Минералды шикізатты сапалы өңдеу

Кез келген пайдалы қазбаларда белгілі бір өндіріс үшін керек емес қоспалар-бос жыныстар болады. Пайдалы қазбалар металлургиялық зауодтарға немесе химиялық өндіріске түспей тұрып, алдын ала өнделеді. Өнделген өнім мемлекеттік немесе жалпы ішкі одақтық (ГОСТ,ОСТ), ішкі немесе аралық ведомствалардың техникалық талаптарына сай болуы қажет.

Шикізатты алдын ала өңдеуге мына механикалық өңдеулер түрі жатады:

1)іріктеу және жіктеу;

2)ұсақтау;

3)брикеттеу және агломерация;

4)байыту.

1) Іріктеу - минералдарды ортақ химиялық немесе физикалық қасиеттеріне байланысты бөлу. Бөліктің өлшеміне байланысты шикізатты бөлу жіктеу деп аталады.Шикізатты арнайы тор немесе елек арқылы жіктеуді грохот деп атайды.Сондықтан мұндай жіктеуді грохочение деп атайды.

Кесектері 3-4 мм -ге дейін ұсақталған шикізаттар : а)суға шөгу жылдамдығына байланысты гидравликалық немесе сулы; б)ылдый қорапта бөлшектердің бос құлауына байланысты-механикалық; в)не ауада бос құлау жылдамдығы бойынша ауадағы құрғақ не құрғақ деп аталады. Гидравликалық және механикалық жіктеу үшін қолданылатын аспаптар-классифирлер деп аталады, ал құрғақ жіктелу аспабы-ауалы сепаратор деп аталады.

2) Шикізатты ұсақтау.Шикізатты тура қолдану технологиясы , химиялық қайта өңдеу,сонымен қатар сорттар, жіктеу, байыту. Өндірісте кен кесектерінің белгілі өлшемдерін қажет етеді, сондықтан үлкен кесектерді ұсатады, не ұсақ бөлшектерді престеп немесе қосу арқылы кесектетеді.

3) Кесектеуді өте ұсақ немесе шаң тәріздес шикізаттарды кесектеп , престеп жасаса-брикеттеу деп атайды. Егер шикізатты брикеттен үлкейтсе, агломерация деп атайды, алынған кесектерді агломерат дейді.

4) Байыту - пайдалы минералдардың бөлігін бос жыныстан бөлу, қажет болған жағдайда өзара бір-бірінен әр минералды бөліп те алады,сол кезде пайдалы шикізаттың (бөлудің әсерінен) концентрациясы артады.Кей жағдайда көмір де байытуға түседі,сонда оның каллориясы артады.

Кесектердің көлденең өлшемдері 6-50мм болатындай етіп, байыту алдында шикізатты әр уақытта ұсақтайды. Шикізатты дайындау- байыту процесінің бөлігі болып табылады.

5) Сусыздандыру - шикізаттан суды жоғалту процесі. Барлық мұнай өнімдері байытылған өнімдер, әртүрлі шламдардан фильтрленеді немесе кептіріледі.

2.Шикізатты ұсақтау. Шикізатты тура қолдану технологиясы - химиялық қайта өңдеу, сонымен бірге сорттау, жіктеу, байыту - кен кесектерінің белгілі өлшемдерін қажет етеді, сондықтан үлкен кесектерді ұсатады немесе ұсақ бөлшектерді престеп немесе спекия(біріктіру) арқылы кесектейді.

Шикізатты ұсақтау үшін ұсақтатқыштар, диірмендер қолданылады.

Байытуды арнайы байыту фабрикаларында жүргізеді.

Кесектердің көлденең өлшемдері 6-50мм болатындай етіп байыту алдында шикізатты әр уақытта ұсақтайды. Шикізатты дайындауда байыту процесі маңызды бөлік болып табылады, сондықтан кеңірек қолданылады.

5.Сусыздандыру. Сусыздандыру шикізаттан суды жоғалту процесі. Барлық мұнай өнімдері (резервуарларда тұндырады), байытылған өнімдер, әр түрлі шламдар фильтрленеді немесе кептіріледі.

