1

ӨНГӨТ МЕТАЛЛЫН ҮЙЛДВЭРЛЭЛ

Өнгөт металлурги нь үйлдвэрийн тэргүүний салбарын нэг юм. Манай орон нь өнгөт металлын нөөц баялгаар асар арвин орон юм. Жишээлбэл: хөнгөнцагааны орд Говь-Алтайн Дарвийн нуруу, Алаг-Уул, Чойрын цагаан толгой, Хөвсгөлийн Ужигийн мафивт; Никель-Монгол-Алтайн Асхесын гол Завханы Оюут, Говь-Алтайн Ханчайшир; Алт, мөнгө-Хойд Хэнтийн Ерөө, Харааны сав, Баянхонгорын Жаргалантын нуруунд; цагаан тугалга- Өвөр Хэнтий, Модот (Цэнхэр-мандал), Сүхбаатарын -Төв, Хар морьтод; Вольфрам-Сүх-баатарын-Чоногол, Дорнодын Чyлyyнxopoот, Монгол-Алтайн Улаан Уулд; сурьма-Дорнодын Дашбалбар сумын Харзатын хоолойд тус тус оршино. Төмрийн хүдэртэй харьцуулбал өнгөт металлын хүдэрт маш бага металл агуулдаг. Төмрийн хүдэрт төмөр 4-0% буюу түүнээс дээш агуулбал түүнийг боловсруулахад техник-эдийн засгийн хувьд ашигтайд тооцдог бол зэсийн хүдэрт зэс 0,5—2,0% агуулбал ашигтайд тооцдог юм. 1т ширэм гаргахад 3—4 т хүдэр шаардагддаг бол 1 т зэс гаргахад баяжуулах фабрикаас 120—150 т баяжмал авах шаардлагатай байна. Өнгөт металлын хүдэр нь ихэнхдээ олон металл агуулдаг. Тийм хүдрийг боловсруулах технологи нь түүнээс бүх өнгөт металлыг цэвэрлэж авахад чиглэгдэнэ. Бид зөвхөн хамгийн өргөн хэрэглэгддэг хөнгөнцагаан, магни, зэс, титаны үйлдвэрлэлийг авч үзнэ.

Хөнгөнцагааны үйлдвэрлэл

Хөнгөнцагаан нь өнгөт хөнгөн металлын бүлэглэлд хамаарах бөгөөд байгальд хүчилтөрөгчийн дараа орох их тархмал элемент юм. Хөнгөнцагааны исэл ихээр агуулсан (боксит, каолин, нефелин, алунит зэрэг) уулын чулуулгаас хөнгөнцагааныг гарган авдаг. Хөнгөнцагаан гарган авах гол түүхий эд нь боксит юм. Бокситонд 28-70 % А12О3 ; 0,5-20 % Si02; 2— 50% Fe2O3 0,1 — 10 % TiO2 10—18 % чийг агуулсан байдаг. Бокситийн хүдрийн минерал нь устай хөнгөнцагааны исэл—А12О3-Н20, Ai2O3-2H20 юм. ЗСБНХУ-ын Урал, Сибирь, Кольскийн хагас аралд бокситийн гол ордууд байдаг. БНМАУ-ын Говь-Алтай аймгийн Дарвийн нуруу, Алаг-Уул, Дорноговь аймгийн Төмөр замын зангилаа Чойрын Цагаантолгой зэрэг газруудад бокситийн ордууд оршино. Хөнгөнцагаан ихтэй каолины шаварт 20—40 % Ai2O3 агуулсан хөнгөнцагаан каолинитын А12О3*2SiO2*2Н20 менералыг агуулдаг. Каолины шавар байгальд маш их тархсан байх боловч түүнд их хэмжээгээр цахиурын исэл орших тул түунээс хөнгөнцагаан гарган авахад төвөгтэй байна. Мөн түүнчлэн хөнгөнцагааны ислийн үйлдвэрлэлд (K,Na)20-Ai202*2H2Q) нефелин; К2S04 ; Al2(S04)3*4Al(ОН)3 алунитийн минералтай хүдрийг түүхий эд болгон ашигладаг. Манай орны Хөвсгөл аймгийн Ужиг массивт каолин, нефелины орд байдаг. Хөнгөнцагааны хүдрээс хөнгөнцагааны цэвэр ислийг гapган авах, хайлмал криолитын хөнгөнцагааны ислээс электролизоор анхдагч хөнгөнцагаан гарган авах, анхдагч хөнгөнцагааныг цэвэрлэх гэсэн дараалсан гурван технологийн процессоор хөнгөнцагааны үйлдвэрлэл явагддаг .

2

Xөнгөн цагааны цэвэр исэл гарган авах. Хөнгөнцагааны хүдрийн найрлагаас шалтгаалан ислийг нь хими-илчийн, хүчлийн, шүлтийн аргаар гарган авдаг. Хими-илчийн арга. Хайралтыг хэрэглэж хөнгөнцагааны ислийг гарган авахыг энэ аргад хамааруулдаг. Жишээлбэл, цахиурын исэл ихтэй бокситыг сод, шохойтой хольж шууд хайрах, харин төмрийн исэл ихтэй боксит буюу хөнгөнцагааны исэл ихтэй төмрийн хүдрййг домен, цахилгаан зуух буюу вагранкад сэлбэж хайлуулан хөнгөнцагааны исэл ихтэй шаар үүсгэн авч, түүнийг дээрхийн адил хайрах замаар усанд уусдаг химийн нэгдэл Al203-Nа20 6a (CaO)2*Si02-оос бүрдсэн хайрмал гарган авна. Хайрмалыг буталж халуун усаар үйлчлэхэд Al2O3*Na20 задарч, хөнгөнцагааны устай исэл [Аl(ОН3)] талстат тунадас болон ялгардаг. Тунадсыг буталж, халуун усаар угааж улайстал халааж хатаахад дараах урвал явагдаж бэлэн бүтээгдэхүүн хөнгөнцагааны цэвэр, хуурай исэл үүснэ.

