Алюминий металлургиясы
КІРІСПЕ 4
1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Глинозем өндірісіндегі аппараттық технологиялық сұлбалармен негізгі әдістер 6
1.2 Байер әдісінің теориялық негіздері 8
1.2.1 Алюминат ерітіндісінің құрылысы мен құрамы 9
1.3 Глиноземді Байер әдісімен алу 10
1.3.1 Бокситті ерітінділеу 12
1.3.2 Қызыл шламды бөлу және жуу 13
1.4 Алюминий гидрооксидің кальцинациялау 15
1.5 Байер әдісінің негізгі интенсификациялау жолдары 16
1.6 Патенттік зерттеу 17
1.7 Техникалық қауіпсіздік, экологиялығы 18
1.8 Қондырғының есептелуі
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ 21
2.1 Алдын.ала және соңғы материалдық баланс 21
2.2 Шикі қойыртпақ дайындау балансы 22
2.3 Бокситті ерітінділеу балансы 23
2.4 Қойыртпақты сұйылту балансы 25
2.5 Қоюлату балансы 26
2.6 Шламды бірінші жуғаннан кейінгі баланс 27
2.7 Алюминат ерітіндісінің ыдырау балансы 28
2.8 Алюминий гидрототығының классификациялық балансы 29
2.9 Түртпенің қоюлану балансы 30
2.10 Тауарлы алюминий гидрототығын жуу және фильтрациялау балансы 30
2.11 «Сары» соданың каустификациялық балансы 31
2.12 Айналымдағы ерітіндіні буландыру баланс 32
2.13 Алюминий гидрототығын кальцинациялау балансы 33
ҚОРЫТЫНДЫ 34
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 35
1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Глинозем өндірісіндегі аппараттық технологиялық сұлбалармен негізгі әдістер 6
1.2 Байер әдісінің теориялық негіздері 8
1.2.1 Алюминат ерітіндісінің құрылысы мен құрамы 9
1.3 Глиноземді Байер әдісімен алу 10
1.3.1 Бокситті ерітінділеу 12
1.3.2 Қызыл шламды бөлу және жуу 13
1.4 Алюминий гидрооксидің кальцинациялау 15
1.5 Байер әдісінің негізгі интенсификациялау жолдары 16
1.6 Патенттік зерттеу 17
1.7 Техникалық қауіпсіздік, экологиялығы 18
1.8 Қондырғының есептелуі
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ 21
2.1 Алдын.ала және соңғы материалдық баланс 21
2.2 Шикі қойыртпақ дайындау балансы 22
2.3 Бокситті ерітінділеу балансы 23
2.4 Қойыртпақты сұйылту балансы 25
2.5 Қоюлату балансы 26
2.6 Шламды бірінші жуғаннан кейінгі баланс 27
2.7 Алюминат ерітіндісінің ыдырау балансы 28
2.8 Алюминий гидрототығының классификациялық балансы 29
2.9 Түртпенің қоюлану балансы 30
2.10 Тауарлы алюминий гидрототығын жуу және фильтрациялау балансы 30
2.11 «Сары» соданың каустификациялық балансы 31
2.12 Айналымдағы ерітіндіні буландыру баланс 32
2.13 Алюминий гидрототығын кальцинациялау балансы 33
ҚОРЫТЫНДЫ 34
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 35
Қазіргі кезде әлемде алюминий өндірісінің дамуы оның бағалы қасиеттеріне байланысты болып отыр. Техникалық таза алюминий (99.5%) 658ºC балқиды, ал жоғары тазалықтағы алюминий (99.996%) 660.24ºC балқиды. Қайнау температурасы 2500ºC. Алюминийдің көлемі балқыған кезде 6,6% ұлғаяды, механикалық өңдеу жеңіл тазалығы өскен сайын пластикалық қасиеттеріде өседі. Электр және жылуды жақсы өткізеді, бұл қасиеттері оның тазалық дәрежесіне байланысты өзгереді.
Жалпы алюминийді авияция, машина жасау, электротехника, металлургия өндірісінде, құрылыста кен қолданысқа ие.
Алюминий кендерде тотыққан минералдар, қос сульфаттар және силикаттар түрінде болады. Төменде алюминидің маңызды минералдары келтірілген (1-ші кесте).
Құрамында нефелин бар жыныстардың өндірістік маңызы бар. Бұл кендердің сапасы ондағы Na2O : Al2O3 қатынасымен бағаланады, бұр көрсеткіш бірге жақын болғаны дұрыс. Оларда темір минималды мөлшерде болу керек. Кейде нефелин апатитпен [Са10Сl2(F2)(PO4)] бірге кездеседі. Апатит нефелиннен флотациялай бөлініп, тыңайтқыштар алуда қолданылады. Алынған нефелин концентратының құрамы: 30 % Al2O3, 20 % ( Na2O+Сa2O) және 44% SiO2.Алюминий өндірісіндегі аралық өнім – глинозем (алюминийдің техникалық тотығы) – оны әртүрлі алюминий кендерінен алады (бокситтен, нефелиннен, алуниттен және т.б.). Глиноземнің 95% бокситтен алынады. Жалпы бүкіл әлемдегі глинозем өндірісі бокситке қолдануға негізделген.
Боксит – бұл негізінен алюминийдің гидрототықтарынан тұратын тау жынысы, сонымен қатар темір тотықтарының гидратынан, кварцтан, каолиниттен, және т.б. эементтерден тұрады. Бокситтің химиялық құрамы өте күрделі, яғни құрамында 40 аса элементтер бар. Мөлшері бойынша айтатын болсақ глиноземнің мөлшері 35-60%, кремноземнің мөлшері 2-20%, Fe2O3 2-40%, титан оксидінің мөлшері 0,01-10% құрайды. Бокситтердің негізгі мінездемесі, ол Al2O3 бірдей мөлшердегі қатынасы. Оны кремний модулі деп атайды.
Бокситтің кремний модулі 2,6 төмен болмауы керек. Орташа сапалы бокситтер үшін модуоль 5-7 құрайды, ал жоғары сапалы боқситтер үшін модуль 10 тең. Қазақстандағы төменгі сапалы бокситтер μ = 3,5÷4,0 гидраргилиттік түрге жатады, оның құрамында сидерит және органикалық заттардың жоғары мөлшері бар. Сонымен қатар Австралия, Индия, Гвинея, Ямайка, Гаити, Инданезия, Венгрия, Греция бокситке бай.
Совет одағының инженерлерінің еңбектерінің арқасында қазіргі кезде жоғары сапалы және төменгі сапалы бокситтер өнделуде. Алюминий шикізатын кешенді өңдеу қолдануда, яғни глиноземді, цементті, соданы, поташты, сирек металдарды, күкірт қышқылын, калий сульфатын бірге өндіреді.
Жалпы алюминийді авияция, машина жасау, электротехника, металлургия өндірісінде, құрылыста кен қолданысқа ие.
Алюминий кендерде тотыққан минералдар, қос сульфаттар және силикаттар түрінде болады. Төменде алюминидің маңызды минералдары келтірілген (1-ші кесте).
Құрамында нефелин бар жыныстардың өндірістік маңызы бар. Бұл кендердің сапасы ондағы Na2O : Al2O3 қатынасымен бағаланады, бұр көрсеткіш бірге жақын болғаны дұрыс. Оларда темір минималды мөлшерде болу керек. Кейде нефелин апатитпен [Са10Сl2(F2)(PO4)] бірге кездеседі. Апатит нефелиннен флотациялай бөлініп, тыңайтқыштар алуда қолданылады. Алынған нефелин концентратының құрамы: 30 % Al2O3, 20 % ( Na2O+Сa2O) және 44% SiO2.Алюминий өндірісіндегі аралық өнім – глинозем (алюминийдің техникалық тотығы) – оны әртүрлі алюминий кендерінен алады (бокситтен, нефелиннен, алуниттен және т.б.). Глиноземнің 95% бокситтен алынады. Жалпы бүкіл әлемдегі глинозем өндірісі бокситке қолдануға негізделген.
Боксит – бұл негізінен алюминийдің гидрототықтарынан тұратын тау жынысы, сонымен қатар темір тотықтарының гидратынан, кварцтан, каолиниттен, және т.б. эементтерден тұрады. Бокситтің химиялық құрамы өте күрделі, яғни құрамында 40 аса элементтер бар. Мөлшері бойынша айтатын болсақ глиноземнің мөлшері 35-60%, кремноземнің мөлшері 2-20%, Fe2O3 2-40%, титан оксидінің мөлшері 0,01-10% құрайды. Бокситтердің негізгі мінездемесі, ол Al2O3 бірдей мөлшердегі қатынасы. Оны кремний модулі деп атайды.
Бокситтің кремний модулі 2,6 төмен болмауы керек. Орташа сапалы бокситтер үшін модуоль 5-7 құрайды, ал жоғары сапалы боқситтер үшін модуль 10 тең. Қазақстандағы төменгі сапалы бокситтер μ = 3,5÷4,0 гидраргилиттік түрге жатады, оның құрамында сидерит және органикалық заттардың жоғары мөлшері бар. Сонымен қатар Австралия, Индия, Гвинея, Ямайка, Гаити, Инданезия, Венгрия, Греция бокситке бай.
Совет одағының инженерлерінің еңбектерінің арқасында қазіргі кезде жоғары сапалы және төменгі сапалы бокситтер өнделуде. Алюминий шикізатын кешенді өңдеу қолдануда, яғни глиноземді, цементті, соданы, поташты, сирек металдарды, күкірт қышқылын, калий сульфатын бірге өндіреді.
1. Лайнер А.И., Еремин Н.И., «Производство глинозема», М.М. 1978 ж.
2. Мальтц Н.С., «Автоклавное выщелачевание бокситов», М.М. 1980ж.
3. Тройцкий И.А. «Металлургия алюминия», М.М. 1984 ж.
4. Самерянова Л.В., Лайнер А.И., «Технологические расчеты производство глинозема», 1981 ж.
2. Мальтц Н.С., «Автоклавное выщелачевание бокситов», М.М. 1980ж.
3. Тройцкий И.А. «Металлургия алюминия», М.М. 1984 ж.
