Мыс өңдірісі

Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым министрлігі

Маңғыстау политехникалық колледжі

 

 

 

 

Пәні: Металлургия  өнеркәсібіндегі

машиналармен  агрегаттар

Тақырыбы: Мысты өндіру

 

Орындаған: Қоштаев  Кеңшілік

                                                                                Тексерген: Байкубеков Мәлік

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ақтау  2012 жыл

Мазмұны

Кіріспе…………………………………………………………………………..

Мыс……………………………………………………………………………..

Мысты өндіру процесі………………………………………………………….

Мыс рудасының  түрлері……………………………………………………….

Өндіру...................................................................................................................

Байыту………………………………………………………………………….

Күйдіру…………………………………………………………………………..

Штейн алу………………………………………………………………………..

Тазартылмаган мыс алу………………………………………………………..

Мысты тазарту…………………………………………………………………..

Мыс өндірісінің  жанама өнімдері………………………………………………

Металлургия пеші……………………………………………………………….

Пайдаланған әдебиттер………………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

2

Кіріспе

        Мыстың басқа элементтермен қоспасын (қола) адам баласы  ерте заманнан бастап пайдаланған. Сондықтан мыс металлургиясын өндірістің ертеде дамыған тауарларының қатарына жатқызады. Қазіргі кезде мыс таза немесе басқа элементтермен қоспа түрінде конструкциялық материал ретінде өндірістің көптеген салаларында қолданылатындықтан, XVII  ғасырмен салыстырғанда дүние жүзі бойынша алғанда мыс өндіру 160-170 есе артып170 есе артып, 18 мың тоннаға жетті.

      Кейбір капиталистік мемлекеттердегі мыс өндірісінің жайын мынадай цифрлармен сыипаттауға болад: Европа ерте кезде мыс өндірісінің  негізгі орталығы болса, оның жалпы мыс өндірісінің үлесі қазіргі кезде 13%-ке дейін кеміді, бұған керісінше, Африканың мыс өндірісі дамып, онда дүнин жүзі бойынша қорытылған мыстың 22%-тен  астамы өндірілетін болады.

      1913 жылы  АҚШ-та дүние жүзі бойынша қорытылған мыстың 60%-і өндірілсе, қазіргі кезде ол 35%-ке  дейін төмендеді. Өткен уақытта АҚШ мыс өндіру мен оның қоры жағынан алғанда дүние жүзінде бірінші орында болса, соңғы кезде мыс қорыту мен оның кен байлығының қоры жағынан Африка (Катанга, Солтүстік Родезия) оны басып озды.

      АҚШ-та қорытылған  мыстың өндірістің түрлі салаларында  жұмсалуының мөлшері мынадай:

     а) электр өндірісінде 48-52%;

     б) автомобиль өндірісінде 9,6-10,3%;

     в) темір жол транспортында 0,5-1,8%;

     г) баска тұтыну салаларында 34-35%.

      Басқа мемлекеттерде тұтынатын мыстың мөлшері, шамамен, АҚШ өндірісінің түрлі салаларында тұтынатын мыстың мөлшерімен шамалас.

3

Мыс

     Мыс, Cu – элементтердің периодтық жүйесінің І-тобындағы химиялық элемент, атомдық нөмірі 29, атомдық массасы 63,546. Табиғатта тұрақты екі изотопы бар: 63Cu және 65Cu. Жер қыртысындағы массасы бойынша мөлшері 4,7.10–3%. Негізгі минералдары: халькопирит, халькозин, ковеллин, малахит, азурит. Пластикалық қызыл түсті металл, кристалл торы қырлары центрленген кубтық, тығыздығы 8,94 г/см3, балқ у t 1084,5°С, қайнау t 2540°С, тотығу дәрежесі +1, +2. Құрғақ ауадағы бөлме температурасында тотықпайды. Қыздырғанда ауада CuО және Cu2О-ға дейін тотығады, галогендермен, S, Se, HNO3, H2SO4-пен әрекеттеседі. Аммиак, цианидтермен, т.б. кешенді қосылыстар түзеді. Сульфид концентратын балқытып, одан түзілген мыс штейнін қара мысқа дейін тотықтырып, оны жалынмен не электролиттік әдіспен тазарту арқылы; гидрометаллургиялық әдіс – құрамында мысы бар минералдарды күкірт қышқылымен (немесе NH3 ерітіндісімен) өңдеп, одан әрі электролиздеу арқылы алады. Мыс кабельдердің, электр қондырғылары мен жылу алмастырғыштардың ток өткізгіш бөлігін жасау үшін пайдаланылады; қорытпалардың (латунь, қола, мыс-никель, т.б.) құраушысы ретінде қолданылады.

