Қорғасын және оның қосылыстарын зерттеу

    Шикізатты комплексті түрде пайдалану және рафинация технологиясын жақсарту, өнімдердің сапасын жақсартумен байланысты. Бұл заводта таза және тазалығы өте жоғары қорғасын, кадмий, висмут алынады. Заводтың шығарылатын қорғасынның барлық маркаларына мемлекеттік сапалық таңба тағылып, қорғасынның CO-OOO маркасы Лейпциг жәрмеңкесінде алтын  медальмен наградталды. Шығыс Қазақстанның, Өскемен қаласында 1947 жылдан жұмысқа қосылған мырыш заводының жанынан 1951 жылы құрылыс жұмыстары бастап, қысқа мерзімде қорғасын заводы салынып, 1952 жылы қорғасын алынды. Заводты салғанда отанымыздың және шет мемлекеттердің табыстары, тәжірибелері толығымен пайдаланылды. Қорғасын заводы іске қосылғаннан бастап бұл өндірістер бірігіп қорғасын мырыш комбинаты атағына ие болды. Заводта бірінші рет аглошихтаны қабаттап дайындау, қорыту процесін мырышы көп шлакта жүргізу игерілді, мұның өзі флюстердің шығынын азайтуға мүмкіндік туғызды. 1955 жылы мысты қорғасынды штейнді конвертерлеу цехы іске қосылды. 1956 жылы шлакты өңдеуге фьюминг құрылғы іске қосылып, завод бойынша қорғасынның шығымын 1-1,5 %-ке көтеруге жағдай туғызды. Сілтілі сұйық балқымаларды өңдеу ұйымдастырылып реагенттер шығындары төмендетілді. 1958 жылы күмісті көбікті электротермиялық әдіспен өңдеу өндіріске енгізіліп, купеляция бөлімшесінің өнімі көбейіп, шикізатты комплексті түрде пайдалануға мүмкіндік туды.

     Техника – экономикалық көрсеткіштерге, былайша айтқанда металдарды комплексті түрде шығарып алуда қорғасын заводы алдыңғы қатардан орын алып, шет мемлекеттердегі жақсы деген заводтардан қалыспайды. 1958 жылы заводта шахтылы пешке ауаны оттегін қосып үрлеу іске қосылып пештің өнімі көбейтіліп, металдың шығымы артылып, кокстің шығымы азайтылды, жалпы қорыту процесі жақсартылды. Бұдан басқа да  техникалық жаңалықтар өндіріске енгізіліп, қорғасынның шығымы көбейтіліп, шикізатты комплексті түрде игеру жақсартылды. Қазіргі жағдайда ең күрделі көрсеткішке заводта алынатын өнімнің сапасы жатады. Осы тұрғыдан қарағанда комбинатта алынатын қорғасын, мырыш және кадмий Лондонның түсті металдар биржасында сапаның саудалық үлгісі ретінде қабылданғанын айта кетуіміз керек.