4. Самерянова Л.В., Лайнер А.И., «Технологические расчеты производство глинозема», 1981 ж.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
4
1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Глинозем өндірісіндегі аппараттық технологиялық сұлбалармен негізгі
әдістер
6
1.2 Байер әдісінің теориялық негіздері
8
1.2.1 Алюминат ерітіндісінің құрылысы мен құрамы
9
1.3 Глиноземді Байер әдісімен алу
10
1.3.1 Бокситті ерітінділеу
12
1.3.2 Қызыл шламды бөлу және жуу
13
1.4 Алюминий гидрооксидің кальцинациялау
15
1.5 Байер әдісінің негізгі интенсификациялау жолдары
16
1.6 Патенттік зерттеу
17
1.7 Техникалық қауіпсіздік, экологиялығы
18
1.8 Қондырғының есептелуі
19
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
21
2.1 Алдын-ала және соңғы материалдық баланс 21
2.2 Шикі қойыртпақ дайындау балансы 22
2.3 Бокситті ерітінділеу балансы 23
2.4 Қойыртпақты сұйылту балансы 25
2.5 Қоюлату балансы
26
2.6 Шламды бірінші жуғаннан кейінгі баланс 27
2.7 Алюминат ерітіндісінің ыдырау балансы 28
2.8 Алюминий гидрототығының классификациялық балансы 29
2.9 Түртпенің қоюлану балансы 30
2.10 Тауарлы алюминий гидрототығын жуу және фильтрациялау балансы 30
2.11 Сары соданың каустификациялық балансы 31
2.12 Айналымдағы ерітіндіні буландыру баланс 32
2.13 Алюминий гидрототығын кальцинациялау балансы 33
ҚОРЫТЫНДЫ
34
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
35
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде әлемде алюминий өндірісінің дамуы оның бағалы
қасиеттеріне байланысты болып отыр. Техникалық таза алюминий (99.5%) 658ºC
балқиды, ал жоғары тазалықтағы алюминий (99.996%) 660.24ºC балқиды. Қайнау
температурасы 2500ºC. Алюминийдің көлемі балқыған кезде 6,6% ұлғаяды,
механикалық өңдеу жеңіл тазалығы өскен сайын пластикалық қасиеттеріде
өседі. Электр және жылуды жақсы өткізеді, бұл қасиеттері оның тазалық
дәрежесіне байланысты өзгереді.
Жалпы алюминийді авияция, машина жасау, электротехника, металлургия
өндірісінде, құрылыста кен қолданысқа ие.
Алюминий кендерде тотыққан минералдар, қос сульфаттар және силикаттар
түрінде болады. Төменде алюминидің маңызды минералдары келтірілген (1-ші
кесте).
Кесте 1 - Алюминидің негізгі минералдары
Минерал Минерал формуласы Al2O3
мөлшері, %
Корунд Al2O3 100
Диаспор, бемит AlООН 85
Гибсит (гидраргиллит)Al(ОН)3 65,4
Нефелин (Na,K)2О ·Al2O3·2SiO2 32-36
Алунит (К,Na)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3 37-39
Каолинит 39,5
Кианит (андалузит, Al2O3·2SiO2·2Н2О
силлиманит) 63,2
Al2O3·SiO2
Кен шикізатының негізгі түрі құрамында бемит немесе диаспор,
гидраргиллит немесе гибсит және аздаған корунд және алюмосиликаттар бар тау
жынысы. Бұл тау жыныстары бокситтер деп аталады. Бос тау жынысы
гидратталған темір оксидтерінен, кальций және магнидің карбонаттарынан,
әртүрлі сулы силикаттардан тұрады. Бокситтің ірі кен орындары
Солтүстік Қазақстанда (Торғай) бар.
Құрамында нефелин бар жыныстардың өндірістік маңызы бар. Бұл кендердің
сапасы ондағы Na2O : Al2O3 қатынасымен бағаланады, бұр көрсеткіш бірге
жақын болғаны дұрыс. Оларда темір минималды мөлшерде болу керек. Кейде
нефелин апатитпен [Са10Сl2(F2)(PO4)] бірге кездеседі. Апатит нефелиннен
флотациялай бөлініп, тыңайтқыштар алуда қолданылады. Алынған нефелин
концентратының құрамы: 30 % Al2O3, 20 % ( Na2O+Сa2O) және 44% SiO2.
Алуниттерде натрий және калий алуниттерінің изоморфты қоспасы
болғандықтан глинозем, поташ, сода және күкірт қышқылын алу шикізаты болуы
мүмкін.
Балшықтарда каолинит бар. Егер балшықтарда Al2O3 30-32 %-дан кем
болмаса, алюминий алудың шикізаты бола алады.
Жоғары глиноземды силикаттардан (андалузит, силлиманит, кианит)
алюминий мен кремнидің қорытпасы – силуминдер алуға болады.
Алюминий өндірісіндегі аралық өнім – глинозем (алюминийдің техникалық
тотығы) – оны әртүрлі алюминий кендерінен алады (бокситтен, нефелиннен,
алуниттен және т.б.). Глиноземнің 95% бокситтен алынады. Жалпы бүкіл
әлемдегі глинозем өндірісі бокситке қолдануға негізделген.
Боксит – бұл негізінен алюминийдің гидрототықтарынан тұратын тау
жынысы, сонымен қатар темір тотықтарының гидратынан, кварцтан, каолиниттен,
және т.б. эементтерден тұрады. Бокситтің химиялық құрамы өте күрделі, яғни
құрамында 40 аса элементтер бар. Мөлшері бойынша айтатын болсақ глиноземнің
мөлшері 35-60%, кремноземнің мөлшері 2-20%, Fe2O3 2-40%, титан
оксидінің мөлшері 0,01-10% құрайды. Бокситтердің негізгі мінездемесі, ол
Al2O3 бірдей мөлшердегі қатынасы. Оны кремний модулі деп атайды.
Бокситтің кремний модулі 2,6 төмен болмауы керек. Орташа сапалы
бокситтер үшін модуоль 5-7 құрайды, ал жоғары сапалы боқситтер үшін модуль
10 тең. Қазақстандағы төменгі сапалы бокситтер μ = 3,5÷4,0 гидраргилиттік
түрге жатады, оның құрамында сидерит және органикалық заттардың жоғары
мөлшері бар. Сонымен қатар Австралия, Индия, Гвинея, Ямайка, Гаити,
Инданезия, Венгрия, Греция бокситке бай.
Совет одағының инженерлерінің еңбектерінің арқасында қазіргі кезде
жоғары сапалы және төменгі сапалы бокситтер өнделуде. Алюминий шикізатын
кешенді өңдеу қолдануда, яғни глиноземді, цементті, соданы, поташты, сирек
металдарды, күкірт қышқылын, калий сульфатын бірге өндіреді.
1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Глинозем өндірісіндегі аппараттық технологиялық сұлбалары мен
негізгі әдістер
Глиноземді әртүрлі алюминий кендерінен сілтілік әдіспен алады, ал
қышқылдық әдіспен алу бүгінгі күнде өңделу үстінде. Бұл әдісті әлі
өңдірісте қолданбаған.
Қазіргі уақытта әлемдік глинозем өндірісінде бокситтер, нефелиндер,
алуниттер қолданылады.
Глинозем өндірісінде келесі сілтілік әдістер қолданылады:
1) Байер әдісі – жоғары сапалы бокситтерге және алуниттерге
қолданылады;
2) Күйежентектеу әдісі – төменгі сапалы бокситтерге (жоғары
кремнийлі және жоғары темірлі бокситтер) және нефелин
кендері;
3) Байер және күйежентектеудің біріккен әдісі - әр түрлі
бокситтерге қолданылады.
Жалпы айтсақ алюминий өндірісінің технологиясы 2 сатыдан тұрады:
1) глинозем өндірісі;
2) глиноземнен алюминийді электролиттік жолмен алу.
Шет елдерде глиноземді көбінесе бокситтерден Байер әдісін қолдану
арқылы алады (Байер К.И. – австриялық инженер, Ресейде жұмыс істеген).
Байер әдісін экономика жағынан жинақы деп айтсақ болады.
Байер әдісі – ол бокситтен глиноземді ерітінділеу арқылы алу. Мақсаты
– бокситтің құрамындағы алюминий оксидін еріту. Оның негізінде келесі
қайтарымды химиялық реакция жатыр:
Al2 O3 · nH2O + 2NaOH = Na2O · Al2 O3 + (n+1) H2O
(1.1)
Бокситтік кендер әртүрлі химиялық және минерологиялық құрамымен
сипатталады, және әртүрлі әдістермен қайта өңделеді.
Қазіргі кезде әлемде глинозем өндірісінің 95% Байер әдісімен
жүргізіледі. Жалпы алғанда глиноземнің 20% нефелиннен, ал қалған 80%
бокситтен өндіріледі (Байер әдісін қолдана отырып).
Бокситті қайта өңдеу кезінде қолданылатын аппараттық – технологиялық
сұлбаны таңдау әртүрлі факторларға байланысты болады:
1. Бокситтің құрамы Al2 O3 · SiO2
2. Шикізаттағы сульфидтердің, карбонаттардың, органикалық заттардың
мөлшеріне;
3. Минерологиялық құрамына;
4. Темір тотығының құрамына.
Глинозем өндірісіндегі сілтілік әдістің негізі алюминийді алюминат
натрий құрамында сілтілік ерітіндіге өткізу. Технико-экономикалық сараптама
нәтижесінде, бокситтің мөлшері μsi 6-7 болуы үшін Байер әдісімен өңдеу
тиімдірек екені аңықталған. Яғни бұл кезде бокситтің құрамына
карбонаттардың, сульфидтердің және де органикалық заттардың аз мөлшерде
болатыны айтылған.
Байер әдісі – ең арзан және ең көп таралған әдіс, бырақ бұл әдісті
қолдану үшін жоғары сапалы боксит қажет. Ал күйежентектеу әдісі –
қымбаттырақ болып келеді, бырақ ол әмбебап әдіс болып табылады. Яғни кез-
келген кремнийлілігі жоғары алюминий шикізатын өндіруге қолданады. Соңғы
жылдары кең көлемде екі әдіс қосылған сілтілік әдіс қолданылады. Олай
қолданыс тапқан себебі технико-экономикалық көрсеткіштер бойынша, сонымен
қатар глиноземді максималды түрде алу және сілтіден қызыл шламды алуында.
