кезеңі
пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық болып бөлінеді.
Жоғарыда айтылғандай пирометаллургиялық процестер жоғары
температураларда кеннің толық немесе жартылай балқуымен жүргізіледі.
Бұл процестерге:
- өртеу – кеннің химиялық құрамын өзгерту мақсатында, қатты фазада,
жоғары температурада жүргізілетін процесс. Өртеу жағдайы кеннің құрамы мен
процесті бекітуге байланысты. Құрамында металл сульфидтері бар кендерді
өртеу арқылы олардың оксидтеріне дейін тотықтырады, ал кенді магнитті
байыту кезінде тотықсыздандыру процесіне ұшыратады.
- балқыта тотықсыздандыру - бұл жоғары температурада кенді толық балқыту
арқылы металл оксидтерін тотықсыздандыру процесі.
- дистилляция (тазарту) – бұл процесс өңделінген заттың (блқыған күйдегі
металдардың) компоненттерінің түрлі ұшқыш қасиеттеріне қарай бөлу мақсатына
негізделген.
Осы аталған процестер жүргізілгенде атмосфераға көмір қышқыл газы (СО2)
және тағы басқа газдар көп мөлшерде бөлінеді. Ал кенді өңдегеннен кейінгі
қалдықтар литосфераға тасталынады.
Ал гидрометаллургиялық процестер сулы ортада қатты фазаны сұйық фазаға
өткізу шекарасында жүргізіледі. Гидромлталлургиялық процестің негізгі
операциясы бұл – сілтісіздендіру, яғни кеннің құрамындғы металл
қосылыстарын еріткіштерде еріту арқылы қатты фазадан сұйық фазаға өткізіп,
сәйкесінше реагенттер қосу арқылы ерігіштігі нашар заттарды тұндыру болып
табылады. [10]
1.3 Темір кендерін өңдеудің белгілі әдістері
Темір кендері негізінен оксид болғандықтан оларды көмірмен
тотықсыздандырады. Бірақ, балқыған темір өз ішінде көмірді ерітеді, міне,
сондықтан тотықсызданған темір таза түрде емес, ішінде еріген, 1,7-5 %
көміртек және басқа қоспалары бар құйма түрінде шығады, ол құйма шойын деп
аталады. Шойында көміртектен басқа күкірт, кремний, фосфор, марганец т.б.
элементтер болады. Шойынды домна пештерінде алады.
Домна пешінің биіктігі 25-30 м, ішкі диаметрі — 6 м, іші отқа берік
кірпіштермен қаланған, жармасы (1 – суретте көрсетілген) оның негізгі
бөлімдерінің аттары, атқаратын қызметі келтірілген.
Домнада болатын процеске шикізат ретінде керегі: кен, отын, флюс және
ауа. Кен ретінде жоғарыда айтылған темір оксидтері алынады.Домнаның отыны –
кокс. Кокстың маңызы 1) өте жоғары температурада өтетін темірдің
тотықсыздану процесіне керекті жылуды береді, 2) тотықсыздандырғыш, 3)
балқыған темірде еріп оны шойынға айналдырады. Қандай кенде болсын бос
жыныс болады, ол көмірден қалған күлмен араласып, домнаның ішінде керексіз
(балласт) затты көбейтеді. Міне осылардан құтылу үшін домнаға керексіз
заттармен химиялық реакцияласып, оңай балқитын қож түзетін заттар — флюс
салынады. Флюс ретінде әктас СаС03 немесе доломит СаС03*МgС03 алынады.
Домнадағы кокстың жануына өте көп ауа жүмсалады, оның қаншалықты көп
екендігін мына есептен көруге болады. 1 т шойынға 1 т кокс керек, ол жану
үшін 4000 м3 ауа керек. Сонда бір тәулікте 1000 т шойын өндіретін домнаға
4000000 м3, немесе 5000 т ауа керек. Демек, минутына 3500 м3 ауа үрлеу
керек.
Домнаның заплечнигінде жоғары температурада түзілген отындағы
көміртекпен тотықсызданып, көміртек (II) оксидін түзеді.
Домнада жүретін химиялық процестер төрт түрлі болады:
1.Темірдің және басқа аралас журген элементтердің тотықсыздануы, 500-
1000° С шамасында өтеді. Домнаның фурмдарының аймағында (2-сурет) қызған
кокс ауамен реакцияласып жанады:
С+02=С02 ▲Н=409,952 кДжмоль
(11)
СО2 + С = 2С0 ▲Н =160,6656 кДжмоль (12)
Осы реакциялар нәтижесіңде өте қызған газдар қоспасы түзіледі, оның 35%
СО, 65 % N2 (ауамен келген азот). Көміртек (II) оксиді домна бойымен жоғары
көтеріледі, оған қарсы жоғарыдан төмен түскен темір кенімен жанасып, ондағы
темірді тотықсыздандырады:
Ғе203+ЗСО=2Ғе+ЗС02
(13)
Кендегі аралас жүрген оксидтер де темірмен қабаттаса, тотықсызданады:
МnО+С=Мn+СО ▲Н° =278,236 кДжмоль (14)
SiО2+2С=Sі+2СО ▲Н° =618,8136 кДжмоль (15)
Р205+5С=2Р+5СО ▲Н° =921,3168 кДжмоль (16)
2.Шойын тузілуі. Темір алғаш тотықсызданғанда қатты
күйде болады, домнаның төменіндегі жоғары температуралы
бөліміне келгенде балқып, ішіне көміртекті ерітіп, онымен
қатты ерітінді түзеді. Сонымен қатар химиялық қосылыс —
темір карбиді, немесе цементит Ғе3С түзіледі.
ЗҒеО+5СО=Ғе3С + 4С02 (17)
ЗҒе+С= Ғе3С (18)
Түзілген цементит те темірде ериді. Осылайша көміртектенген темір төмен
түсіп, горнға (көрікке) келген жерде сол арада тотықсызданып шыққан
марганец пен кремнийді (пайдалы қоспа) және күкірт пен фосфорды (зиянды
қоспа) өз ішіне тағы ерітіп, шойын түзеді. Шойынның балқу температурасы
1140-1150°, ол сұйық күйде горнға жиналып, содан дүркін-дүркін ағызылып
шығарылады.
3.Қож тузілуі. Флюс ретінде алынатын карбонаттар
домнаның жоғарғы бөлімінде-ақ (500° маңы) айрылады:
СаС03=СаО+С02↑; (19), МgС03=Мg0+С02↑ (20)
Кендегі бос жыныс дейтініміз негізінде, кремнезем - SiO2. Осы оксидтер
домнаның қызу жері - распардан төмен түсісімен реакцияласып, кальций мен
магнийдің силикатын түзеді:
СаО+SiO2=СаSi03; (21), Мg0+Sі02=МgSiO3
(22)
Осы екі түздың құймасы алғашқы қож түзеді.
Қождың меншікті салмағы 2,3, шойындiкі 7, сондықтан қож шойынның үстіне
жиналып, екеуі араласпайтын екі қабат түзеді, әрі қож шойынның бетін
тотығудан қорғайды.
4. Домна газының тузілуі. Домнадан бөлініп шығатын газды домна, не
колошник газы дейді, ол негізінде — азот, көміртек оксиді және көміртек
диоксидінен тұрады. Мұндағы азот ауамен келеді, СО мен С02 түзілуі өткен
реакцияларда көсетілді.
Біздің елде қазіргі кезде, домнаға ауаның орнына оттекті немесе
оттекпен байытылған ауа үрленетін болды, одан домнаның өнімділігі артып,
процес тездеп, отын шығыны кемиді. Домнадан шығатын домна газы отын ретінде
қолданылады.
Домнаға алдымен кокс салынады, соның үстіне қабаттап, кезектестіріп
кен, кокс, флюс тағы кокс және т.с. салына береді. Домнадағы процесс
үздіксіз процесс, домна бірнеше жыл тоқтамастан істейді, тиісті мерзімі
жеткенде оны тоқтатып, тазалап жөндейді.
Сонымен шойын дейтініміз темір (90-93 %), оның ішінде еріген —
көміртек, цементит, марганец, кремний, фосфор, күкірт болады.
Кейбіреулерінде әуелдегі темір кенімен келген хром, никель, ванадий және
басқа металдар болады. Шойынның құрамындағы осылардың әрқайсысы өзінше
шойынның қасиетіне әсер етеді. [11]
Көміртек қатты темірде 4 %-дан артық болмау керек, сұйық темірде
көбірек ериді. Шойындағы көміртек не бос күйде (графит түрінде), не
цементит Ғе3С түрінде болады. Осы көміртектің шойын ішінде қандай түрде
болуына байланысты, шойынның қасиеттері әр түрлі болады.
Шойынды баяу суытса, ондағы цементит Ғе3С айрылып, темір мен көміртекке
(графитке) айналады. Сол графиттің қаралығынан шойынның да жарылған жері
күңгірт тартып тұрады, мұны сұр шойын дейді. Мұнда кремний біраз (2-3,5 %)
болады. Сұр шойын, ішінде цементит болмағандықтан жұмсақ болады, қалыпқа
(формаға) жақсы құйылады, бірақ оңай жарылады. Сұр шойыннан машиналардың
тұлғасын, құбырлар, плиталар т.б. ірі заттар құйылып жасалады.