     Құрамынан мыс алынатын табиғи шикізат. Оның құрамына мысы бар 240-тан аса минерал кіреді. Олардың ішінде өнеркәсіптік негізгілері: халькопирит (құрамындағы мыстың мөлшері 34%), борнит (63,3), ковеллин (66,4), халькозин (79,8), теннантит (57), тетраэдрит (52,3), энаргит (48,3), куприт (88,8), тенорит (79,8), малахит (57,7), азурит (55,3), хризоколла (36,1), брошантит (56,2), атакамит (59,5). Мысты құмтас кен орындарында мыстың мөлшері көп болады. Қазақстанда бұл кен типтері басты орында (мысалы, Жезқазған кен орны). Минералдық және химиялық құрамдарына байланысты мыс кендерінің технологиялық сорттары сульфидтік, тотыққан, аралас болып

4

ажыратылады. Сонымен қатар  мыс кендері сом және сеппелі-тарамшалы  болып бөлінеді. Қазақстанда мыс  кендерінің ірі кен орындарына Жезқазған, Қоңырат, Ақтоғай, Жаманайбат, т.б. жатады.

     Пайдалы қазылымдарды байыту өнімі, не шикізатты химиялық өңдеудің өнімі. Бұл өнімдерде пайдалы концентрат мөлшері бастапқы шикізаттағыдан көп болады. Олар байыту фабрикасынан тікелей пайдалануға не металлургиялық өңдеуге жіберіледі. Металлургиялық өңдеуге жіберер алдында оларды флотациялық байытудан өткізеді. Мыс кенін байыту барысында негізгі алынатын өнім, құрамындағы мыс 55%-ға жететін (көбінесе 10%-дан 30%-ға дейін) мыс концентраты болып есептелінеді. Ал флотация кезінде мыстың концентратқа өту шығымы 80%-дан 95%-ға дейін болады. Байыту барысында мыс концентратынан басқа қосымша пиритті және түсті металдар концентраттары (мырышты, молибденді, т.б.) алынады. Қазақстанда мыс шикізат көздері Орталық, Шығыс (Кенді Алтай) және Оңтүстік Қазақстан облыстарында шоғырланған. Соңғы жылдары мыс-мырыш күрделі концентраттарын балқытып, ұсатып өңдеу, автогенді балқытып өңдеу тәсілдері Балқаш мыс зауытында жүргізілуде.

     Гидротермалық және ол көбінесе мысты минералдардың жер бетінде ыдырауынан шығады. Мыстың кейінгі жаратылысын көрсету үшін халькопирит атты мысты минералдың ыдырауын келтірейік: CuFeS2 - * FeS04 ->-Cu. Осы ыдыраудың нәтижесінде мыспен қатар малахит, азурит минералдары да пайда болады.

     Уралда (Орта Уралда), Қазақстанда ( Қодырат, Жезқазған , Ақбастау), Өзбекстанда Алмалықта бар. Шет мемлекеттегі кені АҚШ-та Жоғары Көлдер аймағында (Мичиган штатында), Африкада (Родезия) бар.

Мысты өндіру процесі

     Қазақмыстың пайдалануында 17 кеніш бар. Олардың көпшілігі жерасты кеніштері, десек те солардың арасында бірнеше ашық кеніштері де бар.

5

Әдеттегідей, кеніштердің  құрамында «сульфидті кен» мен әртүрлі  қосарлы өнімдер болады. Негізгі  қосарлы өнімдер болып табылатындар: мырыш, күміс және алтын. Технологиялық  процестің қай сатысында болмасын қажетсіз материалдардың артып келе жатқан көлемдерінен айырудан, сульфидтік кенді өңдеуден және тауарлық металл алуға баса назар аударылып отырады.

Мыс рудасының түрлері

       Әрбір мемлекеттің қазба байлығының қоры кез келген өндірістің шешуші факторы болып табылады. Капиталистік мемлекеттер арасында мыс кенінің қоры жағынан  бірінші орынды Африка (20%), екінші орынды Мексика, Куба, Орталық Америка (19,4%), үшінші орынды АҚШ (15,8%), төртінші орынды Солтүстік Родезия (14,0%) алады.

     Қазақстанда мыс рудасының аса бай қорлары бар. Мысты құмтастардың ең ірі кен орны Жезқазған. Жезқазған кен орны ТМД бойынша бірінші, дүние жүзінде екінші орында. Қазақстан мыс өндіру жағынан дүние жүзінде жетінші орын алады. Өнімнің 92%-ы шет елге шығарылады.