Боксит
Ұсату
Материалды ұсату және қойыртпақты дайындау
Ерітінділеу
Қойыртпақты сұйылту
Шламды бөлу және жуу
Алюминат ерітіндісі
Ыдырау
Бөлу және жуу Al(ОН)3
Жуу Al(ОН)3 Өзектік ерітінді
Кальцинациялау Буландыру
Қайтымды ерітінді
Глинозем сары содасы
жана сода
Са(ОН)3
Каустификация
NaOH ерітіндісі
Сурет 1 – Байер әдісі бойынша бокситтен глиноземді алуға қолданылатын
технологиялық сұлбасы
Аппарат модернизациясы және глинозем өндірісінің сұлбасы тез іске
асырылады. Жақын болашақта келесі негізгі мәселелерді шешу керек:
1) Құрғақ шикіқұрамды дайындау және күйдіруге арналған
сұлбалармен аппараттарды дайындау, және оларды тасымалдау
кезінде жанармай шығыны аз болуы керек;
2) Автоклавты және буландыру қондырғыларын модернизациялау;
3) Глиноземді қайнап тұрған күйінде кальцинациялау және суыту
үшін стационарлы пештер жасау;
4) Суспензияларды бөлуге арналған экономикалық тиімді жоғары
өнімділікті аппараттар ойлап табу;
5) Алюминатты балқымаларды ерітінділеу үшін жаңа аппаратуралар
жасау;
6) Гидравликалық араластырғышы бар реакционды герметикалық
аппараттар дайындау;
7) Автоматтық басқаруда бір линиялы технологиялық жүйе ойлап
табу;
8) Глинозем өндірісінде кешенді автоматтизацияланған жүйе
дайындау.
1.2 Байер әдісінің теориялық негіздері
Байер әдісі жоғары температурадағы метастабельді күйдегі алюминат
ерітіндісіне негізделген. Әдіс негізінен келесі негізгі реакциялар жүреді:
Al2 O3 · nH2O + 2NaOH + (3-х) H2O→ 2Na Al(OH)4
(1.2)
Na Al(OH)4 → Al(OH)3 + NaOH
(1.3)
(1.2) реакция айналымдағы сілтілі – алюминат ерітіндісімен бокситті
ерітінділеу кезінде жүреді. (1.3) реакция төменгі темперада алюминий
гидрототықтарын тұндыру гидролизі кезінде жүреді. Көргеніміздей глинозем
өндірісіндегі Байер әдісінде негізгі аралық өнім ретінде сілтілі алюминат
ерітіндісі алынады.
Алюминий кендерінен глинозем өндіру алюминий алудың бірінші қажетті
сатысы болып келеді. Әртүрлі кендерден глинозем алу әдістері әртүрлі.
Бокситтерден глинозем гидратталған алюминий оксиді мен сілтінің қайтарымды
реакцияларына негізделген Байер әдісімен өндіріледі:
Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4
(1.4)
немесе
AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4
(1.5)
Бокситті концентрленген сілтімен қыздырғанда 1000С температура маңында
гидраргиллит сілтімен әрекеттесіп, натридің моноалюминатын түзеді. Диаспор
және бемитті еріту үшін 160-2000С температура қажет. Ол үшін жоғары қысым
болу керек, сондықтан үрдіс автоклавтарда жүргізіледі.
1.2.1 Алюминат ерітіндісінің құрылысы мен құрамы
Алюминат ерітіндісінде негізгі компонент ретінде натрий алюминаты және
күйдіргіш натр болады. Нефелин өндірісінде алюминат ерітіндісі құрамына
күйдіргіш калий және поташ кіреді. Ал алунит өндірісінде – натрий сульфаты
және калий қолданылады. Сонымен қатар, алюминат ерітіндісінің кез-келген
түрінің құрамында Si, W, P, органикалық заттары болады.
Ерітіндінің құрамындағы Na2O және Al2O3 мөлшерін аңықтау үшін
келесі теңдеу қолданады:
N = Na2O · в 1000 100; А = Al2O3 в 1000100 .
(1.6)
Сонымен қатар Na2O және Al2O3 молярлық қатынасын білуіміз
қажет, ал келесі формуламен аңықталады:
αк = (моль) = 1,645(гл)
(1.7)
NaOH ерітіндісінде Al2O3 еріуі – ол ерітіндінің температурасына және
концентрациясына тәуелді. Кремнезем бокситте таза күйінде де, каолинит
түрінде де болады. Байланыспаған кремнезем күйдіргіш натримен әрекеттесіп,
натрий силикаты түрінде ерітіндіге өтеді:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
(1.8)
Натрий силикаты натрий алюминатымен әрекеттесіп, ерімейтін натрий
гидроалюмосиликатын – пермутит түзеді:
2Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4 = Na2O·Al2O3· SiO2·2H2O +4NaOH
(1.9)
Бұл үрдіс нәтижесінде ерітінді SiO2 ден тазарады, бірақ бұл кезде
сілті және еріген глиноземның біраз мөлшері, қызыл шлам деп аталатын,
ерімейтін қаты қалдықпен жоғалады. Байер әдісі кезінде ерітінділеу үрдісі
кремнисіздендірумен қатар жүреді. Алюминатты ерітіндінің кремнисізденуінің
толықтығы кремний модулімен ситпатталады:
β =
(1.10)
мұнда β – кремний модулі;
Al2O3 – алюминатты ерітіндідегі глинозём мөлшері, %;
SiO2 – алюминатты ерітіндідегі кремнезём мөлшері, %.
Кремний модулі неғұрлым үлкен болса, ерітіндінің кремнисізденуі
соғұрлым толығрақ болады. Кремнисіздендіру үрдісі көбінесе автолавта емес,
оның сыртында концентрленген алюминатты ерітіндіні сұйылтқанда және
қойылтқыштарда қызыл шламды бөлгенде жүреді. Автоклавта ерітінділеудің
соңында кремнилік қатынас 100-150 шамасында болады. Бұл қажетті тазалықта
глинозем алуға жеткілікті емес. Сұйылту кезінде кремний модулі 200-250
дейін ұлғаяды. Ерітіндіде SiO2 нің көп болуы қажетсіз, өйткені ол қызыл
шламмен глиноземның жоғалуын көбейтеді. Сондықтан бұл әдіспен кремнеземы
көп бокситтерді қорыту тиімсіз.
Боксит құрамындағы кальций мен магнидің карбонаттары сілтімен
әрекеттесіп, сода түзеді:
CaCO3 + 2NaOH = Ca(OH)2 + Na2CO3
(1.11)
MgCO3 + 2NaOH = Mg(OH)2 + Na2CO3
(1.12)
Сода ерітіндіде оның ауадағы көмір қышқыл газымен әрекеттесуінің
нәтижесінде де жиналады:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
(1.13)
Сондықтан Байер әдісі жоғары кремнеземды бокситтерді қорытуға
жарамсыз.
Алюминат ерітіндісінің құрылысы алюминат натрий ерітіндісі басқа
тұздар ерітіндісіне ұқсамайды. Алюминат натрий ерітіндісінің ерекшеліктері
келесіде:
1) олар көп уақытқа дейін мөлдір бола алады, егер оны алюминий
гидрототығымен араластырмаса;
2) алюминат ерітіндісі әртүрлі концентрация негізінде де тұрақты
бола алады.
Алюминат ерітіндісінің бұл күйі оның арнайы осы процеске дайындалады.
Көптеген физико-химиялық сараптамалардың нәтижесінде алюминат ерітіндісі
нақты алюминат натрий ерітіндісі болып аңықталады. Ғалымдардың зерттеуі
бойынша алюминат ерітіндісінде Na, OH, Al(OH)4 иондары бар деп
анықтаған. Тұрақты алюминат ерітінділерінде концентрациямен температураның
жоғарлауына байланысты алюминат иондарының дегидратациялануы жүреді. Ол
келесі сұлбада көрсетілген:
Al(OH)4 → AlО(OH)2 + H2O → AlO2 + 2H2O
(1.14)
Ал тұрақты емес алюминат ерітінділерінде алюминат ионының құрамы
күрделірек. Al(OH)4 иондарымен қатар дегидратталған иондарда болады.
Алюминат ерітіндісінің ыдырауы автокаталитикалық процесс, мұнда
катализатор ретінде алюминий гидрототығын қолданады.
Байер әдісімен бокситті өндіргенде алюминат ерітіндісі тұйықталған
циклде жүреді. Ол келесі процесстерден тұрады: ерітінділеу, араластыру және
буландыру. Алюминат ерітіндісіндегі Al2O3 , Na2O температурасымен
концентрациясының өзгерісі. Бокситтегі алюминий тотығын тауарлы алюминий
гидрототығына айналдырады.
1.3 Глиноземді Байер әдісімен алу
Байер әдісі алюминий өндірісінде кенінен қолданылады. Шикізат ретінде
жоғары сортты SiО2 мөлшері төмен (2-5%) бокситті қолданады. Жоғары сапалы
бокситтер үшін Байер әдісі экономика жағынан тиімді, қарапайым және таза
глинозем алуға мүмкіндік береді. Әдісті 1890ж австрия химигі Байер ашқан.
Байер әдісі – тұйық процесс. Оны келесі реакциямен көрсетуге болады:
Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4
(1.15)
Реакция оңға қарай жүргенде NaAl(OH)4 ерітіндісі түзіледі, ал реакция
кері бағытта жүрген кезде ерітінді ыдырап, Al(OH)3 қатты фазаға өтеді.
Бокситтерді дайындау ірі ұсату пешінде жүргізіледі, сонынан заводта
ұсақтап, сулы майдалау жүргізеді. Алынған қойыртпақ жинағыштарда қыздырылып
(90-100ºС бумен) автоклавтарға ерітінділеуге жіберіледі. Сонынан қойыртпақ
сұйылтылып – қойылтып –қызыл шламнан ерітінді бөлініп алынады. Қызыл
шламнан жуылып үйіндіге тасталады, ал алюминаттық ерітінді сүзіліп түртпе
қосу арқылы декомпозицияларда иіріле араластырылып ыдыратылады. Алынған
алюминий гидрооксиді жуылып, қоюлатылып, жіктеліп, сонынан кальцинацияға
жіберіледі.
