«минералды шикізаттардың анализі»

ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

5В072000 - «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы үшін

Семей

1. 
   Дәрістер
   
2. 
   Зертханалық сабақтар
   
3. 
   Студенттің өздік жұмысы
   

1. 
   Шикізаттардың пайда болуы, агрегаттық күйіне және химиялық табиғатына байланысты сипаттамасы және жіктелуі.
   
2. 
   Қайтадан жаңаратын және жаңармайтын шикізаттар көздері. Өндіріс қалдықтарын қосымша шикізат түрінде қолдану.
   

1. 
   Ауыр металдар,табиғатта кездесуі, Қазақстандағы қоры
   
2. 
   Түсті металдар,табиғатта кездесуі, Қазақстандағы қоры
   

Минералды шикізаттар көбінесе ашық әдіспен, сонымен бірге жер асты әдісімен өндіріледі.

Минералды қор геологиялық көрсеткіштермен бағаланады. Жер қыртысында пайдалы қазбалар таралуы әр түрлі.

Көптеген минералды шикізаттар кен күйінде, шығу тегі бейорганикалық заттар, кездеседі. Энергиялық шикізаттар тегі - органикалық заттар.

Егер минералды шикізаттар қорғаныс өндірісінде қолданылса – стратегиялық деп аталады.

Минералды шикізатты кешенді қолдану және оның әр түрлі қалдықтарын іске асыру үшін (жою үшін) ғылым мен практика көп көңіл бөлуде, қазіргі кезде қалдықсыз технологияны қолданып, қоршаған ортаға зиян келтірмеудің жағдайын жасауда. Өңдіріс қалдықтары қазір ондаған мың гектар жерді алып жатыр, олар атмосфераны, су қоймаларын, жер асты суларып ластайды.

Әлемде өндіріс өскен сайын, көптеген шикізатардың қолданылуы да артты. Мысалы, 1945 – 1975 ж.ж. аралығында минералды шикізаттың қолданылуы бүкіл адамзаттың осы уақытқа дейінгі тарихында қолданылғанына тең болды.

Шикізат қолданылуының динамикасын мына факторлар анықтайды:

• 
  материалды өндіріс деңгейі;
  
• 
  ғылыми – техникалық прогресс (ҒТП)
  

қолданды, қазір периодтың жүйенің барлық элементтері қолданылады.

Қазіргі кезде минералды шикізатты қолдану біраз азайды, себебі олардың орнына қолданылатын – шикізаттың синтетикалық түрлері пайда болды, бірақ олар металдардың орнына қолданыла алмайды.

Болат және түсті металлдар қазіргі өндірістің негізі болып қала береді.

Минералды шикізат қоры жер қыртысы мен мұхитта көп болғанымен, біту мүмкіндігін де ұмытпау керек. 90-шы жылдары темір 190 жылға, никель – 76 жылға, алюминий – 280 жылға, мыс - 60

жылға, көміртек – 600 жылға, газ – 54 жылға, мұнай – 45 жылға жету керек деп болжам жасалған.

1. 
   Дамыған елдердің ішінде минералды қор ең көп елдер: Австралия (уран, темір және марганец кені, боксит, Pb, Zn, Ti, Au, алмаз), ЮАР – Оңтүстік Африка республикасы (марганец және хром кені, V, Au, Pt, алмаз, U), Канада (U, Pb, Zn, W, Ni, Co, Mo, Nb, Au, калий тұздары ), АҚШ (Cu, Mo, фосфат шикізаты).
   

Ресейде минералды қор АҚШ- тан 3 есе, Қытайдан 4,4 есе көп.

2. 
   Минералды шикізат – халықаралық сауданың 19% алады. 1928 ж 7 үлкен компанияларды (Галф ойл, Тексако, Стандарт ойл оф компания, Мобил ойл, Бритиш петролеум, Ройял датч-шелл, Компания Франсэз де петроль) біріктірген мұнай картелі құрылды. Ол Персия шығанағынан, тағы басқа елдерден шығатын мұнайды (барлаудан бастап сатуға дейін) бақылауда ұстады. 1900 ж. әлемдегі мұнай өндіру 20 млн.т. болса, 1977 жылы 3 млрд.т. болды. Мұнай өндіретін елдердің табиғи байлығын көзсіз жұмсамау үшін ОПЕК (мұнай экспорттайтын елдер ұйымы) 1960 ж құрылды, ол мұнай бағасын картель сияқты төмендетпей, бірқалыпты, не жоғары ұстайды.
   

