پروژه تحصیلی جهت اخذ مدرک کارشناسی در رشته
مهندسی معدن _ استخراج
مقدمه
معدن آهنگران ملایر از معادن سرب و نقره کشور می باشد که از سال 1337 تولید سرب و نقره در این معدن شروع شده است و در سال 1351 یک کارخانه فلوتاسیون با ظرفیت تولید 3000 تن کنسانتره در سال احداث شده است.
با توجه به کار کارخانه در طول 20 سال ذخیره باطله های کارخانه فلوتاسیون به رقم قابل توجهی حدود یک میلیون تن رسیده است.
بار ورودی با عیارهای مختلف از11% تا 4% به کارخانه داده شده است که به توجه به راندمان طراحی کارخانه 75% و 4%عیار خاک ورودی لذا باطله ها دارای عیار متوسط 5/1%سرب می باشند.
نزدیکی محل دپوی این باطله ها به کارخانه و دانه بدی زیر110m این باطله ها که قسمتی از هزینه های حمل و آتشکاری و خردایش را کاهش میدهد ما را بر آن داشت تا اطلاعاتی در خصوص فعالیت های انجام شده دراستفاده مجدد این باطله ها بعنوان خوراک اولیه کارخانه جمع آوری شود که این پایان نامه به همین منظور تدوین شده است امید است که مورد استفاده قرار بگیرد.
فصل اول
کلیات مربوط به سرب و روی
کلیات
1-1 سرب و سابقه تاریخی
سرب که به عربی رصاص اسودودر اوستا سرو یا سروه ودر زبان پهلوی سرب گفته میشود از هزاره چهارم قبل از میلاد مورد مصرف قرار گرفته است در ابتدا سنگهای معدنی مس که دارای سرب بوده و در اثر حرارت تولید همبسته ای مینموده اند مورد استفاده قرار گرفته و سپس بتدریج از سنگهای معدنی سرب بهره برداری بعمل آمده است.طبق باستانشناسان قدیمی ترین قومی که سرب را مورد استفاده قرار داده اند مصریهای باستان بوده اند که این فلز رابرای لعاب ظروف بکار برده واز کانیهای سرب نقره دار نقره استخراج نموده اند.
در ایران سرب از اواخر هزاره سوم شناخته شده و چون ذوب کربناتهای سرب آسان بوده بهره برداری از معادن کربنات سرب زودتر شروع شده و دیده می شود در معادنی که سولفور و کربنات تواما وجود داشته فقط از سنگهای معدنی کربناتی بهره برداری نموده اند.
دردوران قبل ازاسلام ازسرب بعنوان ملات در کارهای ساختمانی سدسازی و پل سازی استفاده می شده و بعلاوه ازآن برخی از ظروف ساخته شده است. از ترکیبات سرب نیز برای ساختن رنگها نقاشی و مواد دارویی استفاده میشده است.
در دوره بعد از اسلام بهره برداری معادن سرب بیشتر به جهت بدست آوردن نقره بوده است و در اغلب کتب این معادن را معادن نقره نامیده اند. تا قبل از جنگ جهانی دوم مصرف سرب در ایران ناچیزبودواز معادن سرب بهره برداری چندانی بعمل نمی آمد ولی بعد از جنگ بهره برداری از معادن سرب بیشتر به منظور صادرات افزایش یافته است.
2-1-خواص فیزیکی:
سرب خالص خواص فیزیکی به این شرح میباشد: وزن اتمی 9/207 عدد اتمی 82 نقطه ذوب c5/327 نقطه جوشc1744 وزن مخصوص35/11 گرم بر سانتی متر مکعب درc20 سختی 1/5 در اشل موس رنگ آبی خاکستری.
فلز سرب در سیستم مکعبی و رده هگزا اکتائدرال متبلور می شود و دارای جلای فلز میباشد سرب شامل چهار ایزوتوپ206pb و 204pb و 207pb و 208pb است و جزء فلزات رادیواکتیو بشمار می رود.