Шикізатты байыту әдістері

Байыту процесін 3 түрге бөледі: механикалық, физика-химиялық (флотационды) және химиялық.

Механикалық әдіс-кеннің әр бөлігінің физикалық қасиеттеріне байланысты: өлшемі, тығыздығы, формасы (түрі), түсі, жарқырауы, бет бөлігінің бұдыры, магнитке тартылуы, электрөткізгіштігі, сулануы т.б.

Ең оңай механикалық әдіс грохочение- тесігі әр түрлі електер арқылы өткізу. Темірлі кендерге электромагнитті байыту қолданылады.

Физика-химиялық байыту әдісі шикізаттың жеке құрам бөліктерінің сулануына немесе әр түрлі реагенттер мен еріткіштерде еруіне негізделген. Кең көп тараған әдіске флатационды байыту жатады, ол шикізаттың әр бөлігінің әр түрлі сулануына негізделген. Алтын, күміс, басқа металдарды сынаппен өңдеп (амальгама), калий немесе натрий цианидімен өңдеп (циандау), мысты күкірт қышқылында немесе аммиакта ерітіп, бөліп алу т.б.

Химиялық әдіс бойынша байыту шикізаттың әр бөлігінің химиялық құрамының өзгеруіне негізделген. Бұл әдісте шикізат термиялық өңдеуге (жағу) түседі; «балласт» өнімдер газ немесе шлак ретінде жоғалтылады. Мысалы, мыс колчеданы CuFeS₂ химиялық қосылыс болғандықтан, механикалық әдістермен және флотация арқылы CuS, FeS деп бөлінбейді. Тек егер бұл колчеданды алдымен тотықсыздандыра күйдірсе, сосын құммен (SiO₂) балқытса, алдымен FeO, сосын FeSiO₃ шлагіне айналып, мыс Cu₂S күйінде концентрленген мыс кені ретінде ары қарай өңдеуге жіберіледі.

Флотация арқылы минералды шикізатты байыту былай жүреді:1)алдымен шикізатты өлшемі 0,1-0,3 мм болатындай етіп ұсақтайды да, су аралас (ылғалды) ауа ағынымен араластырады, сонда суспензия (пульпа) пайда болады, сонда гидрофобты бөлшектер ауамен су бетіне шығады, оларды арнайы ыдыстарға (желоб, камера) жинайды, ол ыдыстарда ауадан шикізат бөлшектері өздіктерімен бөлінеді, оларды флотационды концентрат деп атайды.

Гидрофильді шикізат бөлшектері суда қалып, флотационды аппарат түбіне шөгеді, олар флотационды арты (құйрығы)-хвост)деп аталады.

Ауамен араласқан гидрофобты шикізат бөлшектері берік болу үшін арнайы көбік түзгіштер қосылады (әр түрлі майлар мен шайырлар-қарағай және пихта майлары, ағаш және тас көмір дегатьтары (қарамай), кей жоғары молекулалы спирттер т.б.) көптеген шикізаттар бөлшектері гидрофобты болмайды, оларға- пульпаларға арнайы коллекторлар (жинағыштар) қосылады. Коллекторлар минерал шикізат бөлшектерінің бетінде адсорбцияланып, гидрофобты қабат (пленка) жасайды да, ауамен жоғары шығады. Коллектор ретінде олейн қышқылы, оның тұзы, нефтен қышқылдары т.б. бетті активті заттар (БАЗ) қолданылады.

Флотацияда көбік түзгіштер, коллекторлардан басқа реттеуші-реагенттер (реагенты-регуляторы) қолданылады (активаторлар) немесе төмендетеді (депрессорлар), яғни гидрофобтылықты реттейді. Реттеуші ретінде (регуляторлар) кей минералды қышқылдар, олардың тұздары, көмірсулар болады. Пульпаға (суспензияға) қосылатын көбік түзгіштер, коллекторлар, реттегіш-реагенттер флотореагенттер немесе флотационды реагенттер деп аталады.