70-жылдардан бастап шикізат бағасы дайын тауар бағасынан қала бастады.

Қазақстан алуан түрлі пайда қазбалар қорымен бай: 105 Менделеев кестесіндегі элементтердің 99 бар, өндіріске ~ 60 элемент тартылды. Қазақстан барлау бойынша әлемде 1-орын: Zn, W, борит; 2-орын: Ag,Pb, хромит; 3-орын: Сu, флюорит; 4 орын: Мо, 6 орын – Аu алады.

ТМД елдерінен Қазақстан хром, қорғасын қоры бойынша 1 орын; мұнай, Ag, Сu, Mn, Zn, Ni, фосфор шикізаты бойынша 2 орын; газ, көмір,Au, Sn – 3; Қазақстан – ірі мұнай өндіруші ел. Қазақстанда өндірілетін қара және түсті металдар кендері Жапония, Оңтүстік Корея, АҚШ, Канада, Ресей, Қытай, Европа елдеріне экспорталуда.

Қазақстанның әр регионындағы пайдалы қазбалар: мұнай: қоры Атырауда, Манғыстау, Ақтөбе, Батыс-Қазақстан облыстарында; негізгі мұнай өндіруші компаниялар: Қазақстан мұнай-газ, Тенгизшевройл, CNPC – Актюбемұнай газ; Қарашығанақ петролиум оперейтинг, Росмұнай т.б. ұлттық компаниялар.

Табиғи газ: Әлемдік қордың 1,7% -ті, мұнай ұлттық компаниялары өндіреді.

Көмір: Қоры 162 млрд.т. 300-дей өндіріс орны бaрланған 10 бассейн жұмыс істеп тұр, жылына 100 млн.т. өндіріледі; Қарағанды, Павлодар, Қостанай облыстарында.

Кенді пайдалы қазбалар: Темір – ТМД елдерінің ішінен 3 орында (Ресей, Украина), негізі қоры Солтүстік Қазақстан – Соколов-Сарыбай кен орны.

Марганец – Орталық Қазақстан (Атасу, Жезді).

Хром – Мугаджар тауында (Кемпирсай, Донская); Қостанай және Шығыс Қазақстанда.

Никель, алюминий – Мугаджар тауында.

Мыс – мыс кені өте үлкен, Жезқазған, әлемде 7 орында. 92 % экспортқа шығарылады.

Қорғасын, мырыш – кенді Алтайда

Алтын – 190 –дай жерде шығады, кенді Алтайда, Қостанай облысында, Орталық Қазақстанда (Степняк, Аксу, Майкайын).

Сирек металдар (W, Mo, V, Bi, Sb) – кенді Алтайда

Жер қойнауындағы Қазақстан байлығы 10 триллон АҚШ долларына тең деп есептеледі, табиғи байлығы бойынша әлемде Даниель Фоин, доктор Массачусет технологиялық институнан (АҚШ) табиғи қор және энергетика бойынша маман бағалары бойынша Совет үкіметі құлағында (1991) барлық қордың 90% хром кені, 26% мыс, 33 % Pb және Zn, 38% W Қазақстанда қалған.

Қазақстанда қазіргі кезде 3 мұнай өндіретін зауод бар: Атырауда (1945 жылы салынған), 1970 жылдары салынған Павлодарда және Шымкентте. Павлодар зауоды толықтай, Шымкент зауоды жартылай өндіретін өнімдерін үшін шикі мұнайды Сібірден (Ресей) алады, өнімнің көп бөлігін Ресейге жібереді.

Қазір Қазақстан алтын қорының тек 1 % - тін өндірсе де әлемде, ол 6 орын алуға жағдай жасады.

