Тсті металдарды ндіру

 

Алюминий ндіру

 

Боксит рудасыны рамы мынадай: 44,5-60% Al₂O₃; 11-23% Fe₂O₃; 1,6-13% SiO₂; 0,1-10% TiO₂. Нефелин рудасыны рамында сілтілік элементтер (Na, K)₂O₂*Al₂O₃*2SiO₂ боландытан, одан глиноземмен бірге жанама нім ретінде поташ пен сода алынады, рамында 27,3-29,3% Al₂O₃ бар.

Алюминий ндірісіні техникалы процесі екі кезенен трады:

- рудадан глинозем алу;

- глиноземді электролиздеу арылы алюминий алу.

ндірісте глинозем алуды сілтілі, ышылды, электротермиялы тсілдері олданылады.

Глинозем алуды сілтілі тсілі.нтаталан бокситті автоклава салып, оны рамындаы глиноземді сілтілеу шін кйдіргіш натрий ерітіндісі йылады жене 3-4% к осады. Автоклавта 100-240⁰С температурада боксит рамындаы глинозем алюминий гидратыны тотыы тріндегі кйдіргіш натриймен рекеттесіп, натрий алюминатына айналады. Пайда болан натрий алюминаты ерітіндіге теді:

Al₂O₃*3H₂O + 2NaOH = Na₂O · Al₂O₃ + 4H₂O

Руданы рамындаы темір тотыы ерітіндіге тпей, шлам трінде автоклавты тбінде шгеді, ал кремнезем кйдіргіш трінде автоклавты тбінде шгеді, ал кйдіргіш натриймен химиялы реакцияа тсіп, натрий силикаты трінде ерітіндіге теді:

SiO₂ + 2NaOH = Na₂O · SiO₂ + H₂O

Пайда болан натрий силикаты мен натрий алюминаты зара рекеттесіп, ерімейтін натрийлі алюмосиликат тзеді:

Na₂O · Al₂O₃ + 2(Na₂О · SiO₂) + 4H₂O = Na₂O · Al₂O₃ · 2SiO₂· 2H₂O + 4NaOH

Пайда болан натрий алюмосиликаты шлам трінде ерітіндіден блініп, ерітінді кремнеземнен тазарады. Біра (3) реакцияны нтижесінде шлама глиноземні бір блігі тіп кетеді, мны кеміту кйдіргіш натрий ерітіндісіні шыынын арттырды талап етеді.

(1) реакция нтижесінде пайда болан оймалжы натрий алюминаты автоклавтан арнаулы ттік арылы буландырыша барады. Буландырышта натрий алюминаты гидролизденіп, мына реакция бойынша алюминий гидрототыыны кристалдары блінеді:

Na₂O · Al₂O₃ + 4H₂O = Al₂O₃*3H₂O + 2NaOH.

Алюминий гидрототыы сзіліп аынып, айналмалы ттікті пеште 1200⁰С температурада ыздырыланнан кейін сусыз аюминий тотыына – глиноземге – айналады:

Al₂O₃*3H₂O Al₂O₃ + 3H₂O

Глиноземді электролиздеу.Глинозем – балу температурасы 2323⁰К (2050⁰С), алюминий мен оттегіні берік осылысы. Алюминийді глемноземнен электролиздеу арылы алады. Электролит ызметін алюминий мен натрий фториды (Na₃AlF₆) криолит атарады. Глинозем балыан криолитте жасы ериді. Глинозем мен криолитті белгілі атынаста араластырып, электролиздеу астауына салады да, ток кзіні о полюсіне кмір электродтар жаластырады, ал астауды тбінде катод шиндері орналастырылады. Астау тізбегі бойынша кернеуі 4 –4,5 в, кші 70 кА -ден 75 кА-а дейін болатын траты ток жібереді. Тізбектегі электр тогы екі ызмет атарады: электролитті 950-1000⁰С-а дейін ыздырып, астауда электрохимиялы процесті жруіне себепші болады. Токты серінен криолит еріп, иондара ыдырйды:

Na₃AlF₆ = 3Na⁺ + AlF₆^3-

Сонымен атар криолитте еріген глинозем мынадай иондара ыдырайды:

2Al₂O₃ = Al³⁺ + 3AlO₂^---

AlO₂ = Al³⁺ + 2 O ^2-

Диссоциацияланан иондар катода арай жылжиды, алюминий иондарыны натрий иондарына араанда бліну потенциалы аз боландытан катодта алюминий иондары бейтараптанып, астауды тбіне таза алюминий жиналады:

Al³⁺ + 3^-e = Al⁰

Анодта блінген оттегі анодпен рекеттесіп, газ (СО, СО₂)кйінде астаудан шып шыады. Астау тбінде жиналан сйы алюминий отын-отын ожауа йып алынып отырады.

