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

 

КІРІСПЕ

 

Түсті металлургия  – алға бастап келе жатқан Қазақстандағы  өндірістік кешен. Қазақстан Республикасының  экономикалық дамуы осы өндіріске  тікелей байланысты. Республикадағы түсті металлургия экономикасы  сауда-саттық қарым-қатынаста дамып  келе жатыр.

Әртүрлі металлургиялық үрдістер мен қайта келтірулер қазіргі  заманға сай металлургиялық технологиялармен көрсетіледі. Оның түпкі мақсаты  қайта жөндеу жұмыстарына кететін  шығындарды азайта отырып, сыртқы ортаға әсерін айтарлықтай төмендете, қасиеті  мен қолдану облысын кеңейтіп, бастапқы кешеннен максималды таза тауарлық өнім алуды қамтамасыз ету.

Түрлі-түсті  металлургия кәсіп орындарындағы  өнім шығаруларының тоқтап қалуларының  көбеюі табиғи өнімдер шығару түрінен  өнім үнемдеуге көшуімен толықтырылды. Бұл әсерлі энергиялық, материалдық, капиталдық, қуат үнемдеулік, аз қалдықты және қалдықсыз технологиялармен, электрон-есептеу және микропроцессорлық техниканың арқысында, шығару үрдістердің автоматтандырылуымен, бағалы компоненттердің көбеюімен, өнімді қолдану және шыққан өнімнің сапасының біріктірілуімен қамтамасыздандырылады.

Түсті металлургияның экономикалық даму жағдайы Қазақстан  Республикасындағы қабылданған  жер қойнауы және қоршаған ортаны қорғау заңдарымен бірге  өнеркәсіп  өндірісінің ресурсэкономикалық күйге өтуіне  негіз болып табылады. Және де, әсерлі аз қалдықты, қалдықсыз технологияларды енгізуді қамтамасыз етеді.

Осыған орай қорғасын-мырыш өндірісінде технологиялық  үрдістерді жаңарта дамыту және жабдықтарды  модернизациялау бағытында үлкен  жұмыстар атқарылуда.

Мырышқа сұраныс  көбейгендіктен, оны аз шығын шығара отырып өндіру технологиялық сұлбасын одан ары жақсартуға үлкен мән  беріледі.

Қазіргі кездегі  мырышты гидрометаллургиялық жолмен өндіру жоғары тазалықтағы металл алуға  мүмкіндік бере отырып, комплексті кенді шикізатты қайта өңдеде және қоршаған ортаны қорғау талаптарын қанағаттандырады.

Гидрометаллургиялық сұлба бойынша мырышты алудың негізгі бөлімдерінің бірі сульфаттық мырыш ерітінділерінің электролизі  болып табылады.

Электролиз  үрдісі кезінде алдындағы жүрілген үрдістердің сапасы үлкен әсер етеді. Оларға жататындар: күйдіру, ерітінділеу және ерітіндіні қоспалардан тазарту.

 

 

 

 

 

 

1 Аналитикалық  шолу

 

1.1 Өнеркәсіп  жұмысының анализі

 

 

Өскемен МК АҚ «Қазмырыш» құрамына кіретін қазіргі уақыттағы мырыш зауыты мырышты гидрометаллургиялық әдіспен алуда жұмыс істейді.

Сульфидті мырыш  концентраттарын қайта өндейтін және тұйық циклда жұмыс істейтін мырыш зауытының технологиялық  сұлбасының басты мақсаты, электролиз үрдісін қанағаттандыратын ерітінді даярлайтын көптеген операциялардын тұрады.

Электролиздің алдында жасалатын технологиялық  операциялар:

Сульфидті мырыш  ерітінділерін күйдіру;

Сульфидті мырыш  концентраттарын тотыққан күйге  жеткізу үшін тотыққан атмосферада, сутегінің аз мөлшерінде және 850-9700С температурада күйдіреді.

Күйдіру механикалық  асақыздырғышы бар пештерде, ілулі  күйдегі күйдіру пештерінде немесе қайнау қабаты пешінде жүргізіледі.

Жобадағы өнеркәсіпте  күйдіру қайнау қабаты пештерінде жүргізіледі.

ә) өртендіні  ерітінділеу;

Әр түрлі  өнеркәсіптерде ерітінділеу үздіксіз немесе қайталанып отыра, бір немесе екі сатыда атқарылады. Мырыш зауытында ерітінділеу үздіксіз сұлба бойынша екі сатыда жүргізіледі: қалыпты және қышқылды ерітінділеу. Ерітінділеудің мақсаты мырышты тотыққан күйінен ерітіндіге сульфат (ZnSO₄) күйінде өткізуі.

Ерітінділеуді механикалық және пневматикалық  араластырғышы бар агитаторларда, құрамында 145-175г/дм³ күкірт қышқылы бар қазымдалған электролитпен жүргізеді.

б) ерітіндіні тазалау;

Тазалаудың  мақсаты электролиз кезінде кедергі жасайтын қоспалардан тазартылған ерітінді алу. Ерітіндіні тазалауды гидролиз арқылы жүргізеді. Коагуляция, адсорбция, цементация, азеритін химиялық қосындылар және тағы басқалар түзілуі мүмкін. 

