12. Ma’ruza. Mis shteynlarini konverterlash jarayonining kimyosi

№12. MA’RUZA. MIS SHTEYNLARINI KONVERTERLASH JARAYONINING KIMYOSI

Konverter esa shteynni 1200–1250⁰C haroratda qabul qilib, yana havo bilan purkash davom etadi. Bu jarayon bir necha bor qaytarilib, tosh­qol bir necha bor to‘kiladi va misga boy oltingugurtli boyitma (oq matt) olinadi. 1-bosqich davomida konverterlarda harorat juda tez sur’at­larda, ya’ni minutiga 5–7⁰C haroratda ortib boradi. Shuning uchun ham haroratni o‘z me’yorida saqlash uchun qattiq holatda maydalangan misga boy har xil chiqindilar yuklab turiladi. Harorat me’yoridan ortib ketgan paytda tarkibi misga boy kvars rudalarni, hatto mis sulfid­li boyitmani ham qayta eritish mumkin bo‘ladi.

Jarayonning I bosqichi – shteynni qo‘shimcha konverterga quymasdan turib furmada purkash olib boriladi va konverterda oltingugurtli oq shteyn hosil bo‘ladi.
Konverter jarayonining ikkinchi bosqichi oq shteyn – Cu₂S ni havo bilan purkash natijasida oksidlantirib, xomaki mis olishdir. Oq shteynni purkash davrida bir paytda ikkita reaksiya boradi: Cu₂S ni CuO qisman oksidlanish va mis birikmalarining o‘zaro bog‘lanishlari:

2Cu₂S + 2O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂ + 771 kDj (12.1)