3-1-خواص شیمیایی:
سرب در گروه 4 و در دوره 6 جدول تناوبی عناصر قرار دارد و دارای دو نوع ظرفیتمی باشد.(دو ظرفیتی و چهار ظرفیتی). علامت شیمیایی آن pb است. یکی از خواص مهم آن مقاوم بودن در مقابل خوردگی می باشد. این فلزدر مقابل اسیدسولفوریک مقاوم است این مقاومت در مقابل اسید کلریدریک کمتر و در مقابل اسید نیتریک مقاومتی نداشته ودر آن حل میشود اسید فلوئوریدریک در حالت رقیق بر سرب اثری ندارد. اسید تارتاریک و اسید استیک به کندی سرب را حل می کنند.
اکسید اسیون سرب در هوا و در دمای معمولی بعلت وجود لایه اکسیدی و کربناتی نازک برروی سطح آن انجام نمی گیرد. سرب مذاب در دمای بیش از 500 درجه سانتی گراد به سرعت اکسیده شده به pbo تبدیل می گردد که اصطلاحا این اکسید را لیتارژ میگویند
لیتارز در حالت مذاب با مواد قلیایی ترکیب شده و تولید پلومبایت(Na2Pb2) میکند.
اکسیدهای سرب (سرنجی یا می نیم) و PbO2 می باشند اکسیدها و سیلیکاتهای سرب در دمای 700-600 درجه سانتی گراد توسط منو اکسید سرب احیا می شوند. کلیه ترکیبات سربی مسموم کننده هستند.
مصارف صنعتی
مصارف سرب و ترکیبات آن را می توان به دو دسته تقسیم بندی کرد:
الف) مصارف فیزیکی و مکانیکی
سرب و ترکیبات آن در حال حاضر برای آلیاژ سازی وسایل تسلیحاتی غلاف پوششهای کابلها ورق پروفیل یاتاقان سازی پوششهای اسپری لوله های نرم لحیم کاری، صنعت چاپ و نوار و سیم کاربردهای وسیعی دارد.
مهمترین آلیازهای سرب عبارتند از:
1- آلیاژ سرب آنتیموان قلع آرسنیک و کلسیم که دارای خواص مکانیکی خوبی هستند.
2- آلیاژ سرب و قلع برای استفاده در لحیم کاری.
3- آلیاژ سرب قلع و آنتیموان با 8 تا 12 در صد قلع برای حروف چاپی در صنعت چاپ.
4- آلیاژ سرب قلع و آنتیموان با 8 تا 12 در صد قلع برای چاپی در صنعت چاپ.
5- آلیاژ سرب و بریلیم برای استفاده در پریزهای برق.
ب) مصارف شیمیائی
سرب و ترکیبات آن در صنایع شیمیائی مصارف عمده ای دارند:
1- سفید آب شیخ 2(Pbco3)Pb(OH)2 که ماده اولیه رنگسازی است،
2- اکسید سرب قرمز یا منواکسید سرب Pboکه اکسید کننده ای قوی است و به عنوان کمک ذوب استفاده می شود،
3- PbO2 نیز اکسید کننده ای قوی می باشد و در صنایع کبریت سازی کاربرد دارد،
4- Pb(C2H5)4 یعنی تترااتیل سرب که باعث اشتغال بهتر نفت و بنزین می شود و کاربرد وسیعی در صنایع نفت و پتروشیمی دارد،
5- استفاده از فلز سرب در صنایع گوناگون بعنوان محافظ در مقابل خوردگی،
6- Pb3O4 و PbO در صنایع لعابکاری برای تولید لعاب،
ترکیبات شیمیائی و موارد مصرف آنها:
1- منواکسید سرب (لیتارژ) به فرمول PbO موارد مصرف آنها عبارتنداز:باطری سازی کلروسرب،سرنج و آستررنگها،سرامیک لعاب،پیگمانهای کروم،لاستیک سازی سیمان سخت،تهیه دی سولفیدها، پالایش روغن،کبریت سازی.
2- دی اکسید سرب به فرمول PbO2 موارد مصرف آن عبارتنداز:نساجی،باطریهای خشک و الکترود،الاستولرهای پلی سولفید،کبریت سازی،مواد منفجره،آنالیزهای شیمیائی.
3- تری اکسید سرب (سرنج یا سرب قرمز) به فرمول Pb3O4 موارد مصرف آن عبارتنداز: باطری سازی،سرامیک و لعاب،کبریت سازی،ترکیبات سرب و فریت،الکل،روغن جلا،رنگ فلزی،بست اتصالات لوله،شیشه.