Шойынды тез суытса, ондағы цементит айрылып үлгермейді, ол шойын
ішінде сол қалпында қалғандықтан шойынға қаттылық, әрі томырықтық
қасиет береді. Жарылған беті жарқыраған, ақшыл таза болғандықтан оны ақ
шойын деп атайды. Мұнда кремний аз (1%), бірақ біраз марганец (1-1,5 %)
болады. Ақ шойын сол қалпында қолданылмайды, оны тағы өндеп болат және
темірге айналдырады.
Шойынның құрамындағы көміртекті азайтса, қатты болат (С-0,3-2%) және
жұмсақ болат (С-0,3% кем) яғни темір алынады.
Шойындағы басқа қоспалардың да мынадай әсері бар.
Марганец шойынның ішінде темір карбиді Ғе3С түзілуіне сөйтіп онда
көміртек көбірек қалып, ақ шойынға айналуына әсер етеді. Хром мен
ванадийдің де әсері осындай.
Кремний, керсінше, шойын суығанда темір карбидінің айрылуына, демек сұр
шойынның түзілуіне себепкер болады. Никельдің де әсері сондай.
Фосфор аз мөлшерде пайдалы, шойынды жақсы балқып бір тегіс құйылатын
етеді, бірақ мөлшері артып кетсе, ондай шойын жарылғыш, томырық болады.
Кукірт араласқан шойын қызған күйінде де соғуға келмейді, жарылып,
сынып кетеді. [12]
Колошник
Шахта
Распар
Көрік
Шойын
ШЫҒАР
1 -Сурет. Домна пеші
2 -Сурет. Домнадағы процестр
Шойынның механикалық қасиеттері мақтарлықтай емес. Қанша дегенмен де
ішіндегі көміртек оны томырық, оңай жарылып сынғыш етеді. Сондықтан
өндірілетін шойынның 25%-ы ғана шойын қалпында ұсталып, 75% болат және
темірге өңделеді.
Шойынды болатқа аударудағы негізгі жұмыс құрамындағы көміртекті азайту,
ол үшін көміртекті жандырып, оксидке айналдырып ұшырады, бұл жандыру
кезінде марганец пен кремний де тотығады. Фосфорды қожға аудару арқылы
азайтады. Ал күкірттен құтылу қиын жүмыс.
Шойынды болатқа аудару үшін Бессемер, Томас, Мартен және электр балқыту
әдістері қолданылады.
Бессемер (1856 ж.) үсынған әдісі бойынша балқыған шойынның ішімен ауа
үрлеп өткізеді.
Металдан жасалған үлкен 40-50т шойын сиятын, ішкі қабырғасы отқа берік
кірпішпен қаланған ретортаны — конвертор дейді. Конвертор төңкеруге
келетіндей етіп бекітіледі (3 -сурет). Конвертордың түбіндегі тар тесіктер
арқылы қатты сығылып үрлеген ауа, шойынның тұла бойын тесіп өтіп, ондағы
қоспаларды тотықтырады. Алдымен кремний мен марганец, одан кейін көміртек
тотығады. Бессемерлеу 10-12 минутта бітеді, одан кейін конверторды төңкеріп
босатып, келесі шойынды бессемерлеуге даярлайды. Бір конверторда бір
тәулікте процесті 40-45 рет қайталады.
3 -Сурет. Конвертор жармасының сұлбасы
Шойындағы фосфордан арылу үшін Томас пен Джилькристтің ұсынысы бойынша,
конвертордың ішкі қалауын (футеровкасын) доломит пен әктің қоспасынан
жасайды. Осылардың ішіндегі кальций оксиді тотыққан фосформен (Р2О5)
реакцияласып:
4СаО+ Р205=Саз(Р04)2 +СаО ▲Н° =667,35 кДжмоль (23)
қож түзеді, оны томасқож деп атап, тыңайтқыш ретінде пайдаланады.
Бессемер, Томас әдісінің мынадай кемшіліктері де бар:
1. Процесс тез жүретіндіктен оны басқару қиын,
металға қож араласады, сондықтан жоғары сапалы болат алу да
қиын.
2. Шойындағы темірдің 10 %-ы тотығып кетеді.
3. Конверторға құятын шойын сұйық болуы қолайсыздық туғызады.
Мартен (1865 ж) үсынған әдісте бұл кемшіліктер жоқ. Мартен әдісінде
регенератив пеші (4 -сурет) қолданылады.
Пеште төрт регенератор-камера бар (І-ІV), олардың іші отқа берік
кірпішпен арасынан газ өтетіндей етіп қаланған. Газ өткізгіш (1) арқылы IV
регенераторға ауа, ал газ өткізгіш (2 жөне 3) арқылы III регенераторға
жанғыш газ (генератор газы) енгізіледі Екі газ араласып пештің алқабында
жанады. Жанғанда түзілген ыстық газдар генератор (I- және II-) арқылы өтіп,
оның кірпішін қыздырып, құбыр (4) арқылы мұржадан шығып кетеді. Шүмектерді
(5 және 6) бұраса, газдардың бағыты өзгереді: ауа мен жанғыш газдар I- және
ІІ-регенераторға барады, мұндағы қызған кірпіштен температурасы 900оС дейін
көтеріліп, өздері жанғанда 1800о дейін қызу береді; жанғаннан түзілген
газдар
4-Сурет. Регенератив пешінің сұлбасы
енді III-IV регенератордың кірпіштерін ысытып, одан кейін мұржаға кетеді.
Мартен әдісінде, пешке шойынды (қатты күйде), темір сынықтарын, кенді
үшеуін араластырып салып, балқытады. Тотықтыруға керекті оттек ауамен және
кенмен бірге келеді.
Осы үшеуін араластырғанда салмақ қатынастарын өзгерту арқылы, құрамында
керекті мөлшерде көміртек бар болат алуға болады.
Соңғы кезде болат қорытуға электр пештер қолданатын болды, мұнда
температура 2000°С-ге дейін жеткізіледі. Қорыту процесі мартен пешіндегіге
ұқсас, бірақ пештің режимін басқарып отыру оңай болғандықтан, алынатын
болаттың сапасы жоғары болады.
Қай әдіспен болса да, шойыннан болат алу дейтініміз, шойындағы
көміртектің және тағы басқа қоспаларының мөлшерін азайтатын тотығу процесі.
Темірді домнасыз алу соңғы кезде шыққан келешегі зор әдіс. Ол әдіс
бойынша құрамында темірі аз ("кедей") кендерді де өндейді, әрі кокс аз
шығындалады. Мұнда шойын орнына кесек-кесек болып темір шығады, оның
қоспалары да аз болады. Ондай темірден болат жасау үшін шойынмен қосып
балқытады (көміртек араластыру үшін). [13]
Болаттың физикалық, әсіресе механикалық қасиеттері оның ішкі құрылымына
байланысты. Болаттың құрылымын жақсарту үшін оны термиялық өндейді;
термиялық өндеудің маңызды әдісі болатты суару және жасыту.
Болатты суарғанда 760-900°С дейін қыздырып, бірден суға малып суытады,
мұның нәтижесінде болат қатты және берік болады, бірақ томырық, морт сынғыш
келеді
Суарған болатты қайта қыздырып, біртіндеп суытсақ, болат босап,
жұмсап, жасиды.
Термиялық өңдеу кезінде болат ішінде химиялық
процестер жүреді. Суару процесіндегі болатын өзгеріс былай
түсіндіріледі. Болат құрамындағы цементит жоғары температурада темірмен
аустенит деп аталатын (балқыған γ-Ғе-
дегі көміртектің ерітіндісі) қатты ерітінді түзеді, аустенит өте
қатты зат, әрі жоғары температурада ғана тұрақты, бірақ
қыздырған болатты суға малып, бірден суытқанда аустенит
айрылып үлгермей, суарған болат құрамында қала береді. Шын
мәнісінде, болатты суарғанда құрамындағы аустенит өзгеріп, айтылған
жағдайда өзінен гөрі қаттылығы артық мартенситке (α-Ғе ішіндегі көміртектің
аса қанық ерітіндісі) айналады. Ал, болатты жасытқанда — ол баяу суыған
кезде, аустенит айрылып, қайтадан цементит пен феррит (α-Ғе ішіндегі С
ерітіндісі) түзіледі, содан болат жұмсарады.
Болаттан жасалған кейбір заттардың сырты қатты,
жұмсақ болуы керек кездер болады, мысалы автомашинаның ось
темірінің сырты қажалмайтын қатты болумен бірге машинаны ой-шұқырда соққан
кезде, ось морт сынып кетпес үшін ішкі денесі жүмсақ болуы керек. Міне
осындайда металдың сыртқы бетінің химиялық құрамын өзгертетін бірнеше
әдістер бар:
Цементтеу — жұмсақ болаттан жасалған заттың сыртқы бетіне көміртек
сіңіреді, ол үшін бұл затты көміртек (II) оксиді ішінде, не көмір толтырған
ыдыста қыздырады. Сонда оның сыртының 0,5-2 мм қабаты қатайып, берік
болады.
Азоттау үшін болаттан жасалған затты аммиак ішінде 500-600°-та 20 минут
ұстайды. Аммиактан ажырап шығатын атомдалған азот диффузия арқылы металдың
бетіне сіңіп, сол арада нитридтер Ғе2N, Ғе4N және АlN, СгN т.т. түзеді
(нитридтер өте қатты заттар).
Циандау — болаттан жасалған заттың сыртқы бетін
көміртек, әрі азотпен байыту. Ол үшін бұл затты натрий
цианидінің басқа тұздармен балқыған қоспасына
(NаСN+NаСг+Nа2СОз) малады, сонда металдың бетінде нитрид, карбидтердің
қоспасы түзіледі (қалындығы 0,1-0,2 мм). Осы сияқты жылу арқылы силицийлеу,
алюминийлеу (алитирлеу), хромдау әдістері бар.