Cu₂S + 2Cu₂O= 6Cu + SO₂ – 116,4 kDj (12.2)
Ikkala reaksiya kislorodning o‘zlashtirish darajasi 90 % dan yuqori­roqni tashkil qilishi bilan tez va to‘liq o‘tadi. Konverterning haj­midagi haroratlarda (1150⁰C balandroq) SO₂ ning parsial bosimi katta raqamni tashkil qiladi (R > 8·105 Pa).
Ikkala reaksiyaning borish sharoitlari ko‘rib chiqilganda 2 ta xulosaga kelish mumkin:
1) Jarayonning ikkinchi bosqichida konverterda misning yarim oksidi uchramaydi, chunki u paydo bo‘lishi bilan mis yarim sulfidi bilan o‘zaro bog‘lanib, xomaki mis tashkil qiladi va katta bosim bilan SO₂ ajralib chiqadi;
2) Suyuq mis yarim oksidini konverterga quyish mumkin emas, chunki ikkita suyuqlik aralashsa, katta miqdorda SO₂ paydo bo‘ladi va moddalar portlash effektiga duch kelishi mumkin.
Mis yarim oksidini sovuq holatda yuklash mumkin. Bunda moddalar asta-sekin qizib, suyuq holatga o‘tib, reaksiyaga kirishadi.
Ikkita reaksiyaning borishi natijasida jarayonning ikkinchi bos­qichida xomaki mis paydo bo‘ladi. Xomaki mis suyuq holatda bo‘ladi, chunki uning erish harorati 1083⁰C, konvertordagi haroratlardan ancha pastroqdir. Xomaki mis paydo bo‘lishining dastlabki minutlarida, u mis yarim sulfidida eriydi. Keyin esa mis sulfidi erish qobiliyati bo‘yicha (oltingu­gurt 17,9 % gacha) eritilsa, ikki qatlamga ajraladi: yuqori qatlam misga to‘yingan Cu₂S dan iborat va tashqi qatlam–xomaki mis, unda 1,8 % gacha oltingugurt bo‘ladi. Purkash davrida pastki qatlam yuqoridagi qatlam kamayishi hisobiga o‘sib boradi.
Mis yarim sulfidini oksidlantirish uchun haroratni har doim yuqori qatlamga berish kerak, shuningdek, mis zavodlarida furmalar konverterning biqinida joylashadi. Metallurg ishchi-mutaxassis havo­ning to‘g‘ri kelishini doim nazorat qilishi kerak va konverterni aylan­tirib, havo yo‘lini oq shteyn­ga yo‘naltirishi lozim.
Amaliyotda jarayonning ikkinchi bosqichi uzluksiz, taxminan 2–3 soat davomida o‘tkaziladi, jarayonning yakunlanishi maxsus kimyoviy tahlil orqali aniqlanadi.
Shteynni purkashdan oldin konverter, yoqilg‘i yondirish yoki oldinga o‘tgan jarayon hisobiga yuqori haroratda isitilgan bo‘ladi. Aniqlangan ekzotermik reaksiyalar borishi davomida ajralib chiqqan issiqlik jarayon talab qilgan issiqlikni to‘la qondira oladi.
Issiqlikning ortiqcha qismi eritilgan moddalarning harorati­ni orttirishga sarflanadi. Haroratning ortish tezligi birinchi bosqichda 0,9–3⁰C/minutni va ikkinchi bosqichda 0,15–1,2⁰C/minutni tashkil qiladi.
Toshqolni pechdan chiqarish paytida eritmaning harorati pa­sayadi, uning yuqori issiqlik o‘tkazish qobiliyatiga ega ekanligi sababli harorat­ning pasayish tezligi ancha ortadi va 3–8⁰ C/minutni tashkil qiladi.
Mis shteynlarida rux va qo‘rg‘oshindan boshqa bir qator nodir va zarra­li ikkilamchi metallar bor. Amaliyotdan ma’lumki, shteyn tarkibi­dagi zararli moddalar gaz bilan quyidagi darajada yo‘qotiladi %: 84 As, 73 Sb va 96 Bi.
Konvertorlash davomida xomaki mis tarkibiga 70–80 % selen va 40–50 % tellur o‘tadi. Reniy deyarli to‘liq gaz fazasiga ajralib chiqadi. Bunday gazlar bir qator foydali elementlarga boy va alohida ajratib olish anchagina iqtisodiy samara beradi.
Konverterda furmadan chiqayotgan havoning boshlang‘ich tezligi 100–170 m/s ni tashkil qiladi. Havo oqimining katta tezligi oksidlan­tirish reak­siya­larining tez va to‘liq o‘tishiga yordam beradi.
Konverterda ortiqcha issiqlikning borligi unda sovuq ikki­lamchi moddalarni eritishga imkon yaratadi. Aylanuvchi (oborot) sovuq material­larning soni shteyn massasiga nisbatan 20–25 % ni tashkil qiladi.
Jarayonning ikkinchi bosqichida konvertorlashdan umumiy ajra­lib chiqadigan issiqlik 20 % ni tashkil qiladi. Ayniqsa, bu davrda issiq­lik ortiqcha bo‘lib, sovuq moddalarni qo‘shish imkoniyati bo‘ladi.
Konverter jarayonini takomillashtirish yo‘llaridan biri – bu katta mablag‘ sarfini talab qiladigan ishlardan asosiylari – mexanizatsiya­lash va avtomat­lash, o‘tga chidamliroq olovbardosh g‘ishtlarni ishlatish va asosiy kimyoviy reaksiyalarni tezlashtirishdir.
Reaksiyalarni tezlashtirish uchun kislorodga boyitilgan havodan foydalanish katta ahamiyatga ega. Tajriba shuni ko‘rsatadiki, ishlab chiqa­rish unumdorligi kislorodga nisbatan o‘sishidan ko‘ra yuqoriroq­dir. Masa­lan, havodagi tarkibi 23,3% bo‘lsa (nisbiy boyitish 11,5 %), konverterni ishlab chiqarish unumdorligi 14,1 % ga ortadi. Havoning kislorodga boyitish darajasini 25,3 % ga olib chiqish unumdorlikni 38,7 % ga oshira­di. Faqat bu tadbirni qo‘llashda haroratning keskin ortishi natijasida olov­bardosh g‘ishtlarning tezda ishdan chiqishini e’tiborga olish lozim.
Konverter jarayonining asosiy kamchiliklaridan biri – uning davriy­ligidir. Hozirgi davrda uzluksiz jarayonni yaratish yo‘nalishida ilmiy izla­nishlar olib borilayapti. Jarayonni amalga oshirish qiyinchi­liklari ikki bosqichli bo‘lib, birinchi bosqichi toshqolni yo‘qotishdir.
Jarayonning ikkinchi katta kamchiligi – bu ajralib chiqayotgan sulfidli gazlarning atrof-muhitni zaharlashidir. Ustki qismi yopiq konverterlarni qo‘llash va hamma gazlarni sulfat kislotasini olishga yuborish maqsadga muvofiq bo‘lar edi.
Konverter toshqollarida 3,0–3,5 % mis bor, bu yarim mahsulot hi­sob­­­la­nib, qaytadan yallig‘ pechga yuklanadi. Toshqolda 27–29 % krem­niy dioksidi bo‘lsa, yallig‘ pechda qayta ishlash deyarli qiyinchilik tug‘­dir­­maydi. Toshqollarni flotatsiya bilan boyitishda uning tarkibida faqat 18–20 % SiO₂ bo‘lishi kerak.
II bosqich temir sulfidining (FeS) shteyn tarkibidagi faol­ligining kamayishi bilan boshlansa-da, Cu₂S faolligi ortib boradi. Bu o‘z navbatida, temir oksi­di (FeO) faolligining kamayishiga olib keladi:

(Cu₂O)_toshq+(FeS)=(Cu₂S)+(FeO) (12.3)

Eritmada mis sulfidi (Cu₂S ) va temir sulfidining (FeS) yuqori tezlik­da oksidlanishi mobaynida FeS shteyn tarkibida bor-yo‘g‘i 3–4 % qolgan bo‘ladi. Konverterlashning II bosqich jarayonining kimyoviy reaksiyalari quyidagilar:

Cu₂S+O₂=2Cu+SO₂ (12.4)

2Cu₂S+3O₂=2Cu₂O+2SO₂ (12.5)
Cu₂S+2Cu₂O=6Cu+SO₂ (12.6)
Shunday qilib, 1250⁰C harorat ostida olib borilgan II bosqich­dagi xomaki mis olish jarayoni so‘nggi ikkita reaksiya bilan yakunlanadi. Shu qatorda, xomaki mis olish jarayonida unga yo‘ldosh bo‘lgan qimmat­baho nodir metallar: oltin va kumush ham shteyn tarkibiga o‘tadi va keyingi jarayonlarda ajratib olinadi. Shuningdek, rux konverterlash mobaynida toshqol va chang tarkibiga o‘tadi.
Chang tarkibidagi Zn 15–20 %ni tashkil etadi.