2Al(OH)3=Al2O3+3H2O Хүчлийн арга. Хүдрийг (H2S04, HCl, HNO3) хүчлээр үйлчилж хөнгөнцагааны давсны (AlСl3 мэтийн) уусмал гарган авна. Төмөр бас уусмалд шилждэг. Хөнгөнцагааны давсны уусмалын төмрийг цэвэрлэн, химийн аргаар боловсруулж, түүнээс Al(OH)3-ыг тунгаан ялгаад, 1200°С-аас дээш температур хүртэл улайстал халаан хөнгөнцагааны цэвэр ислийг гарган авна. Шүлтийн аргыг хамгийн өргөн хэрэглэдэг юм. Хүдрийг шингэн ба хатуу шүлтээр боловсруулах гэж ангилдаг. Хүдрийг шингэн шүлтээр бэловсруулахад шүлтэд уусдаггүй төмөр, цахиур, титаны ислүүдийг тунгаан ялгаруулж, усанд уусах химийн (Al203* Na20) нэгдлийг гарган авдаг. Үүнд 200°С-т хатааж нунтагласан бокситыг 0,5—0,7Мн/м2

даралт, 150сС-ын температур үүсгэх битүү сав (автоклав) дотор их концентрацын шүлттэй хольж хийгээд 3—4 цаг байлгахад доорх урвал явагдана.

2AlO(OH)+2NaOH=Al2O3* Na2O + 2H2O Үүссэн Al2O3,*Na2О-гийн уусмалыг шүүж шаарнаас нь ялган том сав (чан) дотор хийж 40°С-ын халуун усаар сулруулах явцад идэвхжүүлэгчээр хөнгөнцагааны устай исэл бага хэмжээгээр хийхэд дараах урвал явагдаж Al2O3 тунадас болон ялгардаг.

Al2O3 * N a2O + 4H2O = 2Al(OH) 3 + 2Na OH Үүссэн Al(OH)3-ын тунадсыг уусмалаас шүүн авч угаагаад улайстал халааж хатаан цэвэр Al2O3 ислийг авна. Хүдрийг хуурай шүлтээр боловсруулахдаа бокситын нунтгийг сод, шохойтой хольж, 800—1000°С хайрч, хатуу Al2O3 Na20 гарган авдаг.

Al2O3 + Na2CO3 = Al2O3*Na2O+CO2 А12О3 Na20—нэгдлийг халуун (90—95°С) усанд уусгаж, үүссэн уусмалыг нүүрсхүчлийн (CО2)) хийгээр хөөрөгдөж, хөнгөнцагааны устай исэл ялгаруулан тунгааж авна.

Al2O3*Na2O+3H2O+СО2=2 Аl(ОН)3 Nа2СО3 Тунадасыг угааж хатаан улайстал халааж хөнгөнцагааны цэвэр исэл гарган авдаг. Криолит үйлдвэрлэл. Фторт натри, фторт хөнгөнцагааны давхар (Na3AlF6) давсыг криолит гэдэг. Криолитыг ихэвчлэн хүчлийн аргаар гаргах бөгөөд түүнд хайлуур (CaF2) жонш, H2S04, Al(OH)3 содыг түүхий эд болгон ашиглана. Хайлуур жоншны баяжмалын нунтгийг хүхрийн хүчилтэй хольж, хоолой хэлбэртэй эргэх зууханд 2000С хүртэл халааж фторт устөрөгчийг гаргадаг.

СаF2+ H2S04 = CaSO + 2HF Фторт устөрөгчийг усаар үйлчилж жоншны хүчил гаргана. Жоншны хүчлийн уусмалд Аl(ОH)3 хийж фторт хөнгөнцагааны хүчил гаргадаг.

6HF + Al(OH)3 = H3AlF6 + 3H20 Фторт хөнгөнцагааны хүчлийг содоор үйлчилж криолитын тунадас ялгаруулдаг.

2Н3AlF6 + 3Na2C03 = 2Na3AlF6 + 3CO2 + 3H2O Тунадасыг шүүн авч, бөмбөгөр зууханд хатааж криолит гарган авна. Al3O2 хөнгөнцагааны ислийн электролиз. Цэвэр Al2O3 нь өндөр температурт хайлах хөнгөнцагаан—хүчилтөрөгчийн маш бат бэх химийн нэгдэл юм. Түүнийг өндөр

3

температурт ч гэсэн цэвэр металл болтол нүүрстөрөгч, устөрөгч буюу угаарын хий CО-гoop сэлбэж чаддаггүй. Шингэн электролитод Na3 AlF6 фторт хөнгөнцагаан-натрийн хайлмал криолитод) Al2O3-ыг электролизоор задалж металл хөнгөнцагааныг гарган авна. Криолит нь Al2O3-аас харьцангуй нам температурт хайлж Al2O3-ыг өөрөө уусгадаг. Хөнгөнцагаан гарган авах электролизын онгоцны (ванны) зохион байгуулалт (22-р зураг). Ган хуудсаар онгоцны бүрээс (8) хийдэг. Онгоцны ёроол, ханыг нүүрстөрөгчит хавтангаар (9) доторлоно. Онгоцны ёроолд зузаан зэс туузыг (10) бэхэлж гүйдэл үүсгүүрийн хасах туйлтай холбоно.