     Мысты кен орындарының ірілері Қоңырат, Бозшакөл. Бұлардағы мыс ашық әдіспен қазылып алынады, бірақ рудада металл мөлшері аз. Полиметалдар. Полиметалл кеніне қорғасын, мырыш, мыс қоспалары, алтын, күміс, тағы басқа металдар жатады. Қорғасын мен мырыштың ең бай кен орындары Кенді Алтайдағы Риддер, Зырян, т.б. жерлер. Мұндағы кендерде металл көп. Полиметалл кен орындары Жетісу Алатауындағы Текелі және Қаратаудағы Ащысай мен Мырғалымсайда бар.

     Соңғы жылдарда қорғасынның бай кен орындары Орталық Қазақстанда (Қызылеспе, Қасқаайғыр, т.б.) барланды.

     Мыс көптеген миниралдар құрамына енеді, бірақ құрамында мысы бар барлық миниралдар мыс рудасы деп атала бермейді. Алдыңғы қатарлы техниканы пайдаланып  қорытқанда   өндіріске  тиімді,    пайда     келтіретін

6

минирал мыс рудасы деп  аталады.

     Мыс рудаларында мыстың мөлшері (концентрациясы) әр түрлі болғандықтан, концентрациясы жоғары мыс рудалары тікелей қортылады да, концентрациясыорта және төмен мыс рудалары байытуға жіберіледі.

     Мыс табиғатта күкірт, оттегі элементтерімен күрделі қосылыс түрінде, кейде таза күйінде(самородный) кездеседі. Елімізде қортылатын мыстың 80%-і күкіртті, 15%-і тотықтырудалардан, ал 5%-і сом мыстан өндіріледі.

     Табиғатта жиі кездесетін мыс миниралдары мен рудалары:

     а) холькозин Cu₂S-79,84% Cu, (процент миниралдың құрамындағы мыс мөлшерін көрсетеді);

     б) халькопирит CuFeS₂-34,6% Cu;

     в) куприт CuO-88,8% Cu;

     г) малахит CuCO₃, Cu(OH)₂-57,6% Cu т.б.

     Мыс рудасын құрамына қарай екі топқа бөлуге болады, оның бірі-руда минералдары, екіншісі-бос жыныс. Рудадағы мыстың мөлшері 0,5%-тен 2%-ке дейін, ал Африка рудаларында 4-6%-ке дейін жетеді. Бос жыныстың құрамында SiO₂, Al2O₃, CaO, MgO т.б. тотықтар кездеседі.

Өндіру

     Сульфидті кен жерасты кеніштерінен немесе жарылғыш материалдардың көмегімен бұрғылау-қопару жұмыстарын қолдана отырып ашық карьерлерден өндіріліп шығарылады.

      Қуатты да зор экскаваторлар кенді жинастырып, самосвалдарға артады, олар болса кенді бастапқы үгітудің ұсатқыштарына тасымалдап отырады. Бастапқы үгіту тасымалдау жұмысын жеңілдету үшін кеніштің ішінде жасалуы мүмкін.

7

Байыту

       Мыс рудасы қорытылудан бұрын әр түрлі тәсілмен байытылады,  яғни руданың құрамындағы бос жыныс концентраттан ажыратылады. Руданы байытудың тәсілі минералогиялық құрамына, минерал түйірлерінің көлемі мен олардың өз ара әсеріне байланысты.

      Байыту процесі екі кезеңнен тұрады: а) ұсақтау, б)флотайия.

      Руда арнайы  жасалған диірмендерде, түйірлерінің  өлщемі 0,5-0,05 миллиметрге дейін жететіндей  етіп, ұсақталады. Руда түйірлерінің  бетінде суға жұқпайтын қабат  туғызу үшін ұсақталған рудаға 100-300 г/т мөлшеріндей флотациялық реагент қосады. Флотациялық реагент көпіршіктендіргіш және су қоспасы қоймалжың зат (пульпа) құрайды. Қоймалжың зат флотациялық машинаның астауына құйылып,  ауамен үрленеді.

Күйдіру

       Сульфидті руда мен концентратты қорытудан бұрын оларды 873-1173°К (600-900°C) температурада күйдіреді. Мыс рудаларын күйдірудің мынадай түрлері бар: тотықтандыру, сульфидтеу, хлорлау. Соңғы екі әдіс гидрометаллургия өндірісінде жиі қолданады.

     Сульфидті руданы күйдіргенде көзделетін мақсаттар:

     а) руданың құрамындағы күкірттің мөлшерін кеміту:

     б) тотыққа айналдыру арқылы шихтаны күшала (мышьяк) сурьма, селен, мырыш, кадьий элемнттерінен тазарту;

8

     в) темірді тотықтандыру.

     Мыс рудасы арнаулы көп түпті пештерде күйдіріледі.