Ерітінділеуден бұрын бокситті кен алынған жерден кесек ұсатудан, одан
кейін оны металлургия заводтарында орташа, ұсақ және ылғалды ұсатудан
өткізеді. Қатты бокситті заводта 2-3 сатылы ұсатудан, ал жұмсақтау бокситті
1-2 сатылы ұсатудан өткізіді. Бокситті 0,05-0,15 мм жеткенге дейін ұсатудан
өткізеді. Ұсату кезінде сілті мен айналымдағы ерітіндіні қосады, сонымен
қоса азғана мөлшерде әктас қосады. Құрамында коалиттің мөлшері көп
бокситтерді ұсатудан кейін сумен араластырады, ал ірілерін айналымдағы
ерітіндіде ұсатады.
Бокситтердің сулы ұсатуын шарлы диірмендерде жүргізеді. Бұл процесс
айналымдағы алюминат ерітіндісіне жүргізіледі. Айналымдағы ерітіндінің
негізгі бөлігін классификаторға және араластырғыштарғ жібереді, онда
ерітінділеуге арнайы шикі боксит қойыртпағын дайындайды. Ұсатудан алынған
қойыртпақты ерітінділеуге жібереді. Ерітінділеу сілтілі ортада жүргізіледі.
Ерітінділеу кезінде жоғары қысым, температура 100-240ºС ұсталады. Ең
алдымен автоклавтарда орналасқан батереялардан қойыртпақты өткізеді.
Бірінші автоклавты қойыртпақты сорғылармен береді, оларды алдын –ала 150ºС
дейін қыздырып қояды. Сонынан жаңағы қойыртпақ екі автоклавты буландыруға
жібереді. Нәтижесінде өнім ретінде алюминий ерітіндісінен тұратын
автоклавты қойыртпақ алынады..
Шикі қойыртпақты дайындау – үздіксіз автоматтандырылған процесс.
Бокситті ерітінділеу процесі алюминий оксидін аз шығын шығару негізінде
алу. Бокситті ерітінділеудің сатысы және жылдамдығы келесі негізгі
факторларға тәуелді болады: температура, сілті концентрациясы, бокситтің
ірілігі, қойыртпақты араластыру жылдамдығы; Соның ішінде бұл процеске әсер
ететін негізгі факторлардың бірі – температура. Гиббситтік бокситтер үшін
105ºС, бемитті бокситтер үшін 150-200ºС, ал диаспорлы бокситтер үшін 230-
245ºС температуралр қолданады.
Ерітінділеу процесі жүру шарттарына байланысты кинетикалық және
диффузия аймақтарда жүреді. Диаспорлы бокситтер 200-250ºС температурада
бастапқы сатысында кинетикалық аймақта, ал соңғы сатыда диффузиялық аймақта
жүреді.
Бокситтерді ерітінділеудің шарттары көп мөлшерде алюминий оксидін
шикізат күйінде алып шығуға негізделген.
1.3.1 Бокситті ерітінділеу
Ең алдымен бокситті ерітінділеуге дайындау керек. Бокситті 0,05-0,15
мм жеткенге дейін ұсатудан өткізеді, ұсату кезінде сілті мен айналымдағы
ерітіндіні қосады, сонымен қоса азғана мөлшерде әктас қосады.
Одан кейінгі негізгі процесс бокситті ерітінді өңдеуге жібереді. Яғни
жаңа бокситті ерітіндіге дайындаудан кейінгі алынған қойыртпайты
ерітінділеуге жібереді. Ерітінділеу сілтілік ортада жүргізіледі.
Ерітінділеу кезінде жоғары қысым (3 МПа) және температурасы 100-240ºС
ұсталынады. Құрамында каолиттің мөлшері көп бокситтерді ұсатудан кейін
сумен араластырады, ал ірілерін айналымдағы ерітіндіде ұсатады.
Бокситтердің сулы ұсатуын шарлы диірмендерде жүргізеді. Бұл процесс
айналымдағы алюминат ерітінсінің негізгі бөлігін классификаторға және
араластырғыштарға жібереді.
Шикі қойыртпақты дайындау - үздіксіз автоматтандырылған процесс.
Бокситті ерітінділеу процесі алюминий тотығын аз шығын шығару негізінде
алу. Бокситті ерітінділеудің сатысы және жылдамдығы келесі фокторларға
байланысты болады: температура, сілті концентрациясы, бокситтің ірілігі,
қойыртпақты аралсас тыру жылдамдығы, араластыру жылдамдығы. Соның ішінде
бұл процеске әсер ететін негізгі факторлардың бірі – температура.
Гиббситтік бокситтер үшін 105ºС, бемитті бокситтер үшін 150-200ºС, ал
диаспорлы бокситтер үшін 230-245ºС температуралар қолданылады.
Ең алдымен автоклавтарда орналасқан батереялардан қойыртпақты
өткізеді. Негізінен қойыртпақ Al2O3·3Н2О, Al2O3, Al2O3·Н2О түрінде болады.
Бірінші автоклавты қойыртпақты сорғылармен бөледі, оларды алдын-ала 150ºС
дейін қыздырып қояды, сосын жанағы қойыртпақ екі автоклавты буландыруға
жібереді. Сонында өнім ретінде алюминий ерітіндісінен тұратын автоклавты
қойыртпақ алады.
Ерітінділеу процесі жүру шарттарына байланысты кинетикалық және
диффузия аймақтарында жүреді. Мысалы, диаспорлы бокситтер 230-250ºС
температурада бастапқы сатысында кинетикалық аймақта, ал соңғы сатыда
диффузиялық аймақта жүреді.
Бокситті ерітінділеу үрдісіне бірнеше факторлар әсер етеді:
- ерітінділеу мерзімі;
- сілті ерітіндісінің концентрациясы;
- алюминатты ерітіндінің каустикалық қатынасы;
- автоклав ішінднгі қысым (температура);
- әк қосу;
- бокситің майдалығы.
Бокситті ерітінділеу ұзақтығы тәжірибе арқылы анықталады. Бұл уақыт
глиноземды алуды жоғары, ал ерітіндінің кремнисіздендірілуі толық болуына
жеткілікті болу керек. Әдетте қойыртпақ автоклавта 2-2,5 сағат болады.
Ерітіндіде сілтінің концентрациясы көтерілгенде алюминатты ерітіндіде
глиноземның концентрациясы көтеріледі. Бұл ерітінділеуге және ерітіндіні
сақтауға қажетті қондырғылардың көлемін азайтуға мүмкіндік береді. Бірақ
сілтінің концентрациясын көтеру құрылғының коррозиясын жеделдетеді де,
қызыл шламды бөлуді қиындатады. Әдетте өндірісте Na2O-ға шаққанда сілтінің
концентрациясы 300 гл жуық ерітінділер қолданылады.
Каустикалық қатынас (модуль) ретінде Na2O-ға шаққанда сілтінің
молярлық концентрациясының глиноземге қатынасын айтады:
αк =
(1.15)
мұнда αк- каустикалық қатынас (модуль);
Na2O – 1 л ерітіндідегі Na2O молекулаларының саны;
Al2O3 – 1 л ерітіндідегі Al2O3 молекулаларының саны.
Ерітінділеу жылдамдығы айналымды сілтілік ерітіндінің каустикалық
модулінің өсуіне байланысты өседі.
Алюминатты ерітінділердегі каустикалық модульдің соңғы мәнінің маңызы
үлкен. Оның азайуы қойылтқыштарда қызыл шламды тұндырғанда оның ыдырауға
қабылеттігінің артуының салдарынан алюминатты ерітіндінің тұрақтылығының
азайуына әкеліп соғады. Тәжрибеде бокситі ерітінділеуге берілетін сілтілік
ерітінділердің каустикалық қатынасы 3,7-3,8, ал ақырғы алюминатты
ерітіндінікі 1,7-1,8 болады.
Басқа жағдайлар бірдей болғанда қысымды көбейткенде, температураны
көтерген сияқты, ерітінділеу жылдамдығы атады. Бұл кезде глиноземды алу
артады.
Әкті аздап қосу (3-5% боксит массасынан) глиноземды алуды арттырады.
Бокситті ұнтақтау дәрежесін арттырғанда оның ерітіндімен қатынасатын
бетінің ауданы артады да, ерітінділеу процесінің жылдамдығы артады.
Ерітінділеуден кейін қойыртпақ автоклавтан сұйылтуға түседі.
Сұйылтудың мақсаты алюминатты ерітіндінің концентрациясын азайту және
қойыртпақта с:қ қатынасын арттыру. Ерітіндіні сұйылту кейіннен алюминатты
ерітіндінің алюминий гидрооксидін бөле ыдырау үрдісінің тиімділігін
арттырады, ерітіндінің кремнисізденуі толығырақ жүреді және қызыл шламның
тұну үрдісін жеңілдетеді.
Шламды ерітіндіден тұндырып, сүзіп және жуып бөледі де күресінге
жібереді.
Мөлдірленген алюминатты ерітінді алюминий гидрооксидін тұнбаға түсіре
ыдыратады. Ол үшін ерітіндіге түртке (затравка) ретінде жаңадан тұндырылған
гидраргилит қосып, ұзақ уақыт араластырады. Бұл үрдіс иіре бұрау немесе
декомпозиция деп аталады. Алюминатты ерітіндінің түртпе қатысуымен ыдырауы
келесі теңдеу бойынша жүреді:
NaAl(OH)4 + nAl(OH)3 = (n+1)Al(OH)3 + NaOH
(1.16)
Тұндыру үрдісі 50-70 сағат бойы жүреді.
Алюминатты ерітіндінің ыдырауына келесі факторлар әсер етеді:
- алюминатты ерітіндінің каустикалық қатынасы;
- ерітіндінің концентрациясы;
- температура;
- түртпенің мөлшері мен спасы;
- ерітіндіні араластыру.
Бокситі ерітінділеуден нәтижесінде, көп мөлшерде Al2O шикізат
күйінде алып щығуға негізделген.
1.3.2 Қызыл шламды бөлу және жуу
Бокситті ерітінділеуден кейін алынған қойыртпақты қызыл шламды шайған
сумен Al2O3 концентрациясының мөлшері 120-150 гл жеткенге жейін шаяды. Бұл
шаю алюминат ерітіндісін толығымен кремнисіздендіру үшін қажет.