Қазақстан химиялық шикізатқа да бай: калий тұздары, борат, бром, сульфат, фосфорит көп. Полиметалл кендерінде күкірт колчеданы да өте көп, сондықтан күкірт қышқылын да мол өндіруге жағдай жасалған.

Қазақстан шыны және фосфор-фаянс өндірісіне қажет шикізатқа да бай, сонымен бірге мол дәулет ретінде минералды, емдік, өндіріс және термалды сулар, бірақ олар әлі кең қолданыс алған жоқ.

Сондықтан Қазақстанға көз тігіп отырған елдер өте көп: АҚШ, Батыс Европа елдері, Турция, Иран, Пакистан, Жапония, Қытай. Мұнайды толығырақ эксплуатацияға кіргізсе, Қазақстан Сауд Аравия, Кувейт, Біріккен Араб Әмиратынан қалмаған болар еді, Каспий теңізіндегі Тенгиз, Прорва, Қаламқас, Қаражанбас мұнай орындары тек мұнай қорының аз ғана бөлігі.

Қазіргі кезде мұнай химия өндірісінің өнімдері: этилен, полипропилен, каучук, синтетикалық жуғыш заттар, химиялық талшықтар, синтетикалық шайырлар, пластмассалар, цемент шығарылады.

1. 
   Минералды шикізаттар, түрлері. Қайтадан жаңаратын және жаңармайтын шикізаттар көздері.
   
2. 
   Өндіріс қалдықтарын қосымша шикізат түрінде қолдану әдістері.
   
3. 
   Шикізаттардың Қазақстандағы қоры.
   

2. Шикізат қолданылуының динамикасын анықтайтын факторлар;

3. Дамыған елдердің ішінде минералды қор ең көп елдер;

4. Мұнай өндіретін елдердің табиғи байлығын көзсіз жұмсамау үшін 1960жылы қандай ұйым құрылды?

5. Қазақстанда қазіргі кезде неше мұнай өндіретін зауод бар?
Дәріс 3. Минералды ресурстарды кешенді қолдану және жер қойнауындағы байлықтарды қорғау. Минералды ресурстардың орналасу заңдылығы және тау-кен өндірісі

Дәріс 4. Кенді минералды ресурстар: бағалы металдар және радиоактивті металдар, олардың кендері, табиғатта кездесуі, Қазақстандағы қоры
Минералды шикізат – тау-кен өндірісінің өнімі. Минералды шикізатқа пайдалы қазбалар жатады. Пайдалы қазбалар түрі: 1. жанғыш пайдалы қазбалар – (мұнай, табиғи газ, жанғыш сланцтар, торф, көмір) сарқылатын ресурсқа жатады, қайта орнына келмейтін пайдалы қазбалар, қайта орнына келетін ресурстар – су, топырақ.

Мұнай – майлы жанатын сұйық зат, әр түрлі көмірсутектерден тұрады, одан бензин, керосин, парафин алынады.

Табиғи газ – көбінесе мұнай шығатын жерде және өзінің де табиғи қоры болады, ол ең арзан отын.

Көмір (тас көмір және қоныр көмір) – құрамында 97 % - дейін көміртек болады, ең жоғарғы сапалы көмір антрацит деп аталады, қоныр көмірде 78 %-дейін көміртегі болады, көбінесе жылу электр станцияларында қолданылады. Тас көмір металлургия және химия өндірісінде қолданылады.

Торф - өсімдіктердің жартылай ыдыраған қалдығынан тұрады, батпақ, саз жерлерде түзіледі, арзан отын,

2.Кенді емес пайдалы қазбалар (құрылыс материалдары – ізбес, құм, саз т.б., құрылыс тастары (гранит)).

Кендер (қара, түсті және бағалы металдар кендері ) темір кені – құрамында Fe, V, Ti, S, P болады.

Марганец кені – құрамында Fe, Mn, P болады.

Титан кені – TiO₂ түрінде кездеседі.

Хром кені – Cr₂O₃, Al₂O₃, MgO, FeO болады.

Алюминий кені – боксит,глинезем, нефелин.

Мыс кені CuS, FeS, ZnS болады.

Полиметалл кені құрамында Pb, Zn, Cu, Sn және бағалы металдар болады.

