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

Анодтардың  қалыпқа келтірілуінің негізі 80-1000С  температурасында күкірт қышқылы және калий перманганаты сулы ерітіндісінің  қрғасын анодына қышқылдандыру  әрекетінің  РbО₂ түзе жүруі:

 

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

 

Мырыш электролизі үрдісінде катод  материалы ретінде А5 маркалы  илектелген алюминий қолданылады. Оның құрамында көптеген қоспалар бар, %: темір – 0,37; кремний – 0,37; мыс  – 0,2. Бұл қоспалар анодты поляризацияланады  және қысқа пайдаланымнан кейін катод тізбектен шығып қалады.

Осыған  орай тәжірибелік қызығушылық катодтық материал ретінде коррозияға төзімді  алюминий-ттитан, алюминий-марганец, алюминий-цирконий сияқты алюминий балқымаларын қолдануда  ұсынады. Алюминийдің үштік және төрттік балқымаларын коррозиялық беріктігі төмен және тез бұзылады. Марганецті алюминиге енгізу қиындықтар туғызбайды. Себебі, алюминий және марганец легірлеуші компоненттері мен құрылымдары бір-біріне ұқсас. Цирконий алюминий түйіршіктерін ұсақтай отырып, жақсы модификатор болып келеді. Титан да модификатор болып келеді. Айтарлықтай алюминий түйіршіктерін ұсақтайды, цирконидің марганецтен айырмашылығы алюминий құрылымына және коррозиялық беріктігіне әсері әлсіз.

Коррозиялық және металлографикалық зерттеулер бойынша мырыш электрорлизі үрдісінде коррозияға берік алюминий-марганец балқымасын қолдану мүмкіндігі көрсетілді. Бұл балқыманы жасау аса қиындық туғызған жоқ. Оны алюминий электролизі үрдісінен де алуға болады.

Мырыш электролизі үрдісінде биполярла  электролизерді қолдану бойынша зерттеулер жүргізілуде. Бұл катодтық мырышты жұлуды механизациялауға көмектеседі.

Электролиз  үрдісінде тегіс электродтардың кемешіліктері де бар: жоғары электросыйымдылығы, үрдісті топтастыра механизациялаудың  қиындылығы, үрдістің төменгі қарқындылығы.

Электрод  бетін үлкейтуге байланысты балама шешім табу мақсатында негізгі көңіл  аудару үш өлшемді электродтарға  бөлінді. Бұл қозғалмайтын, қозғалатын және қоймалжын бөлік қабаты қалыбындағы  электродтар, ақпалы кеуекті электродтар.

Тізбектен кем емес ток тығыздығында жоғары жалдамдықта эдектролиздің өтуінің артықшылықтарын пайдалану тек үш өлшемді электродтарды қодана отырып, үзілмейтін циклге ауысқанда ғана жүзеге асады.

Үш  өлшемді элеткродтар техникалық көрсеткіштер бойынша беттің жоғарғы  шектік ауданға ие масса ауысуларының жоғары коэффициенттерін және электролит бағытының жылдамдығын қамтамасыз етеді.

Үлкен электродты электролизерларда металлды шағын және бөлшектік шөгінді  түрінде алуға болады.

Катодтық  мырышты жұлудың механизациялануы бойынша зерттеулер екі бағытта жүрді:

а) қалыпты электролизге арналған жұлатын  машиналарды шығару: гидравлика, пневматика, жылу күші әсерінен шөгіндіні механикалық  принциппен жұмыс істей жұлып  алатын машиналар ұсынылды.

ә) жаңа түрдегі электролизер ойлап  шығару.

Өскемен мырыш зауытында шөккен мырышты катодтан бөлуді катод және шөгіндінің арасындағы адгезияны төмендете діріл арқылы жүргізу тәжірибелері жүргізілді.

Шөгінді мен катодты 300-1730К температурада  шынықтырып, 20-1360К температурада  суытқан.