Гүйдэл үүсгүүрийн нэмэх туйлтай холбосон зэсэн туузанд (1) ган саваагаар (3) анодыг (нүүрсэн электрод) (2) дүүжилнэ. Электролиз явуулахын өмнө онгоцны ёроолд нунтаг коксыг нимгэн үеэр асган, түүнд нүүрсэн электродыг ойртуулж гүйдэл өгнө: Онгоцны нүүрсэн дотор электрод халж, улайсахад нь онгоц уруу риолит аажим хийж, электродыг удаан хөргөж криолитыг хайлуулдаг. Онгоц дотор 200— 250мм-ийн зузаан хайлмал криолит (6) үүсгэний дараа түүнд Al203-ыг нэмж хийнэ.

Электролиз явуулах нөхцөл нь 4—4,5 В хүчдэл; 0,7—1,2 А/см2 анод дээрх гүйдлийн нягттай, тогтмол гүйдэл юм. Хайлмал электролитын электролиз явуулахад криолит, А1203-ын молекулууд доорх урвалаар задардаг.

Na3AlF6 3Na+ + AlF 36

Al2O3 Al3+ + AlO 33

Сүүлийн урвалаар үүссэн хөнгөнцагааны нэмэх цэнэгтэй ион цахилгаан гүйдлээр нүүрсэн ёроол (буюу онгоцны катод) дээр зөөгдөж ирээд металл хөнгөнцагаан болон ялгарна.

Al + 3e Al Дээрх урвалуудаас үзвэл, металл хөнгөнцагааныг гарган авахад зөвхөн А12O3 зарцуулагдаж байна. Электролитийн Al2O3 багасгахад нь түүнийг онгоц уруу дахин нэмж хийдэг. Электролит доторх А12О3-ын багасгасныг анодын согог гэгдэх 4-4,5-аас 25-303 хүртэл өсөх хүчдэлийн ихсэлтээр мэднэ. Хасах цэнэгээр цэнэглэгдсэн AlО 3

3 анионууд анод дээр очиж анодын процесст орж дараах урвалаар хийн байдалтай хүчилтөрөгчийг ялгаруулж, А12О3-ын үүсгэдэг.

2AlO 33 - 6e = Al2O3 + 1,5О2

Анод дээр үүссэн хүчилтөрөгч электролизын 930-10000С температурт нүүрсэн электродын материалын заримыг исэлдүүлдэг. 43-р урвалаар үүссэн Na+ нэмэх цэнэгтэй ионууд, AlF 3

6 хасах цэнэгтэй ионууд, мөн түүнчлэн цахилгаан гүйдлээр зөөгддөг боловч электродууд дээр А13+ ба AlF 3

6 -aac өөр ялгарлын потенциалууд (эрчим хүчүүд) байх тул анхны цэнэглэлтэд оролцдоггүй. Криолитын (6) үе доор онгоцны ёроолт, шингэн хөнгөнцагаан (7) аажим хуримтлагдахад гурваас дөрөв хоногт нэг удаа тусгай сувгаар буюу вакуумтай шанагаар гарган авна. Онгоцны хананы дагуу тойрон электролитын хатуу хальс (5) үүсдэг. Электролизийн 80—100 онгоцыг бөөгнүүлэн угсраагаар залгаж 4—4,5 В хүчдэл, 40000 – 10000А гүйдлээр ажиллуулна. 1т хөнгөнцагаан гарган авахад 2т Al2O3; 0,6 тонн нүүрсэн электрод (анод); 0,1 т криолит. 60—65 Мдж (16500— 18500 кВт/цаг) зарцуулдаг. Хөнгөнцагааны үнийн 30 %-ийг эрчим хүчний үнэ, 50 %-ийг туүхий эд, процессын үндсэн материалын үнэ эзэлнэ.

4

Электролизийн онгоцноос авсан аарсдагч хөнгөнцагаанд (Fe, Si, Cu, Zm зэрэг) металл, (А12О3, С зэрэг) металл биш хольц, мөн түүнчлэн (Н2, О2, N2, CO, CO2 SO2 зэрэг) хйй оршдог. Анхдагч хөнгөнцагааны цэвэрлэгээ. 1,3 т багтаамжтай битүү шанага буюу цахилгаан зууханд 700°С-аас дээш халааж хайлуулсан хөнгөнцагааныг хлороор хөөрөгдөн хлорт хөнгөнцагааны уур үүсгэнэ.

2Al + 3Сl = 2А1С13 Энэ уур нь шингэн хөнгөнцагаан дундуур өнгөрөхдөө фторын давс карбид,

нүүрсийг өөртөө шингээж металл дээр саарал өнгийн хөөсөнцөр нунтаг байдалтайгаар ялгаруулдаг. Na, Ca, Mg -тай хлор нэгдэж, үүсгэсэн нэгдэл нь металл дээр хөвж, хөнгөнцагаанд ууссан хий нь дэгдэж ялгарна. Ингэж цэвэрлэгдсэн анхдагч хөнгөнцагааны цэвэршил нь 99,5—99,85% байх ба энэ нь ихэнх хэрэгцээг хангадат. Гэвч техникийн зарим салбар, тухайлбал, цахилгаан шулуутгагч, конденсатор, химийн хэрэгсэл, радиолакацын багаж, атомын цахилгаан станцын төхөөрөмжид 99,996%-иас илүү цэвэршил шаардагдана. Ийм цэвэршлийг электролизийн буюу үелсэн хайлуулалтын аргаар гарган авдаг. Үелсэн хайлуулалтыг олон удаа давтан явуулж 99,9999%-ийн хөнгөнцагаан гаргаж авна.