Қызыл шламды бөлу және жууға қолданылатын аппараттармен әдістер
бокситтерді қайта өңдеу әдісіне байланысты таңдалады. Байер әдісінде жиі
қойыртпақ қолданылады. Яғни Байер әдісі бойынша алдымен қойыртпақтайды, ал
сосын шикіқұрамдағы фильтрация жүргізіледі.
Жалпы алюминий ерітіндісінің және шламды бөліп алуды қойыртпақты сумен
араластырғанан кейін қоюлату жерлерінде жүргізіледі. Диаметрі 15-50 м
жететін құбырларда жүргізіледі. Одан кейін үстінен қалған алюминат
ерітіндісі құйылып алынады. Оны қосымша сүзгіден өткізеді, сосын келесі
операцияға, яғни декомпозицияға жібереді. Алынған қызыл шлам қалдыққа
жібереді. Шламның құрамы: Al2O3 12-18%, SiO2 6-11%, СаО 8-13% құрайды.
Декомпозициядан кейін қойыртпақты қоюлатуға жібереді, онда
гидрооксидті ерітіндіден бөліп алады. Алынған гидрооксидті
гидросеператорларда бөледі. Сеператордан шыққан қойыртпақты сұйылтуға
береді, операцияның мақсаты алюминат ерітіндісінің концентрациясы
төмендейді.Ол келесі процестерден тұрады:
- алюминаттық ерітіндіні ыдырату;
- Al(OH)3 бөліп алу тиімділігін арттыру, алюминаттық ерітіндіні
кремнисіздендіруді толық жүргізуге, қызыл шламды қоюлату
жылдамдығын жүргізу жоғары мүмкіндік береді.
Сұйылту араластырғышы бар чандарда жүргізеді, қойыртпақтың жалпы
көлемі 2 есе ұлғаяды. Алюминаттық ерітіндіні үздіксіз әрекеттегі
қоюлатқыштарда жүргізеді. Қоюлатқыштан алынған шламды жуады, бірінші жуудан
кейінгі суды сұйылтуға жібереді. Қызыл шламның шығымы 1т бокситке 0,54 т,
ал Na2O жоғалымы 1т бокситке 22 кг құрайды.
1.4 Алюминий гидрооксидің кальцинациялау
Кальцинация глинозем өндіру технологиясының соңғы операциясы. Бұл
операцияның негізгі мақсаты - Al(OH)3 жоғары температурада сусыздандыру,
нәтижесінде сусыз ылғал сіңірмейтін глинозем алу. Процесті 1150-1200ºС
жүргізеді. Гидраргелитті кальцинациялау кезінде гидраттық ылғал екі
кезеңмен ұшады:
1) 225ºС судың екі молекуласы ұшып, ол бемитке айналады:
Al2O3 · 3Н2О + 36,5 ккал = Al2O3 · Н2О + 2Н2О
(1.17)
2) 500ºС бемит ыдырап, γ Al2O3 айналады:
Al2O3 · Н2О + 35,3 ккал = γAl2O3 + Н2О↑
(1.18)
Бірақ төменгі температурада (500ºС) жүргізілген кальцинациядан алынған
глинозем үлкен гигроскопиялық қасиеттермен сипатталады. Мұндай γ Al2O3
электролизге жарамайды. Температураның өсуімен γAl2O3 кристалдары өсіп
олардың меншікті беттері және ылғал сіңіру қасиеттері төмендейді. 950ºС
сусыз γAl2O3 кубтық модификациясы өзгере бастайды, 1200ºС гексогональдық
модификация ά Al2O3 өтеді.
Al(OH)3 → AlOOH → γAl2O3 → ά Al2O3
(1.19)
Практика жүзінде кальцинациядан алынатын глинозем құрамында 15-25% ά
Al2O3 , ал қалғаны γAl2O3 болады. ά Al2O3 мөлшері өте жоғары болғаны
электролиз үшін тиімсіз, оның электролитте еруін төмендетеді.
Кальцинация практикасы: процессті айналмалы құбырлы пештерде
жүргізеді. Отын ретінде мазут және генераторлық газ пайдаланады. Пештің
ұзындығы 50-75 м, диаметрі 3-3,5 м. Al(OH)3 пештің ішінде ыстық газдарға
қарсы қозғалыста болады, келесі зоналарда өтеді:
1) кептіру зонасы, газдың температурасы 300-600ºС.
Гигроскопиялық ылғал толық ұшады;
2) кальцинация зонасы (сусыздану) пештің орта бөлігі, газ
температурасы 600-1050ºС, материал температурасы 150-200ºС,
γAl2O3 алынады;
3) қақтап қыздыру зонасы, газдың температурасы 1050-1400ºС,
материал температурасы 950ºС
4) суыту зонасы, температурасы 1250ºС-дан 1000ºС дейін
төмендейді. Глинозем үздіксіз тоңазытқышқа түседі. Онда
қозғала отырып 60-70ºС суыйды.
Кейінгі кездері кальцинацияны ҚҚП жүргізу қарастырылуда, сондай-ақ көп
камералы пештерді қолдану тиімді.
1.5 Байер әдісінің негізгі интенсификациялау жолдары
Қазіргі кезде Байер әдісі глинозем өндірісінде негізгі технико-
экономикалық көрсеткіштерімен ерекшеленеді. Болашақта бұл әдісті толығымен
жетілдіру қарастырылған, яғни жоғары өнімділікті қондырғылар,
автоматтандырылған үздіксіз процестер. Сонымен қатар бұл технологиялық
жетістіктер бокситтерді автоклавты ерітінділеуге негізделген.
Қазіргі уақытта заводтарда Байер әдісі бойынша бокситтерді қайта өңдеу
үшін шығатын шығынның мөлшері келесідей: бокситтікі 15-50%, сілтінің 10-
12%, жылуэнергиясының 12-15%, электрэнергиясының шығыны 8-10% құрайды. Яғни
қорта келсек, қазіргі кезде қолданып жүрген процеске көп мөлшерде жылу және
электр энергиясының шығыны болады екен.
Соңғы жылдары үздіксіз процесстер енгізілген (автоклавты ерітінділеу,
декомпозиция және т.б.), бұл процестерде температуралар жоғарылаған, Яғни
диаспорлы бокситтер үшін 240-245ºС дейін, бемитті бокситтер үшін 200-230ºС
дейін, ал гиббситті бокситтер үшін 130-140ºС дейін, бұл дегеніміз шығынның
мөлшерін азайтады.
Байер әдісіндегі буландыруға кеткен судың 60-75% қызыл шламның суы,
сондықтанда бұл судың мөлшерін азайтсақ, ол экономика жағынан тиімді
болады. Ол үшін мықты қоюлату қолдану керек.
Ерітінділеу және декомпозициялау процесстерін интенсификациялау
мақсатында буландырылған айналымдағы ерітіндіден жоғары модульді натрлі
гидроалюминат ерітіндісін алу үшін бокситті ерітінділеуге жібереді.
1.6 Патенттік зерттеу
Кесте 2 – Патенттік зерттеу
Патент немесе Атауы Авторлары Сипаттама
авторлық
куәландырудың
номері, күні
15.02.1999; бюл.№2Бокситтерден Поднебесный Г.П.; Бокситтен
глиноземді алу Василенко В.И.; глиноземді алу
әдістері Сынкова Л.Н. кезінде ұсатудан,
айналымдағы
ерітіндімен
сұйылтудан,
классификациядан
өткізеді.
Ерітінділеуден
кейінгі алынған
қойыртпақты ары
қарай өндіруге
10.06.96; бюл.№2 Устемиров Х.С.; жібереді.
Байер әдісі Тастанов Е.А.; Байер әдісі бойынша
бойынша бокситті Насыров Ж.С.; бокситті өңдеу
өңдеу кезінде Садыков Н.З.; кезінде қызыл ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
4
1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Глинозем өндірісіндегі аппараттық технологиялық сұлбалармен негізгі
әдістер
6
1.2 Байер әдісінің теориялық негіздері
8
1.2.1 Алюминат ерітіндісінің құрылысы мен құрамы
9
1.3 Глиноземді Байер әдісімен алу
10
1.3.1 Бокситті ерітінділеу
12
1.3.2 Қызыл шламды бөлу және жуу
13
1.4 Алюминий гидрооксидің кальцинациялау
15
1.5 Байер әдісінің негізгі интенсификациялау жолдары
16
1.6 Патенттік зерттеу
17
1.7 Техникалық қауіпсіздік, экологиялығы
18
1.8 Қондырғының есептелуі
19
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
21
2.1 Алдын-ала және соңғы материалдық баланс 21
2.2 Шикі қойыртпақ дайындау балансы 22
2.3 Бокситті ерітінділеу балансы 23
2.4 Қойыртпақты сұйылту балансы 25
2.5 Қоюлату балансы
26
2.6 Шламды бірінші жуғаннан кейінгі баланс 27
2.7 Алюминат ерітіндісінің ыдырау балансы 28
2.8 Алюминий гидрототығының классификациялық балансы 29
2.9 Түртпенің қоюлану балансы 30
2.10 Тауарлы алюминий гидрототығын жуу және фильтрациялау балансы 30
2.11 Сары соданың каустификациялық балансы 31
2.12 Айналымдағы ерітіндіні буландыру баланс 32
2.13 Алюминий гидрототығын кальцинациялау балансы 33
ҚОРЫТЫНДЫ
34
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
35
КІРІСПЕ
Қазіргі кезде әлемде алюминий өндірісінің дамуы оның бағалы
қасиеттеріне байланысты болып отыр. Техникалық таза алюминий (99.5%) 658ºC
балқиды, ал жоғары тазалықтағы алюминий (99.996%) 660.24ºC балқиды. Қайнау
температурасы 2500ºC. Алюминийдің көлемі балқыған кезде 6,6% ұлғаяды,
механикалық өңдеу жеңіл тазалығы өскен сайын пластикалық қасиеттеріде
өседі. Электр және жылуды жақсы өткізеді, бұл қасиеттері оның тазалық
дәрежесіне байланысты өзгереді.
Жалпы алюминийді авияция, машина жасау, электротехника, металлургия
өндірісінде, құрылыста кен қолданысқа ие.