Егер флотация кезінде концентратқа полиметалл кендерінен минералдар қоспасы өтсе, онда коллективті флотация деп, ал концентратқа минералдың әр түрі жеке кірсе, селективті флотация деп аталады, бұл жағдайда флотационды аппараттарда бірнеше камера болады, құрамына байланысты әр концентрат бөлек болу үшін.

Флотациядан соң концентраттарды кептіреді, сосын олар металлургиялық өндіріске түседі.

Флотационды құйрықты ары қарай қажет болса, өңдейді.

Барлық химиялық өндіріс (металл балқыту, карбонатты, силикатты минералдарды жағу, кептіру, электролиз т.б.), ұсату, шикізатты араластыру т.б. энергия қажет етеді. Негізгі энергия көзі-отын және электр энергиясы. Мысалы, 1т алюминий алу үшін 18000-22000 квт-сағ электр энергиясы керек.

1. Минералды шикізаттарды өндіру әдістері;

2. Шикізатты алдын ала өңдеудің механикалық өңдеулер түрлері;

3. Шикізатты байыту әдістері

2. Техноэкономикалық көрсеткіштер;

3. Өндіріс үрдісінің баланысы;

4. Кезеңдік және үздіксіз өндіріс үрдістері.

Әр түрлі өндірістің алғашқы заты ретінде қолданылатын шикізаттың бірнеше түрі болады. Шикізат қатты болса, белгілі бір өнім алғанда араласатын болса, ондай қоспа шихта деп аталады.

Технологияның барлық түрі екіге бөлінеді : механикалық және химиялық. Механикалық технология шикізатты өндеуде химиялық құрамы өзгермейтін, бірақ кей жағдайда физикалық қасиеті өзгеретін, көбінесе сыртқы түрі мен қалпы өзгеруінің әдістері мен үрдісін оқиды.

Бейорганикалық заттар өндірісі:

1. қышқылдар, негіздер,тұздар және минералды тыңайтқыштар өндірісі;

2.фармацевтикалық, бейорганикалық реактивтер және сирек элемент өндірісі;

3.электрохимиялық өндірістер (хлор, сутек, сілті т.б. заттарды электрохимиялық жолмен өндеу);

4. электротермиялық өндіріс (фосфорды, карбидті, кальций цианидін т.б. электротермиялық әдіспен өндеу );

5. металлургия (қара, түсті бағалы және сирек металлдарды өндіру)

6. силикаттар мен байланғыш материалдар (шыны, цемент, керамика т.б. өндірісі) ;

7. минералды бояу мен пигменттер өндірісі.

Техноэкономикалық көрсеткіштер.

1. 
   Шығын коэффициенті, өнім шығымы.
   
2. 
   Өнім сапасы
   
3. 
   Аспап өнімділігі және қуаттылығы
   
4. 
   Үрдіс және аппарат интенсивтілігі
   
5. 
   Еңбек өнімділігі
   
6. 
   Өнімнің өздік құны
   

n=g_пр/g_теор *100%

Мысалы: 65%-ті 1т азот қышқылын 186,2кг NH₃ тотықтырып алса, онда азот қышқылының шығымын және шығым коэффициентін есептесе.

Шешімі: 1т 65% HNO₃ ерітіндіде 650 кг HNO₃ бар. Теория жүзінде 17кг NH₃-ден 63кг NH₃ алынады.

NH₃ NOO NO₂ HNO₃

186.2кг аммиактан сусыз 690кг HNO₃ алыну керек.

17-------63

186,2------х х=d_теор=186.2*63/17=690

Немесе

650----------х х=650*100/690=94,2% (HNO₃ шығымы)

NH₃ бойынша шығым коэффициенті 186,2/650=0.286 өнім шығымы әр уақытта 100%-тен кем болады, себебі реакция толық жүрмеуі мүмкін т.с.с.

Дайын өнім сапасы (құрамы мен қасиеті) оның құрамында болатын бөгде қоспаларға байланысты. Бұл қоспа мөлшері алғашқы және соңғы заттардың тазалығына, қосымша реакция өніміне байланысты. Әр өнімнің сапасы МЕСТ, ТУ арқылы анықталады. Мысалы: тамақ өндірісінде қолданылатын қышқылдар құрамында зиянды (Pb, Нg, As т.б.) заттар болмау керек. Аккумуляторды толтыратын күкірт қышқылына белгілі талаптар МЕСТ-та болады.

