Полиметаллды кендерді өңдеу және оның құрамындағы мысты анықтау

Мыс 240-қа дейін минералдар түзеді, бірақ тек 40-жуығы ғана өндірістік маңызы бар. Мыстың негізгі минералдары мен кендері туралы мәлімет А қосымшасындағы 1 кестеде берілген.

Мыс кендері сульфидті және тотыққан деп бөлінеді. Өндірісте сульфидті кендердің маңыздылығы жоғары, соның ішінде көбірек кең көлемде мыс колчеданы (халькопирит) CuFeS₂ қолданылады. Табиғатта ол темір колчеданы мен Si, Al, Ca оксидтерінен құралған бос түрдегі мыс қоспасы ретінде кездеседі. Сульфидті кендерде бағалы (Au, Ag), түсті мен сирек металдар (Zn, Pb, Ni, Co, Mo және т.б.) және шашыраңқы элементтердің (Ge және т.б. ) қоспасы жиі кездеседі.

Көбінесе кендегі мыс 1-5 % құрайды, дегенмен халькопиритті жеңіл флотациялау барысынды оны байыту арқылы 20 %-тік мыс концентратын алуға және одан да жоғарылатуға болады. Әлемде ірі мыс кен орындары негізінен Оралда, Қазақстанда (Жезқазғанда), Орта Азияда, Африкада (Катанта, Замбия), Америкада (Чили, АҚШ, Канада ) кездеседі.

Техникалық мыс – қызыл, сынығы қызғылт-күлгін түсті, жұқа қабатын жарықтандырғанда көк-жасыл түсті болып келетін металл. Параметрі а=0,36074 нм болатын кубтық торлары бар, тығыздығы – 8,96 кг/м³ (20⁰С).

Мыс – тұтқыр, жұмсақ және иілгіш металл, жылу мен электр өткізгіштігі жағынан күмістен кейінгі орынды алады. Мыстың осы қасиеттері сонымен  қатар серпімділігі мен коррозияға төзімділігі өндірісте кең қолданылуына себеп болады.

Мыс – электрөткізгіш металл. Оның иондарының салыстырмалы тұрақтылығын төмендегі қатынастардан көруге болады:

Cu ²⁺ + e → Cu ⁺E⁰ = 0,153 B

Cu ⁺ + e → Cu ⁰ E⁰ = 0,52 B

Cu ²⁺ +2e → Cu ⁰   E⁰ = 0,337 B

Мыс тотықтырғыш емес қышқылдарда  ерімейді және өзінің электртерістілігі  жоғары элемент тұздарынан бөлініп  алынады.

Мыстың жалпы физика-химиялық сипаттамалары 3-кестеде берілген.

Кесте 1. Мыс (ІІ)-нің физика-химиялық сипаттамалары

Техниканың көптеген облыстарында мыс қосылған құймалар кеңінен қолданылады. Оның ішінде ең тараған түрлері қола мен жез бар. Екі құймада көптеген материалдардың негізгі аты болып айтылады. Құрамына мырыш пен қалайыдан басқа никель, висмут және басқа да металдар қолданылуы мүмкін. Мысалы, 16-18 ғасырда артилерияның оқ-дәрісінің құрамына мына негізгі үш металл кірген – мыс, қалайы, мырыш.  Қару даярлау даярланған уақыты мен жеріне байланысты құрамы өзгертіліп отырған.  Біздің кезімізде әскери өнеркәсіпте латунь гильза жасауға пайдаланылады. Машина бөлшектерін жасау үшін мыстың мырышпен, қалайымен, алюминиймен және басқа да металдардың құймаларының беріктігі үшін қолданылады. Мыс құймаларына (берилий және алюминий қоласынан басқа) термиялық өңдеу жүргізілмейді, олардың механикалық қасиеттерімен ұзақ тозбастығы химиялық құрамымен және оның қоспа құрылысына әсер етуімен анықталады. Мыс құймаларының қатаңдығы құрыштан төмен. Мыс құймаларының негізгі ерекшелігі төмен үйкелу коэффициентіне ие болады. Сонымен бірге көптеген құймалардың жоғарғы өткізгіштігімен және электрөткізгіштігінің коррозияға мықтылығымен түрлі орталарда қолданылуына жол ашады. Үйкеліс коэффициентінің шамасы барлық мыс құймаларында бірдей. Бірақ механикалық қасиетімен тозуға шыдамдылығы және әртүрлі ортада коррозияға ұшырауы құймалардың құрамы мен құрылысына байланысты. Қатаңдығы екі фазалы құймаларда, иілгіштігі бір фазалы құймалардан жоғарырақ болады. Мыстыникель құймалары ақша жасауда (тиын жасауда) қолданылады және де «адмиралдық» құймаларда, кеме жасауда кеңінен қолданылады. Себебі теңіз суының коррозиясына шыдамдылығына байланысты қолданылады. Мыс сонымен бірге қатты заттардың да құрамына кіреді. Бұлар – қайнау температурасы 590-880⁰С бойынша металдармен