Алюминий кендерде тотыққан минералдар, қос сульфаттар және силикаттар
түрінде болады. Төменде алюминидің маңызды минералдары келтірілген (1-ші
кесте).
Кесте 1 - Алюминидің негізгі минералдары
Минерал Минерал формуласы Al2O3
мөлшері, %
Корунд Al2O3 100
Диаспор, бемит AlООН 85
Гибсит (гидраргиллит)Al(ОН)3 65,4
Нефелин (Na,K)2О ·Al2O3·2SiO2 32-36
Алунит (К,Na)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3 37-39
Каолинит 39,5
Кианит (андалузит, Al2O3·2SiO2·2Н2О
силлиманит) 63,2
Al2O3·SiO2
Кен шикізатының негізгі түрі құрамында бемит немесе диаспор,
гидраргиллит немесе гибсит және аздаған корунд және алюмосиликаттар бар тау
жынысы. Бұл тау жыныстары бокситтер деп аталады. Бос тау жынысы
гидратталған темір оксидтерінен, кальций және магнидің карбонаттарынан,
әртүрлі сулы силикаттардан тұрады. Бокситтің ірі кен орындары
Солтүстік Қазақстанда (Торғай) бар.
Құрамында нефелин бар жыныстардың өндірістік маңызы бар. Бұл кендердің
сапасы ондағы Na2O : Al2O3 қатынасымен бағаланады, бұр көрсеткіш бірге
жақын болғаны дұрыс. Оларда темір минималды мөлшерде болу керек. Кейде
нефелин апатитпен [Са10Сl2(F2)(PO4)] бірге кездеседі. Апатит нефелиннен
флотациялай бөлініп, тыңайтқыштар алуда қолданылады. Алынған нефелин
концентратының құрамы: 30 % Al2O3, 20 % ( Na2O+Сa2O) және 44% SiO2.
Алуниттерде натрий және калий алуниттерінің изоморфты қоспасы
болғандықтан глинозем, поташ, сода және күкірт қышқылын алу шикізаты болуы
мүмкін.
Балшықтарда каолинит бар. Егер балшықтарда Al2O3 30-32 %-дан кем
болмаса, алюминий алудың шикізаты бола алады.
Жоғары глиноземды силикаттардан (андалузит, силлиманит, кианит)
алюминий мен кремнидің қорытпасы – силуминдер алуға болады.
Алюминий өндірісіндегі аралық өнім – глинозем (алюминийдің техникалық
тотығы) – оны әртүрлі алюминий кендерінен алады (бокситтен, нефелиннен,
алуниттен және т.б.). Глиноземнің 95% бокситтен алынады. Жалпы бүкіл
әлемдегі глинозем өндірісі бокситке қолдануға негізделген.
Боксит – бұл негізінен алюминийдің гидрототықтарынан тұратын тау
жынысы, сонымен қатар темір тотықтарының гидратынан, кварцтан, каолиниттен,
және т.б. эементтерден тұрады. Бокситтің химиялық құрамы өте күрделі, яғни
құрамында 40 аса элементтер бар. Мөлшері бойынша айтатын болсақ глиноземнің
мөлшері 35-60%, кремноземнің мөлшері 2-20%, Fe2O3 2-40%, титан
оксидінің мөлшері 0,01-10% құрайды. Бокситтердің негізгі мінездемесі, ол
Al2O3 бірдей мөлшердегі қатынасы. Оны кремний модулі деп атайды.
Бокситтің кремний модулі 2,6 төмен болмауы керек. Орташа сапалы
бокситтер үшін модуоль 5-7 құрайды, ал жоғары сапалы боқситтер үшін модуль
10 тең. Қазақстандағы төменгі сапалы бокситтер μ = 3,5÷4,0 гидраргилиттік
түрге жатады, оның құрамында сидерит және органикалық заттардың жоғары
мөлшері бар. Сонымен қатар Австралия, Индия, Гвинея, Ямайка, Гаити,
Инданезия, Венгрия, Греция бокситке бай.
Совет одағының инженерлерінің еңбектерінің арқасында қазіргі кезде
жоғары сапалы және төменгі сапалы бокситтер өнделуде. Алюминий шикізатын
кешенді өңдеу қолдануда, яғни глиноземді, цементті, соданы, поташты, сирек
металдарды, күкірт қышқылын, калий сульфатын бірге өндіреді.
1 ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Глинозем өндірісіндегі аппараттық технологиялық сұлбалары мен
негізгі әдістер
Глиноземді әртүрлі алюминий кендерінен сілтілік әдіспен алады, ал
қышқылдық әдіспен алу бүгінгі күнде өңделу үстінде. Бұл әдісті әлі
өңдірісте қолданбаған.
Қазіргі уақытта әлемдік глинозем өндірісінде бокситтер, нефелиндер,
алуниттер қолданылады.
Глинозем өндірісінде келесі сілтілік әдістер қолданылады:
1) Байер әдісі – жоғары сапалы бокситтерге және алуниттерге
қолданылады;
2) Күйежентектеу әдісі – төменгі сапалы бокситтерге (жоғары
кремнийлі және жоғары темірлі бокситтер) және нефелин
кендері;
3) Байер және күйежентектеудің біріккен әдісі - әр түрлі
бокситтерге қолданылады.
Жалпы айтсақ алюминий өндірісінің технологиясы 2 сатыдан тұрады:
1) глинозем өндірісі;
2) глиноземнен алюминийді электролиттік жолмен алу.
Шет елдерде глиноземді көбінесе бокситтерден Байер әдісін қолдану
арқылы алады (Байер К.И. – австриялық инженер, Ресейде жұмыс істеген).
Байер әдісін экономика жағынан жинақы деп айтсақ болады.
Байер әдісі – ол бокситтен глиноземді ерітінділеу арқылы алу. Мақсаты
– бокситтің құрамындағы алюминий оксидін еріту. Оның негізінде келесі
қайтарымды химиялық реакция жатыр:
Al2 O3 · nH2O + 2NaOH = Na2O · Al2 O3 + (n+1) H2O
(1.1)
Бокситтік кендер әртүрлі химиялық және минерологиялық құрамымен
сипатталады, және әртүрлі әдістермен қайта өңделеді.
Қазіргі кезде әлемде глинозем өндірісінің 95% Байер әдісімен
жүргізіледі. Жалпы алғанда глиноземнің 20% нефелиннен, ал қалған 80%
бокситтен өндіріледі (Байер әдісін қолдана отырып).
Бокситті қайта өңдеу кезінде қолданылатын аппараттық – технологиялық
сұлбаны таңдау әртүрлі факторларға байланысты болады:
1. Бокситтің құрамы Al2 O3 · SiO2
2. Шикізаттағы сульфидтердің, карбонаттардың, органикалық заттардың
мөлшеріне;
3. Минерологиялық құрамына;
4. Темір тотығының құрамына.
Глинозем өндірісіндегі сілтілік әдістің негізі алюминийді алюминат
натрий құрамында сілтілік ерітіндіге өткізу. Технико-экономикалық сараптама
нәтижесінде, бокситтің мөлшері μsi 6-7 болуы үшін Байер әдісімен өңдеу
тиімдірек екені аңықталған. Яғни бұл кезде бокситтің құрамына
карбонаттардың, сульфидтердің және де органикалық заттардың аз мөлшерде
болатыны айтылған.
Байер әдісі – ең арзан және ең көп таралған әдіс, бырақ бұл әдісті
қолдану үшін жоғары сапалы боксит қажет. Ал күйежентектеу әдісі –
қымбаттырақ болып келеді, бырақ ол әмбебап әдіс болып табылады. Яғни кез-
келген кремнийлілігі жоғары алюминий шикізатын өндіруге қолданады. Соңғы
жылдары кең көлемде екі әдіс қосылған сілтілік әдіс қолданылады. Олай
қолданыс тапқан себебі технико-экономикалық көрсеткіштер бойынша, сонымен
қатар глиноземді максималды түрде алу және сілтіден қызыл шламды алуында.
Боксит
Ұсату
Материалды ұсату және қойыртпақты дайындау
Ерітінділеу
Қойыртпақты сұйылту
Шламды бөлу және жуу
Алюминат ерітіндісі
Ыдырау
Бөлу және жуу Al(ОН)3
Жуу Al(ОН)3 Өзектік ерітінді
Кальцинациялау Буландыру
Қайтымды ерітінді
Глинозем сары содасы
жана сода
Са(ОН)3
Каустификация
NaOH ерітіндісі
Сурет 1 – Байер әдісі бойынша бокситтен глиноземді алуға қолданылатын
технологиялық сұлбасы
Аппарат модернизациясы және глинозем өндірісінің сұлбасы тез іске
асырылады. Жақын болашақта келесі негізгі мәселелерді шешу керек:
1) Құрғақ шикіқұрамды дайындау және күйдіруге арналған
сұлбалармен аппараттарды дайындау, және оларды тасымалдау
кезінде жанармай шығыны аз болуы керек;
2) Автоклавты және буландыру қондырғыларын модернизациялау;
3) Глиноземді қайнап тұрған күйінде кальцинациялау және суыту
үшін стационарлы пештер жасау;
4) Суспензияларды бөлуге арналған экономикалық тиімді жоғары
өнімділікті аппараттар ойлап табу;
5) Алюминатты балқымаларды ерітінділеу үшін жаңа аппаратуралар
жасау;
6) Гидравликалық араластырғышы бар реакционды герметикалық
аппараттар дайындау;
7) Автоматтық басқаруда бір линиялы технологиялық жүйе ойлап
табу;
8) Глинозем өндірісінде кешенді автоматтизацияланған жүйе
дайындау.
1.2 Байер әдісінің теориялық негіздері
Байер әдісі жоғары температурадағы метастабельді күйдегі алюминат
ерітіндісіне негізделген. Әдіс негізінен келесі негізгі реакциялар жүреді:
Al2 O3 · nH2O + 2NaOH + (3-х) H2O→ 2Na Al(OH)4
(1.2)
Na Al(OH)4 → Al(OH)3 + NaOH
(1.3)
(1.2) реакция айналымдағы сілтілі – алюминат ерітіндісімен бокситті
ерітінділеу кезінде жүреді. (1.3) реакция төменгі темперада алюминий
гидрототықтарын тұндыру гидролизі кезінде жүреді. Көргеніміздей глинозем
өндірісіндегі Байер әдісінде негізгі аралық өнім ретінде сілтілі алюминат
ерітіндісі алынады.