Болаттардың құрылымын өзгерту арқылы сапасын жақсарту әдістерін алғаш
үсынған атақты металлург Д.К. Чернов (1839-1921 ж) болды.
Осы күні болатты таза күйде қолдану сиреп барады.
Болаттың арнаулы, сапалы (легированная сталь) түрлері алынады, ол үшін
оған тиісті мөлшерде бір не бірнеше металл араластырады. [14-15]
1.4 Темір және оның қосылыстарының физика-химиялық қасиеттері
1.4.1 Темірдің физика - химиялық қасиеттері
Табиғатта темір бос күйінде жиі кездеспейді. Негізінде ол қосылыстар
түрінде (тотық, карбонат, сульфид, арсенид, сульфат, тиоарсенид, фосфат,
силикат және т.б.) әр түрлі минералдар құрамында кездеседі. Жер қабатында
темірдің үлесі — 4,7%, ал космостық денелерде көптеп кездеседі. Бос күйінде
темір метеориттің (темір балқымасы, 5-20%-ті никельде) немесе
металлургиялық құрамда кездеседі. α-Ғе, феррит, оның орташа химиялық
кұрамы: 2% - Ni, 0,3% - Со, 0,4% - Сu, жэне 0,1% - Рt. Табиғи темір кубтық
кристалл, тығыздығы 7-7,8 гсм3, қаттылығы Моасса шкаласы бойынша 4-5 және
магниттік қасиетке ие.
Темір ақ түсті, жылтыр, магниттелген металл; созылғыш және басқа да
механикалық әсерлерден пішінін оңай өзгертеді.
Темірдің химиялық қасиеттері жағынан орташа активті металдарға жатады.
Қалыпты температурада баяу тотығады, ал қыздырғанда оттегімен,
галогендермен, күкірт пен тағы басқа металл еместермен әрекеттеседі. Темір
химиялық қосылыстарда +2, +3, +6 тотығу дәрежелерін көрсетеді. Ол әлсіздеу
тотыктырғыштармен Ғе3+ионын түзе әрекеттеседі.
Темірдің стандартты электродтық потенциалы теріс болғандықтан,
сұйытылған қышқылдармен әрекеттескенде сутегін ығыстырады:
Ғе +Н2 SО4 = Ғе SО4 +Н2
(24)
Қызарғанша қыздырылған темір судан сутегін ығыстырады:
ЗҒе+4Н2О = Ғе3О4+4Н2
(25)
Темір сұйытылған азот қышқылында еріп, +2 зарядты ионға тотығады:
ЗҒе+8НNО3=ЗҒе (NО3)2+2NO+4Н2О
(26)
Темір қыздырылғанда концентрлі азот қышқылында және күкірт қышқылында
еріп +3 зарядты ионға тотығады:
Ғе + 6НNОз=Ғе(NО3)3 + ЗNО2
+ ЗН2О (27)
2Ғе + 6Н2SО4 = Ғе2(SО4)з+
3SО2 + 6Н2О (28)
Суық концентрлі азот және күкірт қышқылдарымен
темір әрекеттеспейді, өйткені ол пассивтеледі.
Темір қосылыстары. Темір (ІІ) оксиді ҒеО ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ӘДЕБИ ШОЛУ
Кіріспе
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... . 3
1. Қазақстан Республикасындағы темір кендерінің жалпы сипаттамасы және кен
орындары
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 4
1.1 Темір кендерінің жалпы сипаттамасы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 4 1.2
Пирометаллургиялық процестердің негіздері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.3 Темір кендерін өңдеудің белгілі әдістері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
1.4 Темір және оның қосылыстарының физика-химиялық қасиеттері ... ...
23
1.4.1 Темірдің физика - химиялық қасиеттері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
1.5 Темірдің және оның қосылыстарының қолданылуы
... ... ... ... ... ... ... ... . 27
1.6 Қазақстан Республикасындағы темір кендері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28
1.6.1 Лисаковский темір кені
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
28
СТАЦИОНАРЛЫ ЕМЕС ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР
2.1. Стационарлы емес токтарды алу әдістері мен олардың түрлері
... ... ... 31
2.2. Стационарлы емес токпен поляризацияланған электродтардағы
электрохимиялық реакциялар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
33
ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3 Темір кенін ерітудің экологиялық тұрғыдан таза электрохимиялық
технологиясын жасау
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... 35
3.1 Тәжірибе жүргізу әдістемесі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
35
3.2. Темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне ток тығыздығының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 39
3.3 Кен құрамындағы темірдің ерітіндіге өту дәрежесіне тәжірибе ұзақтығының
әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 40
3.4 Темір кенінің айнымалы ток әсерімен тұз қышқылында еруіне қышқыл
концентрациясының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... . 41
3.5 Темір кенінің еруіне ток тығыздығының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 42
3.6 Кендегі темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне электролиз
ұзақтығының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 43
3.7 Темір кенінің тұз қышқылында еруіне қатты:сұйық қатынасының әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 44
3.8 Темір кенінің тұз қышқылында еруіне электролит температурасының
әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... 46
Қолданылған әдебиеттер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 47
Кіріспе
Тақырыптың өзектілігі.Қазіргі кезде жер шарындағы халық санының жедел
өсуі мен техникалық прогрестің қарқынды дамуы, жер, қазба байлықтарының
тиімсіз пайдаланылу нәтижесінде өндіріс орындарынан шыққан қалдықтар мен
газдар атмосфераны, литосфераны ластап табиғаттағы қалыпты процестерді
бұзуда.
Табиғаттағы өзгерістер баяу, байқаусыз өтеді. Ал ондағы өзін-өзі
реттеу мен қалпына келтіру процестері ұзаққа созылады. Адамның зиянды
істері де бірден байқалмайды, оны адамдар көбінесе ұзақ жылдар өткен соң
ғана байқайды да, түзету жұмыстары күткендей нәтиже бермейді. Сондықтан
ғылым мен техниканың жетістіктерін пайдалана отырып өндіріс көлемін
ұлғайтуда қалдықты аз бөлетін және қалдықсыз технологияны қамтамасыз
ететін, өндіріс қалдықтарын қайта өңдеп пайдалану жұмыстарын жүргізу қажет
болып отыр.
Осындай антропогендік әсерлердің бірі атмосферадағы көмір қышқыл
газының концентрациясының көбеюі. Көмір қышқыл газы отын жану процесінде
және темірді қазіргі кездегі пирометаллургиялық жолмен бөліп алуда көп
мөлшерде бөлінеді. Бұл әдіс үлкен домна пештерінде, жоғары температурада
темір кендерінен таза темірді бөліп алғанға дейін өңдейді. Осы кезде
атмосфераға көп мөлшерде газ, литосфераға қалдық, шаң бөлінеді.Сондықтан
темір кендерін немесе темір қалдықтарын өңдеуде, олардан таза металл бөліп
алуда пирометаллургиялық әдістерді қолдануды азайтып, гидрометаллургиялық
әдістерді, оның ішінде орындалу тәсілі жеңілдеу және аса күрделі
қондырғыларды талап етпейтін электрохимиялық әдістерді жетілдіру тиімді
болып отыр.
Зерттеу нысаны: Құрамында темірдің 39,38% проценттік мөлшері бар
Лисаковск темір кені.
Жұмыстың мақсаты: Темір кенін өңдеудің электрохимиялық технологиясын
жасауға бағытталған зерттеулерді жүргізу:
- темір кенін тұз қышқылының сулы ерітінділерінде өндірістік
жиіліктегі айнымалы ток әсерімен өңдеудің негіздерін жасау;
- темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесіне әртүрлі параметрлердің
әсерін анықтау.
Ғылыми жаңалығы: Бұл жұмыста алғаш рет темір кенін еріту мақсатында
өндірістік жиіліктегі айнымалы ток қолданылды. Айнымалы токпен
поляризацияланған кезде темір иондарының ерітіндіге өту дәрежесі ток
әсерінсіз жүргізілген тәжірибелердегіге қарағанда шамамен 2 есеге
артатындығын көрсетті және сонымен қатар ерітіндіге өткен оксидтердің
стехиометриялық құрамының өзгеруіне байланысты олардың магниттік қасиетке
ие болатындығы анықталды.
Практикалық құндылығы: Жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде, бұл әдіс
– келешекте темір кенінің беттік қасиеттерін өзгертіп, оның байытылу
көрсеткіштерін жетілдірудің, түзілген ерітінділерден темірдің қажетті
қосылыстарын алу әдістерін жасаудың және темір кенін өндеудің экологиялық
тұрғыдан таза қалдықсыз технологиясын жасауға негіз бола алады.
Басылымдар: Магистрлік диссертациялық жұмыстың материалдары бойынша 1
ғылыми мақала мен 1 тезис баяндама жарық көрді.
Диссертациялық жұмыстың көлемі мен құрылымы: Магистрлік диссертациялық
жұмыс кіріспеден, 3 тараудан, қорытындыдан, қолданылған әдебиеттер
тізімінен тұрады. 48 беттен тұратын магистрлік диссертациялық жазбаға 13
сурет, 4 кесте және 2 схема енген. Библиографиялық әдебиеттер тізімі 49.
ӘДЕБИ ШОЛУ
1. Қазақстан Республикасындағы темір кендерінің жалпы сипаттамасы және
кен орындары
1.1 Темір кендерінің жалпы сипаттамасы.