1.Тау-химиялық шикізаттар – апатит, фосфат, минералды тұздар, барит, бораттар, калий-магний тұздары болады.

2.Гидроминералдар (жер асты минералды сулар және тұщы сулар).

3.Түсті тас шикізат (ешма, роданит, агат, оникс, хальцедон, нефрит, т.б.) және бағалы тастар (алмаз, изумруд, рубин, сапфир т.б.)

Минералды шикізаттың жер бетінде таралуы біркелкі емес, көптеген минералды шикізат бейорганикалық текті кен ретінде кездеседі. Пайдалы қазбалардың энергетикалық шикізаттары шекті, оларды минералды шикізатқа тек шартты түрде жатқызады. Қорғаныс өндірісіне қажет шикізаттарды стратегиялық деп атайды. Көбінесе импортталатын материалдар: Cr, Sn, Zn, W, U, Mn, Pt, бокситтер.

Минералды шикізатты комплексті қолдану жолдарын қарастыру керек. Қоршаған ортаны сақтау үшін қалдықсыз технология пайдалану қажет.

Қазіргі кезде ондаған мың гектар жер өндіріс қалдығы астында қалды, сондықтан су, атмосфера, топырақ кірленуде.

Осыдан 30 жылдай бұрын ең терең жер асты шахталар 2,5 км болса, қазір 4 км-ден асты, теңіз түбінен шикізат алу дегенді ойламаған да болса, қазір мұхиттан 5 км тереңдіктен кен алады.

Минералды шикізаттан тауарлық өнім алу үшін оларды біразын аздап өңдейді: тұзсыздандырады, сусыздандырады, тазалайды, кептіреді, фильтрлейді, ұсатады т.б. Кей шикізаттарды терең өндейді.

Кей жағдайда тауарлық өнім ретінде металл болады, мысалы, алтын, платина, күміс.

Еліміз минералды шикізатқа бай, анализ жұмыстарын жүргізу маңызды мәселе. Табиғи нысанды анализдеудің керекті немесе басқа әдістерін таңдамастан бұрын аналитик, ең алдымен, қандай аналитикалық міндетті орындау керектігін болжайды. Химик-аналитиктің іс-әрекеті әрқашан нақты мақсатқа бағытталады. Химик – аналитик анализдің түрлі әдістері туралы, олардың қолданылу мүмкіндіктері туралы жақсы біліуі керек, яғни терең білімі болуы керек.

Химик-аналитик алдына қойған мақсатты дұрыс шешу үшін: 1) міндетті қоя білуі; 2) тәжірибені бағдарлай білуі; 3) тәжірибені дұрыс жүргізе білуі; 4) алынған нәтижелерді бағалай және қорытындылай біліуі қажет.

Минералды шикізаттардың және олардан өндірілген өнімдер сапасын жоғарылату үшін өндіру және анализдеу стандарттар мен техникалық жағдайларға (МЕСТ, ТЖ) сәйкес болуы керек. 1966 жылы 8 мемлекеттік стандарт қара және металдар кендері мен концентраттары үшін енгізілген. Сонымен, қазіргі кезде молибден концентратына, марганец концентраты, т.с.с. МЕСТ-терде сынаманы алу, оны химиялық анализге дайындау, ылғалдылықты, құрамын анықтау әдістері беріледі. МЕСТ жасайтын арнаулы институттар бар.

Осы дәріс материалымен танысқан соң, студент мына мағлұматтарды білуі керек:

1.Минералды ресурстардың орналасу заңдылығы және тау-кен өндірісі;

2.Кенді минералды ресурстар және кенді емес минералды ресурстар түрлері;

3.Минералды шикізатты комплексті қолдану жолдарын;

4.Силикатты жыныстар түрлері.
Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Пайдалы қазбалар түрі;

2. Импортталатын материалдар;

3. Қалдықсыз технология не үшін қолданылады?

4. Минералды шикізаттан тауарлық өнім алу үшін қандай жағдайлар жасалады?

5. Минералды шикізаттардың және олардан өндірілген өнімдер сапасы қандай талаптарға сәйкес болуы керек?

