Дәрістік сабақ конспектілері 1 страница

1 Дәріс тақырыбы: Кіріспе. Пәннің мазмұны мен мақсаты.

Дәріс конспектісі. Металлургияның өнімдері негізінен өндіріс құралдарын алу үшін арналған. Металдардың орнына басқа металдарды қолдануға көп жағдайларда болмайды. Мысалы полимерлер. Сондықтан да дүние жүзінде метал өндіру күннен күнге өсіп келеді. Болат пен шойын жылына 600 млн .т.

Аl және Cu –10 млн. т. Ал кейбір металдарда жылына бірнеше килограмм немесе грамм болып алынады.

Жер қыртысында металдардың мөлшері олардың өндірілуіне сай келмейді. Оған бірнеше жағдайлар себепші болады:

1.Кендегі металдардың концентрациясы:

Мысалы: Fe-50% -ке дейін жетеді, Сu-5-6%. Балқашта қазір 1%-ке де жетпейді.

2.Металдарды өндірісте қолданылуы.

Метал өндіруде энергетикалық шығындар өте көп болады, отқа төзімді металдарды кеңінен қолданылады, сондықтан металлургия өндірісі химия заводтарына, отқа төзімді материалдар өндірісіне және энергетикаға (көмір, газ, электрэнергия қуат) тәуелді.

Металлургия заводтары мен комбинаттардың айырмашылықтарын білу керек. Көбінесе металлургия кәсіпорындары кен және флюс алу орындарынан бөлек. Мысалы: рудниктер, шахталар, кен байыту фабрикалар, комбинаттар. Ал металлургия заводтары отын, су, электрэнергияға жақын орналасқан. Егер кен алу және металлургияны біріктірсе онда оны комбинат дейміз.

Қазақстанда не шығарылады? Болат, шойын, - Теміртау. Ферроқорытпалар – Ақтөбе, Теміртау, Ақсу. Мыс – Жезқазған, Балқаш, Глубокое. Мырыш – Лениногорск, Өскемен, Балқаш. Қорғасын – Лениногорск, Өскемен, Шымкент. Cd, Te, Bi – Шымкент.

Pt, Мо_конц, Rе_конц, Ве-Өскемен. Ta, Nв, Sc, Rb, U.

U-Ақтау, Степногорск.

Глинозем (Al₂O₃) - Павлодар.

Сr - Ақтөбе.

Аg, Au -Шымкент, Өскемен, Балқаш, Ақмола.

La, Ce –Первомайка (Шығыс Қазақстан).

Қазіргі жағдай металлургия өндірісіне өте ауыр. Бай кендер көбінесе таусылды, геологиялық барлау үлгере алмайды. Сондықтан кейбір заводтар кенді сырттан әкелуге мәжбір болады. Мысалға Балқаш-Әрденет; Шымкент-Иран, Чили. Лениногорск Zn-Австралиядан. Павлодар ПАЗ. алюминийді шығармайды. Қазіргі Батыс елдері бізді шикізат базасы ретінде ғана пайдалануға тырысады (“банановая” республика). Ал шикізаттын бағасы жоғары технологиялық өнімге қарағанда едәуір төмен. Дүние жүзілік экономикада өз орнымызды табу өте қиын. Ол үшін не керек?

1.Өнімнің сапасы өте жоғары болу керек.

2.Бағасы тым жоғары бөлмау керек.

3.Өнімнің дайындығы өте жоғары болу керек.

Сонда да бізді жібермеуге тырысады. Жаңа технологиялардың негізінде өндірістің өнімділігін даму мәдениеті жоғары болса ғана біз өз орнымызды таба аламыз.

Металл алу технологиясының дамуы

Барлық жағдайда металлургия келесі үрдістерге негізделеді:

1.Кен алу;

2.Оны дайындау - ұсақтау, ұнтақтау;

3.Байыту;

4.Метал алу (өндіру) - пирометаллургия, гидрометаллургия, электрометаллургия;

5.Металдарды өңдеу (қысыммен).

Ұсынылған әдебиет:

1 нег. (6-18), 3 нег. (15-26), 1 қос. (12-19).