Халық шаруашылығын өркендету жоспарларының қай уақыттағысын қарасақ
та, ондағы алдыңғы орынның бірін, жетекші рольді қара металлургия алып
келеді. Халық шаруашылығы салаларының қайсысын алсақ та оның өсуінің бір
жағы металдар өндірісіне, оның ішінде қара металдарға тіреледі.
Қара металдардың негізі темір. Бүкіл өндірілетін металдармен
салыстырғанда бір темірдің өзі 20 есе артық өндіріледі. Темір ғарыштан
түскен метеориттерде ғана таза күйінде болады. Жер ядросы темірден тұрады
деген жорамал бар. Жер қыртысын түзетін элементтер ішінде, көптігі жағынан
темір елеулі орын алады, ол металдар ішінде, алюминийден кейінгі ең көп
тараған металл. Жер қыртысындағы темір — оксид, сульфид, карбонат және
силикат түрінде болады.
Темір кені. Қара металлургия өндірісінің негізгі шикізаты – темір кені
болып табылады. Жер қыртысында темір түрлі дәрежеде тотыққан оксидтер
түрінде кездеседі. Тау жыныстарының құрамында оксидтері, бос жыныстары және
тағы басқа темір минералдары бар қосылыстарды темір кені деп атайды. Бос
жынысты кеннің құрамы түрлі силикаттар және алюмосиликаттар түзетін
кальций, магний, алюминий және кремний оксидтерінен тұрады. Бос жыныстан
басқа темір кенінің құрамында марганец, хром, никель, молибден, вольфрам,
ванадий кездеседі.
Кеннің құрамындағы темірдің мөлшеріне қарай кендер (30%-төмен) кедей, (30-
50%) орташа, (50%-жоғары) темірге бай болып үшке бөлінеді.
Темір кендеріндегі темір қосылыстарының қасиеттеріне қарай келесі
түрлерге бөлінеді.
1 Магнетитті кен (магнитті темір тас). Мұнда темір магнетит түрінде
Fe3O4 (78,4% Fe), темірдің ІІ және ІІІ FeО*Fe2О3 оксидтері түрінде
болады. Таза магнетиттің тотығу дәрежесі 2-ге тең ( Feжал*FeО). Кенде
темір ІІ оксидінің тотығуына байланысты ол 7-ге дейін жоғарлайды. Осыған
ұқсас кендерді мартит депте атайды. Ең көп кездесетін кеннің құрамындағы
темірдің мөлшері 50-60% пайызды құрайды.Көбіне олар күкірттен және
фосфордан тұрады. Қиын тотықсызданады.
2 Гематитті кен (қызыл темір тас). Бұл кенде темір магнитті темір
тастың тотығуы және желде мүжу нәтижесінде түзілген сусыз оксид түрінде
Fe2О3 кездеседі. Бұл кенде темірдің мөлшері 50-70% пайызды және аз
мөлшерде күкірт және фосфор кездеседі. Оңай тотықсызданады.
3 Қоңыр темір тас. Мұнда темір, темір кендерінің басқа түрлерін желдету
немесе тотықтыру кезінде түзілген,гидратталған оксидтер гетит Fe2О3*H2O
және лимонит 2Fe2О3*3H2O түрінде кездеседі. Лимониттің құрамында кремний
мен алюминий оксидтерінің қоспасы көп кездеседі және темір 30-40% пайызды
құрайды. Оңай тотықсызданады.
4 Сидерит (минералды темір шпаты). Мұнда темір карбонат (FeСО3)
түрінде кездеседі және бұл минералда зианды қоспалар кездеспейді. Мұнда
темірдің мөлшері 30-40% пайыздан аспайды. [1]
Ішінде минералдардың қосылыстары бар минералдар мен тау
жыныстарын, құрамындағы металды өнеркәсіптік жолмен шығарып алу экономика
жағынан тиімді болса, кен (руда) деп атайды. Демек қандайда болсын кен
құрамында керекті бөлігімен қатар, керексіз құм, саз, әктас т.б. бос жыныс
деп аталатын бөлімі болады. Мысалы, темір кендерінде таза темір 50-70%
болса, ондай кенді іске асыру экономика жағынан пайдалы дейді, мыс
кендерінде, таза мыс 1% болса да, ол бай кен болып саналады, ал алтынға
келсек, онда пайыздың оннан, жүзден бөліктері бар жыныстардың өзі тиімді
деп есептеледі:
Металдардың кені болып саналатын қосылыстар көбіне оксидтер, сульфидтер
жөне түрлі тұздар (карбонат, галогенид, сульфат, силикат, фосфат, т.б.).
1. Оксид кендерінің мысалдары - қызыл темір тас (Ғе203),
қоңыр темір тас (2Ғе203-ЗН20), магнитті темір тас (ҒеО*Ғе203);
боксит (А1203*2Н20); пиролюзит (Мn02); қалайы тас (Sn02);
қызыл мыс кені (Сu20), хромды темір тас [Ғе(Сг02)2] т.т.
2. Сульфид кендері, жер қыртысында біраз тереңдікте
жатады, мысалы, колчедандар: мыс колчеданы (СuҒеS2); темір
колчеданы (ҒеS2); жалтырлар: мыс жалтыры (Сu2S); қорғасын
жалтыры (РЬS); алдауыштар: мырыштікі (ZnS), күмістікі (Аg2S), сынаптікі
(НgS) т.б. Сульфид кендерінің көпшілігінде бірнеше металл аралас болады,
мысалы, қорғасын мен мырыш аралас, оның үстіне алтын, күміс т.б. қоспасы
болады. Мұндай көп металды кенді полиметалды кен деп атайды.
3. Тұз кендері. Кейбір металдар, әсіресе, периодтық жүйенің I-ІІ-
негізгі топтарындағы металдар және сирек металдардың біразы жаратылыста
көбінесе тұздар түрінде кездеседі. Ол тұздар теңіздердің, не ащы көлдердің
суында еріген күйде және қазба тұз түрінде жер қабатында болады (бұлар да
бұрынғы теңіздердің қалдығы). Ол тұздардың да химиялық құрамына қарай
химиялық атымен қатар минералдық аты бар. Айталық, галогенидтер-карналит
(КС1МgС12*6Н20), сильвинит (КСl*NаСІ), сильвин (КСІ), галит (NaСІ)- флюорит
(СаҒ2), бишофит (МgС12*6Н20). [2]
Сульфаттар — каинит (КС1*МgS04*ЗН20), серит
(МgS04 *Н20), полигалит (К2S04 *МgS04-*2СаS04 *ЗН20),
лангбейнит (К2S04*2МgS04), эпсомит (МgS04*7Н20), гипс (СаS04*2Н20),
ангидрид (СаS04), тенардит (Na2S04), мирабилит (Nа2SО4 *10Н2О).
Карбонаттар - доломит (СаС03МgС03), мрамор (СаС03), сидерит (ҒеС03),
смитсонит (ZnС03), церусит (РЬС03), сoда (Na2СО3 *10Н2О) т.б. [3]
Енді кен ішінде осы қосылыстар түрінде болатын металдарды шығарып алу
мәселесіне келелік. Металды адам баласы мұнан 5000 жылдай бұрын өндіре
бастаған. Содан кейінгі жердегі адамзаттың материалдық, рухани және мәдеии
тұрмысының дамуы, металл алу және оны пайдалана білумен байланысты болған.
Бірақ, XX ғасырдың басында бар болғаны 15 металл, негізінен темір, мыс,
қорғасын қалайы, мырыш, күміс, алтын ғана қолданылып келді. Соңғы қысқа
мерзімде алюминий, магний, хром, никель, марганец және басқа металдардың
маңызы артып, сонымен қатар қазіргі ғылым мен техника металдардың бәріне де
қолданылатын орын тауып, барлығын адам баласының қызметіне қосты.
Қазіргі кезде адам керегіне тұтынылатын металл мөлшері орасан көп,
мысалы, осы ғасырдың ортасыңда бүкіл жер жүзіңде жылына 150 миллион тонна
темір, мыс, қорғасын, алюминий әрқайсысы 2 миллион тоннадан, қалайы, никель
әрқайсысы 200 мың тоннадан артық өндіріледі.
Металл қоры жағынан, оны өндіруде Қазақстан алдыңғы орындарда. Академик
Қ.И. Сәтпаевтың айтуынша Казақстан еліміздің гауһар қоры; Қазақстан хром
және ванадий байлығынан жер жүзінде бірінші орын алады, ал темір, мыс,
қорғасын, мырыш, күміс, кадмий, ванадий, хром, вольфрам, молибден және
басқа кейбір металдардың қоры жөнінде де біздің ел бірінші орын алады.
Кен құрамындағы металды шығарып алатын өнеркәсіп саласын металлургия
дейді. Химия металлургиямен тығыз байланысты ғылым, өйкені металл өндіру
процестері химиялық реакцияларға негізделген. Металлургия сол химиялық
реакцияларды өндірістік масштабта жүргізудің әдістерін, оған керекті
аппараттарды табады.
Қазіргі заман металлургиясының теориялық және практикалық негіздерін
құруға Д.К Чернов, Н.С. Курнаков, М.А. Павлов, И.П. Бардин т.б. ғалымдар
үлкен үлес қосты.