Силикатты минералдар алуан түрлі, әр түрлі дәрежеде таралған, олардың саны 500-ден астам. Олардың минерологиялық құрамы күрделі. Минералдар түрі көп, химиялық құрамы әр түрлі.

Силикатты жыныстардың орташа құрамын көптеген силикаттардың көптеген анализі нәтижесінде шығарған %: SiO₂ – 59,83; Al₂O₃ – 15,02; FeO – 3,43; Fe2O3-2,62;CaO-4,78; MgO-3,74; Na₂O-3,37; K₂O-3,05; TiO₂-0,79; CO₂-0,49; P₂O₅-0,29; BaO-0,10; MnO-0,10; S-0,10; H₂O-1,42; SrO-0,043; NiO-0,026; Cl-0,063; ZrO-0,023; Cr₂O₃-0,048; V₂O₃-0,026; Li₂O-0,011

Кремнеземнің құрамына қарай полименералды силикатты жыныстар 4 топқа бөлінеді:

1. 
   ультрақышқылды, құрамында кварц немесе аморфты түрдегі кремнеземнің артық мөлшері бар кремний қышқылымен күшті қаныққан. Мұндағы кремнеземнің құрамы 78 % -дан асады. Бұл топқа аплитті гранитер, кварцты кератофирлер, гейзендер, кварцтолиттер және басқа жыныстар жатады.
   
2. 
   Құрамында 65-78% SiO₂ бар кремнеземмен аз дәрежеде қаныққан қышқыл жыныстар. Оларға граниттер мен гранититтер, липариттер, кварцты порфирлер, липариттер-дациттер, дациттер, граносиениттер жатады.
   
3. 
   Барлық кремнезем шекті мөлшері SiO₂ 55-65% силикаттармен байланысқан және көрсетілген – орташа жыныстар. Оларға сигниттер, андезиттер,порфириттер, трахиттер, кварцты флориттер, андезиттер-дациттер жатады.
   
4. 
   Құрамы 38-55% SiO₂ бар, бірақ кремний қышқылымен қанықпаған – негізгі жыныстар. Оларға пироксениттер, габбронориттер, диориттер, трахититтер, нереминді сиениттер жатады.
   

Азот қышқылы жарылғыш заттар( тротил, пироксимен, метианит, нитроглицирин, түтінсіз оқ дәрі.т.б.), бояғыштар, фотопленкалар. Калий нитриді негізінде қара оқ дәрі: аммоний нитриді негізінде аммонидтер;PbN₆ (НN₃ қышқыл тұзы), Hg(CNO₂) детонаторлар жасауға;KNO₃ тамақ өнімдерінің консерванты ретінде; NaNO₂ азобояғыштар үшін;AgNO_{3 ,} NaNO₂ медицинада;NH₃ азот қышқылын алуға, тыңайтқыштар NH₄NО_3, (NH₄)₂HPO₄ т.б. NH₄OH нашатыр спирті медицинада, NH₄Cl бояу ісінде, гальвотехникада, медицинада; NH₃ тоңазтқыштарда, сода алуда.

1. 
   Азот шикізаттары. Жер қабығында 0,04% азот болады. Ол азот негізінен қатты жаңғыш, қазба құрамында (тас көмір, торф т.б.) 1-2% пайыз азот-натрий нитраты Чили жағалауында (Оңтүстік Америка), Мариенталда (Батыс Африкада) ғана кездеседі. NaNO₃ + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HNO₃
   

2. 
   Атмосферадағы азотты бекіту(фиксация). Өндіріс көлемінде атмосферада азотты бекіту әдісі он тоғызыншы ғасырда басталды:
   

1. 
   Цианидті әдіс:
   

Температурасы 1000-1100⁰Cқа жететін арнайы пештерде бұл реакция жүреді.

Процессті тездету үшін CaF₂(2%) және CaCl₂(2%) қосады.

Цианид су буымен әрекеттесіп, NH₃ түзеді.

CaCN₂ + 3H₂O = CaCO₃ + 2NH₃(+160⁰C,p= 30aтм)

1905жылы CaCN₂ Италияда осы әдіспен алына бастады.