    Қорғасынды өндіргенде негізгі бағыт шихтаны қорытқанда қолданылатын технологиялық процес шығатын газдардың көлемін азайтып, күкіртті газдың концентрациясын көбейтіп, шихтадан максималды түрде күкіртті ұстау, атмосфераны ыластамау, металдың шығымын көбейту. Осы аталған шарттарға авмогенді жүргізілетін процестер сәйкес келеді. Мұның ішінде Қазақстан ғалымдарының қатысуларымен жасалған КИВЦЭТ – ЦС процесі жоғарыда қойылған шарттарды орындарға мүмкіндік береді. Осы процес Өскемен қорғасын заводында өндіріске енгізіліп жұмыс өнімін 1,5 есе асыруға, шикізатты комплексті түрде пайдалану дәрежесін өсіруге, отын шығынын азайтуға, атмосфераға зиянды газдардың ұшуын азайтуға өзінің келешегі мол екенін көрсетті. Бұл процес бұдан былай жақсартылып, басқа да заводтарға енгізілуі мүмкін. Республикамыздағы қорғасын заводтары өздерінің техникалық жабдықталуымен, шығаратын өнімдерінің сапаларымен және шикізаттағы комплексті түрде игерумен біздің егемендік мемлекеттер арасындағы алдыңғы қатарда келеді, ал бірнеше көрсеткіштері шет мемлекет заводтарының көрсеткіштеріне кем түспейді. Қазақстан қорғасын заводтарының  өнімдерімен біздің егеменді алған мемлекеттер ғана емес, дүние жүздік сауда базары таныс. Қазіргі жағдайда Қазақстанда шығарылатын қорғасын өзіміздің техниканы, шаруашылықта толығымен қамтамасыз етіп қана қоймай, басқа мемлекеттерге де экспортқа жіберуге болатын жәрежеге жетіп отыр. Қорғасын өзінің физикалық және химиялық қасиеттеріне сәйкес ғылымның, техниканың, шауашылықтың көп салаларында пайдаланылатын болды. [1;4-8]  

 

           1.2 Қорғасынның алыну жолдары

Қорғасын өндіру үшін оны  кейін флотация арқылы байытады.одан шыққан концентратта 40-80% Pb болады. Концентраттағы қорғасында көбізне пмрометаллургия әдісімен алады, ол екі сатыдан тұрады.

1.Өртеп күйдіру. Кенді механикалық пештерде ауа үрлеп өртейді (600⁰С), онда мына процесс жүреді:

2PbS + 3O₂ = 2PbO + 2SO₂

2.Тотықсыздандыру. Шахта пештерінде тотықсыздандырғыш әрі отын ретінде кокс алынып, мынадай процесс өткізеді (1400-1500⁰С):

PbO + C = Pb + CO

Пирометаллургия әдісінің екінші түрі бар. Ол да екі сатыдан тұрады:

1.Өртеп күйдіру процесінде жоғарыда айтылған реакциямен қатар мына реакция да өтеді:

PbS + 2O₂ = PbSO₄

Бұл процестер арнаулы  пеште өткізіледі, одан кейін ауаның келуін тоқтатып, сол пештің өзінің ішінде, температурасын 800-900⁰С дейін көтеріп, өртеліп болмаған PbS-пен өртеліп шыққан өнімдерді реакцияластырады:

PbS + 2PbO = 3Pb + SO₂

PbS + PbSO₄ = 2Pb + 2SO₂

Бұл шыққан қорғасын көбіне, Cu, As, Sn, Sb, Bi және асыл металдар (Ag, Au) қоспасы болады. Бұлардан тазалау өзі-өз алдына бір сала жұмыс. [3;512-513]

  1.3 Қорғасынның физикалық қасиеттері

    Қорғасын көкшілдеу-сұрғылт металл, символы – Pb, қатты күйінде үлесті салмағы 11,35г/см³, бірақта үлесті салмағы балқыған жағдайда температураға қарай өзгереді, орта есеппен алғанда онға тең. Қорғасынның жаңа сынығы металл тәрізді күшті жылтылдайды. Балқу температурасы 327,4⁰С, қайнау температурасы 1750⁰С. Қорғасын өте сұйық, аққыш металл, оның тұтқырлығы сумен салыстырғанда небәрі екі-ақ есе көп.

    Қорғасынның тұтқырлығы температура жоғарылаған сайын азаяды. Қорғасын металдар арасында ең жұмсақ металл, жақсы прокатталады және жеңіл созылады. Қорғасын өңдеуге жеңіл, құю қасиеті жақсы металл. Қорғасын жеңіл балқитын металл. Өндірісте орын алған қорғасын шығыны көбңнесе қорғасынның жеңіл ұшу қасиеттерімен байланысты. Кейбір қоспалар, мысалы, мышьяк және сурьма қорғасынның ұшуын көбейте түседі. Қорғасынның жылу өткізгіштігі, күмістің жылу өткізгіштігін 100 пайыз деп алғанда, небәрі 7,5 пайыз ғана болады. Ал электр өткізгіштігі күмістің электр өткізгіштігінен және электр өткізгіштігі мыспен салыстырғанда он есе аз.