4- کربنات بازیک سرب به فرمول 2PbCO3Pb(OH)2 موارد مصرف آن عبارتنداز:تهیه آب ورنگهای روغنی،سرامیک،کاغذ سازی،دباغی.
5- نیترات سرب به فرمول Pb(NO3)2 موارد مصرف آن عبارتنداز:تهیه سیمان رنگی،تهیه رنگینه های زرد،نارنجی و سبزکرم،رنگینه سفید سرب و رنگینه نارنجی مولیبدات باطری سازی،تهیه نمکهای سرب،فتوگرافی،نساجی ورنگسازی،کبریت سازی،حکاکی ولیتوگرافی.
6- استات سرب به فرمولPb(C2H3O2)2.3H2Oموارد مصرف آن عبارتنداز:رنگرزی پارچه ضدآب جلا،خشک کننده های سربی،رنگینه های کرم،حشره کش،رنگ،رنگ مو،معرف آنالتیک.
7- الکیل سرب به فرمولPb(CH3)4،Pb(C2H5)4 موارد مصرف آن عبارتنداز: بهبود خاصیت خوش سوزی سوخت.
8- آنتی مونات سرب به فرمول Pb3(SbO4)2موارد مصرف آن عبارتنداز:شیشه رنگارنگ سفال و چینی.
9- ارسنات سرب به فرمول Pb3(AsO4)2مصارف آن عبارتنداز:حشره کش و علف کش.
10- ارسنیت سرب به فرمول Pb(AsO2)2موارد مصارف آن عبارتنداز:حشره کش.
11- آزید سرب به فرمول Pb(N3)2موارد مصرف آن عبارتنداز:مواد منفجره.
12- برای سرب به فرمول Pb(BO2)2.H2O موارد مصرف آن عبارتنداز:جلاو خشک کن رنگ،رنگ ضدآب،پوشش سرامیکهای هادی الکتریسیته.
13- کلرید سرب به فرمولPbCL2 موارد مصرف آن عبارتنداز:تهیه نمکهای سرب،معرفهای آنالتیک،رنگینه های کرومات سرب.
14- مخلوط کلروسیلیکات سرب با نام تجارتی Lectro-60مواردمصرف آن عبارتنداز:عایق ها و نوارهای وینیل.
15- کرومات سرب به فرمول PbCro4موارد مصرف آن عبارتنداز:رنگینه های صنعتی،لاستیک،پلاستیک،پوششهای سرامیکی،آنالیزآلی.
16- سیانیدسرب به فرمول Pb(CN)2موارد مصرف آن عبارتنداز:متالورژی.
17- دی متیل دی تیوکربامات سرب به فرمولPb[SCSN(CH3)2]2،موارد مصرف آن عبارتنداز: ولکانیزاسیون لاستیک.
18- فلورید سرب به فرمول PbF2موارد مصرف آن عبارتنداز:الکترونیک واپتیک،قطعه برای رشد کریستال،ماده روان کننده.
19- فلوئوسیلیکات سرب به فرمول PbSIF6.2H2Oموارد مصرف آن عبارتنداز:محلول تصفیه الکتریکی سرب.
20- فرمارات سرب تترابازیک با نام تجارتی Lectro-78موارد مصرف آن عبارتنداز:عایق الکتریکی،ساخت صفحات گرامافون.
21- فرمات سرب به Pb(CHO2)2موارد مصرف آن عبارتنداز:مصرف درشیمی تجزیه.
22- هیدرواکسیدسرب به فرمولPb(OH)2-Pb2O(OH)2موارد مصرف آن
عبارتنداز:نمکهای سرب،دی اکسید سرب.
23- یدید سرب به فرمول PbI2موارد مصرف آن عبارتنداز:برنزسازی،چاپ،فتوگرافی.
24- لیتولئات سرب به فرمول Pb(C18H31O2)2مواردمصرف آن عبارتنداز:صنایع دارویی،خشک کننده رنگ و جلا.
25- مالئات سرب تری بازیک،مواد مصرف آن عبارتنداز:ولکانیزه کردن پلی اتیلن،پایدارکننده وینیل.
26- مولیبدنات سرب به فرمول :PbMoO4 موارد مصرف آن عبارتنداز:شیمی تجزیه،رنگینه(نارنجی مولیبدات)،الکترونیک واپتیک.