Магнын үйлдвэрлэл Магни нь хөнгөн өнгөт металлын бүлэгт хамаарна. Газрын хөрсний нөөцөөр металл дотроо гуравдугаар байранд ордог. Магнийн үйлдвэрлэлд магнезит Mg СО3 доломит Mg СО3 – СаСО3 карналлит MgCl2 КСl*Н20 бишофит MgCl2*6H2O-ийг түүхий эдээр ашиглана. ЗСБНХУ-ын нутаг дэвсгэрт олон тооны давст (Сакск, Сивашск зэрэг) нууруудад 0,83—0,89% Mg агуулагддаг. Магнийн үйлдвэрлэлийн шавхагдашгүй эх үүсвэр бол (1 кг усанд 1 гр.магни агуулдаг) далайн ус юм. Магнийг гарган авах технологи нь түүхий эдийг урьдчилан бэлтгэж усгүй хлорт хайлмал магнийн электролитод электролиз явуулах буюу халуун магнийн ислийг сэлбэх хоёр процессоос бүрддэг. Цехийн орчныг хлороос хамгаалах, хлорт магнийг ус задлах учир агаарын усны уур онгоцонд оруулахгүй байлгах зорилгоор тусгай битүү онгоц дотор электролизийг явуулна. 700—750°С-ын кали, натри, кальци, магнийн хлорт хайлмал давсны электролитод электролиз явуулдаг. 100—200 мм-ийн огтлолтой хавтангаар хийгдсэн анодыг нэмэх туйлтай, ган хуудсан катодыг хасах туйлтай тус тус холбоно.Электролизийн онгоц дотор электролит үргэлж сэлбэгдэх бөгөөд түүний найрлагад 7-15% Mg Cl2, 38—42% Ca Cl% 17—25% NaCl, 22-30% KCl байдаг. Электролизийн процесст хлорт магни задарч онгоцы катодын хавьцаа зайд магни, анодын ойролцоо хлор ялгардаг. Хувийн жин багатай магни, электролитийн дээр хөвөх бөгөөд тэндээс резин хоолойгоор сорж вакуумтай тогоонд юүлэх ба хлор дамжуулагчаар хлорыг сорж зайлуулна. Магнийн исэл, сэлбэгдсэн зарим төмөр, онгоцны ёроолд шаар байдалтай тунах бөгөөд тэндээс тэднийг малтан авч, ажил-ласан электролитийг вакуумын байгууламжийн цоргоор зайлуулдаг. Хлорт магнийн электролизоор 1 кг металл магнийг гapган авахад 2,9 кг хлор ялгарах ба 4,5 кг усгуй хлорт магни буюу 10 кг зохиомол карналлит (12 кг орчим байгалийн карналлит) зарцуулагдана. Ингэж авсан магнийг флюстэй хайлуулалтаар, эсвэл нэрэлтээр цэвэрлэдэг. Цэвэрлэгдсэн металлд 99,9% Mg агуулагдана. Мөн түүнчлэн сүүлийн үед металл магнийг өндөр температур, гүн вакуумд магнийн ислийг нүүрстөрөгч, цахиур буюу кальцийн карбидаар сэлбэдэг илчийн аргаар гарган авах болов. Илчийн аргаар гарган авсан магнийг мөн цэвэрлэдэг.

Зэсийн үйлдвэрлэл

5

Зэс нь маш чухал металлуудын нэг юм. Цахилгаан дамжуулах чанараар зөвхөн мөнгөний дараа орох бөгөөд бүх зэсийн 40—50%-ийг цахилгаан, радио техникт гол дамжуулагч материал болгон хэрэглэдэг. Машин үйлдвэрлэлд зэсийн хайлш-гууль, хүрлийг өргөн хэрэглэж байна. Хөнгөнцагаан болон бусад металлын олон хайлшуудын найрлагад зэс чанаржуулагч элементээр ордог. Нийт капиталист орнууд жилд 6—7 сая тонн зэсийг үйлдвэрлэж байгаагаас 2 сая орчим тонн нь дахин хайлуулж байгаа хоёрдогч зэс болно. ЗСБНХУ-д зэсийн гаргалт таван жил тутамд 30—40%-иар өсөж байна. Зэсийн хүдэр. Зэсийг зэсийн хүхэрлэг, исэлдмэл хүдрээс гарган авдаг. Зэсийн 80 орчим хувийг хүхэрлэг хүдрээс үлдсэн 20 орчим хувийг исэлдмэл хүдрээс гаргаж байна. Хүхэрлэг зэсийн хүдрүүдээс хамгийн өргөн тархсан нь халькопиритийн CuS*FeS минерал агуулсан зэсийн колчедан юм. Заримдаа Cu2S халькозин минерал агуулсан зэсийн гялтгануур гэгдэх хүдрийг хэрэглэдэг. Исэлдмэл зэсийн хүдэр Са2О куприт ба СuСО3, Сu(ОН)3 нүүрсхүчлийн нэгдлүүдийг агуулна. Мөн байгалийн цэвэр зэс тохиолддог. БНМАУ нь зэсийн орд газраар элбэг орон юм. Дэлхийд хамгийи том 10 орд газрын тоонд ордог Булган аймгийн Эрдэнэтийy овоо, цаашилбал, Дорноговь аймгийн Цагаан суварга, Баянхонгор аймгийн Саран-Уул, Сүхбаатар аймгийн Арын нуур зэрэг ордууд бий. Зэсийн бүх хүдэр их ядуу (1—5% Си заримдаа бүр 1%-иас ч бага зэстэй) байдаг. Түүний хоосон чулуулаг нь элс, шавар, шохойн чулуу, хүхэрт төмөр зэргээс бүрддэг. Зэсийн ихэнх хүдэрт зэсээс гадна никель, цайр, хар тугалга зэрэг олон тооны үнэт элементүүд исэлдмэл буюу нэгдлийн байдалтай агуулах тул олон металлын хүдэрт тооцно. Анхдагч зэсийн ойролцоогоор 90%-ийг пирометаллургийн аргаар, 10 орчим %-ийг гидрометаллургийн apгaap гарган авдаг. Гидрометаллургийн арга. Энэ нь зэсийн хүдрээс зэсийг хүхрийн хүчлийн сул уусмалд уусгасны дараа металл зэсийг уусмалаас ялгаруулан гаргаж авах арга юм. Исэлдмэл ядуу хүдрийг боловсруулахад энэ аргыг хэрэглэдэг. Пирометаллургийн арга. Энэ нь зэсийн хүдрийг хайлуулах замаар зэс гарган авах арга юм. Түүнд төмрийн баяжуулалт, шатаалт, хайлуулж, хагас бүтээгдэхүүн-штейн болгох, штейнээс бохир зэс хайлуулж авах, бохир зэсийн цэвэрлэгээ зэрэг технологийн ажиллагаанууд хамаарна (23-р зураг). Зэсийн хүдрийн баяжуулалт. 10—35% зэс агуулсан баяжмал гаргаж авахын тулд зэсийн ядуу хүдрийг баяжуулдаг. Зэсийн хүдэрт зэсийн зэрэгцээ маш олон үнэт металл aгyyлах учир тэдгээрийг бүрэн ялгаж авахын тулд иж бүрэн төвөгтэй баяжуулалт хийнэ. Зэсийн хүдрийн баяжуулалтад хөөсрүүлэх аргыг өргөн хэрэглэж байна. Жишээлбэл, Эрдэнэтийн Овооны Уулын a б