V=g_пр/ кг/сағ немесе Т/тәул т.б.

Аспап өнімділігінің оптимальді жағдайдағы максимал мүмкіндігі - аспап қуаттылығы.

_max

4. Үрдіс не аппарат интенсивтілігі (І) - оның өнімділігінің, аспаптың жұмыс беті (Ғ) немесе пайдалы көлемі (V) бірліктеріне қатынасы.

Мысалы: (а)NН₃ синтезі үрдісінің интенсивтілігі бір сағатта 1м³ синтез колоннасының (катализатормен толықтырылған) алынған NН₃ килограммы 5000;

(б) мартен пешінің интенсивтілігін тәулігіне 1м²пеш астынан алынатын болат мөлшерімен (тонна) анықталады. 

Аспаптың интенсивтілігі мен өнімділігі өзара байланысты. Өндіріс үрдісі интенсивті жүрген сайын аспап өнімділігі жоғары болады.

5. еңбек өнімділігі- сол өндірісте еңбек ететін бір жұмысшыға белгілі уақыт аралығында шаққанда өндірілген өнім мөлшері еңбек өнімділігі деп аталады. Еңбек интенсивтілігі еңбек өнімділігіне тең емес..

Еңбек интенсивтілігі- уақыт бөлігінде өндірілген өнім бірлігіне келетін жұмысшының жұмсаған энергия мөлшері.

Еңбек өнімділігін арттыру үшін өндіріске жаңа әдістер, жаңа технология енгізу қажет. Шикізат сапасын арттыру керек. Жұмысшылардың техникалық сауаттылығын арттыру қажет. Еңбек интенсивтілігін арттыру арқылы еңбек өнімділігін арттыруға болмайды.

Біріншіден: шикізатты дайындау және сақтау;

Екіншіден: белгілі бір өнімді жасау үшін қажет энергия (отын) және басқа материалдар;

Үшіншіден: жұмысшылар еңбек ақысы;

Төртіншіден: электр энергиясына төленетін ақы;

Бесіншіден: амортизация (еңбек құралдарымен жұмыс орындарының тозуын өтеу); Алтыншыдан: өнімнің сақталуы мен сатылуы.

Өнімнің өздік құны төмен болған сайын еңбек өнімділігі жоғары болады.

Өндіріс үрдісінің баланысы

Өндірістің барлық техно-экономикалық көрсеткіштері материал мен энергетикалық , экономикалық баланстармен анықталады.

Баланс өндірілген өнімнің бірлігінде құрылады да, екі бөліктен тұратын кесте ретінде өңделеді; кіріс және шығыс, олардың қорытынды материалы өзара тең болуы керек.

Материалдық баланс - кіріс бөлігі өндіріске түсетін барлық шикізат кіріс (шикізат және материалдар шығыны); шығыс бөлігіне дайын өнім мен өндіріс қалдығы (қоқыс) кіреді.

Баланстар материалдық балансқа негізделеді, сондықтан ол алдымен құрылады және кез-келген технологиялық үрдісте міндетті түрде болады.

су

Газ хлор кіріс

сутегі


Тұз қышқы
Тұз қышқылын алу өндірісінің материалды баланысын құру кестесі

Тұз қышқылын аналитикалық есеп беруі негізінде материалдық баланыс құру: алынатын қышқыл 30,4% , ұшатын және ұшпайтын қоспа 0,2% ,құрғақ хлор газ құрамында 95% СІ₂ , 98% Н₂ яғни Н₂ артық мөлшері, сонда хлор реакцияға толық түседі.

Шешімі : 1 тонна тұз қышқылы үшін баланыс құру керек

1000кг 30,4% тұз қышқылында 304кг НСІ

НСІ______СІ 36,5____35,5 ; 304_____х ; 95%  бар хлор газдан және 98% H₂

Дәріс 9 Өндіріс үрдісінің негізгі принциптері
1.Кезеңдік және үздіксіз өндіріс үрдістері;

2. Өндірістік қалдықтарды қолдану принциптері.