27- نفتات سرب،موارد مصرف آن عبارتنداز:خشک کننده رنگ وجلا،محافظ چوپ،حشره کش کاتالیست روغنهای روان کننده،تهیه صابون.
28- نیتریت سرب به فرمول 2PbO.N2O3.H2Oموارد مصرف آن عبارتنداز:جلاءخشک کن،رنگ روان کننده،تبلور.
29- پرکلرات سرب به فرمول Pb(CLO4)23H2Oموارد مصرف آن عبارتنداز:اکسید کننده قوی.
30- فسفات سرب دی بازیک به فرمول PbHPO4موارد مصرف آن عبارتنداز:مقاومت حرارتی پلاستیکهای پلی استیرین و کازئین.
31- فسفیت سرب دی بازیک به فرمول 2PbOPHO1/2H2Oموارد مصرف آن عبارتندازپلاستیکهای وینیل رنگ.
32- فنالات سرب دی بازیک به فرمول C6H4(COO)2Pb.PbOموارد مصرف آن
عبارتنداز:پایدار کننده حرارت و نور برای مصارف عمومی وینیل.
33- وزینات سرب به فرمول Pb(C2OH29O2)2موارد مصرف آن عبارتنداز:خشک کننده رنگ و جلا نساجی و ضد آب.
34- سالیسیلات سرب به فرمول Pb(OOCCH4OH)2.H2Oموارد مصرف آن عبارتنداز:پایدارکننده ترکیبات وینیل.
35سیلیکات سرب به فرمولPbSiO3مصرف آن عبارتنداز:سرامیک،قطعات ضدحریق.
36- سسکو اکسید سرب به فرمول Pb2O3Lموارد مصرف آن عبارتنداز:سرامیک،سیمان سرامیک،متالورژی،جلا.
37- سیلیکات بازی سرب،موارد مصرف آن عبارتنداز:رنگینه در ساخت رنگهای صنعتی.
38- سیلیکوکرومات سرب،موارد مصرف آن عبارتنداز:رنگینه زرد،بازدارنده خوردگی برای پوششهای محافظ لعابهای صنعتی.
39- سدیم تیوسولفات سرب به فرمول PbS2O3.2NA2S2O3موارد مصرف آن عبارتنداز:کبریت سازی.
40- استانات سرب به فرمول PbSnO3.2H2Oموارد مصرف آن عبارتنداز:خازنهای سرامیکی.
41- استارات سرب به فرمول Pb(C18H35O2)2موارد مصرف آن عبارتنداز:خشک کننده جلا و لیکو،روان کننده،روانسازدر فرآیند اکتسروژن،پایدارکننده پلیمرهای وینیل،بازدارنده خوردگی برای نفت،تهیه روغن،واکس و رنگ.
42- اکسید سیاه سرب به فرمول PbO2موارد مصرف آن عبارتنداز:باطریهای انباره ای.
43- سولفات سرب به فرمول PbSO4مورد مصرف آن عبارتنداز: انباره های سربی،رنگینه.
44- سولفات بازیک سرب به فرمول PbSO4.Pboمورد مصرف آن عبارتنداز:رنگسازی،سرامیک،رنگینه.
45- سولفات آبی بازیک سرب (سرب آبی)،موارد مصرف آن عبارتنداز:رنگهای پوشش اولیه ساختمان فلزی،ضدزنگ،روان کننده،پلاستیک وینیل،لاستیک.
46- سولفات تری بازیک سرب به فرمول 3PbO.PbSO.H2O موارد مصرف آن عبارتنداز:صنایع الکتریک،ترکیبات وینیل.
47- سولفید سرب به فرمول PbSموارد مصرف آن عبارتنداز:سرامیک،نیمه هادی،لعاب سرامیک.
48- فلورید سرب به فرمول PbTeموارد مصرف آن عبارتنداز:فتوهادیها و نیمه هادیها در ترموکوپلها.
49- تالات سرب در مخلوطی از سرب و روغن Tallمی باشد موارد مصرف آن عبارتنداز:تهیه صابون.
50- تترااستات سرب به فرمول Pb(CH3COO)4موارد مصرف آن عبارتنداز: اکسید کننده در سنتزهای آلی،معرف آزمایشگاهی.