Тазарту.Металл емес жне газ трізді зиянды оспалардан алюминийді орыту немесе хлорлау арылы, ал металл оспаларынан оны электролиздеу арылы тазартады.

Тазартуды бл дісі арылы алюминийді тазалыын 99,5 % дейін жеткізуге болады. Егер алюминиді тазалыына ата талап ойылатан болса, оны электролиздеу дісімен тазартады. Тазартуды бл дісінде тазартылатын алюминий ймасын астауды анодына жалап, катода таза алюминий пластинасын жалайды. Электролит ретінде фтор немесе хлор тздары пайдаланылады. Электролиз процесінде алюминий катода тіп, анод алюминийіні рамындаы зиянды оспалар астауда алады. Тазартуды бл тсілі бойынша тазалыы 99,85 – 99,9 % болатын алюминий алуа болады.

 

Магний ндіру

 

Магний рудалары.Магний ндірісінде карбонаттар (магнезит MgCO₃, доломит MgCO₃*CaCO₃), жне хлоридтер (карналлит MgCl₂KCl6H₂O бишофит MgCl₂6H₂O) олданылады.

азіргі кезде магний екі трл жолмен алынады: электролиттік жне термиялы.

Термиялы діспен магний з оксидтерінен кміртегі, кремний немесе ферросилициймен тотысыздандыру процесі арылы ндіріледі.

Магний алуды электролиттік жолыекі процестен трады: 1) хлорлы магний (MgCl₂) жне оны элетролиздеу. Сусыз карналлит (MgCl₂KCl) электролит ретінде пайдаланады.

Карналитті рамында 7-8% Mg боландытан, оны алдын ала байыту ажет. Арнаулы вакуум-кристалдандырышта карналитті байытылан жасанды кристалдары тзіледі. сонан со олар электр пешінде 750-800ºc температурада кептіріліп сусыз карналитке айналады.

Магний алуды ішінен шамот кірпішімен астарланан элекролизерде жргізеді . Графитті пластинадан анод, болат пластинадан катод жасалады. Электролизерге йылатын электролит ерітіндісі 10% MgCl₂, 45%СаCl₂, 30% NаCl, 15% KCl аздаан NаF жне СаF₂- ден трады. Хлорлы магнийды электролитті блінуі шін электролит арылы то жіберіледі. Оны кші 150 кА-ге дейін, кернеуі 5,5 В шамасында болады.

Элетролиздеу 700-720ºc температурада жреді. Демек электролит балып магний хлориды диссоцияланып, катодта магний, ал анодта хлор блінеді. Элетролидке араанда магнийды тыыздыы тмен, сондытан ол жоарыа алып шыады да оны отын-отын вакуум ожауымен йып алады. Астауды астында шлам жиналады.

Жоарыдаы тсілмен алынан магнийді рамында 5 %-те дейін трлі зиянды оспалар кездеседі. Сондытан оны тазарту шін рамында MgCl₂, СаCl₂, NаCl, KCl жне т.б. бар флюстермен осып айта орыта. айта орыту 700-750ºc температурада электр пештерінде жргізіледі. Флюстер магнийді рамындаы ажетсіз оспалармен рекеттесіп ожа осылады. Тазартылан магнийді тазалыын 99,9; 99,95; 99,96%-ке дейін жеткізуге болады.

 

Мысты ндіру

 

Мыс рудаларында мысты млшері ( концентрациясы ) р трлі боландытан ,концентрациясы жоары мыс рудалары тікелей ортылады да, концетрациясы орта жне тмен мыс рудалары байытуа жіберіледі.