     Көп түпті күйдіру пеші – тік орналасқан, ішкі беті шамот кірпішпен астарланған, цилиндр тәрізді шахта. Пештің ұзына бойына көлбей орналасқан бірнеше (7-9 түп) түптері болады. Әрбір түпте шихтаны төменгі түпке төгуге арналған тесік бар. Пештің ортасына тік бағытта вал орнатылып, оған сырғыштар бекітілген. Орталық вал 0,7-2 об/мин жылдамдықпен айналып оған бекітілген сырғыштар пештің түптерінде шихтаны шетке қарай, ал тақ түптеріндегі шихтаны орталыққа қарай ысырып отырады. Сонымен шихта жоғарыдан төмен қарай біртіндеп жылжу жолында әр түрлі физика-химиялық өзгерістерге ұшырап, күйеді. Күйдірілген шихта пештің астыңғы жағында орналасқан қабылдаушы анаққа түседі. Руданы тотықтандыру үшін қажет оттегі пешке ішкі жағы қуыс етіп жасалған орталық вал немесе күйдірілген руданы шығаруға арналған тесік арқылы енгізіледі. Пештен шыққан газ арнаулы труба арқылы шаң тазартқышқа, ол тазартылған газ күкірт қышқылы цехына жіберіледі.

     Мыс қорыту жағынан алдыңғы қатарлы заводтардың лүйдіру пещтері тәулігіне 300-350 т шихта өңдейді.

     Соңғы кезде Отанымызда және шет елдерде күкіртті мыс рудаларын күйдірудің жаңа әдісі - <<қайнау қабатында>> күйдіру әдісі – табылады. Бұл әдіспен күйдіргенде жоғары температурада газ бен шихтаның арасындағы реакция жылдам жүреді.

     Майда етіп ұнтақталған материалды астыңғы жағынан үрлеу арқылы борпылдақ, қозғалғыш, ыдыстың формасын қабылдайтын, тесіктен ағатын сұйық сияқты күйге жеткізуге болады. Материалдың мұндаой күйін жалған сұйық (псевдо) күйі немесе <<қайнау>> күйі деп атайды. Материалды << қайнау қабатында >> күйдіру заттың осы қасиетіне негізделген. Бұл әдістің руданы көп түпті пештерде күйдіру әдісімен салыстырғандағы тағы бір

9

артықшылығы кұрылыстың қарапайымдылығы  мен ондағы температураны(1740°C)+1°C-қа дейінгі дәлдікпен реттеуге болатындығында.

Арылту

     Өңдеусіз мыс арылту үшін пешке салынады. Мыстың бір бөлігін және қоспалардың көп бөлігін тотықтандыру үшін балқып тұрған мысқа ауа нығыздалып беріледі. Мышьяк пен сурьманың қалдықтарын аластату үшін флюс ретінде натрий карбонаты қосылады.

      Оператор қоспалардың құрамы қай кезде керекті деңгейіне жететіндігін анықтау үшін материалдан сынамасын таңдап алады.

      Тотыққан мыстың құрамы мазуттың көмегімен азайтылады да мыстың құрамдылығы 99,5 пайыз болатындай өнім шығарылады. Ол қалыптарға құйылады. Алынған мыстың түрін «анод» деп атайды.

      Анодтар полимерлік-бетон ыдыстарға салынады. Әрбір анодтың жанына катод деп аталатын мыстың жіңішке қаңылтыры қойылады. Сол мыс қаңылтырлары арқылы электр тогы өткізіледі – анод оң электрод болып табылады, ал катод теріс электрод.

      Ыдыстар анод пен катодтың арасында электр тогының өткізгіші ретінде роль атқаратын мыс сульфатының қышқылды ерітіндісімен толтырылады. Мыс анодта ерітіліп, катодқа ауыса береді. Шамамен екі аптадан соң анодтардағы мыс катодтарға ауып болады.

      Мыс қаңылтырларын жасау кезінде қалған қоспалар (шламдар) ыдыстың түбіне түседі. Сол шламдардың құрамында күміс пен алтын болады.

      Катодтар ыдыстан алынады, сонда олар тазалығы 99,95-99,99 пайыз болатын мыстан тұрады. Шламдар қымбат металлдар зауытына тасымалданып, сол жерде олардан тауарлық металлдар алынады.

 

10

Штейн алу

      Әдетте мыс концентратының  құрамы және ондағы мыстың мөлшері тұрақты болмай, белгілі шектен ауытқып отырады. Концентраттағы мыстың мөлшері оның рудада қандай қосылыс түрінде кездесетіндігіне байланысты. Егер руда халькопирит (CuFeS₂) түрінде кездессе, мыстың ең көп дегендегі мөлшері 34,5% болады, ал халькозин(Cu₂S) түрінде кездессе, ол 80%-ке дейін барады.