Хөөсрүүлэлтийн бүдүүвч a-хөөсрүүлэх машины механик зарчмын бүдүүвч, б-хэсгүүдийн хөвөх бүдүүвч:

6

1-хүрзтэй хутгуур, 2-тусгаарлах хана, З-минералжсан хөөсний үе, 4-хаягдал (хоосон, чулуулаг) зайлуулах нүх, 5-хутгах агааржуулах бүс

баяжуулах комбинатад хөөсрүүлэх баяжуулалт хийдэг. Хөөсрүүлэх баяжуулалтын арга нь металл агуулах хэсэг ба хоосон чулуулгийн хэсгийн усанд норгогдох чанарын ялгаанд үндэслэгджээ (24-р зураг). Хөөсрүүлэх баяжуулалтад орох хүдрийн ширхгийг 0,05— 0,5 мм-ийн хэмжээтэй болтол үрлэн тээрмээр нунтагладаг. Хүдрийн ширхэг (мөхлөг)-ийн гадаргуунд усаар норгогдохгүй хальс үүсгэхэд дэмжигч хөөсрүүлэлтийн бодисыг (1 т хүдэрт 100—300 грамм зарцуулахаар тооцож) нунтаг хүдэр дээр нэмж, зохих хэмжээний усаар чийглэн хольж зуурмаг бэлдэн хөөсрүүлэх машины онгоц уруу хийж, агаараар хөөрөгдөхөд агаарын хөөс хүдрийн минералын мөхлөгт наалдаж, түүний хамт усны төвшин дээр хөвөн хөөсийг үүсгэнэ. Хөөсрүүлэх машинаас хөөсийг тусгай механик хамуураар хамж тасралтгүй зайлуулдаг. Хөөсийг шүүж хатаасны дараа зэсийн баяжмал болдог. Усанд сайн нордог хоосон чулуулгийн хэсгүүд машины ёроолд тунаж хаягдлыг үүсгэнэ. Олон металл агуулсан хүдрийг баяжуулхад металл бүрд тохирсон бодисуудаар тодорхой дарааллаар хөөсрүүлэн баяжуулалт явуулдаг. Зэсийн хүдэр, баяжмалын шатаалт. Зэсийн баяжмал, зэс ихтэй хүхэрлэг хүдрийг хайлуулахын өмнө тэдгээрийн хүхрийг дээд хэмжээгээр багасгах зорилгоор 600—900°С-ийн температурт исэлдүүлэх шатаалт хийнэ. Шатаалтыг механик хамууртай цооног (6,5—7,5 м диаметртэй, 9—11 м өндөртэй цилиндр) маягийн олон шалтай зуух, эсвэл хамгийн дэвшилттэй буцлах үеэр явуулдаг. Олон шалтай цилиндр зууханд нунтаг материал механик хамуураар хутгаж, дээдэх нэгдүгээр шалнаас түүний доорх хоёрдугаар шал дээр аажим унагаж дараа нь гуравдугаарт гэх мэтчилэн хутгаж унаган шатаана. Зуухны тем-

Хүдэр, баяжмалын буцлах үеийн шаатаалтын бүдүүвч -ператур 850°С байдаг. Ийм зуухны бүтээд их биш хоногт 300 тонн үйцийг шатаахад 0,5% зэс тоосны хамт эргэлтгүйгээр хаягддаг. Буцлах үеийн шатаалтыг 600—70О°С-ийн температурт явуулна. Хүдэр, баяжмалын буцлах үеийн шатаалтын бүдүүвчийг үзүүлэв (25-р зураг). Нунтаглагдсан шатаах хүдэр буюу баяжмалыг туузан зөөгүүрээр (1) бункерт (2) өгч, тэндээс хуваарилагчаар (3) материалыг агаарын хайрцгаас (6) ирж буй агаарыг хөөрөгдөхөд зориулагдах үлээгүүр нүх (5) бүхий ёроолтой камерт (4) оруулна. Агаар хөөрөгдөхөд нунтаг байдалтай баяжмад (эсвэл хүдэр) идэвхтэй буцлах мэт хөдөлгөөнд ороход ширхгүүд нь хөндий байдалд оршдог. Энэ нь хүхрийн исэлдэлтийн процессыг идэвхжүүлнэ. Үүссэн хүхэрлэг хий камераас (4) тоос шүүгчид (7) орж цэвэрлэгдсэний дараа хүхрийн хүчлийн үйлдвэр уруу очдог. Зэсийн хүдэр, баяжмалыг шатаахад хүхрийн ихэнх зайлуулагдана. Шатаасан баяжмал буюу хүдрийг шатвар гэх бөгөөд тэд нь зэсийн штейн гарган авах хайлуулалт уруу очдог.