Химиялық өндірістің техникалық кестесін құрғанда келесі өндіріс үрдісінің принциптерін қолданады: үздіксіз, кезеңдік, орынды, өндіріс өнімдерінің жылу энергиясын қолдану.

Кезеңдік және үздіксіз өндіріс үрдістері

Химиялық өндірістің барлық үрдістері уақыт бойынша химиялық реакцияға түсетін заттардың әрекеттесу жағдайларының тұрақтылығына байланысты 2 түрге: кезеңдік және үздіксіз болып бөлінеді.

Кезеңдік үрдістерде әр саты үзіліспен жүреді: алдымен реакция жүретін аспап шикізаттың немесе жартылай дайын өнімнің белгілі бір мөлшерімен толтырылады, сосын реакция жүргізіледі, реакция аяқталғаннан кейін бұл үрдіс қайталанады. Кезеңдік үрдіс өнімсіз,себебі реакцияның өту жағдайы өзгереді.Бұл әдіспен көбінесе органикалық бояғыштарды, жарылғыш заттарды т.б. аздаған заттарды алады.

Үздіксіз процестертерде шикізаттарды аппараттарға салу, соңғы өнімдерді алу бүкіл жүйе бойынша үздіксіз жүреді.Үрдіс пен аппараттарды тазалағанда не жөңдеу кезінде ғана тоқтайды. Мысалы, шойын, болат қорыту,H₂SO₄ өндіру, аммиак синтезі.

1)аппараттар тоқтамайды, сондықтан өндіруді механизациялайды, автоматтандырады;

2)аппараттар өлшемдері кішірейеді, сондықтан ғимараттар көлемі де кішірейеді.

Өндірістік қалдықтарды қолдану принциптері

Қалдықтардың түзілуі:

1)негізгі өнім алынғанда жүретін негізгі реакциялар кезінде;

2)негізгі өнім алынғанда қосымша реакциялар жүруі нәтижесінде;

3)негізгі реакциялар толық жүрмесе;

4)шикізатта қоспа болғанда.

Өндіріс қалдықтарын қайта қолдану өте ұтымды:

1)алынған өнімнің өздік құнын азайтады;

2)кәсіпорын аймағын, қоршағаен ортаны ластанудан қорғайды.

Өндіріс техникасы және технологиясы төмен болған сайын өндіріс қалдықтары жоғары болады. Түсті металлургияда SO₂ газын ауаға лақтырады.Металлургия мен котельныйлардың шлактары лақтырылады. Қазіргі кезде шлакобетондарды (цемент+құм+шлак) құрылыста қолданады.

Кез келген өндірістегі қажет элементтер: адам күші,шикізат,энергия және су.

Тегіне және агрегаттық күйіне байланысты шикізат 3-ке бөлінеді: минералды, өсімдікті және жануарлы; агрегаттық күйіне байланысты: қатты, сұйық және газ тәріздес; құрамына байланысты: бейорганикадық және органикалық.

Минералды шикізат жер қойнауынан табиғи түрінде алынады. Минералды шикізат 3 түрге бөлінеді:

1)кенді

2)кенді емес

Минералды шикізаттар қатты, сұйық, газ тәріздес табиғи газдар:

1) кенді шикізаттардан негізінен металдар алынады;

2) кенді емес шикізаттар мына топтарға бөлінеді:

а) құрылыс материалдары ( гравий,құм,саз , т.б.)

б) индустриалды шикізат-графит, асбест,магнезит, т.б.

в) химиялық шикізат-химиялық қайта өңдеуге түседі, күкірт,фосфорит, апатит,т.б.

г) жартылай бағалы; бағалы: алмаз, изумруд, рубин, малахит,т.б. табиғи түрде де,механикалық өңделгеннен кейін қолданылады.

Кенді емес шикізатты осы әртүрлі категорияларға да жатқызуға болады.

3)жанғыш минералды шикізат отын ретінде қолданылады: тас және қара көмір,мұнай,т.б.