Кендегі металды шығарып алудан бұрын көп жағдайда ол кенді әуелі байыту
керек. Кенде керекті бөлігімен қатар, керексіз құм, саз, әктас т.б. сияқты,
бос жыныстар болады, ол бос жыныстар кейде өте көп те болады, кеннің сол
керекті бөлімін бос жыныстан бөліп ажыратуды кенді байыту деп атайды. Кен
байытудың қарапайым түрлерінен басқа флотация (ағылшынша flatation қалқып
шығу деген сөзден) көп қолданылады. Флотацияның техникасы оңай, оның негізі
— кен мен бос жыныстың бөлшектерінің адсорбциялағыш қасиеттерінің әр түрлі
болуында. Флотация жасау үшін кенді өте үсақ етіп ұнтақтап, сумен
араластырып (пульпа түрінде) арнаулы ыдысқа құяды; суға полюстілігі нашар
бір органикалық зат, айталық қарағай майын қосады (1 т кенге 400 г
есебінен). Бос жыныс бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланады
(өйткені олар гидрофильдік заттар), кеннің, әсіресе сульфидтің,
бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланбайды (өйткені олар
гидрофобтық заттар) ал майдың молекулалары адсорбцияланады
Ыдыстың астыңғы жағынан сығылған ауа жібергенде, сол ауа
көпіршіктерінің сырты майдың жұқа қабыршағымен қапталады. Осындай ауаның
көпіршігі жоғары көтеріліп ыдыстың бетінде көбік түзеді, оның сыртындағы
маймен адсорбцияласқан кеннің бөлшектері, ілесіп жоғары шығып, көбік ішінде
болады. Бөлшектеріне су сіңген бос жыныс ауырлап ыдыс түбіне шөгеді.
Көбікті сыпырып алып, сығып байытылған кенді алады. [4]
Кен ішіндегі металды алу әдісі — оның химиялық құрамына
байланысты.Оксид-кендерін тотықсыздандырып барып ішіндегі металды алады.
Тотықсыздандырғыш ретінде көбнесе көміртек қолданылады, мысалы:
Sn02+2С=Sn+2СО (1)
Ғе203+ЗС=2Ғе+ЗСО (2)
Кенмен араласып пешке түскен бос жыныстарды (олар көбіне құм SiO2)
бөліп шығару үшін шикіқұрамға флюс, немесе балқытқыш араластырады. Бос
жыныспен флюс реакцияласып оңай балқитын қосылыстар — қож түзеді. Қож жеңіл
болғандықтан сұйық күйде балқыған металдың үстіңде болады, оны пештің
арнаулы аузынан бөлек ағызып алады. Кейбір қиын балқитын металдарды алуда
тотықсыздандырғыш ретінде алюминий қолданады, өйткені алюминий тотыққанда
өте көп жылу бөліп шығарады (бір моль (А120з) түзілгенде 1,6•1033 кДж), бұл
реакцияны шағын ыдыста өткізсе, 3500°-қа дейін қызу береді. Бұл әдісті
алюминотермия дейді, оны орыс ғалымы Н.Н.Бекетов ұсынған. Хром, марганец,
молибден және басқа қиын балқитын металдар осы алюминотермия арқылы
алынады:
Мо03+2А1=Мо+А12Оз (3)
Таза металл және сирек металдар алу үшін тотықсыздандырғыш ретінде
сутек қолданылады:
W03+ЗН2=W+ЗН20 (4)
Сульфид кендерін әуелі арнаулы пештерде (конвертор, немесе ватер
жакет) күйдіріп, құрамындағы күкіртті де, металды да оксидке айнаддырады:
2ZnS+302=2ZnО+2S02
(5)
2Сu2S+302=2Сu20+2S02
(6)
Одан әрі, оксидтерді жоғарыда айтқандай тотықсыздандырады.
"Қайнаған тәрізді күйде" күйдіру. Ұсақталған қатты заттарды "қайнаған
тәрізді күйде" әрекеттестіру, өнеркөсіптің түрлі салаларында өріс алды.
Ұсақ ұнтақталған затты шілтер үстіне салып, астынан шілтердің тесік-
тесігінен ауа (басқа газ) үрлейді, сонда үнтақ заттың ауа тесіп шыққан беті
бүлкілдеп, қайнап жатқан тәрізді болады. Соның нәтижесінде үнтақ зат, тозаң
түрінде көтеріліп, ауамен (басқа газбен) жақсы араласады, бұл "қайнаған
тәрізді күйде" реакцияласуы өте жылдам болады.
Сульфид кендерін күйдіріп өртегенде осы әдісті қолданатын болды, сонда
өндірістің өнімі 3-4 есе артады.
Тұз кендеріндегі литий, натрий, калий, кальций, магний, бериллий т.б.
сияқты металдарды, олардың тұздарын балқытып, электролиздеп алады.
Алюминийді балқыған глиноземді (А1203) электролиздеп алады.
Тұздар құрамындағы металдар, оң зарядты ион түрінде болады.
Электролиздегенде ол оң иондар теріс электродқа (катодқа) келіп, тиісті
мөлшерде электрон қосып алып, бейтарап атомға айналып, балқыған тұздан
бөлініп шығады.
Электролиз әдісін тек балқыған емес, еріген тұздарға және мыс, никель
т.б. металды тазалауға (рафинация) қолданады.
Электролизден басқа әдістердің барлығы жоғары температурада жүреді,
оларды пирометаллургия әдістері деп атайды.
Кейбір кендерде керекті металдың аздығы сондай, олар флотациямен де
байымайды, ондай кендерге гидрометаллургия әдістерін қолданады. Оның
мазмұны — кенді өте ұсақтап түрлі реагенттермен (қышқыл, сілтілердің
ерітінділері) әрекеттестіреді. Сонда ерітіндіге тұз түрінде көшкен металды
көбінесе электролиздеу арқылы шығарып алады. [5-6]
Бұл айтылған металдарды алудың жалпы ортақ әдістері.
Таза металдарды алу. Қазіргі металлургияның алдында тұрған басты
міндеттердің бірі — кейбір металдарды аса таза күйінде бөліп алу. Оның
себебі, олар бүгінгі техникада шектен асқан таза күйінде қолданылады.
Мәселен, жартылай (шала) өткізгіштерде ядролық реакторлар мен қазіргі аса
төзімді болаттың арнайы түрлерінде металдардың тазалығы өте жоғары болуы
талап етіледі. Осыған орай өнеркәсіп кейбір металдардың тазалығын
99,999999%-дан астам етіп отыр.
Металдарды тазалаудың әр түрлі әдістері бар. Мәселен, вакуумда айдау
мен қайта балқыту арқылы металдардың әртүрлі үшқыштығына сай қоспадан бөліп
алады. Ал, кейбір металдар төменгі температурада аса ұшқыш қосылыстар
түзеді, оларды қатты қыздырса, ыдырап таза металл бөледі.
Зоналап балқыту әдісі қоспаның қатты және балқыған металда әртүрлі
еруіне негізделген. Өте жоғары қызуы бар зонадан әрлі-берлі баяу жылжып
өтіп тұратын металдың таза кристалдары ортасына шоғырланып, қоспасы
шеттеріне ығысады. Осылайша көптеген қайталаулардан соң өте таза металл
алынады.
Өте таза күйдегі металдардың қасиеттері қалыпты жағдайдағыдан біршама
өзгеше болады. Мысалы, олардың серпімділігі, иілгіштігі де жоғары болып,
электр, жылу өткізгіштігі артады. [7]
Осы кезде металдарды жеке, таза күйінде сирек қолданады, өйткені
ғылым мен техниканың талабын жеке металдардың қасиеттері қанағаттандыра
алмайтын болды. Металдарды араластырып құйма жасаса, құймалардың құрамын
қажетке сәйкес өзгерту арқылы, техниканың талабына сай, арнаулы қасиеті бар
құймалар алуға болады. Сондықтан жер бетінде өндірілетін металдардың дені
түрлі құймалар жасауға жұмсалады.
Қазіргі кезде өнеркәсіп пен өндірісте 8000-нан астам құймалар
қолданылады. Ал олардың әрқайсысын арнайы өңдеуден өткізіп, қалаған
мақсатта қолданылатын түрлерін алуға болады.
Құйма жасау үшін керекті металдарды тиісті мөлшерде алып араластырып,
отқа төзімді қазандарда, не арнаулы пештерде балқығанша қыздырады.
Металдардың көпшілігі балқыған күйде бірінің ішінде бірі жақсы ериді,
араласады. Сол балқыған күйдегі металдар қайтадан қатқан кезде құйма
түзеді.
Құйманың не екенін түсіну үшін металдар балқысып, құйысып қатып құйма
болғанда, олардың арасында не құбылыс болатындығын қаралық. Онда үш түрлі
құбылыс болуы мүмкін.
1 Балқыған күйде араласқанымен, қатқан кезде әр металл өз жөнінде
кристалданады. Мұндай жағдайда құйма дейініміз жеке металдардың таза
кристалдарының қоспасы. Ондай құйма біртекті болмайды. Оған мынадай
металдар жұбынан шығатын құймаларды мысалға алуға болады: Рb-Sn, Ві-Сs, Аg-
Рb. Бұлардың кристалдары Ван-дер-Вальс күштерінің арқасында байланысып
тұрады. Микроскоппен қарағанда онда әр металдың кристалдарының жеке
тұрғандығын байқау қиын емес.
2 Құйма түзуші металдар бірінің ішінде бірі ериді. Қатқан
құйманы қатты ерітінді деп атайды. Қатты ерітіндіде металдар,
кристалдық құрылымын бұзбай, бірінің орнына екіншісі тұра
береді. Қатты ерітінді біртекті.