Айналмалы катодтары бар электролизерлерде негізінен түсті металл үгінділерін алады. Сонымен бріге үодістің ең басты бөлімдерінің бірі – катод бетінен шөгіндіні шешу – өнімділігі жағынан аздау болып келеді. Зеріттеле отыра амал ретінде негізінен шөгіндіге механикалық әсер ету арқылы шешіліп отырды. Ол әр түрлі кескіштер арқылы, қырғыш аспаптар, ал кей жағдайларда электродтқа діріл әсері немесе электр өрісі әсерін қолдана отырып, жүзеге асты.

Совет үкіметі кезінде де жұлі машиналары ойластырылып зерттелген. Оларда шөгіндіні  алюминий матрицасынан бөліп алудың әр түрлі әдістері қолданылды: термиялық (аса жоғары тазалықтағы токтар), діріл арқылы, ротациялық-ұрмалы, үльтродыбыс және үйкеліс арқылы пісіру, магнит импульсті, вакуумдық сорғыштар көмегімен және тағы басқа. Әр әдістің нақты артықшылықтарын, олардың оларды аз уақыт қолданғанынан және жұмыстары туралы жеткілік ақпарат жоқ болғандықтан айту мүмкін емес.

Қазіргі кезде механизацияланған катодты  мырышты жұлып алу ЧМЗ қолданады.

Маханизация сонымен бірге электролиз былауларын марганецтік шламнан тазартуға арналған механизацияланған вкуумдық орнатулар шығаруға бағытталған.

Аса жоғары тазалықтағы металл алуда  әсерлі әдістерге электрохимиялық  әдістерді жатқызуға болады. Соның  ішінде амальгамды-электролиттік тазарту. Оның негізгі кемшілігі электрлоиттің күрделі құрамы және кейбір металл қоспаларынан жеткіліксіз терең тазарту. Балқытылған мырыш тұздарының электролизі болашағы зор болып келеді. Себебі, мырыш балқу температурасының төмендігі (4190С) мырышты сұйық күйінде алуға және оны күрделі катодты мырышты жұлу үрдісінсіз былаудан алуға болажы. Зерттеулер балқымаға ZnCl₂-NaCl-KCl фторидтері LiF және NaF қосу арқылы  жүргізілді. Зерттеулер қорытындысы бойынша NaF қосу тиімдірек, себебі, электроөткізгіш қасиетті жоғарылатады, ток бойынша шығымды жоғарылатады, элнектроэнергия шығымын төмендетеді.

Мырышты электрошөктірудің технико-экономикалық көрсеткіштері өндірістің гидрометаллургиялық  сұлбасы бойынша алдыңғы бөлімдерінің тазалығына байланысты. Өртендіні ерітінділеу, сульфаттық ерітіндіні қоспалардан тазарту, яғни бұл бөлімнің жұмыстық жақсы жүру негізі – мырыш электролитінің аса тазалығы.

Элетрод үрдісі туралы тереңірек, кеңейтілген  түрдегі білім қажет. Алдымен  мырыштық катодтың бөлінуінің жылдамдығынан  біріктірілген қоспа иондарының әсер ету механизімі туралы мырыш электролитіне енгізілетін беттік белсенді және басқа заттардың катодтық шөгінді құрамына әсер ету мінездемелері туралы, күрделі жұлу тууының себептері туралы және тағы басқа.

 

1.4 Өнертабыстың  техникалық шешімдері

 

 

Жоғарылардың  айтылып кеткендердің негізінде берілген диплом жобасында электролиз цехының үшінші сериясына анодтық шаруашылықты дамытуды ұсынамыз. Өскемен АҚ «Қазмырыш» электролиз цехының үшінші сериясында көп компонетті анодтар орнатылған. Қорғасын 99,4%, күміс 0,5, күміс 0,5, күміс 0,5%, кальций 0,1% балқымасынан жасалған. Бұл анодтар цех шеберханасында жасалады. Мұндай анодтардың жұмыс істеу уақыты 2 жыл шамасында.

Катодтық мырыш  тазалығын жоғарлату үшін «Special High Grade» маркалы мырыш алу үшін біз анодтарды ауыстырып және оларды перхлорвинилды матадан жасалған қаптамаларға орнатамыз.