   Қорғасын темірден басқа көпшілік металдармен жай және күрделі қорытпалар береді. Төмендегі кестеде солардың ішінен көп таралған қорытпалардың құрамы келтірілген /пайыз мөлшерімен/:

 

Элемент қорытпалар:	Pb	Sb	Sn	Cu
Бабиттер	70-75	13-16	5-10	1,5
Дәнекерлер	10-90	1,5-6,0	4-9	-
Типографиялық металл	70-90	5-15	5-10	-
Сурьмалы қорғасын	75-90	10-25	-

 

 Қорғасын жеңіл балқитын  қорытпалардың да құрамына кіреді. Мысалы: қорытпалар құрамында қорғасыннан  басқа қалайы, кадмий, висмут және  сынап болса, мұндай қорытпа  100⁰С-қа жетпей балқып, сұйық жағдайға ауысады. [2; 8-9]

   1.4 Қорғасынның химиялық қасиеттері

     Қорғасын Д.И. Менделеевтің химиялық элементтерінің периодикалық системасының IV группасында орналасқан, реттік нөмірі 82, атомдық салмағы 207,2, валенттілігі 2 және 4.

    Құрғақ ауада қорғасын химиялық өзгермейді және өзінің металл сияқты жылтырауын сақтайды. Дымқыл ауада және көміртекті қышқыл газды ауада қорғасын тотық қабыршығымен қапталып көміскіленеді. Балқыған қорғасын ауа қатынасқанда ақырындап шала тотыққа дейін тотығып, температура жоғарылаған сайын толық тотыққа /PbO – глет/ түрленеді. Қорғасынның белгілі тотықтары Pb₂O₃ және Pb₃O₄. Қорғасынның PbO-ға және О-қа жіктеледі /диссоциаланады/. Оттегісіз таза су қорғасынға әсер етпейді. Жәй құрамында оттегі және әртүрлі тұздары бар су қорғасынның бетінде тұнбаның тығыз ерімейтін қыртысын құрайды. Тұз қышқылы және күкірт қышқылдары қорғасынның бетіне ғана әсерін тигізе алады, өйткені олардан пайда болған PbCl₂ және PbSO₄ ерімейді, осы себептен қорғасынды қышқылдардың әрекетінен сақтайды. Қорғасын күкірт қышқылына өте берік металл, концентрациясы жоғары күкірт қышқылы температура 200⁰С-ден асқанда ғана қорғасынды ерітеді. Балқытқыш қышқыл /HF/ қорғасынға әсерін тигізе алмайды. Сілтілі натрийдің әлсіз ерітіндісі ауа қатысқанда және аммиактың ерітінділері қорғасынды жайлап ерітеді, ал газ күйіндегі аммиак әсерін тигізе алмайды. Калийдің, натрийдің күкіртті қышқыл тұздары және темір, мыс купоростары қорғасынға елеулі әсер тигізе алмайды. Соданың, поташтың, цианды калийдің, минералдық майдың ерітінділері қорғасынға әсерін тигізбейді. Қорғасын күкіртті газда өте берік, төзімді. Қорғасын және оның қосылыстары өте улы болып саналады.[2;9-10]

Қорғасын 80 пайыздан жоғары күкірт қышқылымен әрекеттесіп, нәтижесінде  қорғасын дигидросульфаты түзіледі (30-50⁰C), ал концентрлі күкірт қышқылымен әрекеттескен кезде, онда қорғасын сульфаты түзіледі:

Pb + 3H₂SO₄ (>80%) = Pb(HSO₄)₂ + SO_{2 + 2H2}O

Pb + H₂SO₄ (конц.) = PbSO₄↓ + SO_{2 + 2H2}O (қайн.)