Мыс табиатта ккірт, оттегі элементтерімен крделі осылыс трінде, кейде таза кйінде кездеседі. Табиатта жиі кездесетін мыс минералдары мен рудалары: холькозин Cu₂ S; халькопирит CuFe S₂; куприт Cu₂O; гидрокарбонаттар CuCO₃*Cu( OH )₂, 2CuCO₃*Cu( OH )₂.

Руда арнайы жасалан диірмендерде, тйірлеріні лшемі 0,5 – 0,05 миллиметрге дейін саталып флотация дісімен байытылады.

Сульфидті руда мен концентратты орытудан брын оларды 600 – 900ºС температурада кйдіреді. Мыс рудаларын кйдіруді мынадай трлері бар: тотытандыру, сульфидтеу, хлорлау. Соы екі діс гидрометаллургия ндірісінде жиі олданылады. Мыс рудасы арнаулы пештерде кйдіріледі.

Сульфидті руданы кйдіргенде кзделетін масаттар:

а) руданы рамындаы ккіртті млшерін кеміту;

б) тотыа айналдыру арылы шихтаны мышьяк , сурьма, селен, мырыш, кадмий элементтерінен тазарту;

в) темірді тотытандыру.

Штейн алу.Концентрат кйдірілгеннен со шахталы немесе жалынды пештерде орытылып, штейнге айналады.

Штейн дегеніміз – рамында мыс жне темір сульфиді, аздаан темір тотыы жне Au, Ag, As, Sb т.б. элементтері бар шала нім. Мыс концентраты мен флюсты жалын шаылыстыру пештеріне тиеу арылы 1300-1350ºС температурада Cu₂S + FeS + МеS + Fe₃O₄ тратын штейн ндіріледі жне ож тзілу процесі жреді. Штейінде мысты млшері 20-45%, ал ожда 0,4-0,6% райды.

Тік шахталы пешті жмыс істеу принципі мен рылысы домна пештерінікіне сас. Штейн пеште мынадай реакцияларды жруі нтижесінде пайда болады: 1173 º К ( 900 ºc ) температурада мысты ккіртті осылыстары мен тотытары химиялы реакцияа тсіп, таза мыс тзеді, яни:

Cu₂ S + 2Cu₂ O = 6 Cu + SO₂,

Cu₂S + 2 CuO = 4 Cu + SO₂.

Реакция нтижесінде пайда болан мыс, пиритті млшері рудада жеткілікті болан жадайда, онымен мына реакциялар бойынша рекеттеседі:

FeS + 2 Cu₂ O = Cu₂ S + Fe,

Cu₂O + Fe S = 2Cu + FeO.

Сульфид осылыстарыны ( FeS жне CuS ) млшері орытпада белгілі атынаста боланда мыс штейні тзіледі.

Таза емес мыс алу.Балытылан штейінді арнаулы конвертерге йып, рлеп оны тазартылмаан мыса айналдырады. Тазартылмаан мыс алу процесін екі кезеге блуге болады: темірді тотыу кезеі жне ккіртті мысты тотыу кезеі.

Бірінші кезе – темірді тотыуы:

2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂

2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂

FeS болан жадайда Cu₂O трасыз болып келесі реакция бойынша трленеді

Cu₂O + Fe S = Cu₂S + FeO

Реакция нтижесінде пайда болан темірді шала тотыы кремний тотыымен осылып, мына реакция бойынша шлака айналады:

2FeO + SiO₂ = (FeO)₂ · SiO₂

Екінші кезеде а штейіннен таза емес мыс алынады:

2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂О + 2SO₂

Cu₂S + 2CuO₂ = 6Cu + SO₂

Таза емес мыс рамында (98,4-99,4%) Cu, (0,01-0,04%)Fe, (0,02-0,1% )S жне баса да оспалар болады, сондытан оны тазартуа шыратады.

Мысты тазарту.Тазартылмаан мысты рамында тотытар, ккіртті осылыстар, темір т. б. оспалар боландытан, оны техникада пайдалануа болмайды.

Тазартылмаан мысты тазартуды екі трлі жолы бар: бірі – жылумен тазарту, екіншісі – электролизбен тазарту.