Бақылау сұрақтары:

1. Қазақстан экономикасында металлургия қандай орын алады?

2. Қазақстанда қандай металдар өндіріледі?

3. Болат пен мыс өндірістері қайда орналасқан?

4. Комбинат пен заводтың айырмашылығы неде?

2 Дәріс тақырыбы: Металлургия өндірісі туралы жалпы мәлімет. Негізгі металлургия үрдістері.

Дәріс конспектісі.Металлургия дегеніміз: кендер мен қалдықтардан металдар мен қорытпаларды алатын өндіріс саласы.

Металлургия ол физика, химия және басқада техника салаларының негізінде пайда болған металалу және оны тазалау тәсілдерін зерттейтін ғылым.

Метал өндіру әдістері.Металдар кендерде тотықтар, сульфидтер, хлоридтер, карбонаттар түрінде кездеседі. Металлургияның негізгі мақсаты металдарды қайта қалпына келтіру (түзілу).

Көміртегі мен сутегімен қайта қалпына келтіру.

(1)

(2)

Егерде көміртегі қатты күйде болса онда бұл реакциялардың жылдамдығы төмен болады. Газ күйінде реакция жылдамдығы өседі.

А.А.Байковтың мәліметтері бойынша металлургия рекциялары кезеңімен өтеді.

Мысалға:

Кейде көміртек орнына сутегі қолданылады. Мысалы вольфрам не молибден өндірісінде. Өйткені олардың карбидтері де пайда болады WC, MO₂C.

Сульфидтермен реакциялар келесі болады.

Бірақ бұл реакциялардың өтуі өте қиын болады. Сондықтан металлургияда табиғи сульфидтерді алдын ала ауада күйдіреді де содан кейін көміртекпен қайта қалпына келтіреді.

Мысалы:

Галенит (1000 С).

Тотықтарды сульфидтармен қайта қалпына келтіру:

Жалпы нобайы келесі.

Алмасу реакциялар:

Электролиз:

Металлотермия:

Гидрометаллургия. Сілтілеу, электролиз.

Ұсынылған әдебиет:

1 нег. (12-29), 2 нег. (14-28), 1 қос. (19-33)

Бақылау сұрақтары:

1. Металлургия дегеніміз не?

2. Кендерде металдар қандай түрде кездеседі?

3. Металл өндіру әдістерін атаныз.

3 Дәріс тақырыбы: Пайдалы қазбаларды байытудың негіздері. Ұсақтау және ұнтақтау. Негізгі түсініктер.1.Байытуды концентраттарды алу үшін жүргізеді. Концентрат дегеніміз пайдалы компонентің бастапқы шикізатпен салыстырғанда едәуір көп болған өнім.

Құнды компонентер -дегеніміз элементтер, оларды алу үшін пайдалы қазбалар алу жүргізіледі.

Пайдалы қоспалар -құнды компоненттердің сапасын жақсартатын немесе олардың алуын жеңілдететін элементтер.

Зиянды қоспалар -құнды компоненттің сапасын төмендететін немесе алуын қиындататын.

Серіктес элементтер -пайдалы қазбалардың құрамында аз мөлшерде бар құнды элементтер. Негізгі құнды компонентті алған кезде оларды да бірге алады. Мысалы: Cu-Au-Ag-Pt.

Байытуға кеннің химиялық құрамын өзгертпейтің өңдеу процессі жатады.

Байыту кезінде келесі жағдайларға жетуге мүмкіндіктер туады:

1.Пайдалы қазбалардың қорлары арттырылады, өйткені байытудың негізінде кедей кендерді пайдалануға болады.

2.Еңбек өнімділігі арттырылады және өңдеу жүйесі жеңілдетіледі (механизация, автоматизация).

3.Металлургияда еңбек өнімділігі арттырылады, отын, флюс, химиялық реактивтердің шығыны азайады.

4.Пайдалы қазбалардың пайдаланылуы комплексті жүргізіледі.

5.Тасымалдау шығындары азайады, өйткені тек қана концентраттарды тасымалдайды.

Байытуды минералдарды бөлу арқылы жүргізеді, немесе концентраттармен бос жынысты алу үшін.