Алюминий кендерінен глинозем өндіру алюминий алудың бірінші қажетті
сатысы болып келеді. Әртүрлі кендерден глинозем алу әдістері әртүрлі.
Бокситтерден глинозем гидратталған алюминий оксиді мен сілтінің қайтарымды
реакцияларына негізделген Байер әдісімен өндіріледі:
Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4
(1.4)
немесе
AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4
(1.5)
Бокситті концентрленген сілтімен қыздырғанда 1000С температура маңында
гидраргиллит сілтімен әрекеттесіп, натридің моноалюминатын түзеді. Диаспор
және бемитті еріту үшін 160-2000С температура қажет. Ол үшін жоғары қысым
болу керек, сондықтан үрдіс автоклавтарда жүргізіледі.
1.2.1 Алюминат ерітіндісінің құрылысы мен құрамы
Алюминат ерітіндісінде негізгі компонент ретінде натрий алюминаты және
күйдіргіш натр болады. Нефелин өндірісінде алюминат ерітіндісі құрамына
күйдіргіш калий және поташ кіреді. Ал алунит өндірісінде – натрий сульфаты
және калий қолданылады. Сонымен қатар, алюминат ерітіндісінің кез-келген
түрінің құрамында Si, W, P, органикалық заттары болады.
Ерітіндінің құрамындағы Na2O және Al2O3 мөлшерін аңықтау үшін
келесі теңдеу қолданады:
N = Na2O · в 1000 100; А = Al2O3 в 1000100 .
(1.6)
Сонымен қатар Na2O және Al2O3 молярлық қатынасын білуіміз
қажет, ал келесі формуламен аңықталады:
αк = (моль) = 1,645(гл)
(1.7)
NaOH ерітіндісінде Al2O3 еріуі – ол ерітіндінің температурасына және
концентрациясына тәуелді. Кремнезем бокситте таза күйінде де, каолинит
түрінде де болады. Байланыспаған кремнезем күйдіргіш натримен әрекеттесіп,
натрий силикаты түрінде ерітіндіге өтеді:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
(1.8)
Натрий силикаты натрий алюминатымен әрекеттесіп, ерімейтін натрий
гидроалюмосиликатын – пермутит түзеді:
2Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4 = Na2O·Al2O3· SiO2·2H2O +4NaOH
(1.9)
Бұл үрдіс нәтижесінде ерітінді SiO2 ден тазарады, бірақ бұл кезде
сілті және еріген глиноземның біраз мөлшері, қызыл шлам деп аталатын,
ерімейтін қаты қалдықпен жоғалады. Байер әдісі кезінде ерітінділеу үрдісі
кремнисіздендірумен қатар жүреді. Алюминатты ерітіндінің кремнисізденуінің
толықтығы кремний модулімен ситпатталады:
β =
(1.10)
мұнда β – кремний модулі;
Al2O3 – алюминатты ерітіндідегі глинозём мөлшері, %;
SiO2 – алюминатты ерітіндідегі кремнезём мөлшері, %.
Кремний модулі неғұрлым үлкен болса, ерітіндінің кремнисізденуі
соғұрлым толығрақ болады. Кремнисіздендіру үрдісі көбінесе автолавта емес,
оның сыртында концентрленген алюминатты ерітіндіні сұйылтқанда және
қойылтқыштарда қызыл шламды бөлгенде жүреді. Автоклавта ерітінділеудің
соңында кремнилік қатынас 100-150 шамасында болады. Бұл қажетті тазалықта
глинозем алуға жеткілікті емес. Сұйылту кезінде кремний модулі 200-250
дейін ұлғаяды. Ерітіндіде SiO2 нің көп болуы қажетсіз, өйткені ол қызыл
шламмен глиноземның жоғалуын көбейтеді. Сондықтан бұл әдіспен кремнеземы
көп бокситтерді қорыту тиімсіз.
Боксит құрамындағы кальций мен магнидің карбонаттары сілтімен
әрекеттесіп, сода түзеді:
CaCO3 + 2NaOH = Ca(OH)2 + Na2CO3
(1.11)
MgCO3 + 2NaOH = Mg(OH)2 + Na2CO3
(1.12)
Сода ерітіндіде оның ауадағы көмір қышқыл газымен әрекеттесуінің
нәтижесінде де жиналады:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
(1.13)
Сондықтан Байер әдісі жоғары кремнеземды бокситтерді қорытуға
жарамсыз.
Алюминат ерітіндісінің құрылысы алюминат натрий ерітіндісі басқа
тұздар ерітіндісіне ұқсамайды. Алюминат натрий ерітіндісінің ерекшеліктері
келесіде:
1) олар көп уақытқа дейін мөлдір бола алады, егер оны алюминий
гидрототығымен араластырмаса;
2) алюминат ерітіндісі әртүрлі концентрация негізінде де тұрақты
бола алады.
Алюминат ерітіндісінің бұл күйі оның арнайы осы процеске дайындалады.
Көптеген физико-химиялық сараптамалардың нәтижесінде алюминат ерітіндісі
нақты алюминат натрий ерітіндісі болып аңықталады. Ғалымдардың зерттеуі
бойынша алюминат ерітіндісінде Na, OH, Al(OH)4 иондары бар деп
анықтаған. Тұрақты алюминат ерітінділерінде концентрациямен температураның
жоғарлауына байланысты алюминат иондарының дегидратациялануы жүреді. Ол
келесі сұлбада көрсетілген:
Al(OH)4 → AlО(OH)2 + H2O → AlO2 + 2H2O
(1.14)
Ал тұрақты емес алюминат ерітінділерінде алюминат ионының құрамы
күрделірек. Al(OH)4 иондарымен қатар дегидратталған иондарда болады.
Алюминат ерітіндісінің ыдырауы автокаталитикалық процесс, мұнда
катализатор ретінде алюминий гидрототығын қолданады.
Байер әдісімен бокситті өндіргенде алюминат ерітіндісі тұйықталған
циклде жүреді. Ол келесі процесстерден тұрады: ерітінділеу, араластыру және
буландыру. Алюминат ерітіндісіндегі Al2O3 , Na2O температурасымен
концентрациясының өзгерісі. Бокситтегі алюминий тотығын тауарлы алюминий
гидрототығына айналдырады.
1.3 Глиноземді Байер әдісімен алу
Байер әдісі алюминий өндірісінде кенінен қолданылады. Шикізат ретінде
жоғары сортты SiО2 мөлшері төмен (2-5%) бокситті қолданады. Жоғары сапалы
бокситтер үшін Байер әдісі экономика жағынан тиімді, қарапайым және таза
глинозем алуға мүмкіндік береді. Әдісті 1890ж австрия химигі Байер ашқан.
Байер әдісі – тұйық процесс. Оны келесі реакциямен көрсетуге болады:
Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4
(1.15)
Реакция оңға қарай жүргенде NaAl(OH)4 ерітіндісі түзіледі, ал реакция
кері бағытта жүрген кезде ерітінді ыдырап, Al(OH)3 қатты фазаға өтеді.
Бокситтерді дайындау ірі ұсату пешінде жүргізіледі, сонынан заводта
ұсақтап, сулы майдалау жүргізеді. Алынған қойыртпақ жинағыштарда қыздырылып
(90-100ºС бумен) автоклавтарға ерітінділеуге жіберіледі. Сонынан қойыртпақ
сұйылтылып – қойылтып –қызыл шламнан ерітінді бөлініп алынады. Қызыл
шламнан жуылып үйіндіге тасталады, ал алюминаттық ерітінді сүзіліп түртпе
қосу арқылы декомпозицияларда иіріле араластырылып ыдыратылады. Алынған
алюминий гидрооксиді жуылып, қоюлатылып, жіктеліп, сонынан кальцинацияға
жіберіледі.
Ерітінділеуден бұрын бокситті кен алынған жерден кесек ұсатудан, одан
кейін оны металлургия заводтарында орташа, ұсақ және ылғалды ұсатудан
өткізеді. Қатты бокситті заводта 2-3 сатылы ұсатудан, ал жұмсақтау бокситті
1-2 сатылы ұсатудан өткізіді. Бокситті 0,05-0,15 мм жеткенге дейін ұсатудан
өткізеді. Ұсату кезінде сілті мен айналымдағы ерітіндіні қосады, сонымен
қоса азғана мөлшерде әктас қосады. Құрамында коалиттің мөлшері көп
бокситтерді ұсатудан кейін сумен араластырады, ал ірілерін айналымдағы
ерітіндіде ұсатады.
Бокситтердің сулы ұсатуын шарлы диірмендерде жүргізеді. Бұл процесс
айналымдағы алюминат ерітіндісіне жүргізіледі. Айналымдағы ерітіндінің
негізгі бөлігін классификаторға және араластырғыштарғ жібереді, онда
ерітінділеуге арнайы шикі боксит қойыртпағын дайындайды. Ұсатудан алынған
қойыртпақты ерітінділеуге жібереді. Ерітінділеу сілтілі ортада жүргізіледі.
Ерітінділеу кезінде жоғары қысым, температура 100-240ºС ұсталады. Ең
алдымен автоклавтарда орналасқан батереялардан қойыртпақты өткізеді.
Бірінші автоклавты қойыртпақты сорғылармен береді, оларды алдын –ала 150ºС
дейін қыздырып қояды. Сонынан жаңағы қойыртпақ екі автоклавты буландыруға
жібереді. Нәтижесінде өнім ретінде алюминий ерітіндісінен тұратын
автоклавты қойыртпақ алынады..
Шикі қойыртпақты дайындау – үздіксіз автоматтандырылған процесс.
Бокситті ерітінділеу процесі алюминий оксидін аз шығын шығару негізінде
алу. Бокситті ерітінділеудің сатысы және жылдамдығы келесі негізгі
факторларға тәуелді болады: температура, сілті концентрациясы, бокситтің
ірілігі, қойыртпақты араластыру жылдамдығы; Соның ішінде бұл процеске әсер
ететін негізгі факторлардың бірі – температура. Гиббситтік бокситтер үшін
105ºС, бемитті бокситтер үшін 150-200ºС, ал диаспорлы бокситтер үшін 230-
245ºС температуралр қолданады.