Қатты өнімдерді  сұйық өнімдерден бөліп алу үшін ерітіндіні тұндыру және сүзілу әдісін қолданады. Қоюланған қойыртпақтың сүзілуі вакуумды сүзгіштерде, ал мөлдірлендірілген ерітінділерді – сығымдағыш-сүзгілерде жүргізіледі.

Тазаланғаннан кейін ерітінді электролизге жіберіледі. Тазаланған қалыпты мырыш сульфаты ерітіндісінің келтірілген құрамы, г/дм³: Zn – 120-170; Mn – 2-5; мг/дм³: Cu – 0.05-0.1; Cd – 0.1-2; Ni – 0.01-0.5; Co – 0.1-4; Ge – 0.05-0.1; Sb – 0.01-0.15; As – 0.05-0.2; Fe(II) – до 50; F – 20-50; Cl – 100-150.

Күкіртқышқылды  мырыштың сулы ерітіндісі үздіксіз электролиз ванналарына жіберіліп отырады. Бұл ванналардың катодтары алюминий жаймаларынан, ал анодтары қорғасын-күміс (1% Ag) қортпасынан жасалған.

Электролит  күкіртқышқылды мырыштың сулы ерітіндісі (50-60 г/дм³) мен күкірт қышқылынан (100-170 г/дм³) тұрады.

Катодта мырыш  бөлінеді. Ол екінші ретті айналымда  балқытыллған мырыш болады.  Оны  хлоры аммоний қосу арқылы индукциялық  пеште қайта балқыту үшін  күнделікті қолмен қырып алады да, катодты  балқыту бөлімшесінің тиеу аймағына тасымалдайды. Хлорлы аммоний катод жаймасындағы қышқылдық қабықшасын бұзып, балқытылған металл түйіршіктерінің қосылуына ықпал етеді.

 

1.2 Патенттік зерттемелер

 

 

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

 

Кесте 1 - Мырышты электролиттік жолмен алу жөніндегі патенттік-ақпараттық іздеу отчеті

№ п/п	Ел, зерттеулер жүргізілген период	Атауы документация түрі	№ автор., қысқаша  аннотация, техникалық сипаттама
1	ҚР, 2003-2008	Ж«Металлургия» Бюл.№8 2006ж	ҚР патент №165854 Г.А.Романов, Г.А. Сүлейменова Мырышты электролиттік  жолмен алу тәсілінің артықшылығы, анодтарды перхлорвинилді матадан  жасалған тыс қаптарға енгізу қорғасынның  катодтық шөгіндіге бөлінуін азайтады.
2	ҚР, 1988-2008	Ж«Металлургия» Бюл.№1 1994ж	ҚР патенті  №1587956 (SU) Н.А.Волкова, С.В.Крашенина Электролитке  фосфон қышқылынқосу арқылы қож түзілуін азайту

 

 

 

Кесте 1 - жалғасы

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

 

 

 

1.3  Мырыш электролизін дамытудың негізгі жолдары

 

 

Электролиздің айтарлықтай кемшілігі қарқындылығының  аса жоғары болмауы. Электролиз қарқындылығының  сәйкестендірілуі электро-химиялық реакциялардың  электролит көлемінде емес, электродтарында  ғана өтуіне байланысты. Осы қиындықты элиминерлеу үшін екі жолмен жүруге болады: электрод үрдістерін максималды қарқындыландыру және электр өрісінің энергиясын қолдану. Бұл өріс электролит көлемінде немесе электрод аралық аумақта пайда болады.

Үрдістің  қарқындыландыруына және катодты металл тазалығының жоғарлауына жаңа қорғасын балқымасына негізделген тұрақта ерімейтін анодтарды шығару көмектеседі.

Ізденістер  мен зерттеулер анод негізінің құрамын, қорғаныштық татықтырғыш қабаттың өзгеруіне негізделген және де қорғасынды легірлеуге, сутегінің бөліну реакция жылдамдықтарын қайта бөлу, қорғасын ионизациясы мен тағы басқаға бағытталған.

Қалайы, сүрме  және висмуты бар қатты құрамды  ерітіндіні құрайтын қорғасын балқымасының тұрақтылығы қорғасын тұрақтылығынан аз ғана айырмашылығы бар. Тұрақтылығының жоғарлауы тек қатты ерітіндісінің майда түйіршіктері қрғасын түйіршіктерінен кіші болса ғана байқалады. Қоғасын-сүрме-кобальт, қорғасын-қалайы-кобальт, қорғасын-висмут-кобальт сияқты үштік балқымаларды зерттеулер кобальттің шынымен де анод тұрақтылығын айтарлықтай көбейтетінін көрсетті. Балқымада кобальт концентарциясы жоғары болған сайын (0-1% Со), соғұрлым балқыма жоғары тұрақтылықты иеленеді.

Қорғасын  және оның балқымаларының тұрақтылығының айтарлықтай мінездемесі ұзақ анод поляризациясынан кейін анод салмағының өзгеруі болып келеді.