7

Шатаахад тоосоор, хайлуулахад шаараар зэс хаягдах учир зэсийн хорогдлыг багасгах зорилгоор заримдаа хүрэлцэхүйц зэстэй баян хүдрийн баяжмалыг урьдчилан шатаахгүй, түүхийгээр нь штейн болтол хайлуулна. Штейн хайлуулан авахад «дөлт» зуухыг хэрэглэнэ.

Зэсийн штейн хайлуулан авах дөлт зуух 1—түлш шатаах камер, 2—үйц хий юүлүүр, 3 —зуухны онгоц, 4—шаар гаргах нүх,

5—штейн гaргax цорго, б—утаа гаргах хоолой Дөлт зуухны урт 30—35 м, өргөн 8—11 м, шалнаас дээвэр хүртэлх өндөр 3,5—4,5 м байдаг. Динас тоосгоор хана, динас буюу магнезит тоосгоор дээврийг өрнө. Цахиурын (кварцын) элсээр ёроолыг чигжиж 1500—1600°С хүртэл халаахад түүний ширхгүүд барьцалдан гагнагддаг. Үйцний нунтаг материалыг дээврийн нүхээр ажлын зайд хийж, конерторын шингэн шаарыг зуухны нүүрийн хананы нүхээр юүлнэ. Зуухны арын налуу хананд үйцийг хийхэд халуун агаараар үйлчлүүлж халснаас, түүний хүхэрлэг нэгдэл, карбонат ислүүд задарч, задралын бүтээгдэхүүнүүд холилдож хайлан, амархан хайлах хайлварыг (штейнийг) үүсгэж, налуу xaна даган урсаж шаараар дамжин зуухны ёроолд хуримтлагдана. Зуухны онгоцны доод хэсэгт штейн гэгдэх хүхэрлэг хайлвар, дээр нь ислийн шаарны хайлвар байрлана. Зуухыг чулуу нүүрсний тоос, мазут, байгалийн хийгээр галладаг. Зуухны нэг үзүүрт түлш шатаах камер, нөгөө үзүүрт утаа гаргах өндөр босготой хоолой байрлана. Зуухны нүүрийн хананы хавьцаа хамгийн их халж, тэндэх хийн температур 1500—1600°С хүрч, утаа гаргах хэсэгт 1220—1280°С хүртэл буурдаг. Зуухны ажлын хэсгийн температур хүрэлцэхүйц өндөр байх тул үйцийг хайлуулж, шаар, штейнийг шингэн байдалд байлгана. Шаар, штейнийг хуримтлах хэмжээгээр нь үе үе зуухнаас тусгай нүхүүдээр гаргадаг. Алт, мөнгө мэтийн үнэт металлууд бараг бүгдээрээ штейнд шилжинэ. Гарган авсан штейний 80—90 %-ийг Cu2S ,FeS, үлдсэн хувийг төрөл бүрийн металлын ислүүд эзэлдэг. Штейнд 30-60% Си, 40—20%Fe, 25—22 % S агуулах бөгөөд хайлах температур нь 950—1000°С байна. Хайлмал штейнийг бохир зэс гарган авах түүхий эд болгоно. Дөлт зуухны бүтээлийг хоногт хайлуулсан үйцний жин тонноор, эсвэл ёроолын 1 м2 талбайд ноогдох хайлсар үйций жин тонноор тооцно. Сүүлчийнхийг «хувийн хайлуулалт» гэдэг нэр томьёоллоор нэрлэх болоон ба 2—6 т/м2 байдаг. Гаргаж буй утааны дулаан 1200°С-ээс дээш байх бөгөөд түүнийг уурын зуух, мөн түүнчлэн уг зууханд үлээгдэх агаарыг халаахад ашиглагдана. Бохир зэс гарган авах 100 тонн хүртэл багтаамжтай суурилаг-магнезитын тоосгон дээр (12)-той, хэвтээ цилиндр конверторт хайлмал штейнийг агаараар хөөрөгдөх замаар бохир зэсийг хайлуулан авдаг. Зэс хайлуулах орчин үеийн конвертор нь 6—10 м урт, 3—4 м гадаад диаметртэй байна (27-р зураг). Конверторыг гангаар (3) бүрдэг. Конверторын хоёр үзүүрийн хавтгайг (1) швеллерээр бэхэлнэ. Бүрээс нь хоёр хос дамар (9) дээр тулж эргүүлэх хоёр том чиглүүрээр (2) бүслэгдсэн байна. Суурийн (8) тулгуур бэхэлгээд (кронштейн) (7) дамрууд бэхлэгддэг. Иймд конвертор нь шаардагдах налуутай болтол дамар дээрх чиглүүрээрээ эргэнэ. Агаар үлээгүүр уруу металл юүлэгдэхгүй байхаар конверторыг эргүүлж амсраар нь хайлмал штейн юүлсний

8

дараа хоолойноос (4) даралтаар гарч буй агаар конверторын уртын дагуу байрласан 46-52 ширхэг 50 мм-ийн диаметртэй, үлээгүүрүүдээр (5) хөөрөгдөж, үлээгүүрүүдийг хайлмалын төшингөөс доошилтол конверторыг буцааж ажлын байрлалд шилжүүлэн эргүүлнэ.