Мәселен, Аg-Сu, Сu-Na, Мn-Ғе, Аg-Аu, Рt-Аu құймалары қатты ерітінділер
түзеді.
қатты ерітінділердің беріктігі де, қаттылығы да, серпімділігі де,
электротехникалық қасиеттері де, химиялық тұрақтылығы да оны құрайтын
металдардікінен әрдайым жоғары болады. Тат баспайтын болаттар осы топқа
жатады.
3 Құйма түзуші металдар құрамы кесімді химиялық
қосылыс түзеді (АuSn, Аu2Sn5, АuSn3, Мo4Sn, МoSn2).
Мұндай қосылыстарды интерметалдық қосылыс дейді. Металдар
ғана емес кейбір бейметалдар да балқыған күйде металдармен
химиялық қосылыстар түзеді (Ғе3С, Ғе3Sі2, Сu3Р, Сu2Sі). Мұндай
жағдайда да құйма біртекті.
Интерметалдық қосылыстар металдардың валенттігіне сай түзілмейді,
олардың құрамы біртіндеп баяу өзгереді. Сондықтан оларды бертоллидтер деп
те атайды.
Әдетте, бір металл периодтық жүйедегі белгілі бір топтың екінші бір
металымен интерметалдық қосылыс түзсе, қалғандарымен де әрекеттесіп,
қосылыстар түзеді, мысалға (NаСd5, NaHg4; ал бірімен әрекеттеспесе сол
топтың басқа өкілдерімен де әрекеттеспейді).
Бірақ көпшілік жағдайда құйма біртекті болмайды, өйткені құймалардың
көпшілігі, онда түзілген интерметалдық қосылыспен қосылыспай, артық қалған
металдың қоспасы болып табылады.
Құймалардың қасиеті әрине оның құрамына тәуелді, бірақ онымен қатар
шынықтыру әдісіне (температураға) байланысты.
Ғылым мен техниканың өскелең талабына сай керекті жаңа құймалар жасау
өте қарқынды дамуда. Мысалы, аса қатты құймалар жасап шығу үшін болаттарға
бор, азот және басқа элементтер қосылады. Металдардың ең жеңілі литийді
негізге алып аса жеңіл құйма жасап шығаруда алыс болмас деп сенуге болады.
Космостық зымырандар, кемелер жасауда да әрине құймалар өзіне сай орын
алады. [8-9]
1.2 Пирометаллургиялық процестердің негіздері
Негізінен металдардың өндірісінде металлургиялық процестер кеңінен
қолданылады. Сонымен қатар кен мен қалдықтардан металдарды бөліп алу
өндірістерінде технологиялық процестерде қолданылады. Жалпы металлургиялық
процестер жүйелі үш бөлімнен тұрады.
1. Кенді дайындау. Кеннен металл алу жағдайына айландыру күйін
қамтамасыз ету.
2. Тотықсыздандыру. Бос металл бөлінгенге дейін, кеннің құрамындағы
қосылыстардың тотықсыздануы.
3 Алынған металды екінші рет өңдеу.
Кенді дайындау. Бұл кезең кеннің өзінің құрамына және құрамындағы
металдардың химиялық байланыстарының формасына қарай механикалық және
физика-химиялық операцияларға бөлінеді.Мұндай операцияларға кенді ұсақтау
немесе ірілету, кенді байыту және классификациялау, сонымен қатар кеннің
құрамындағы металдардың химиялық байланыстарын өзгерту арқылы
тотықсыздандыруға дайындау жатады. Көбіне осы операцияның соңғы кезеңінің
өтілуі, металл оксидтерді тотықсыздандыруда, галоген металдардан бөле
жүргізіледі, осыған байланысты кеннің құрамындағы қалған қосылыстарды
(сульфидтер, гидроксидтер) оксид алу операциясына аударылады. Бұл сәйкес
реагенттер қатысында, жоғары температурада кенді байыту арқылы жүргізіледі.
(1- схема)
Тотықсыздандыру. ( кеннен металды бөлу). Бұл кезең
тотықсыздандырғыштың табиғатына және тотықсыздандыру процесінің жағдайына
қарай түрленеді. Тотықсыздандырғыш ретінде химиялық реагенттер (сутегі,
көміртегі (ІІ) оксиді, көміртек, металдар) қолданылады. Сонымен қатар
тотықсыздандыру процесі ток қатысында ерітіндіде, қатты фазаны балқыту
кезінде жүргізіледі. Осыған байланысты тотықсыздандыру процесі келесі
әдістерге бөлінеді:
1. Пирометаллургиялық тотықсыздандыру – химиялық тотықсыздандырғыштар
қатысында, жоғары температурада қатты фазаны балқыту процесі:
FeO + CO = Feo + CO2 (7)
2. Гидрометаллургиялық тотықсыздандыру – сулы орталарда химиялық
реагенттер қатысында жүргізіледі:
CuSO4 + Zn = Cuo + ZnSO4 (8)
3. Электропирометаллургиялық – затты жоғары температурада электр
тоғының әсерімен балқыту процесі:
Al2O3 + 6e- = 2Alo + 3O2- (9)
4. Электрогидрометаллургиялық - сулы орталарда электр тогының
әсерімен тотықсыздандыру процесі:
CuSO4 + 2е- = Cuo + SO42-
(10)
Осы аталған әдістер көптеген металдарды кеннен бөліп алу процестерінде
кеңінен қолданылады.
Екінші рет өңдеу. Тотықсызданған металдың құрамындағы бөгде
қосылыстардан арылу үшін және крисалдық структурасын қайта құру мақсатында
оның құрамы мен қасиетін өзгертіп тазалайды. Металдарды екіншілік өңдеу
операциясы дистилляция, қайта балқыту, электролиз әдістері арқылы
жүргізіледі, нәтижесінде шыныққан, жұмсақ металл тағы басқа балқымалар
алынады.
Металдарды кеннен бөлу өндірісінің жалпы схемасы. (2-схема)
І – Кенді дайындау,
ІІ –Тотықсыздандыру,
ІІІ –Екінші рет өңдеу,
Т –Термиялық өңдеу,
Т1 –Тотықсыздандырғыш,
Технологиялық процестердің әдістеріне сәйкес кенді дайындау кезеңі
пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық болып бөлінеді.
Жоғарыда айтылғандай пирометаллургиялық процестер жоғары
температураларда кеннің толық немесе жартылай балқуымен жүргізіледі.
Бұл процестерге:
- өртеу – кеннің химиялық құрамын өзгерту мақсатында, қатты фазада,
жоғары температурада жүргізілетін процесс. Өртеу жағдайы кеннің құрамы мен
процесті бекітуге байланысты. Құрамында металл сульфидтері бар кендерді
өртеу арқылы олардың оксидтеріне дейін тотықтырады, ал кенді магнитті
байыту кезінде тотықсыздандыру процесіне ұшыратады.
- балқыта тотықсыздандыру - бұл жоғары температурада кенді толық балқыту
арқылы металл оксидтерін тотықсыздандыру процесі.
- дистилляция (тазарту) – бұл процесс өңделінген заттың (блқыған күйдегі
металдардың) компоненттерінің түрлі ұшқыш қасиеттеріне қарай бөлу мақсатына
негізделген.
Осы аталған процестер жүргізілгенде атмосфераға көмір қышқыл газы (СО2)
және тағы басқа газдар көп мөлшерде бөлінеді. Ал кенді өңдегеннен кейінгі
қалдықтар литосфераға тасталынады.
Ал гидрометаллургиялық процестер сулы ортада қатты фазаны сұйық фазаға
өткізу шекарасында жүргізіледі. Гидромлталлургиялық процестің негізгі
операциясы бұл – сілтісіздендіру, яғни кеннің құрамындғы металл
қосылыстарын еріткіштерде еріту арқылы қатты фазадан сұйық фазаға өткізіп,
сәйкесінше реагенттер қосу арқылы ерігіштігі нашар заттарды тұндыру болып
табылады. [10]
1.3 Темір кендерін өңдеудің белгілі әдістері
Темір кендері негізінен оксид болғандықтан оларды көмірмен
тотықсыздандырады. Бірақ, балқыған темір өз ішінде көмірді ерітеді, міне,
сондықтан тотықсызданған темір таза түрде емес, ішінде еріген, 1,7-5 %
көміртек және басқа қоспалары бар құйма түрінде шығады, ол құйма шойын деп
аталады. Шойында көміртектен басқа күкірт, кремний, фосфор, марганец т.б.
элементтер болады. Шойынды домна пештерінде алады.
Домна пешінің биіктігі 25-30 м, ішкі диаметрі — 6 м, іші отқа берік
кірпіштермен қаланған, жармасы (1 – суретте көрсетілген) оның негізгі
бөлімдерінің аттары, атқаратын қызметі келтірілген.
Домнада болатын процеске шикізат ретінде керегі: кен, отын, флюс және
ауа. Кен ретінде жоғарыда айтылған темір оксидтері алынады.Домнаның отыны –
кокс. Кокстың маңызы 1) өте жоғары температурада өтетін темірдің
тотықсыздану процесіне керекті жылуды береді, 2) тотықсыздандырғыш, 3)
балқыған темірде еріп оны шойынға айналдырады. Қандай кенде болсын бос
жыныс болады, ол көмірден қалған күлмен араласып, домнаның ішінде керексіз
(балласт) затты көбейтеді. Міне осылардан құтылу үшін домнаға керексіз
заттармен химиялық реакцияласып, оңай балқитын қож түзетін заттар — флюс
салынады. Флюс ретінде әктас СаС03 немесе доломит СаС03*МgС03 алынады.