Байыту әдістері байыту үрдістерге бөлінеді. Байыту үрдісі дегеніміз – бір минералдарды басқа минералдардан қасиеттерінің айырмашылығына негізделген бөлу (айыру) үрдісі.

Минералдар қасиеттері және байыту әдістері

Қасиеттері	Байыту әдістері
1.Меншікті салмағы, тығыздық 2.Түйіршіктер беттерінің физикалық-химиялық қасиеттері 3.Магниттік қасиеті 4.Электр қасиеттері 5.Түстері, шағылысу, қалыптары 6.Үйкеліс коэффициенті 7.Қаттылық, беріктік	Гравитациялық Флотациялық Магнитты Электр әдістері Қол өңдеу Үйкеліс бойынша Таңдамалы ұсақтау

Байыту процестерін дайындау, байыту және қосалқды деп айырады.

Дайындау - ұсақтау, ұнтақтау, екшеу және классификация (сұрыптау). Мұнда минералды ірілігі бойынша айырады.

Байыту -концентраттармен бос жынысты айыру.

Қосалқы -концентраттарды жуу, келтіру және бос жыныстарды жинау.

Байытудың технологиялық көрсеткіштері.Компоненттің мөлшері - компонент салмағының кеннің не концентраттың салмағына қатынасы, %, үлесі, гр/т.

Концентрация дәрежесі - концентраттағы пайдалы компонент мөлшерінің бастапқы шикізаттағы мөлшеріне қатынасы.

Байыту өнімінің шығуы - өнім салмағының бастапқы шикізатының салмағына қатынасы. Кері өлшемі 1 тонна өнім алу үшін кеннің керекті салмағы (тонна).

Пайдалы компоненттің алу дәрежесі -өнімді компонент салмағының сол компонентінің бастапқы кендегі салмағына қатынасы.

Байыту нәтижелігі (эффективность) құнды компоненттің концентраттағы салмағының идеалды жағдайдағы компоненттің салмағына қатынасы.

Сурет 1 – Байытудың технологиялық нобайы

1 - өзіндікаудармалы вагон; 2 – қабылдау шанағы; 3 - пластинкалы нәрлендіргіш; 4 – колосникты елек (екшеуіш); 5 – ірі ұсақтаудың конусты ұсақтағышы; 6 және 9 - вибрациалық електер (екшеуіштер); 7 – орташа ұсақтаудың конусты ұсақтағышы; 8 және 11 – таспалы конвейерлер; 10 – майда ұсақтаудың конусты ұсақтағышы; 12 – тиеу арабаша мен таспалы конвейер с разгрузочной тележной; 13 – үсақталған кен шанақтары; 14 – ұсақталған кеннің нәрлендіргіштері; 15 и 16 - жинақты таспалы конвейерлер; 17 – көлбеу таспалы конвейер; 18 - конвейерлі таразылар; 19 - шарлы диірмен; 20 - спиральды классификатор; 21, 25, 34, 35 - құмды сорғыштар; 22 и 26 – пульпа бөлгіштер; 23 и 24 - флотациялық машиналар; 27 - данғаралы вакуум-фильтр; 28 – даңғаралы кептіргіш; 29 - батареялық циклондар; 30 - электрофильтр; 31 – көбікті шанұстағыш; 32 - түтінсорғыш; 33 - қойылдырғыш.

Сурет 2- Флотациялық байыту фабрикасының аппатараттар тізбегінің нобайы

Ұсақтау мен ұнтақтау.Байыту фабрикаларына түсетін кеннің ең ірі кесектерінің диаметрі 1700 мм-ге жетеді.

Ұсақтау және ұнтақтау дегеніміз шартты ұзымдар, себебі олар бір негізді процесстер. Егер ірі кесектердің диаметрі 5 мм-ге дейін жеткізілсе процесс ұсақтау деп аталынады, ал одан ары әрекеті ұнтақтау деп аталынады. Бұл процесстер кенді байытуға дайындау үшін жүргізіледі. Әдетте тиімді ұсақтау-ұнтақтау дәрежесі тек тәжірибе жүргізу арқылы ғана анықталады.