Дээрээс хөөргөдөх конвертор а—гаднаас нь харахад; б—хөндлөн огтлол

1 – Юүлүүр, 2 – мөөр, 3 – бүрээс, 4 – агаар дамжуулах хоолой, 5 – үлээх xoшуу, 6-цахилгаан дамжлага, 7 – тулгуур, 8 – суурь, 9 – 2 хос дамар, 10 – суурь хавтгай, 11 –

бохир зэс гаргах амсар, 12 – дотор гадаргуу

Штейний хувийн жин (5 г/см3) зэсийнхээс (8,9 г/см3) бага байх тул штейн хайлуулалтын процесст конверторыг хэд дахин дүүргэдэг. Исэлдэлтийн процесст ихээхэн дулаан ялгарснаас конвертор доторх хайлмалын температур 1100 – 1200°С-ээс 1250 – 1350°С хүртэл дээшилнэ. 30 цаг хүртэлх хугацаагаар агаар хөөрөгддөг. Штейнээс бохир зэс хайлуулан авах процесс хоёр үеэс бүрдэнэ. Нэгдүгээр үеийн хугацаанд агаарын хүчилтөрөгч штейний төмрийг бараг бүрэн, зэсийн заримыг шатаадаг. Төмрийн исэлдэх процесс дараах урвалаар явагдана.

FeS + 1.5 О2 = FeO + SO2 Үүссэн FeO төмрийн дутуу исэл хөвж конверторт флюс болгон хийсэн SiO2 цахиурын ислээр шааранд шилжинэ.

2FeO + SiО2 = SiО2 *2FeO (48) ба (49) урвалаар дулаан ялгарч онгоцыг халаах эх үүсвэр болдог. Үүссэн төмөрт шаарыг зохих хэмжээнд хүрэхэд нь конверторыг эргүүлэн амсраар нь юүлж шинэ штейнээр дүүргэн, флюс нэмж хөөрөгдөлтийг үргэлжлүүлнэ. Нэгдүгээр үеийн төгсгөлөөр төмөр бараг бүрэн зайлуулагдана. Энэ мөчид штейн нь үндсэндээ Си2О-ээс бүрдэх бөгөөд түүнд 80 % Си агуулдаг. Шааранд 3% Сu агуулах тул түүнийг штейн хайлуулахад эргүүлж ашиглана. Хоёрдугаар үед дараах урвалууд явагдах нөхцөл бүрдэнэ.

2Сu2S + 3O2 = 2Сu2O + 2SO2 Үүссэн зэсийн дутуу исэл Cu2O хайлдварт уусаж хагас хүхэрт зэс Сu2S-тэй үйлчлэлцэж бохир зэсийг үүсгэнэ.

2Сu2О + Сu2S = 6Сu + SO2 Бохир зэс гаргах процесст химийн урвал явагдсанаас дулаан ялгардаг тул түлш

үл шаардагдана. Гарсан бохир зэсийг конверторын амсраар шанаганд юүлж, тэндээс юүлэх машины тусламжаар цутгамал цутгадаг. Конвертор нэг удаагийн үйлдлээрээ 80 – 100 т бохир зэс гаргана. Заримдаа бохир зэсийг техникийн хэрэгцээнд хэрэглэдэг. Бохир зэсийн цэвэрлэгээ. Галын буюу электролитийн аргаар цэвэрлэгээ хийж хортой хольцууд зайлуулан, түүнд байгаа үнэт металлуудыг ялган авна. Галын цэвэрлэгээг 200 – 400 т багтаамжтай дөлт зууханд явуулдаг. Энэ нь бохир зэсийн тэвшийг хайлуулах, зэсээс амархан исэлдэх цайр, цалаан тугалга зэрэг хольцыг

9

исэлдүүлж шаарт шилжүүлэх, металлд ууссан хийг зайлуулах, зэсийн хүчилтөрөгчийг ангижруулах процессоор явагдана. Ер нь цэвэрлэгээний процесс исэлдэх, сэлбэх хоёр үеэс бүрддэг. Исэлдэх үе. Зэсийн хайлах мөчөөс эхлэн хольцууд исэлдэнэ. Бүрэн хайлсны дараа исэлдэлтийг хурдасгахын тулд шингэн металлд дүрсэн ган хоолойгоор агаар 2 ат (0,2 МПа) даралтаар хөөрөгдөхөд хольцууд дараах дарааллаар исэлддэг. Үүнд:

Al, Si, Mn, Zn, Sn, Fe, Ni, Sb, Pb,Bi,Cu. Зарим хольцын (SbO2, PbO, ZnO зэрэг) ислүүд амархан дэгдэж зуухны хийгээр зайлуулагдана. Бусад хольцууд шааранд шилжих (FeO, Al2O3,SiО2 зэрэг) ислүүд үүсгэдэг. Алт, мөнгө исэлдэлгүй зэсэнд ууссан хэвээр үлдэнэ. Хайлуулалтын энэ үед бас зэс исэлдэнэ.

4Сu + O2 = 2Cu2O Хольцуудын исэлдэх үе 3 цаг орчим үргэлжилсний дараа хөөрөгдөлтийг зогсоож металлд ууссан хийг зайлуулах (нягтруулах өдөлт гэгдэх) үйлдэл хийнэ. Сэлбэх үе. Сэлбэх үеийн зорилго нь зэсийн хүчилтөрөгчийг ангижруулах, өөрөөр хэлбэл, Сu2O-г сэлбэх, мөн түүнчлэн металлыг хийгүйжүүлэхэд оршино. Үүний тулд исэлдмэл шаарыг бүрэн зайлуулдаг. Онгоцны металл дээр модны нүүрс асган бүрхээж металлыг исэлдэлтээс хамгаална. Дараа нь зэсийн өдөлтийг явуулна. Энэ нь хайлмалд нойтон хус буюу нарсан шургааг, дараа нь хуурай шургааг дүрж хутгахад оршино. Хутгалтаар модны хуурай нэрэлт явагдсанаас усны уур, хийн байдалтай нүүрстөрөгч ялгарч, металлыг буцалган, түүнд ууссан хийг зайлуулахад тусалдаг. Хийн байдалтай нүүрсустөрөгчийг, зэсийн хүчилтөрөгчийг доорх урвалаар зайлуулна (Үүнийг давтагдах чанарыг сайжруулах өдөлт гэнэ).