Домнадағы кокстың жануына өте көп ауа жүмсалады, оның қаншалықты көп
екендігін мына есептен көруге болады. 1 т шойынға 1 т кокс керек, ол жану
үшін 4000 м3 ауа керек. Сонда бір тәулікте 1000 т шойын өндіретін домнаға
4000000 м3, немесе 5000 т ауа керек. Демек, минутына 3500 м3 ауа үрлеу
керек.
Домнаның заплечнигінде жоғары температурада түзілген отындағы
көміртекпен тотықсызданып, көміртек (II) оксидін түзеді.
Домнада жүретін химиялық процестер төрт түрлі болады:
1.Темірдің және басқа аралас журген элементтердің тотықсыздануы, 500-
1000° С шамасында өтеді. Домнаның фурмдарының аймағында (2-сурет) қызған
кокс ауамен реакцияласып жанады:
С+02=С02 ▲Н=409,952 кДжмоль
(11)
СО2 + С = 2С0 ▲Н =160,6656 кДжмоль (12)
Осы реакциялар нәтижесіңде өте қызған газдар қоспасы түзіледі, оның 35%
СО, 65 % N2 (ауамен келген азот). Көміртек (II) оксиді домна бойымен жоғары
көтеріледі, оған қарсы жоғарыдан төмен түскен темір кенімен жанасып, ондағы
темірді тотықсыздандырады:
Ғе203+ЗСО=2Ғе+ЗС02
(13)
Кендегі аралас жүрген оксидтер де темірмен қабаттаса, тотықсызданады:
МnО+С=Мn+СО ▲Н° =278,236 кДжмоль (14)
SiО2+2С=Sі+2СО ▲Н° =618,8136 кДжмоль (15)
Р205+5С=2Р+5СО ▲Н° =921,3168 кДжмоль (16)
2.Шойын тузілуі. Темір алғаш тотықсызданғанда қатты
күйде болады, домнаның төменіндегі жоғары температуралы
бөліміне келгенде балқып, ішіне көміртекті ерітіп, онымен
қатты ерітінді түзеді. Сонымен қатар химиялық қосылыс —
темір карбиді, немесе цементит Ғе3С түзіледі.
ЗҒеО+5СО=Ғе3С + 4С02 (17)
ЗҒе+С= Ғе3С (18)
Түзілген цементит те темірде ериді. Осылайша көміртектенген темір төмен
түсіп, горнға (көрікке) келген жерде сол арада тотықсызданып шыққан
марганец пен кремнийді (пайдалы қоспа) және күкірт пен фосфорды (зиянды
қоспа) өз ішіне тағы ерітіп, шойын түзеді. Шойынның балқу температурасы
1140-1150°, ол сұйық күйде горнға жиналып, содан дүркін-дүркін ағызылып
шығарылады.
3.Қож тузілуі. Флюс ретінде алынатын карбонаттар
домнаның жоғарғы бөлімінде-ақ (500° маңы) айрылады:
СаС03=СаО+С02↑; (19), МgС03=Мg0+С02↑ (20)
Кендегі бос жыныс дейтініміз негізінде, кремнезем - SiO2. Осы оксидтер
домнаның қызу жері - распардан төмен түсісімен реакцияласып, кальций мен
магнийдің силикатын түзеді:
СаО+SiO2=СаSi03; (21), Мg0+Sі02=МgSiO3
(22)
Осы екі түздың құймасы алғашқы қож түзеді.
Қождың меншікті салмағы 2,3, шойындiкі 7, сондықтан қож шойынның үстіне
жиналып, екеуі араласпайтын екі қабат түзеді, әрі қож шойынның бетін
тотығудан қорғайды.
4. Домна газының тузілуі. Домнадан бөлініп шығатын газды домна, не
колошник газы дейді, ол негізінде — азот, көміртек оксиді және көміртек
диоксидінен тұрады. Мұндағы азот ауамен келеді, СО мен С02 түзілуі өткен
реакцияларда көсетілді.
Біздің елде қазіргі кезде, домнаға ауаның орнына оттекті немесе
оттекпен байытылған ауа үрленетін болды, одан домнаның өнімділігі артып,
процес тездеп, отын шығыны кемиді. Домнадан шығатын домна газы отын ретінде
қолданылады.
Домнаға алдымен кокс салынады, соның үстіне қабаттап, кезектестіріп
кен, кокс, флюс тағы кокс және т.с. салына береді. Домнадағы процесс
үздіксіз процесс, домна бірнеше жыл тоқтамастан істейді, тиісті мерзімі
жеткенде оны тоқтатып, тазалап жөндейді.
Сонымен шойын дейтініміз темір (90-93 %), оның ішінде еріген —
көміртек, цементит, марганец, кремний, фосфор, күкірт болады.
Кейбіреулерінде әуелдегі темір кенімен келген хром, никель, ванадий және
басқа металдар болады. Шойынның құрамындағы осылардың әрқайсысы өзінше
шойынның қасиетіне әсер етеді. [11]
Көміртек қатты темірде 4 %-дан артық болмау керек, сұйық темірде
көбірек ериді. Шойындағы көміртек не бос күйде (графит түрінде), не
цементит Ғе3С түрінде болады. Осы көміртектің шойын ішінде қандай түрде
болуына байланысты, шойынның қасиеттері әр түрлі болады.
Шойынды баяу суытса, ондағы цементит Ғе3С айрылып, темір мен көміртекке
(графитке) айналады. Сол графиттің қаралығынан шойынның да жарылған жері
күңгірт тартып тұрады, мұны сұр шойын дейді. Мұнда кремний біраз (2-3,5 %)
болады. Сұр шойын, ішінде цементит болмағандықтан жұмсақ болады, қалыпқа
(формаға) жақсы құйылады, бірақ оңай жарылады. Сұр шойыннан машиналардың
тұлғасын, құбырлар, плиталар т.б. ірі заттар құйылып жасалады.
Шойынды тез суытса, ондағы цементит айрылып үлгермейді, ол шойын
ішінде сол қалпында қалғандықтан шойынға қаттылық, әрі томырықтық
қасиет береді. Жарылған беті жарқыраған, ақшыл таза болғандықтан оны ақ
шойын деп атайды. Мұнда кремний аз (1%), бірақ біраз марганец (1-1,5 %)
болады. Ақ шойын сол қалпында қолданылмайды, оны тағы өндеп болат және
темірге айналдырады.
Шойынның құрамындағы көміртекті азайтса, қатты болат (С-0,3-2%) және
жұмсақ болат (С-0,3% кем) яғни темір алынады.
Шойындағы басқа қоспалардың да мынадай әсері бар.
Марганец шойынның ішінде темір карбиді Ғе3С түзілуіне сөйтіп онда
көміртек көбірек қалып, ақ шойынға айналуына әсер етеді. Хром мен
ванадийдің де әсері осындай.
Кремний, керсінше, шойын суығанда темір карбидінің айрылуына, демек сұр
шойынның түзілуіне себепкер болады. Никельдің де әсері сондай.
Фосфор аз мөлшерде пайдалы, шойынды жақсы балқып бір тегіс құйылатын
етеді, бірақ мөлшері артып кетсе, ондай шойын жарылғыш, томырық болады.
Кукірт араласқан шойын қызған күйінде де соғуға келмейді, жарылып,
сынып кетеді. [12]
Колошник
Шахта
Распар
Көрік
Шойын
ШЫҒАР
1 -Сурет. Домна пеші
2 -Сурет. Домнадағы процестр
Шойынның механикалық қасиеттері мақтарлықтай емес. Қанша дегенмен де
ішіндегі көміртек оны томырық, оңай жарылып сынғыш етеді. Сондықтан
өндірілетін шойынның 25%-ы ғана шойын қалпында ұсталып, 75% болат және
темірге өңделеді.
Шойынды болатқа аударудағы негізгі жұмыс құрамындағы көміртекті азайту,
ол үшін көміртекті жандырып, оксидке айналдырып ұшырады, бұл жандыру
кезінде марганец пен кремний де тотығады. Фосфорды қожға аудару арқылы
азайтады. Ал күкірттен құтылу қиын жүмыс.
Шойынды болатқа аудару үшін Бессемер, Томас, Мартен және электр балқыту
әдістері қолданылады.
Бессемер (1856 ж.) үсынған әдісі бойынша балқыған шойынның ішімен ауа
үрлеп өткізеді.
Металдан жасалған үлкен 40-50т шойын сиятын, ішкі қабырғасы отқа берік
кірпішпен қаланған ретортаны — конвертор дейді. Конвертор төңкеруге
келетіндей етіп бекітіледі (3 -сурет). Конвертордың түбіндегі тар тесіктер
арқылы қатты сығылып үрлеген ауа, шойынның тұла бойын тесіп өтіп, ондағы
қоспаларды тотықтырады. Алдымен кремний мен марганец, одан кейін көміртек
тотығады. Бессемерлеу 10-12 минутта бітеді, одан кейін конверторды төңкеріп
босатып, келесі шойынды бессемерлеуге даярлайды. Бір конверторда бір
тәулікте процесті 40-45 рет қайталады.
3 -Сурет. Конвертор жармасының сұлбасы
Шойындағы фосфордан арылу үшін Томас пен Джилькристтің ұсынысы бойынша,
конвертордың ішкі қалауын (футеровкасын) доломит пен әктің қоспасынан
жасайды. Осылардың ішіндегі кальций оксиді тотыққан фосформен (Р2О5)
реакцияласып:
4СаО+ Р205=Саз(Р04)2 +СаО ▲Н° =667,35 кДжмоль (23)
қож түзеді, оны томасқож деп атап, тыңайтқыш ретінде пайдаланады.