2. 
   Азотты бекітудің тағы бір әдісі (доға әдісі) ауа оттегісімен азотты өзара әрекеттестіру: N₂ +O₂ = 2NO – 43200kkal, бұл реакция 3000-4000⁰C (Петров доғасында) тек екі пайыз NO алынады.Өндірісте 1905жылы Норвегияда алынды. Ары қарай 2NO + O₂ = 2NO₂ айналып, сумен не ізбес сүтімен жұтылады. 4NO +3O₂ + Ca(OH)₂ = 2Ca(NO₃)₂ + 2H₂O
   

3. 
   Атмосферада азотпен сутегін қосып аммиак алу (аммиак әдісі)
   

Қазіргі кезде сутегіні: судан(электролиз), табиғи газдан C_nH_n = _nC + _m/2H₂ , кокс газынан алады. Азотты ауаны суытып, сығу арқылы алады.

Ауа құрамында су буы, көмір қышқыл газы , шаң тозаң болады. Ауаны суытқанда су буы, көмір қышқыл газы қатты заттарға айналады да ректификациялық аппараттардың ауа өткізетін түтіктерін жауып қалады, сондықтан азот бөлініп алынбайды, сондықтан ауа алдымен декарбонизацияға және кептірілуге тиіс, ал ауаны шаңнан тазалау үшін компрессор алдында фильтр қойылады. Декарбонизациялау мына реакция бойынша жүреді:

2NaOH + CO₂= Na₂CO₃ + H₂O

Судан тазалау үшін қатты натрий гидроксидін не кальций хлоридін қолданады. 3H₂ + N₂ = 2NH₃ +26640kkal катализатор ретінде темір, Al₂O₃ пен K₂O активтелген алынса, реакция 300 атм.,450⁰C-ға , 2,5c уақыт аралығында жүреді; өндірістік құралдар:

1. Жоғары қысымдағы(700-1000 атм)

2.Орташа қысымдағы (200-300атм)

3.Төменгі қысымдағы(80-100атм)болып бөлінеді, температура 450-500⁰C арасында болады. 1тонна аммиак алу ушін 3000м³ азот- сутек қоспасы, 90м³су және 1750kкал –сағат электр энергиясы керек.Екі түрлі аммиак алынады: А түрі тоңазтқыштар үшін, Б түрі әртүрлі өндірісте қолдануға, азот қышқылын алу үшін. А түрінде 99,8% аммиак керек, Б түріне 99% аммиактан төмен болмауы керек. Сары түске боялған аммиак деген жазуы бар болат баллондарда 30атм. қысымды аммиакты тасиды. Бір кг аммиак сұйық 1,76 л көлемде алады. Аммаиакты көп мөлшерде тасу ушін арнайы цистерналар қолданылады. 2,5 атм қысым немесе 12,8 атм қысыммен 50м ³дейін сыйымдылықта.



Осы дәрістер материалдарымен танысқан соң, студент мына мағлұматтарды білуі керек:

1. Кенді емес қазбаға минералды шикізаттар түрлері;

2. Силикатты жыныстардың орташа құрамы;

3. Кремнеземнің құрамына қарай полименералды силикатты жыныстар топтары;

4. Азот шикізаттарың қолданылуы;

5. Азот шикізаттар түрлері;

6. Аммиакті алу технологиясы.
Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Ауаны азотқа және оттегіне бөлу әдістері;

2. Атмосферадағы азот мөлшері;

3.Аммиак синтезі үшін қолданылатын катализатор құрамындағы Al₂O₃ мөлшері,%;

4.Аммияк синтезінің катализаторы;

5.Силикатты минералды шикізаттарды қалай топтарға бөледі?

2. Шикізатты алдын ала өңдеудің механикалық өңдеулер түрлері;

3. Шикізатты байыту әдістері
Қатты минералды шикізаттарды жер қойнауынан өндіру тау кең өндірісі деп аталады. Пайдалы қазбалар түріне байланысты және тау-кен өндірісі сипаттамасына байланысты, егер минералды шикізаттар жер астынан алынса шахта,рудник, копи деп, жер бетінен өндірілсе карьер,ломпа деп аталады.Шахталарда жер астынан көмір алады,рудниктерде металл кендері,копиде металл тұздары алынады.