Қорғасынды азот қышқылы  жақсы ерітеді, әсіресе сұйытылған қышқылы.

Pb + 8HNO₃ (сұйыт.)= 3Pb(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Қорғасын сулы ортада концентрленген негізбен әрекеттескенде кешенді қосылыс  түзіледі:

Pb + NaOH (конц.) + 2H₂O Na + H₂↑

Қорғасын ауа қатысында  температура жоғарылаған сайын  толық тотыққа ие болады (600⁰С-тан жоғары):

2Pb + O₂ = 2PbO

Қорғасын күкіртпен әрекеттесу нәтижесінде, оның ең маңызды қосылысы қорғасын жылтыры алынады:

Pb + S = PbS

Қорғасын сумен реакцияласпайды, бірақ суда еріген оттек әсерінен, мына реакцияға сәйкес біртіндеп  ери береді:

2Pb (ұнтақ) + 2H₂O + O₂   2Pb(OH)₂↓

 

Қорғасын (II) оксиді PbO немесе глет– қорғасынды ауада қыздырған кезде  түзілетін ұнтақ. Ол кристаллдану жағдайынан тәуелділікте екі түрөзгерісте болады: қызыл және сары глет . Ол сілтілермен әрекеттескен кезде ериді де қорғасынды қышқылдардың тұздарын – плюмбиттерді түзеді, мысалы:

PbO + 2NaOH = Na₂PbO₂ + H₂O

PbO оттектің қатысында ұзақ қыздырған кезде қорғасын жосасына Pb₃O₄ауысады. Бұл сарғылт-қызыл түсті ұнтақ, оны екі валентті қорғасынның қорғасынды қышқылдың тұзы ретінде қарастыруға болады.

    Қорғасын (IV) оксиді PbO₂– ол қара-қоңыр ұнтақ, оны химиялық реакцияларда күшті тотықтырғыш рөлінде пайдаланады. Сілтілермен әрекеттескен кезде ери келіп, қорғасын қышқылдарының тұздарын – плюмюбаттар түзеді. Мысалы:

PbO₂+ 2NaOH = Na₂PbO₃ + H₂O

    Қорғасын сульфиді PbS – суда және сұйытылған қышқылдарда іс жүзінде ерімейтін, қара түсті кристаллдық зат. Табиғатта галенит минералы түрінде болады. Аналитикалық химияда қолданылады. PbS-ті механикалық пештерде ауа үрлеп өртейді (600⁰С-тан жоғары),онда мына прцоцесс жүреді:

2PbS + 3O₂ = 2PbO + 2SO₂

Қорғасын жылтыры тұз  қышқылымен әрекеттескен кезде, күкіртсутекті  ығыстырып шығарады:

PbS + 2HCl = PbCl₂ + H₂S↑

Қорғасын жылтыры озонмен  жеіңл тотығады:

PbS + 4O₃ = PbSO₄ + 4O₂↑

    Қорғасын сульфаты PbSО₄ – суда нашар еритін, ақ түсті кристаллдық ұнтақ. Pb(II) тұздарының ерітіндісінен сұйылтылған күкірт қышқылымен тұндыру арқылы немесе қыздырған кездегі ауадағы оттекпен қорғасын сульфидін тотықтырумен алады:

Pb(NO₃)₂  + H₂SO₄  = PbSO₄+2HNO₃

Қорғасын хлориді  PbCl₂салқын суда және қышқылдарда ерімейді;  бірақ артық мөлшердегі сілтілерде ериді және ыстық суда ішінара ериді.

