Мәселенің өзектілігі

Ферроқорытпалар, пигменттер және отқа төзімді материалдар өндірісі ең ірі Кемпірсай хромит кен орнына негізделген және экспортқа бағдарланған сала болып табылады.

Хромит кендерін өндіру, ұсақтау және іріктеу, оларды байыту және технологиялық өңдеуге дайындау барысында шикізаттың 45%-дан астамы талапқа сай келмейтін өнімге (майда бөлшектер, шаң, шлам) айналады, олар гранулометриялық және химиялық құрамы бойынша ферроқорытпалар, отқа төзімді заттар мен пигменттер өндірісінде мүлдем қолданылмайды. Сонымен қатар, Қазақстан Республикасында құрамында 40%-дан көп көміртегі бар көмір өндіру қалдықтары бар, олар өнеркәсіптік аймақтардың флорасы мен фаунасына орны толмас экологиялық залал келтiреді. Сондықтан, мақсатты өнімдер мен жартылай өнімдерді алу мақсатымен түрлі өндірістердің қалдықтарын өңдейтін жаңа және тиімді технологияларды әзірлеу маңызды ғылыми-экономикалық және экологиялық міндет болып табылады.

Ғылыми-зерттеу жұмыс жоспарларымен байланысы. Диссертациялық жұмыс «Ғылыми және (немесе) ғылыми-техникалық зерттеу» ҚР БҒМ қолданбалы зерттеулер бағдарламасы, «Шикізат пен өнімді терең өңдеу» басымдылығы (мемлекеттік тіркеу № 0112РК02589) бойынша «Технологиялық даму жөніндегі ұлттық агенттік» АҚ-ң «Ферроқорытпа өндіріс үшін өндірістік қалдықтардан күйдірілген хромит жұмырларын алу технологиясын құру» тақырыбы бойынша гранттың ҒЗЖ орындау жоспарымен және М.Әуезов атындағы ОҚМУ мемлекеттік бюджеттік ҒЗЖ жоспарларымен байланысты.

Зерттеу нысаны. Кемпірсай кен орнының гранулометриялық және химиялық құрамы бойынша талапқа сәйкес келмейтін хромит кендері мен майдалары, хромит шикізаттарын байыту сатысының ылғал іріктеу шламдары, хромит жұмырларын күйдіру нәтижесінде және ферроқорытпа өндірісінде пайда болатын шаң, көмір өндірудің ішкі аршу кендері, хромқұрамдас шикізаттардан алынатын пигменттер және оларды мақта мен аралас маталарға қондыру.

Зерттеу заты. Хромит кендерінің тау-кен комбинаттары мен көмір өндірудің, сондай-ақ ферроқорытпа өндірісінің сапасыз қалдықтарын механикалық, химиялық және термиялық өңдеу процестері.

Зерттеудің мақсаты мен міндеттері. Күйдірілген көміртек құрамдас хромитті жұмырлардан пигменттер өндірудің қор және энергия үнемдеуші технологиясын жасау және хромит бояуларын мақта мен аралас маталы негіздерге қондыру.

Осы мақсатқа жету үшін келесі міндеттер қойылды:

- өнеркәсіптік қалдықтардың құрамына ішкі аршу кендері мен металлургиялық кокстың негізіндегі беттік-белсенді заттарды енгізу арқылы сапалы шикізат өндіру және хромитті өнеркәсіптік қалдықтардағы хромның құрамын арттыру;

- құрамында көміртегі бар күйдірілген хромит жұмырларын алу процесінің кинетикалық заңдылықтарын анықтау;

- синтездің тиімді шарттарын анықтау мақсатымен көміртек құрамдас хромитті шикізат негізінде пигменттер өндіру бойынша зерттеулер жүргізу және өндірістің технологиялық үлгісін әзірлеу;

- мақта және аралас маталы негізге түсті бояу беретін және тозу мен отқа төзімділігін арттыратын беттік белсенді модификаторлар қосылған пигменттерді қондыру мүмкіндіктерін анықтау.

Зерттеудің ғылыми жаңалығы.

- заманауи физика-химиялық зерттеу әдістерімен (РФА, ДТА, ИКС, РЭМ, петрография) ылғал іріктеу шламдарын, сапасыз хромит шикізаттарын өңдеуге дайындау барысында пайда болған Кемпірсай кен орнының хромит кендерінің майдаларының минералогиялық құрамы мен құрылымының ерекшеліктері анықталған, олар беттік-белсенді модификаторлар болып саналатын хромшпинел, хром силикатары мен мангасалиттен тұрады. Растрлі (сканерлеуші) микроскопия әдісімен хромит кендерінің, сапасыз майда бөлшектердің, байыту қалдықтары мен ішкі аршу кендерінің құрылымдарындағы негізгі элементтердің, хром, темір, кальций, магний, кремний мен алюминийдің үлестірілу сипаты анықталған. Пигмент алу үшін қолданылатын хромпик пен бор қышқылының қоспасын дайындау сатысында жүретін процестер зерттелген, оларға алынған шихтаны күйдіру мен ұсақтау, жартылай өнімді жуу, сүзу мен кептіру, белсенді көміртек пен күйдірілген көміртек құрамдас жұмырлардың қатысында хром оксидін күйдіру, бояуды қайта жуу, сүзу, кептіру мен майдалу кіреді;