ндірілген мысты тазалыына ата талаптар ойылан жадайда мысты тазарту шін электролиз дісі олданылады. Астауа траты то кзіні о полюсіне жаластырылып тазартылмаан мыс пластиналары (анод) жне то кзіні теріс полюсіне жаластырылып алыдыы 0,5–0,7 мм болатын таза мыс пластиналары (катод) тсіріледі, элетролит ретінде мысты ккіртышылды ерітіндісі пайдаланылады.

 

Титан ндіру

 

Титан рудаларына негізінен ильменит FeO*TiO₂ жне рутил TiO₂ жатады. Ильменитті титаномагнетиттен FeTiO₃* Fe₃O₄ алады. рамында ильмениті бар руда флотация немесе магнитті сеперация дісімен концентратта TiO₂ млшері 40-65%-ке жеткенше байытылады. Ильминетті концентратты рамында 40 – 45% TiO₂ , 30% FeO, 20% Fe₂O₃ жне 5 – 7% бос жыныс болады. Ильменитті концентратты темір мен титан оксидттерін тотысыздандыру шін арнаулы пештерде 1600-1700⁰ С температурада ааш кмірмен, антрацитпен осып балытады. Бл кезде темір тотыы келесі реакция бойынша тотысызданады

FeO*TiO₂ + С = Fe + TiO₂ + СО

Пайда болан темір кміртектеніп шойына айналады да пешті тбіне жиналады, титан тотыы TiO₂ ожа айналып орытпаны бетіне шыады. Шойын мен шлакты блек йып алады. Бл процесті негізгі німі болып 80 – 90% TiO₂ , 2 – 5% FeO жне SiO₂ , AI₂O₃ , CaO т.б. оспалары бар титанды ож саналады.

Титан тетрахлоридін алу шін рутил концентратына ааш кмірі немесе кокс жне байланыстырыш зат осып, оспаны престеу арылы брикетке айналдырады. Брикетті герметикалы электр пешіне салып 650-800⁰С) температурада ыздыран со, ол кокстеліп уысталады. Алынан титанды ож арнаулы пештерде хлорланады. Пешке электр тоы берілгенде оны ыздыру шін астыы жаынан кмір алайды. Пешке брикеттелген титанды ож салынып, фурма арылы хлор жеткізіледі. 800 – 1200⁰ С температурада кміртегімен рекеттесіп трт хлорлы титан жне CaCl₂ , MgCl₂ т.б. хлоридтер тзіледі.

TiO₂ +2Cl₂ + C = TiCl₄ +CO₂.

Тртхлорлы титаннан 800 – 900⁰ С температурада реакторларда титанды ажыратады. Реактора чушкалы магний салып, ауаны сорып алан со аргонмен реактор кеістігі толтырылып бу тстес тртхлорлы титан беріледі.

Сйы магниймен тртхлорлы титан арасындаы реакция бойынша титан алынады:

2Mg + TiCl₄ = Ti + 2MgCl₂

Титанны атты блшектері уысты масса губка болып бірігеді, ал сйы MgCl₂ реакторды науасы арылы йып алынады. Титан губкасында 35 – 40% магний жне хлорлы магний болады.

Титанды губкаларды мыс су салындатышы бар тигельдермен вакуумды электр - доалы пештерде балытады. Престелген титанды губкадан жасалан ттік жне балыан металл екі электродты ызметін атарады. Доа жананда ттік балып, титан тамшылары тигельге аып кесек болып атады. Вакуум металды тотыудан сатап баса газдардан тазартады. Губкадан айта орытан титанны тазалыы 99,6 – 99,7% .

Жоары тазалытаы титан алу шін иодпен тазарту жргізіледі. Ол шін титан сымы арылы 1400⁰С температурада электр тоын ткізу ажет.Титан мен иод рекеттескенде тртиодты TiJ₄ пайда болады, ал ол жоары температурада ылырауа шырап пайда болан титан жіішке титан сымына жабысып жуандай береді. Титанды тазартуды бл тсілі те нды, біра ндіріс німділігі тмен болады.

Титанны, баса металдара араанда, меншікті салмаы аз боландытан ол ндірісті массасы аз машиналары мен жабдытара ажет салаларында конструкциялы материалдар ретінде пайдаланады.

 

Екінші блім