Қорғасынмен қатты ерітінді тізбегін құрайтын индий  мен талий легірлеуші қоспалар концентрациясы шегінде, айтарлықтай коррозия тұрақтылығын өзгертпейді.

Сыртқы поляризациясыз күкірт қышқылы ерітіндісінде қорғасын коррозиясын азайту кеңейтілген шектік концентрацияда легірлеуге болатын күміс, платина, паллади және басқа қоспаларды қосу арқылы айтарлықтай әсерлі.

Қорғасынды  электрлі терсі металлдармен (кадмий, кальций) легірлеу кезіндегі оң әсері  уақытша сипаттамаға ие және легірлеуші қоспалар концентрациясының шағын аумағында ғана байқалады.

Кобальт, вольфрам, молибден, стронций металдары  қорғасынмен балқыма түзбейді, бірақ  сутегілік қосылыстар түзілуі мүмкін. Бұл металдар қышқыл ерітіндіде тұрақтылығымен ерекшеленбейді, бірақ олардың сутегімен қосылысы электрохимиялық-католиттік әрекеттегі легірлеуші элементтерге жатқызуға болады. Бұл металдар, кобальттан басұасы, уақытша бірінші 20 тәулік қорғасынға оң әсер етеді, одан кейін анод баяу күйінде болады. Эерттеушілер тәжірибелік-өндірістік зерттеулерге болжамды түрде 1% күмісі бар қорғасын анодтарынң тұрақтылығына қарағанда 98,18% қорғасын, 0,75% күміс, 1% таллий, 0,07% кальций бар балқыма асып түседі деген ұсыныс жасады.

Кадмий  электролизінде катодты кадмидегі қорғасын құрамын азайту үшін анодтарға перхлорвинилді матадан жасалған тас қаптар қолдану ұсынылды. Анодтарды тысқаптарға енгізу катодтық шөгінділерде қорғасын мөлшерін айтарлықтай азайтады. Табиғатта кадмий мырыштың серіктесі болып келеді, себебі, олардың құрамдары бір-біріне ұқсас. Осыдан кейін қорғасын-күмісті анодтарға арналған  перхлорвинилді матадан жасалған тас қаптарды катодтық мырыш электролизінде қорғасын мөлшерін төмендетуге қолдануға болады.

Қазіргі уақытта мырыш зауыттарында кең  қолданысқа қорғасын-күмісті анодтар ие болды. Сондықтан болған анодтарды ары қарай дамыту үшін әрекеттер жасалуда.

МАлғаш рет құймалы қорғасын-күмісті анодтарды Челябинск Мырыш Зауытында (ЧМЗ) илектеу арқылы деформациялық беріктеуге түсірді. Қорғасын-күмісті (1%) балқымасын илектеу кезінде беріктеу күш жазықтығы бойымен бағыттық құрылымның пайда болуынан есептелген. Осы зауыттан кейін илектелген анодтарды Риддер Мырыш Зауытында (РМЗ), «Алмалы» мырыш зауытында және «Электрмырышта» қолдана бастады.

Ары қарай анодтарға кететін күміс шығыны мен коррозиялық тұрақтылығын арттыру үшін, деформациялық беріктеу және анодтарды легірлеуді дамытуға негізделген.

Максималды  балқыманы беріктеу  максималды жылдамдықта деформацияның оптималды көрсеткішінің бір реттілігінде жүзеге асады – нығыздау.

Металаралық пендеформац\иялық беріктеуді қоса жасау жақсы. Қосымша элемент-модификаторды 0,1% мөлшерде әр біреуінен қосу майда  диперизациялық фазалар құрылуына  көмектеседі (Са, Аl, Тl, Sе). Модификаторларды қолдану қорғасын-күміс гетерогендік жүйемен салыстырмалы түрде балқыма құрамын айтарлықтай тасымалдауға көмектеседі. Электролиттік католит ретінде қолданғандықтан түгелдей балқымадан күмісті алып тастауға болмайды.

Демек, интерметалдық және деформациялық  беріктеуді бір қолдану анод жасауға күміс шығынын азайтады. Осы орайда анодтардың коррозиялық тұрақтылығы төмендемейді, тіпті көп жағдайларда жоғарылатады.

Электродиз  шартында қорғасын оксидінің қабыршағының түзілуімен қорғасын анодтардың баяулауы анод бетінің 90% сульфатпен қапталғанда  болады. РbSО₄ түзілгенде және анодтардың баяулау уақытында айтарлықтай катодтық мырыштың  қорғасынмен ластануы байқалады. Ары баяуланған анод токөткізетін тұрақты негізгі анодтық үрдіс жүретін РbО₂ қабықшасымен қапталып қалады.

Анодтар алдын-ала қалыпқа келтіріледі, яғни, оларды токтық жүктемеге орнатпастан бұрын анод бетінде қорғасынның екітотықты қабықшасын түзу, айтарлықтай көлемде анодтары ішіне реакциялардың, «кеңейтетін» және «беріктендіретін» сульфат, хлорид, қорғасынның екі тотығы өнімдерінің әрекетті еніп кетуінен қорғайды.