51- تیوسیانات سرب به فرمول Pb(SCN)2موارد مصرف آن عبارتنداز:کبریتهای ایمن،رنگرزی.
52- تیتانات سرب به فرمول PbTiO3موارد مصرف آن عبارتنداز:رنگینه صنعتی.
53- تنگستات سرب به فرمول PbWO4موارد مصرف آن عبارتنداز:رنگینه.
54- وانادات سرب به فرمول Pb(VO3)2موارد مصرف آن عبارتنداز: رنگینه.
55- نمک سرب اسید اتیل هگزوئیک با نام تجارتی L.26موارد مصرف آن عبارتنداز:رنگهای سیلیکون و جلاهای عایق.
کانی های سرب
تا کنون نزدیک به 130 نوع ماده معدنی سرب شناخته شده است که از میان آنها سولفورسرب (گالن) مهمترین و اقتصادی ترین نوع کانه سرب است و 90% از تولید فلز سرب از این ماده می باشد.
گالن یا سولفور سرب PbSسیستم مکعبی خاکستری تیره تا خاکستری روشن،جلای فلزی،همواره با مقدار نقره 1-0.01% در صد،گالن خالص 6/86%سرب دارد.سختی 5/2 و وزن مخصوص 5/7.
سرزویت یا کربنات سرب PbCO3سیستم اورتورومیک،بی رنگ شفاف با جلای چرب و الماسی در صورت ناخالصی به رنگ سفید،خاکستری و یا قهوه ای مایل به زرد،سختی 3و وزن مخصوص 5/6 در سروزیت عیار سرب 5/77%می باشد.
آنگلزیت یا سولفات سرب PbMoO4،سیستم تتراگونال،سفید مایل به زرد و قهوه ای مایل به نارنجی و گاهی نیز خاکستری تیره،جلای مومی و نیمه شفاف سختی3و وزن مخصوص 9/6 و دارای سربی با عیارهای 4/61%کانیهای دیگر سرب عبارتنداز:زامزونیت[Pb4(Sb.Fe)7s4] بولانرژیت(Pb5Sb4S)
زینکیت(PbSb2S4) پیرومرفیت(Pb5(PO4)CL) متیزیت(Pb5(ASO4)CL)
وانادینیت(Pb5(VO4)CL3)،دیسکلوزیت(Pb(OH{VO4}(Zh-cu))،
مایسکوتPbO مینیوم(Pb3o4)،پلاتنریتPbO2،فسژنیت(Pb2cl2(CO3))
کوتونیتPbCL2.
نقره
نقره یکی از فلزات قدیمی بوده و بعضی از خواص آن از دیرباز برانسان آشکار بوده است در این قسمت به شرحی گذرا بر خواص و کانیهای نقره از آن جهت که در باطله ها بعنوان عنصر همواره مفید وجود دارد می پردازیم.
این فلز از طلا سخت تر واز مس نرمتر است.دانستیه آن 55/10 گرم بر سانتی متر مکعب بوده و از چکش خواری تورق و قابلیت مفتول شدن پس از طلا رتبه دوم را دارا می باشد نقطه جوش و ذوب آن به ترتیبo961سانتی گراد و o1955 سانتی گراد از نقطه نظر هدایت گرما و الکتریسیته درجه اول را بین فلزات دارا می باشد و میزان این خواص را در فلزات دیگر نسبت به نقره می سنجند،هنگامیکه دمای نقره قدری بالاتر از نقطه ذوب آن برسد حالت فرار به خود می گیرد و این حالت در صورتیکه نقره محتوی ناخالصیهایی نظیر سرب،روی،آرسنیک و آنتیموان باشد شدت میگیرد.
نقره اکثراً به صورت یک ظرفیتی در ترکیبات وجود دارد البته نقره دو ظرفیتی و سه ظرفیتی نیز در ترکیبات وجود داردکه البته پایدار نبوده و بعنوان ترکیبات اسید کننده قوی بکار می رود. بهترین حلال نقره اسید نیتریک است علاوه بر این نقره در اسید سولفوریک غلیظ و جوشان بکندی حل می گردد،در حالیکه اسید سولفوریک رقیق چندان بر نقره موثر نیست،اسیدهای دیگر نظیر اسید کلریدریک نیز بسیا ر کند برنقره اثر میکند.