- Cr₂О₃-ң құрамының өзгеруінің беттік-белсенді модификаторлардың қатысында пигменттер алудың уақытша-технологиялық процестерінің параметрлеріне кинетикалық тәуелділігі анықталған. Жүргізілген физика-химиялық және тәжірибелік зерттеулердің нәтижелері бойынша құрамында беттік-белсенді модификаторлар бар көміртек құрамдас хромитті жұмырлар алу процесінің механизмі ұсынылған, барабанды жұмырлағыштарды қатты отын мен беттік-белсенді модификаторлардың біркелкі үлестірілуін қамтамасыз ететін табақты (тарелкелі) түйіршіктендіргіштермен алмастыру бойынша ұсыныстар берілген;

- беттік-белсенді модификаторлары бар көміртек құрамдас хромитті жұмырлар алудың негізгі технологиялық және жылу техникалық параметрлері және күйдірілген хромит жұмырларының беріктік қасиеттері мен көміртегінің қалдықты құрамының өзгеруі анықталған;

- хромитті жұмырлардың құрамындағы көміртегінің әсерінен белсенді көмірдің құрамын төмендетуге мүмкіндік беретін беттік-белсенді модификаторлары бар көміртек құрамдас хромитті жұмырлар алудың принциптік технологиялық үлгісі әзірленген;

- хромпик пен бор қышқылынан құрамында хромшпинел, хром силикаттары мен мангасалит сияқты абразивтік қасиетті беттік-белсенді модификаторлары бар қанық жасыл түсті пигмент алудың тиімді параметрлері анықталған;

- «ШТФ Сауле» ЖШС АФ баспа машинасында зерттеулер жүргізілген және пигментті мақта маталы негізге қондырудың тиімді шарттары анықталған, олар пайдалану тұрақтылығы жоғары және жануға төзімді пигментті қолдану мүмкіндігін көрсетті.

Қорғауға ұсынылатын негізгі ережелер:

- құрамында беттік-белсенді модификаторлары бар шихтаның тиімді құрамын алуға мүмкіндік беретін сапасыз хромит шикізаттары, іріктеу шламы мен көмір өндірудің ішкі аршу кендерінің химиялық, минералдық құрамы мен құрылымының ерекшеліктері;

- хромшпинел, хром силикаттары мен мангасалит сияқты беттік-белсенді модификаторлардың әсерінен күйдірілген көміртек құрамдас жұмырлардың сапасын және олардағы қалдықты көміртегінің құрамын жоғарылатуға мүмкіндік беру мақсатымен көміртек құрамдас хромитті жұмырларды механикалық және термиялық дайындау;

- пигмент алуға қолданылатын беттік-белсенді модификаторлары бар хромпиктің құрамы мен бор қышқылының қатынасы;

- мақта маталы негізге қондыру мақсатымен хромпик және құрамында беттік-белсенді модификаторлары бар пигмент алудың технологиялық үлгісі әзірленген;

- тәжірибе-өнеркәсіптік шарттарда «Сары-Тас удобрения» ЖШС-де күйдірілген көміртек құрамдас жұмырларды алу және тәжірибелік шарттарда «ШТФ Сауле» ЖШС АФ-ң өнеркәсіптік технологиялық желісінде мақта маталы негізге бояу қоспасын қондыру нәтижелерінің мәліметтері;

- құрамында беттік-белсенді модификаторлары бар хромитті пигменттер өндірісінде шығындарды азайтуға байланысты әзірленген технологиялардың техника-экономикалық тиімділігі 1 тонна өнімге 510000 теңгені құрайды.

Зерттеу нәтижелерін практикалық маңыздылығы. Жүргізілген зертеулер нәтижесінде күйдірілген көміртек құрамдас хромитті жұмырлар алып олардың құрамында беттік-белсенді модификаторлары бар қанық-жасыл түсті хромитті пигменттер өңдеу процесінің тиімді технологиялық параметрлері анықталған. Пигменттерді мақта және аралас маталы негіздерге қондырудың анықталған тиімді параметрлері тоқыма пигменттеріне қойылатын талаптарға толығымен сәйкес келеді және олар тәжірибе-өнеркәсіптік зерттеулердің нәтижелерімен дәлелденген. Хромит жұмырларын алудың әзірленген жаңа тәсілдеріне «Хромитті жұмырлар алу тәсілі» өнер табысына ҚР Еуразиялық патентін алуға тапсырыс берілген.

- диссертация тақырыбы бойынша ғылыми және патенттік әдебиеті талдамалық зерттеулер нәтижелерін талдау және синтездеу;

- зерттеулер мен сынақтар әдістерін таңдау;

- зертханалық зерттеулер жүргізу және құрамында беттік-белсенді модификаторлары бар пигменттер алу және оларды мақта және аралас маталы негізге қондыру бойынша тәжірибе-өнеркәсіптік зерттеулерге қатысу;

- өнеркәсіптік қалдықтардан алынған құрамында беттік-белсенді модификаторлары бар пигменттер өндірісінің жаңа технологиясының экономикалық тиімділігін бағалау.

Зерттеу нәтижелерінің апробациясы. Диссертациялық жұмыстың негізгі нәтижелері халықаралық ғылыми-практикалық конференцияларда, кәсіпорындар мен ғылыми ұйымдардың ғылыми-техникалық кеңестерінде, сонымен қатар 2012-2015 жылдар аралығында М.Әуезов атындағы ОҚМУ Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы кафедрасының ғылыми семинарларында баяндалып талқыланған.