Ұзақтау-ұнтақтау үрдістерінде көп энергия шығындалады. Мысалы, кен байыту фабрикасында шығындалатын барлық энергияның 60-75 % процент ұсақтау-ұнтақтау үрдістеріне жұмсалады.

Ұсынылған әдебиет:

1 нег. (23-35), 3 нег. (31-36)

Бақылау сұрақтары:

1. Байыту дегеніміз не?

2. Кендерде металдар қандай түрде кездеседі?

3. Жақты ұсақтағыштардың түрлерін атаныз.

4. Ұсақтау дәрежесі дегеніміз не?

5. Ұсақтау мен ұнтақтаудың айырмашылығы неде?

4 Дәріс тақырыбы: Шикізатты механикалық дайындау. Ұсату.

Кен кесектерін ұсақтауда шығындалатын энергия заттың құрамына кіретін бөлшектердің өз ара байланыс күшін бұзуға жұмсалады.

Ұсақтау процесінде сыртқы энергия, біріншіден, заттың кристалдық структурасын деформациялауға (біразы жылуға айналады), екіншіден жаңа сыртқы бет жасауға жұмсалады, энергияның атқаратын жұмысы Ребиндер теңдеулерімен сипатталады.

мұнда А-ұсақтау жұмысы;

деформацияға шығындалған жұмыс.

жаңа сырт бет жасауға шығындалған жұмыс.

деформацияланған көлемі; жаңа пайда болған бет ауданы; пропорционалдың коэффициенттер.

Егер кен кешендерінің диаметрі ұсақтау процесінде аз ғана кішірейтілсе жұмыстың негізгі деформациялауға жұмсалады. Демек, сыртқы бет жасау жұмыс үлесі аз болады да, оны есептемеуге болады. Онда жоғарыда келтірілген теңдеу Кик-Кирпичевтың ұсақтау заңымен сипатталады.

Ұсақтау процесінде кен кесектерінің диаметрі көп кішірейтілсе шығындалатын энергия негізінен жаңа жасау жұмысын жұмсалады:

(Риттингердің ұсақтау заңы).

Бонды гипотезасы бойынша толық ұсақтау жұмысы кесектің көлемі және бет ауданы аралығының геометриялық ортасына сәйкес өзгереді:

Ұсақтау процесінде кен кесегінің бастапқы диаметірінің неше есе кішірейтінің көрсететін сонды ұсақтау дәрежесі деп атайды. Ол ұсақтау алдындағы ең ірі кен кесегінің не кесектерінің орта диаметрін ұсақтау алынған кеннің ең ірі кесегінің не кесектердің орта диаметріне бөлгендегі бөліндісіне тең

не болмаса і-ұсақтау дәрежесі.

және ұсақтау алдындағы кесектердің ең ірі немесе орта диаметрі.

және ұсақтау дем кеиінгі кесектердің ең ірі не орта диаметрі.

Ұсақтауға қолданылатын қондырғыларда ұсақтау дәрежесі 3 тен 8-ге дейін өзгереді. Ірі ұсақтау сатысында кесек диаметрі 1200-500 350-150 мм орташа ұсақтау 300-150 50-100 мм, ұсақ ұсақтау 100-50 20-10 мм.

Сонда жалпы ұсақтау дәрежесі

Ұсақтау процестерінде қолданылатын аппараттарда кен кесектері төрт түрлі әрекеттің-жанну (1), соғу (3) сындыру, үгілу әсерлермен ұсақталады.

Олардың негізгілері жану және соғу. Ұсақтау процесстері негізінде құрғақ түрінде жүргізіледі.

Кен ұсақтау үшін қолданылатын машиналарды ұсақтағыштар деп атайды. Жақты (жаппалы), конусты; білікті, балғылы, роторлы.

Сурет 3 – Қарапайым қозғалысты жақты ұсақтағыш

Жақты ұсақтағыштарда кен кесектері қозғалмайтын және қозғалмалы екі жақтың арасында жаншу, жару әрекеті әсерлері мен ұсақталады. Олар негізінде ірі және орта ұсақтау сатысында қолданылады. Жақты ұсақтағыштарды олардың кинематикалық ерекшеліктеріне байланысты екі топқа бөлінеді. Қарапайым және күрделі қозғалысты.