жақсы кірігу қасиетіне байланысты әртүрлі металдан жасалған мықты  қоспаларда пайдаланылады, әсіресе, әртекті  металдардың құрамында құбыр  арматурасынан бастап ракеталық  двигательдерге дейін. Мысы көп құймалар - дюраль(дюралюминий) бұл алюминий мен мыс құймасы (мыс дюральда 4,4%).Беріктігі жөнінен болаттан кем түспейді. Ал салмағы одан үш есе жеңіл болып келеді. Оны ұшақ жасауда кеңінен қолданады. Берилий қоласы – мыстың берилиймен (1,5-3%) қорытпасы коррозияға төзімді және өте берік. Одан сағаттың басқада дәл механизмдердің, электрониканың, байланыс құралдарының, автомобильдердің бөлшектерін жасайды. Берилий қоласы ғылыми-техникалық революция дәуірінде пайда болады. Зергерлік құймалар зергерлік бұйымдарда мыс пен алтынның қоспалары бұйымның деформация мен бұзылуына, қатаңдығына байланысты қолданылады. Өйткені алтын өте жұмсақ металл болғандықтан механикалық өзгерістерге тез ұшырайды .

1.2 Мыс(ІІ)-ні қатты  фазалы спектроскопия әдісімен  анықтау.

Қатты фазалы спектроскопия  әдістері анықталушы қосылыс бетінен  шығатын сигналды өлшеуге негізделген: диффузиялық шағылу коэффициенті (R) – диффузиялық шағылу спектроскопиясы (ДШС), оптикалық тығыздық (А) – қатты  фазалы спектрофотометрия (ҚФСФ) [2].

 Бояулардың бояғыштық  қабілеті мен күңгірт шынылардың  тиімділігінен бастап қоршаған  орта нысандарында және өндірісте  металл иондарын сандық және  сапалық анықтауға дейінгі химия  мен физиканың салаларында тәжірибелік  маңызы мен қызығушылық тудыратын  теориялардың бірі болғандықтан  көптеген авторлар диффузиялық  шағылысу теориясын зерттеген.

Жалпы теорияны Кубелка мен  Мунк жасады. Басқа ғалымдармен жасалған теориялар мен теңдеулер жеке жағдайларға қатысты болады. Бұл  теңдеу шексіз қалың және мөлдір қабаттағы  жағдайда бірнеше миллиметр қалыңдықта болатын ұнтақтарға арналған:

F(R) = (1-R)²/2R=β /S

мұндағы R - MgO мен BaSO₄ стандарты бойынша анықталатын салыстырмалы диффузиялық шағылысу, β – жұту коэффициенті, S – шашырау коэффициенті.

Алынған қатты сынаманың  қасиеттері, оның бөлшектерінің мөлшері, ылғалдылығы, тығыздығы мен бетінің  тегістілігі, сынама люминесценциясы, тура (айнадай) шағылу тәрізді көптеген факторлар жарықтың диффузиялық  шағылуына әсер етеді. F(R) функциясының мәні бөлшек мөлшері азайған сайын  кемиді, себебі шашырау коэффициенті бұл жағдайда төмендейді. Қатты сынамадағы диффузиялық шағылу ылғал сынамадағы шағылудан қарқындылығы бойынша  ерекшеленеді. Оның себебі: атмосферадағы  су молекуласы мен тасымалдағыш бетіндегі  адсорбат молекулаларын  ығыстырады.

Зерттеліп отырған сынама кристалдарының бетінен тура шағылу кезінде қабатталуы немесе жарықтың диффузиялық шағылуын бұрмалануы мүмкін. Ол шынайы спектрлерден басқаша нәтиже береді. Бұл мәселені шешу үшін сызықтық – поляризацияланған жарық тәсілін  пайдаланады. Осы жағдайда тура бейне  өзінің поляризацияланған күйін  сақтап, анализатормен өшірілуі мүмкін, ал диффузиялық шағылысқан жарық  өзінің поляризациясын өзгертіп, анализатор арқылы өтіп кетеді. Екінші тәсіл бойынша  алынған сынаманы сіңірімейтін стандарт араластырып және таза стандартпен  салыстыра өлшеу керек. Барлық спектральді  аймақтарда  95% қайталауға болатын  диффузиялық шағылудың ең ақ стандарты  болып жаңа себілген MgO саналады [3].