Бұл дипломдық  жобада анодтарға келесідегідей  балқыманы қолддану ұсынылады: Pb – 99,18%, Ag – 0,75%, Tl – 1 %, Ca – 0,07%. Осы балқыма  қолданыстағы балқымадан тұрақтылығы  жоғары деген болжамда.

Сонымен бірге  Өскемен АҚ «Қазмырыш» шикізат құрамында  талий болуы, анодтарды жаңартуға  талий жеткілікті көлемде өңдіруге болатынын айта кету керек. Өткен  ғасырдың 90 жылдары талй өндіру айында 700 кг дейін жеткен.

Содан кейін, диафрагма  рөлін ойнайтын жаңа катодтарды перхлорвинл матасынан жасалған қаптамаларға салу ұсынылған. Сонымен бірге электролиз кезінде анодта пайда болатын коллоидті бөлшектер электролитке түспей, катодтық мырышты ластамай, қапшықта қалып отырады.

Перхлорвинил  матасынан қапшықтар өздерін өндірістік көлемдегі кадмий электролизінде жақсы жағынан көрсете білді. Кадмий электролизінде қапшықтар қорғасынның катодтық кадмийді болуын төмендеткен.

Электролиз  цехының үшінші сериясын жаңа анодтарға  ауыстыру мақсаты тек катодтық мырышта  қорғасынның болуын төмендетіп қана қоймай, сондай-ақ анодтық каррозияға төзімділігін қолдану мерзімін жоғарлатады. Жаңа құрамды анодтарды да анодтар шеберханасында жасау ұсынылды. Перхлорвинилды матадан қапшықтарды Өскемен АҚ «Қазмырыш» Мырыш зауытының АБК тігін цехында тігу керек.

Есі анод: Pb – 99,4%, Ag – 0,5%,  Ca – 0,01%, масса – 52 кг.

Ішкі бағамен  есептегенде: Pb – 14,822 тг/кг, Ag – 5 тг/г, Ca – 526,63 тг/кг. Ескі анодтың бір данасы – 2904 тг.

Жаңа анод: Pb – 98,180%, Ag – 0,75%, Tl – 1 %, Ca – 0,07%. Масса - 52 кг.

Жоғарыда көрсетілген  ішкі бағамен талий – 300тг/кг деп  есептегенде, анодтың бір данасы – 2882 тг.

Сызықтық өлшкмдерін есептей отыра анод бетінің ауданы 1,252 м². Осыны ескере отырып, бізге әр анодқа перхлорпвинилды матадан ауданы 1,3 м² болатын қапшық кигізу керек. 1 м²  перхлорпвинилды мата бағасы – 100 тг. Бір қапшық жасауға кететін мата – 130 тг тұрады. Ауданы 1-3 м² болатын перхлорвинилды матадан қапшық тігісімен – 134 тг.

Қапшығы мен  жаңа анодтың бір данасы – 3016 тг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ШЕШІМДЕР

 

2.1  Шикізат және оның сипаттамалары

 

 

Мырыштық  кен сульфидті және тотыққан түрлерге жіктеледі. Табиғатта сом тума мырыш  табылмаған.

Мырыштың  негізгі минералдары:

ZnS – сфалерит;

ZnO – цинкит;

ZnCO₃ – смитсонит.

Мырыш алу үшін көбінесе сульфидті кен қолданылады. Оның құрамына сфалерит (ZnS), галенит (PbS), халькопирит (CuFeS₂), пирит (FeS) кіреді.

Құрамындағы алынатын металл аз болғандықтан (1-13%) мырышты кен тікелей металлургиялық өнделуге жіберілмейді, оны алдын  ала байытады.

Мырышпен  бірге басқа асыл металдары бар  полиметалды кенді байыту үшін талғамды және ұйымды флотацияны талғамдаумен жалғастыру әдістерін қолданады.