PbCl₂ + H₂O    Pb(OH)Cl + HCl

 

PbCl₂ + 2NaOH → Pb(OH)₂↓ + 2NaCl

 

Қорғасын нитраты Pb(NO₃)₂суда жақсы еритін, ақ түсті кристалдық зат болып келеді, әдетте зертханалық жұмыстарда пайдаланылады. Қорғасынның динитраты және ацетаты еритін қосылыс болғандықтан, қалған қосылыстарын алмасу реакциялары арқылы алуға болады:

Pb(NO₃)₂ + 2HCl = PbCl₂↓ + HNO₃

Pb(NO₃)₂ + H₂SO₄ = PbSO₄↓+ 2HNO₃

Pb(NO₃)₂ +2NaOH = Pb(OH)₂↓ + 2NaNO₃

1.5 Қорғасынның  қолданылуы

Қорғасын өзінің көптеген бағалы қасиеттерінің арқасында  адам тіршілігінде әр түрлі салаларда  жұмсалады. Өзінің үлесті салмағы үлкен  болғандықтан, оқ және бытыра жасауға  қолданылады. Асқан төзімділігінің арқасында химия өнеркәсіп орындарында  кеңінен пайдаланылады. Күкірт қышқылы  өндірісінде негізгі жабдықтар  – камералар, шаю башнялары /мұнаралары /, астаушалар, тұрбалар, мұздатқыштар, насос бөлшектері – бәрі қорғасынан жасалады, әйтпесе іштері қорғасынмен қапталады. Қозғалмалы бөлшектер, мысалы, желдеткіш қанаттары, араластырғыштар, айналмалы барабандар қорғасын мен сурьманың қортпаларынан жасалады. Қорғасын жалатқан болат бөлшектерде қолданылады. Қорғасынның коррозияға беріктігін жалғыз ғана қышқыл өндіргенде ғана пайдаланбайды, бұл қасиет электрохимиялық өндірісінде де кеңінен өріс алып, сонда пайдаланылады. Электролиз жүргізетін ванналар көбінесе ішкі жағынан қорғасынмен қапталады. Кейбір қорғасынның қосындылары лақты бояу түрінде металды коррозиядан сақтайды. Мысалы, қорғасынның негізгі көмір қышқыл тұзы /қорғасын әгі 2PbCO₃, Pb(OH)₂/ олифта жаншылған түрінде пайдаланылады. Мұндай әк өте жұғымтал, төзімді көпке дейін ауаның және судың әсерлеріне шыдамды қабыршақ құрайды. Қазіргі жағдайда қорғасын әгі сурет бояуларында және кеменің сыртын бояғанда қолданылады. Қорғасын әгі түрі ақ бояу, егер де оны отқа қыздырса, төрт оттегі қорғасын тотығын алуға болады /Pb₃O₄ /, бұның атын сурик дейді /қызыл жоса бояу/, қорғасынның едәуір бөлігі қорытпа түрінде кабель өндірісінде /кабельдің сыртын қорғау үшін ерме жасауға/ пайдаланылады.

    Беріктігін және коррозияға төзімділігін күшейту үшін кабельге жұмсалатын қорғасынға 3 процентке дейін қалайы және 1 процентке дейін сурьма қосылады. Қорғасынның көпшілігі жеңіл балқитын қорытпалар түрінде /висмутпен, қалайымен, кадмиймен/ электросақтандырғыш дайындағанда қолданылады. Қорғасынның мыспен, сурьмамен, қалайымен және мырышпен қорытпалары кеңінен қолданылады. Құрамдарына қарай бұл қорытпалар қола /бронза/, латунь, баббит, дәнекер деп аталып, машина шығаратын және электротехникалық өндірістерде қолданылады.

   Бүгінгі жағдайда қорғасынды көп пайдаланылатын-аккумулятор өндірісі. Қорғасынннан аккумулятордың пластинкаларын дайындайды. Решеткаларын /торларын/ қорғасынды сурьма қорытпасынан жасап және қорғасынмен, қорғасын тотығының /глеттің/ қоспасымен толтырады. Қорғасынды аккумуляторда қолдану үздіксіз өсуде. Аккумулятор жасап шығаруға дүние жүзінде өндірілетін қорғасынның 1/3-і жұмсалады.