Диффузиялық шағылу спектроскопиясының әдісі табиғи және сарқынды сулар  химиясында элементтердің, соның ішінде мыстың микромөлшерін анықтау үшін, ауыл шаруашылығы мен минералды  шикізаттарда қауіпті нысандар мен  ауыр металдардыwoeld of анықтау үшін қолданылады.

ҚС әдісімен ренийдің (VII) жоғары сезімталдылығын анықтау  жүйесін авторлар өз жұмыстарында жасаған. Алынған ренийдің (VII) ионды ассоциатын бриллиант жасылымен пенополиуретанға сорбциялайды. Пайда болған комплекстердің боялу қанықтылығын тікелей өлшей отырып қосылыстың нақты спектрін алды. Ол 630 нм ұзындықтағы толқын болғанда жұтылу максимумы бар құрылымсыз жолақ. Сорбент маркасы, температура, орта рН-ы, қосымша элементтер секілді факторлардың аналитикалық сигналдың қалыптасуына әсер етуі зерттелген.

Алюминий хлоридіндегі темірді анықтайтын және олардың комплекс құруының оптималды жағдайларын таңдауға мүмкіндік беретін диффузиялық шағылу спектроскопия әдісі жасалды. Пайда болған комплекстерді алдын ала AB – 17 маркалы  аниоалмастырғышқa сорбциялайды.

Сынапты анықтау үшін алдын  ала силикагельге сорбцияланған  химиялық модифицирленген дипропилдисульфид  топтарды (ДПДСС) пайдаланады. Ұсынылған  сорбент сынапты қышқылдықтың кең  спектрінде жақсы сіңіреді. Алынған комплексті Михлер тиокетонының сулы – этонолды ерітіндісімен (МТК) күлгін-қызыл түс пайда болғанға дейін өңдеген. Диффузды шағылу спектірінің қанықтылығы силикагель бетіндегі сынап мөлшеріне пропорционалды күшейеді. МТК реагенті сынаптан басқа өнімдермен де жиі әрекеттеседі: алтын (I) иондары, палладий иондары (II), ақ алтын иондары (II), күміс (II) пен мыс (I) иондары. Сыртқы қабаттың боялу қарқындылығы жоғары (5 мин) болса да, 15 минут өткен соң әлсірейді, ол ДШС спектрлерінің қанықтылығына әсер етеді.

Келесі жұмыста [4] авторлар ҚС әдісімен алтынды (III) анықтауда пайдаланатын сорбциялық жүйені таңдаған. Реагент  ретінде дитизон, малахитті жасыл, қалайы хлориді (II), родамин алынған. Сорбент – анионит бетінде  нақты аналитикалық сигнал алу үшін реагенттерді пайдаланудың үш жолы қарастырылған. Оңтайлы рН анықталғаннан соң, диффузиялық  шағылу спектріндегі Кубелка – Мунк функциясының нақты максимумы тек  боялған алтын қосылысы концентрленгеннен  кейін ғана алынатыны анықталған. Шағылу максимумына қатысты ҚС родамин  ең қолайлы екені айқындалған, өйткені  қалған реагенттер Кубелка – Мунк функциясының жоғары көрсеткіштерін бермеген.

Диффузиялық шағылу спектроскопиясы  никель иондарын анықтауда қолданылған. Ол үшін алдын ала никельдің СХ-120 силихромында иммобилизденген модифицирленген  диметилглиосим (ДГ) мен бензилдиоксимадтың (БД) сорбцияланған түрлері қажет. Алынған комплекстердің сұйық және қатты фазадағы сипаттамалары, рН мәнінің өзгеруіне тәуелді Кубелка – Мунк функциясының өзгерісі, тартрат – иондарының әсерлері анықталды. Алынған спектрлердің шағылысу максимумы никель концентрациясының өсуімен монотонды өседі.Сонымен қатар никельдің 90 мкг мәнінде максимумына жетеді. Диффузиялық шағылысу тәсілімен боялған комплекстердің түсті –сипаттамалары өлшенді: ашықтығы, қанықтылығы, түсі, реңі, жарықтығы.