Өсімдіктен және жануарлардан алынған шикізаттар-ағаш, зығыр, кендір, сора, майлар, жануар жамылғысы және т.б. тағайындалуына байланысты: тағамдық және техникалық болып бөлінеді.

Тағам үшін қолданылатын тамақтық шикізатқа – картоп, қант қызылшасы, сүт, астық, т.б. жатады.

Техникалық болып – механикалық және химиялық өңделгеннен кейін тамаққа жарамсыз, тек тұрмыста және өндірісте қолданылатын өнімдер. Олар: мақта, ағаш, жануар сүйектері және т.б.

1.Кезеңдік және үздіксіз өндіріс үрдістерін;

2. Өсімдікті және жануарлы шикізаттарды
Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Өндірістік қалдықтарды қолдану принциптері.

2. Кез келген өндірістегі қажет элементтер

3. Кенді емес шикізаттың әртүрлі категорияларға жатқызуға болады ма?

4. Минералды шикізат түрлерін ата.

Дәріс 10. Минералды тұздарды алу

1.Минералды тұздардың жіктелуі;

2.Минералды тұздарды алу;
Көптеп өндіретін және қолданылатын минералды тұздар: NaCl. Na₂SO₄. Na₂S. NaF. K₂Cr₂O₇. Na₂Cr₂O₇. Na₃PO₄. KCl. K₂SO₄. MqCl₂. MqSO₄. CaCl₂. CoSO₄. Na₂CO₃. K₂CO₃. KBr. KCl. MqCl₂. KCl-NaCl. Ca₃(PO4)₂.(NH₄)₂SO₄.

Минералды тұздар ауыл шаруашылығында (тыңайтқыш ретінде) өндірісте және тұрмыста қоданылады. Минералды тұздар тегіне байланысты – табиғи және синтетикалық деп, құрамына байланысты (Na тұзы, Р тұзы, т.б.), алу әдісіне байланысты, қоданылуына байланысты жіктеледі.

Минералды тұздар химиялық өндірісте қолданылады және өндіріледі. Мысалы, NaCl –ды Cl₂, Na₂CO₃, NaНСO₃, HCl, NaОН алуға қолданылады, Na₂SO₄ –тек Na₂S және шыны алуға көптеген Ғе, Аl, Ва тұздары, Na₂Ғ, Na₂S, NaНСO₄ т.б. тұздар бояу өндірісінде, химиялық реактивтер алуға, катализатор алуға, пластмассалар алуға, жуғыш заттар алуға және т.б. қолданылады.

Металлургиялық өндірістерде минералды тұздар кендері байытуға және гидрометаллургиялық өндірістерде металдар алуға қолданылады. Көптеген минералдарды тұздар тау-кен өндірісінде, целлюлоза-қағаз өндірісінде, текстил өндірісінде, тері өндірісінде, фармация өндірісінде қолданылады.

Минералды тұздарды 2 жолмен алады:

1. 
   Табиғи тұздарды өндіру
   
2. 
   Табиғи және өндіріс шикізаттарынан тұздарды өндіру
   

Табиғи еритін тұздар – тұздар кені ретінде және табиғи ерітінді ретінде көлдерде, теңіздерде, жер асты бұлақтарында кездеседі, олардың негізгілері NaCl, Na₂SO₄, KCl, K₂SO₄, MqСО₃, СаСО₃, NaBr, КBr.

Минералды тұздарды ашық және жер асты әдістерімен өндіреді, жер асты әдістерден тұздар ерітіндісін бұрғылау скважиналары арқылы шығарады.

3. 
   Табиғи тұздарды табиғи және өндіріс шикізаттарынан өндіру. Қатты заттарды ұсақтау→ байыту→ кептіру→ жағу→ балқыту→ тұндыру→ фильтрлеу→ буландыру→ ерітіндіні суыту→ кристалдандыру. Тұзды өндіру технологиясында сонымен бірге адсорбция және десорбция процестері де қолданылады. Осы қатарда жүретін реакциялар: алмасу, айырылу, байыту, тотықсыздану, бейтараптану.
   

1.Минералды тұздарды өндірудегі технологиялық процестерді;

2.Өндіріс қалдықтарынан минералды тұздарды алу жолдарын.