Концентрат  құрамының жоғарылығымен сипатталады. Ол мырыштан басқа мыс, қорғасын, кадмий, германий, индий және басқа да металдардан тұрады. Темір, күшәлә, кермний оксиді сияқты қоспалар аз мөлшерде болады. Бірақ концентрат құрамында айтарлықтай көп мөлшерде сирек металлдар бар. Оларды гидрометаллургиялық өндіру кезінде қатар өндіріп алуға болады.

Жобалаудағы өнреркәсіпке келіп түсетін концентраттың минералдық құрамы:

82-83% сфалерит;

5% халькопирит;

4% пирит;

2% галенит жән пирротин.

Концентрат  келесі құрамды, %: 55,5 – Zn;  0.26 – Cd; 1.6 – Pb; 0.9 – Cu; 31.6 – S; 4.8 – Fe; 2.1 – SiO₂; 0.002 – Co; 0.003 – Ni; 0.6 – CaO; 0.98 – Al₂O₃; 0.04 – As; 0.03 – Sb; 1.585 – басқалары.

Электролиз  үрдісінде қолданылатын шикізат  пен материалдардың мінездемесі  және оларға қойылатын талаптар:

а) тазаланған қалыпты электролит: құрамындағы  мырыш 125-145 г/дм³; құрамындағы қоспалар көрсетілген мөлшерден көп емес: Mn – 3-8 мг/дм³; Cd – 2.5мг/дм³; Cu – 0.25мг/дм³; Co – 2.3мг/дм³; Ni – 0.1мг/дм³; Fe – 40мг/дм³; Sb – 0.08мг/дм³; F – 100мг/дм³; Cl – 230мг/дм³; As – 0.1мг/дм³; салмағы 1,35-1,39 г/дм³;

ә) қазымдалған  электролит: қышқылдылығы 145-175 г/дм³; құрамындағы мырыш 50-60 г/дм³; температурасы 38-42⁰С;

б) суытылған  электролит: қышқылдылығы 135-165 г/дм³; құрамындағы мырыш 55-65 г/дм³; температурасы 30±3⁰С;

в) электролиизге  түсетін ерітінді: қышқылдылығы 135-165 г/дм³; таза салмағы 1,29 г/см³; температурасы 30±3⁰С;

г) сүйек желімі: сертификат бойынша, 200г/т;

ғ) мия экстракты: сертификат бойынша, 110 г/т;

д) катодқа  арналған жайма алюминий: А-5 маркалы;

е) анодтарға  арналған күміс: СрА-І маркалы;

ж) анодтарға  арналған қорғасын: С1, С2 маркалы;

з) мысты шина: сертификат бойынша;

и) катодтың резеңке  қарнағы: сертификат бойынша.

 

2.2  Мырышы  бар шикізатты өндіру әдістері

 

 

Қазіргі мырыш  металлургиясында металды мырышты  алуда пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық  екі әдіс қолданылады.

Пирометаллургиялық  әдістерде кендерді және концентраттарды  жоғарғы температура да қыздыру  арқылы өндіреді. Гидрометаллургиялық  әдістері шикізаттан, қышқыл сулы ерітіндідегі әр түрлі жартылай өнімдермен химиялық реагенттерден және ерітіндіден  металды бөлуге негізделген.

Пирометаллургиялық  әдісте мырыш сульфиді концентраттарды  алдын ала күйдіруде (көбінесе агломерациялық күйдіру), яғни мырыш оксиді түрінде  алынады. содан соң мырыш агломератын  тотықсыздандырғышпен (коксик) қосады, алынған шихтаны керамикалық ыдысқа – ретортаға тиеледі. Реторталар дистилляциялық пеште орналасқан. Пештегі температура 1250-1350⁰С, сонымен қатар келесі химиялық реакциялар жүреді:

 

ZnO + C = Zn + CO;                                                        (1)

 

ZnO + CO = Zn + CO₂.                                                    (2)

 

СО₂ + С = 2СО                         (3)

 

Металды мырыш бу түрінде болады. Газдар құрамында мырыш буы бар конденсаторға  түседі, онда мырыш сұйық металға  дейін конденсацияланады.

Мырыш дистилляциясы горизонтальды және вертикальды реторталарда және де шахталы немесе электропештерде жүргізіледі.