ҚС көмегімен 1-нафтиламинді анықтаудың сорбционды – фотометрикалық әдістемесі жасалған. Пенополиуретанды (ППУ) пайдаланып, алдын-ала 1- нафтиламинді 4- нитрофенилфзотуындысы түрінде  сорбциялайды. 520 нм оптикалық тығыздық максимумында жұтылу спектрлері анықталады, ол азоттуынды концентрациясының көбеюінетәуелді  өседі. ППУ сорбцияланған сол  азоттуындының алынған шағылысу спектрі жұтылу спектрімен салыстырғанда  максимумдардың батохромды өзгерісін  көрсетеді. Сондықтан, сорбция процесі, сорбенттің өзі және сорбат пен сорбенттің әрекеттесуі анықталып отырған  сынаманың аналитикалық сигналдарына айтарлықтай әсер етеді. Азоттуындының сорбциясына ерітінді қышқылдығы мен тетрафторборат 4-нитрофенилдиазоний концентрациясының әсері зерттелген.

Диффузиялық шағылу спектрі  бойынша ұсақ дисперсті ұнтақ  тәрізді алюминий оксидіндегі радиациялық  дефектілерді зерттелген. Кең жолақты  λ=510 нм сәулеленуге дейінгі спектр мен сәулеленуге дейінгі спектрді салыстыра отырып түйір мөлшері d=40 мкм болатын ұнтақ γ-сәулеленуге  аса сезімтал болады деген қорытынды  жасалған.

Қатты фазалы спектроскопия  әдісімен алюминий іздерінің санын  тікелей анықтау үшін цианды эриохром-R реагенті пайдаланылған. Алдын-ала  пайда болған алюминий комплекстерін  түрлі тасымалдаушыларға сорбциялағанда сынаманың сорбциялық қабілеті келесі ретпен көбейгені анықталған: анионит < силикагель < целлюлоза. Алюминий комплекстерінің негізгі спектрлік сипаттамалары мен тәжірибелік параметрлері зерттелген. Зерттелетін сынаманың минималды концентрациясы анықталған, әдістеме іс жүзінде бар сынамаларда тексерілген.

Алдын ала ПАН мен ПАР  комплекстеріндегі индийдің силикагельде сорбциялау арқылы концентрлеген индийді анықтауда диффузды шағылысу спектроскопиясы қолданылған. Қолайлы спектральды және сорбциялық параметрлер тағайындалған. Металл концентрациясының өзгеруі Кубелка – Мунк функциясына әсері зерттелген . 

Жұмыста [5] авторлар металдардың іздік сандарын жұқа қабатты хромотография мен ҚС әдісімен біріктіріп анықтаған. Мыс, кобальт, никель иондары рубеан қышқылымен әрекеттескен соң хромотография арқылы ажыратылған. Сосын хелаттар түзілуінің оптимальды жағдайларын анықтаған соң, шағылысу спектрлері анықталған. Бұл тәсіл тексерілген және тағамдық өнімдерді мен геохимиялық талдауларда пайдаланылады.

Зерттеліп отырған бояулардың шағылу коэффициентіне әсер ететін факторлар  Кубелка – Мунк функциясы көмегімен  анықталған. Оларды алдын ала жұқа қабатты хромотография арқылы бөліп  алып, сазбалшыққа абсорбциялаған.

Қатты фазалы спектроскопия  негізінен сорбциялау және хромотография  әдістерімен үйлесімді. Алайда бұл  тәсілдер зерттеліп отырған сынаманың  шағылысу коэффициентін тек таспаларда мен арнайы ұяшықтарда өлшеуді талап  етеді, ал бұл шарт осы тәсілдерді шектеп отырады. Сондықтан сынаптың түрлі-түсті комплекстерін фильтр қағазының бетіне концентрациялау тәсілі ұсынылды. Сүзгі қағаздардың бірнеше түрінің ішінен whatman 120 таңдалып алынды. Одан басқа сынаптың таза комплекстің түрлі концентрацияларының диффузды шағылу спектрлері түсіріліп алынды. Кейін қосымша түрлі металдалдар иондарының сынаптың оптикалық сигналына әсері зерттелді. Сілтілі және сілтілі-жер металдардың иондары сынапты анықтауда әсері болмайтындығы анықталған; Sn²⁺, Pb²⁺ иондары сәйкесінше сынап сынамасының шағылу қабілетін азайтады және көбейтеді, ал Cu²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺ иондары сынап комплекстерінің эталонды спектрін айтарлықтай өзгертеді, сонымен қатар осы металдар болғанда сынапты мүлдем анықтауға болмайтын жағдайлар да болады.