ЩДС 1,6х2,5; 2,5х4; 2,5х9; 4х9; 6х9 (күрделі қозғалысты).

ЩДП 9х12; 12х15; 15х21 (қарапайым қозғалысты).

Жақтардың қабырға беттері 110Г13Л болаттан жасалады (Гатфильд болаты).

Конусты ұсақтағыштар.Конусты ұсақтағыштар конструкция өзгекөліктеріне байланысты ірі орта және ұсақ ұсақтауға арналған. ККД, КСД; КМД ұсақтағыштар. ККД-қабылдау саңлаудың енімен сипатталынады: 500, 900, 1200, 1500 мм. КСД, КМД-қозғалмалы конустың диаметрімен сипатталынады: 600, 900, (КСД); 1200, 1750, 2200 (КМД).

1 – станинаның жоғарғы жағы (қозғалмайтын конус тәрізді шыны); 2 - ұсақтағыш конус; 3 - білік; 4 – эксцентрикты стакан; 5 – станинаның төменгі жағы; 6 - конусты беріліс; 7 – жетек білігі, 8 – шкив.

Сурет 4 – Ірі ұсақтаудың конусты ұсақтағыш

Білікті ұсақтағыштар.Білікті ұсақтағыштар 1, 2, 3 және 4 білікті болады. Орта және ұсақ ұсақтау үшін қолданылады.

Сурет 5 – Білікті ұсақтағыш

Ұсынылған әдебиет:

1 нег. (23-35), 3 нег. (31-36)

Бақылау сұрақтары:

1. Байыту дегеніміз не?

2. Кендерде металдар қандай түрде кездеседі?

3. Жақты ұсақтағыштардың түрлерін атаныз.

4. Ұсақтау дәрежесі дегеніміз не?

5 Дәріс тақырыбы: Ұнтақтау.

Ұсақ және майда сеппелі кендер байытылғанда ұсақтау үрдістерінен кейін ұнтақтау үрдістері жүргізіледі. Байыту үрдістерінің тиімділігі ұнтақтау үрдістерінің нәтижесімен тығыз байланысты. Ұнтақтау үрдісі көбінде екі, не үш сатылы жүргізіледі. Ұнтақтау дәрежесі әдетте, ұнтақталған зат ішіндегі диаметрі 0,074 мм-ден кіші зат кластың проценттік үлесімен анықталады. Шартты түрде, ол кластың үлесі 40-60%-тен аспаса-ірі ұнтақтау, 60-80% мөлшерінде болса ұсақ ұнтақтау, ал 80%-тен жоғары болса өте майда ұнтақтау болып саналады.

Кенді қандай ұнтақтыққа жеткізе ұнтақтаудың қажеттілігі бағалы минерал түйіршіктерінің диаметріне (сеппелік дәрежесіне) байланысты. Кенді қажетсіз өте майдаламау үшін ұнтақтау процесі негізінде одан ұнтақтығы жеткен бөлегін үздіксіз бөліп алу қажет. Осыған байланысты ұнтақтау аппаратынан шыққан зат көбінесе классификациялау процесіне түседі. Соның нәтижесінде кеннің ұнтақтылығы жеткен бөлігі бөлініп, ал қалғаны ұнтақтау процесіне қайтадан жіберіледі.

Ұнтақтау процесі, соған сәйкес классификациялауда, негізінде су ішінде дирмендерде жүргізіледі. Классификациялау процесінде екі өнім алынады: ұнтағы жеткен бөлік шыққан өнім ағызында деп, ал ұнтағы жетіспеген бөлін шыққан өнім құм деп аталады. Құм қайтадан дирменге қайтарылса ұнтақтау түйық циклде, ал сол дирменге қайтарылмаса ашық циклде жүргізіледі. Ашық цикл әдетте ұнтақтаудың тек бірінші сатысында ғана қолданылуы мүмкін.

Бір сатылы ұнтақтау кендегі бағалы минерал түйіршіктерінің сеппелігі (диаметрі) біркелкіге жақын және ірілеу болса қолданылады. Ал сеппелік тым үлкен диапазонда өзгеретін болса көп сатылы ұнтақтаудың тиімділігі арта түседі. Мұндайда іс жүзінде ұнтақтаудың әр сатысынан кейін байыту үрдістері жүргізіліп отырады.