Бессемер, Томас әдісінің мынадай кемшіліктері де бар:
1. Процесс тез жүретіндіктен оны басқару қиын,
металға қож араласады, сондықтан жоғары сапалы болат алу да
қиын.
2. Шойындағы темірдің 10 %-ы тотығып кетеді.
3. Конверторға құятын шойын сұйық болуы қолайсыздық туғызады.
Мартен (1865 ж) үсынған әдісте бұл кемшіліктер жоқ. Мартен әдісінде
регенератив пеші (4 -сурет) қолданылады.
Пеште төрт регенератор-камера бар (І-ІV), олардың іші отқа берік
кірпішпен арасынан газ өтетіндей етіп қаланған. Газ өткізгіш (1) арқылы IV
регенераторға ауа, ал газ өткізгіш (2 жөне 3) арқылы III регенераторға
жанғыш газ (генератор газы) енгізіледі Екі газ араласып пештің алқабында
жанады. Жанғанда түзілген ыстық газдар генератор (I- және II-) арқылы өтіп,
оның кірпішін қыздырып, құбыр (4) арқылы мұржадан шығып кетеді. Шүмектерді
(5 және 6) бұраса, газдардың бағыты өзгереді: ауа мен жанғыш газдар I- және
ІІ-регенераторға барады, мұндағы қызған кірпіштен температурасы 900оС дейін
көтеріліп, өздері жанғанда 1800о дейін қызу береді; жанғаннан түзілген
газдар
4-Сурет. Регенератив пешінің сұлбасы
енді III-IV регенератордың кірпіштерін ысытып, одан кейін мұржаға кетеді.
Мартен әдісінде, пешке шойынды (қатты күйде), темір сынықтарын, кенді
үшеуін араластырып салып, балқытады. Тотықтыруға керекті оттек ауамен және
кенмен бірге келеді.
Осы үшеуін араластырғанда салмақ қатынастарын өзгерту арқылы, құрамында
керекті мөлшерде көміртек бар болат алуға болады.
Соңғы кезде болат қорытуға электр пештер қолданатын болды, мұнда
температура 2000°С-ге дейін жеткізіледі. Қорыту процесі мартен пешіндегіге
ұқсас, бірақ пештің режимін басқарып отыру оңай болғандықтан, алынатын
болаттың сапасы жоғары болады.
Қай әдіспен болса да, шойыннан болат алу дейтініміз, шойындағы
көміртектің және тағы басқа қоспаларының мөлшерін азайтатын тотығу процесі.
Темірді домнасыз алу соңғы кезде шыққан келешегі зор әдіс. Ол әдіс
бойынша құрамында темірі аз ("кедей") кендерді де өндейді, әрі кокс аз
шығындалады. Мұнда шойын орнына кесек-кесек болып темір шығады, оның
қоспалары да аз болады. Ондай темірден болат жасау үшін шойынмен қосып
балқытады (көміртек араластыру үшін). [13]
Болаттың физикалық, әсіресе механикалық қасиеттері оның ішкі құрылымына
байланысты. Болаттың құрылымын жақсарту үшін оны термиялық өндейді;
термиялық өндеудің маңызды әдісі болатты суару және жасыту.
Болатты суарғанда 760-900°С дейін қыздырып, бірден суға малып суытады,
мұның нәтижесінде болат қатты және берік болады, бірақ томырық, морт сынғыш
келеді
Суарған болатты қайта қыздырып, біртіндеп суытсақ, болат босап,
жұмсап, жасиды.
Термиялық өңдеу кезінде болат ішінде химиялық
процестер жүреді. Суару процесіндегі болатын өзгеріс былай
түсіндіріледі. Болат құрамындағы цементит жоғары температурада темірмен
аустенит деп аталатын (балқыған γ-Ғе-
дегі көміртектің ерітіндісі) қатты ерітінді түзеді, аустенит өте
қатты зат, әрі жоғары температурада ғана тұрақты, бірақ
қыздырған болатты суға малып, бірден суытқанда аустенит
айрылып үлгермей, суарған болат құрамында қала береді. Шын
мәнісінде, болатты суарғанда құрамындағы аустенит өзгеріп, айтылған
жағдайда өзінен гөрі қаттылығы артық мартенситке (α-Ғе ішіндегі көміртектің
аса қанық ерітіндісі) айналады. Ал, болатты жасытқанда — ол баяу суыған
кезде, аустенит айрылып, қайтадан цементит пен феррит (α-Ғе ішіндегі С
ерітіндісі) түзіледі, содан болат жұмсарады.
Болаттан жасалған кейбір заттардың сырты қатты,
жұмсақ болуы керек кездер болады, мысалы автомашинаның ось
темірінің сырты қажалмайтын қатты болумен бірге машинаны ой-шұқырда соққан
кезде, ось морт сынып кетпес үшін ішкі денесі жүмсақ болуы керек. Міне
осындайда металдың сыртқы бетінің химиялық құрамын өзгертетін бірнеше
әдістер бар:
Цементтеу — жұмсақ болаттан жасалған заттың сыртқы бетіне көміртек
сіңіреді, ол үшін бұл затты көміртек (II) оксиді ішінде, не көмір толтырған
ыдыста қыздырады. Сонда оның сыртының 0,5-2 мм қабаты қатайып, берік
болады.
Азоттау үшін болаттан жасалған затты аммиак ішінде 500-600°-та 20 минут
ұстайды. Аммиактан ажырап шығатын атомдалған азот диффузия арқылы металдың
бетіне сіңіп, сол арада нитридтер Ғе2N, Ғе4N және АlN, СгN т.т. түзеді
(нитридтер өте қатты заттар).
Циандау — болаттан жасалған заттың сыртқы бетін
көміртек, әрі азотпен байыту. Ол үшін бұл затты натрий
цианидінің басқа тұздармен балқыған қоспасына
(NаСN+NаСг+Nа2СОз) малады, сонда металдың бетінде нитрид, карбидтердің
қоспасы түзіледі (қалындығы 0,1-0,2 мм). Осы сияқты жылу арқылы силицийлеу,
алюминийлеу (алитирлеу), хромдау әдістері бар.
Болаттардың құрылымын өзгерту арқылы сапасын жақсарту әдістерін алғаш
үсынған атақты металлург Д.К. Чернов (1839-1921 ж) болды.
Осы күні болатты таза күйде қолдану сиреп барады.
Болаттың арнаулы, сапалы (легированная сталь) түрлері алынады, ол үшін
оған тиісті мөлшерде бір не бірнеше металл араластырады. [14-15]
1.4 Темір және оның қосылыстарының физика-химиялық қасиеттері
1.4.1 Темірдің физика - химиялық қасиеттері
Табиғатта темір бос күйінде жиі кездеспейді. Негізінде ол қосылыстар
түрінде (тотық, карбонат, сульфид, арсенид, сульфат, тиоарсенид, фосфат,
силикат және т.б.) әр түрлі минералдар құрамында кездеседі. Жер қабатында
темірдің үлесі — 4,7%, ал космостық денелерде көптеп кездеседі. Бос күйінде
темір метеориттің (темір балқымасы, 5-20%-ті никельде) немесе
металлургиялық құрамда кездеседі. α-Ғе, феррит, оның орташа химиялық
кұрамы: 2% - Ni, 0,3% - Со, 0,4% - Сu, жэне 0,1% - Рt. Табиғи темір кубтық
кристалл, тығыздығы 7-7,8 гсм3, қаттылығы Моасса шкаласы бойынша 4-5 және
магниттік қасиетке ие.
Темір ақ түсті, жылтыр, магниттелген металл; созылғыш және басқа да
механикалық әсерлерден пішінін оңай өзгертеді.
Темірдің химиялық қасиеттері жағынан орташа активті металдарға жатады.
Қалыпты температурада баяу тотығады, ал қыздырғанда оттегімен,
галогендермен, күкірт пен тағы басқа металл еместермен әрекеттеседі. Темір
химиялық қосылыстарда +2, +3, +6 тотығу дәрежелерін көрсетеді. Ол әлсіздеу
тотыктырғыштармен Ғе3+ионын түзе әрекеттеседі.
Темірдің стандартты электродтық потенциалы теріс болғандықтан,
сұйытылған қышқылдармен әрекеттескенде сутегін ығыстырады:
Ғе +Н2 SО4 = Ғе SО4 +Н2
(24)
Қызарғанша қыздырылған темір судан сутегін ығыстырады:
ЗҒе+4Н2О = Ғе3О4+4Н2
(25)
Темір сұйытылған азот қышқылында еріп, +2 зарядты ионға тотығады:
ЗҒе+8НNО3=ЗҒе (NО3)2+2NO+4Н2О
(26)
Темір қыздырылғанда концентрлі азот қышқылында және күкірт қышқылында
еріп +3 зарядты ионға тотығады:
Ғе + 6НNОз=Ғе(NО3)3 + ЗNО2
+ ЗН2О (27)
2Ғе + 6Н2SО4 = Ғе2(SО4)з+
3SО2 + 6Н2О (28)
Суық концентрлі азот және күкірт қышқылдарымен
темір әрекеттеспейді, өйткені ол пассивтеледі.
Темір қосылыстары. Темір (ІІ) оксиді ҒеО ... 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