4Сu2O + CH4 = 8Cu + СО2 – 2H2O Өдөлтийн үр дүнд зэсийн Сu2О-ийн агуулга 10 – 12-оос 0,3 – 0,5% хүртэл буурдаг. Цэвэрлэгдсэн зэсэнд 99,5 – 99,7% Сu агуулагдах бөгөөд түүнийг зуухнаас шанагад гарган тэндээс электролизийн анод, эсвэл хайлш үйлдвэрлэхэд зориулагдах цутгамал болгон юүлнэ. Цэвэрлэгдсэн зэсэнд 0,3 – 0,6% сурьма мэтийн бусад хортой хольцууд, заримдаа 0,1% хүртэл алт, мөнгө агуулдаг.

Электролитийн цэвэрлэгээ. Энэ нь хамгийн цэвэр, сайн чанартай зэс гарган авах арга юм. Хар тугалганы буюу винипластын хуудсаар доторлосон төмөрбетон, эсвэл модон онгоц дотор электролиз явуулдаг. 60 – 650С халуун (10 – 16%-ийн) хүхрийн хүчлийн усан уусмал, мөн тийм хэмжээний зэсийн байван (CuSО4)-гooc бүрдсэн электролитийг ашиглана. Цэвэрлэгдэх зэсээр цутгагдсан 40 – 50 мм зузаантай, 1х1м-ийн хэмжээтэй хавтангаар анод, электролитийн зэсээр бэлтгэгдсэн (0,5 – 0,7 мм) нимгэн хуудсыг катод болгон хэрэглэдэг. Онгоц дотор анод, катодыг салаавчлав байрлуулах бөгөөд нэг онгоцонд анод 50 хүртэл дүүжилнэ.

Электролитээр тогтмол гүйдэл дамжуулахад анод аажмаар уусаж зэсийн катион Сu2+ байдалтайгаар уусмалд шилжиж, катод дээр катионуудын цэнэг арилгалт Сu2+ + 2е = Сu явагдаж цэвэр зэс ялгардаг.

250 – 350 кг жинтэй анодын хавтан 20 – 30 хоногт уусах бөгөөд 10 – 15 хоногт 70 – 140 кг жинтэй болтлоо катодыг өсөхөд нь онгоцноос салган авч оронд нь шинэ катиодыг дүүжилнэ. Зэсийг электролизээр цэвэрлэх онгоц (28-р зураг)

Электролизийн явцад катод дээр устөрөгч ялгарч, зэсэнд уусаж түүнийг бутрамтгай болгодог. Иймд катодын зэсийг хайлуулах зууханд хайлуулж устөрөгчийг зайлуулна.

Электролизийн зэс 99,95%-ийн цэвэршилттэй байдаг. 3арим хольц онгоцны ёроолд тунадас байдалтай ялгарах бөгөөд түүнээс алт, мөнгө зэрэг металлыг гарган авна. Электролизийг 2 – 3 В хүчдэл, 100 – 400 А/м2 гүйдлийн нягттай тогтмол гүйдлээр явуулдаг. 1 т катодын зэс гарган авахад 720 – 1080 МДж (200—400 кВт цаг) цахилгаан эрчим хүч зарцуулна.

10

Зэсийг хольцны агуулгаар нь ялгаварлан марклана, Үүнд: М—0, М—1, М—3, М—4; (М—0: 99,95% С, М—4: 99,0% С агуулдаг). Зэсээр төрөл бүрийн эдлэл (утас, хуудас, хоолой зэргийг) хийх, зэсийн хайлш (хүрэл, гууль) гарган авахад зэсийг ашиглана.

Зэсийг электролизээр цэвэрлэх ванн 1 – модон онгоцны их бие, 2 – хар тугалган хуудас, 3 – тусгаарлагч, 4 – тунадас

гаргах нүх, 5 – анод, 6 – катод, 7 – тунадас, 8 – электролит

Титаны үйлдвэрлэл

Газрын хөрсөнд хамгийн ихээр оршдог металлуудын нэг нь титан юм. Хувийн жин багатай, механик шинж чанар сайтай, зэврэхгүй титаныг техникт өргөн хэрэглэж байна. Байгальд татаны минералууд маш олон байх боловч тэдгээрээс зөвхөн FeO-TiО2 (ильменит), ТiO2 (рутил), (СаО*SiO2:TiO2) титанит зэрэг минералууд нь үйлдвэрлэлийн ач холбогдолтой нь юм.

ЗХУ-д магнетит, гематиттай холилдсон ильменит агуулсан төмөр-титаны хүдэр

их тархмал байдаг. Энэ хүдэрт 5 – 6 % TiO2 агуулна. Хүдрийг механик болон цахилгааy соронзонгийн баяжуулалтаар 40 – 45 % рутил (TiO2) агуулсан баяжмал авч, түүнийг дөрвөн хлорт титан TiСl4-д шилжүүлж, түүнээс металл титан гарган авдаг.

TiO2 + 2Сl2 + 2С = TiСl4 + 2СО Рутилийг кокстой хольж жижиглээд чулуун нүүрсний нунтгийг холбогчоор нэмдэг. Хольцыг зууханд шатааж дэгдэмхий бодисыг зайлуулахад үлдсэн нүхэллэг хатуу үлдэгдлийг буталж шахаад шахмалыг 800°С-т хлоржуулах төхөөрөмж уруу оруулна.

Дөрвөн хлорт титаныг устөрөгч, натри, магнигаар сэлбэнэ. 2000°C орчим температуртай цахилгаан зууханд дөрвөн хлорт титаныг устөрөгчөөр сэлбэдэг.

TiСl4 + 2H2 = Ti + 2HСl Гарган авсан металлд ууссан устөрөгч их хэмжээгээр агуулагдана. Вакуумаар металл боловсруулан устөрөгчийг зайлуулдаг юм.