Ұнтақтауды тұйық циклда жүргізгенде ұнтақтаудың өнімділігі және үрдістің тиімділігі оған қайта айналып түсетін құмның массасына тәуелді. Оны айнымалы жүк деп атайды. Оның массасы диірменге түсетін бастапқы кен массасынан бірден бес есеге дейін (100-500%), артық болуы мүмкін, орташа (150-300%)-ке тең.

Айналмалы жүктің мөлшерін анықтайтын формула

мұнда және ағызындағы, диірменнен шыққан өнімдегі және құмдағы -0,074+0 мм кластың проценттік үлестері.

Диірменде кен әр түрлі әрекеттердің әсерімен ұнтақталады. Кен байыту фабрикаларында көп тараған әдістерге шарлармен, біліктермен, кеннен бөлінген белгілі бірірілік класпен және кен кесектерінің өзін өзі ұнтақтау жатады.

Даңғаралы (барабанды) диірмендер. Даңғаралы диірмендер, оларда қолданылатын ұнтақтаушы денелердің түріне қарай шарлы, білікті (стержневой), өзін өзі ұнтақтайтын және арнайы дейрмендер.

Шарлы диірмендердің даңғара диаметрі ұзындығына тең не үлкенірек болады. Білікті диірмендерде ұзындығы диаметрінен едәуір үлкен болады. Өзін өзі ұнтақтайтын диірмендерде диаметрі ұзындығынан едәуір үлкен болады.

Сурет 7 – Шарлы диірмен

Ұсынылған әдебиет:

1 нег. (23-35), 3 нег. (31-36)

Бақылау сұрақтары:

1. Байыту дегеніміз не?

2. Кендерде металдар қандай түрде кездеседі?

3. Жақты ұсақтағыштардың түрлерін атаныз.

4. Ұсақтау дәрежесі дегеніміз не?

5. Ұсақтау мен ұнтақтаудың айырмашылығы неде?

6 дәріс тақырыбы:. Екшеу (грохочение) және классификация.Әр түрлі кесекті не түйіршікті затты екшеуіштер арқылы өткізіп, екі не бірнеше ірілікті кластарға бөлу үрдісі екшеу деп аталады.

Байыту фабрикаларында екшеу үрдісі арнайы аппараттарда – екшеуіштерде жүргізіледі. Егер екшеуіште бір тор орнатылса бастапқы зат екі, ал тор екі орнатылса үш ірілік кластарға бөлінеді.

Екшеу қажеттігіне қарай әр түрлі мақсаттармен қолданылады:

1.Ұсақтау үрдістерінде ұсақтағыш алдында оларға түсетін кен ішіндегі сол сатыда ұсақтауды керек етпейтін даяр ірілік класын бөліп алуға (көмекші процесс ретінде).

2.Кейбір байыту үрдістердің алдында (отсадка-шөгу) әр түрлі ірілік кластарды жеке байыту қажеттігі болғанда – дайындау үрдіс ретінде.

3.Кейбір қазбаларды (мысалы көмір, темір кендерді) тек ірілік кластарға бөлгенде әр түрлі сортты даяр өнімдер алынады, осындай мақсатпен қолданылғанда екшеу байыту үрдісінің ролін атқарады.

4.Кейбір үрдістерде (мысалы, ауыр ортада байыту) қатты заттан суды бөлу үшін екшеу қолданылады (сусыздандыру үрдісі).

Екшеуіштер және екшеу тиімділігі

Әр түрлі белгілеріне қарай екшеуіштер бірнеше түрге бөлінеді. Екшеуіш торларының пішініне қарай жазық бетті (колостисті, жазықта тербелуші, вибрациялық, конусты бетті, дөңгелек бетті (даңғаралы екшеуіштер) және ойық бетті (доғалы) болып бөлінеді. Екшеуіш беттің қимылына қарай қозғалмайтын (колостисті, доғалы) және қозғалмалы (вибрациялық, даңғаралы) болып бөлінеді.