Ерітінділеу процесі жүру шарттарына байланысты кинетикалық және
диффузия аймақтарда жүреді. Диаспорлы бокситтер 200-250ºС температурада
бастапқы сатысында кинетикалық аймақта, ал соңғы сатыда диффузиялық аймақта
жүреді.
Бокситтерді ерітінділеудің шарттары көп мөлшерде алюминий оксидін
шикізат күйінде алып шығуға негізделген.
1.3.1 Бокситті ерітінділеу
Ең алдымен бокситті ерітінділеуге дайындау керек. Бокситті 0,05-0,15
мм жеткенге дейін ұсатудан өткізеді, ұсату кезінде сілті мен айналымдағы
ерітіндіні қосады, сонымен қоса азғана мөлшерде әктас қосады.
Одан кейінгі негізгі процесс бокситті ерітінді өңдеуге жібереді. Яғни
жаңа бокситті ерітіндіге дайындаудан кейінгі алынған қойыртпайты
ерітінділеуге жібереді. Ерітінділеу сілтілік ортада жүргізіледі.
Ерітінділеу кезінде жоғары қысым (3 МПа) және температурасы 100-240ºС
ұсталынады. Құрамында каолиттің мөлшері көп бокситтерді ұсатудан кейін
сумен араластырады, ал ірілерін айналымдағы ерітіндіде ұсатады.
Бокситтердің сулы ұсатуын шарлы диірмендерде жүргізеді. Бұл процесс
айналымдағы алюминат ерітінсінің негізгі бөлігін классификаторға және
араластырғыштарға жібереді.
Шикі қойыртпақты дайындау - үздіксіз автоматтандырылған процесс.
Бокситті ерітінділеу процесі алюминий тотығын аз шығын шығару негізінде
алу. Бокситті ерітінділеудің сатысы және жылдамдығы келесі фокторларға
байланысты болады: температура, сілті концентрациясы, бокситтің ірілігі,
қойыртпақты аралсас тыру жылдамдығы, араластыру жылдамдығы. Соның ішінде
бұл процеске әсер ететін негізгі факторлардың бірі – температура.
Гиббситтік бокситтер үшін 105ºС, бемитті бокситтер үшін 150-200ºС, ал
диаспорлы бокситтер үшін 230-245ºС температуралар қолданылады.
Ең алдымен автоклавтарда орналасқан батереялардан қойыртпақты
өткізеді. Негізінен қойыртпақ Al2O3·3Н2О, Al2O3, Al2O3·Н2О түрінде болады.
Бірінші автоклавты қойыртпақты сорғылармен бөледі, оларды алдын-ала 150ºС
дейін қыздырып қояды, сосын жанағы қойыртпақ екі автоклавты буландыруға
жібереді. Сонында өнім ретінде алюминий ерітіндісінен тұратын автоклавты
қойыртпақ алады.
Ерітінділеу процесі жүру шарттарына байланысты кинетикалық және
диффузия аймақтарында жүреді. Мысалы, диаспорлы бокситтер 230-250ºС
температурада бастапқы сатысында кинетикалық аймақта, ал соңғы сатыда
диффузиялық аймақта жүреді.
Бокситті ерітінділеу үрдісіне бірнеше факторлар әсер етеді:
- ерітінділеу мерзімі;
- сілті ерітіндісінің концентрациясы;
- алюминатты ерітіндінің каустикалық қатынасы;
- автоклав ішінднгі қысым (температура);
- әк қосу;
- бокситің майдалығы.
Бокситті ерітінділеу ұзақтығы тәжірибе арқылы анықталады. Бұл уақыт
глиноземды алуды жоғары, ал ерітіндінің кремнисіздендірілуі толық болуына
жеткілікті болу керек. Әдетте қойыртпақ автоклавта 2-2,5 сағат болады.
Ерітіндіде сілтінің концентрациясы көтерілгенде алюминатты ерітіндіде
глиноземның концентрациясы көтеріледі. Бұл ерітінділеуге және ерітіндіні
сақтауға қажетті қондырғылардың көлемін азайтуға мүмкіндік береді. Бірақ
сілтінің концентрациясын көтеру құрылғының коррозиясын жеделдетеді де,
қызыл шламды бөлуді қиындатады. Әдетте өндірісте Na2O-ға шаққанда сілтінің
концентрациясы 300 гл жуық ерітінділер қолданылады.
Каустикалық қатынас (модуль) ретінде Na2O-ға шаққанда сілтінің
молярлық концентрациясының глиноземге қатынасын айтады:
αк =
(1.15)
мұнда αк- каустикалық қатынас (модуль);
Na2O – 1 л ерітіндідегі Na2O молекулаларының саны;
Al2O3 – 1 л ерітіндідегі Al2O3 молекулаларының саны.
Ерітінділеу жылдамдығы айналымды сілтілік ерітіндінің каустикалық
модулінің өсуіне байланысты өседі.
Алюминатты ерітінділердегі каустикалық модульдің соңғы мәнінің маңызы
үлкен. Оның азайуы қойылтқыштарда қызыл шламды тұндырғанда оның ыдырауға
қабылеттігінің артуының салдарынан алюминатты ерітіндінің тұрақтылығының
азайуына әкеліп соғады. Тәжрибеде бокситі ерітінділеуге берілетін сілтілік
ерітінділердің каустикалық қатынасы 3,7-3,8, ал ақырғы алюминатты
ерітіндінікі 1,7-1,8 болады.
Басқа жағдайлар бірдей болғанда қысымды көбейткенде, температураны
көтерген сияқты, ерітінділеу жылдамдығы атады. Бұл кезде глиноземды алу
артады.
Әкті аздап қосу (3-5% боксит массасынан) глиноземды алуды арттырады.
Бокситті ұнтақтау дәрежесін арттырғанда оның ерітіндімен қатынасатын
бетінің ауданы артады да, ерітінділеу процесінің жылдамдығы артады.
Ерітінділеуден кейін қойыртпақ автоклавтан сұйылтуға түседі.
Сұйылтудың мақсаты алюминатты ерітіндінің концентрациясын азайту және
қойыртпақта с:қ қатынасын арттыру. Ерітіндіні сұйылту кейіннен алюминатты
ерітіндінің алюминий гидрооксидін бөле ыдырау үрдісінің тиімділігін
арттырады, ерітіндінің кремнисізденуі толығырақ жүреді және қызыл шламның
тұну үрдісін жеңілдетеді.
Шламды ерітіндіден тұндырып, сүзіп және жуып бөледі де күресінге
жібереді.
Мөлдірленген алюминатты ерітінді алюминий гидрооксидін тұнбаға түсіре
ыдыратады. Ол үшін ерітіндіге түртке (затравка) ретінде жаңадан тұндырылған
гидраргилит қосып, ұзақ уақыт араластырады. Бұл үрдіс иіре бұрау немесе
декомпозиция деп аталады. Алюминатты ерітіндінің түртпе қатысуымен ыдырауы
келесі теңдеу бойынша жүреді:
NaAl(OH)4 + nAl(OH)3 = (n+1)Al(OH)3 + NaOH
(1.16)
Тұндыру үрдісі 50-70 сағат бойы жүреді.
Алюминатты ерітіндінің ыдырауына келесі факторлар әсер етеді:
- алюминатты ерітіндінің каустикалық қатынасы;
- ерітіндінің концентрациясы;
- температура;
- түртпенің мөлшері мен спасы;
- ерітіндіні араластыру.
Бокситі ерітінділеуден нәтижесінде, көп мөлшерде Al2O шикізат
күйінде алып щығуға негізделген.
1.3.2 Қызыл шламды бөлу және жуу
Бокситті ерітінділеуден кейін алынған қойыртпақты қызыл шламды шайған
сумен Al2O3 концентрациясының мөлшері 120-150 гл жеткенге жейін шаяды. Бұл
шаю алюминат ерітіндісін толығымен кремнисіздендіру үшін қажет.
Қызыл шламды бөлу және жууға қолданылатын аппараттармен әдістер
бокситтерді қайта өңдеу әдісіне байланысты таңдалады. Байер әдісінде жиі
қойыртпақ қолданылады. Яғни Байер әдісі бойынша алдымен қойыртпақтайды, ал
сосын шикіқұрамдағы фильтрация жүргізіледі.
Жалпы алюминий ерітіндісінің және шламды бөліп алуды қойыртпақты сумен
араластырғанан кейін қоюлату жерлерінде жүргізіледі. Диаметрі 15-50 м
жететін құбырларда жүргізіледі. Одан кейін үстінен қалған алюминат
ерітіндісі құйылып алынады. Оны қосымша сүзгіден өткізеді, сосын келесі
операцияға, яғни декомпозицияға жібереді. Алынған қызыл шлам қалдыққа
жібереді. Шламның құрамы: Al2O3 12-18%, SiO2 6-11%, СаО 8-13% құрайды.
Декомпозициядан кейін қойыртпақты қоюлатуға жібереді, онда
гидрооксидті ерітіндіден бөліп алады. Алынған гидрооксидті
гидросеператорларда бөледі. Сеператордан шыққан қойыртпақты сұйылтуға
береді, операцияның мақсаты алюминат ерітіндісінің концентрациясы
төмендейді.Ол келесі процестерден тұрады:
- алюминаттық ерітіндіні ыдырату;
- Al(OH)3 бөліп алу тиімділігін арттыру, алюминаттық ерітіндіні
кремнисіздендіруді толық жүргізуге, қызыл шламды қоюлату
жылдамдығын жүргізу жоғары мүмкіндік береді.
Сұйылту араластырғышы бар чандарда жүргізеді, қойыртпақтың жалпы
көлемі 2 есе ұлғаяды. Алюминаттық ерітіндіні үздіксіз әрекеттегі
қоюлатқыштарда жүргізеді. Қоюлатқыштан алынған шламды жуады, бірінші жуудан
кейінгі суды сұйылтуға жібереді. Қызыл шламның шығымы 1т бокситке 0,54 т,
ал Na2O жоғалымы 1т бокситке 22 кг құрайды.
1.4 Алюминий гидрооксидің кальцинациялау
Кальцинация глинозем өндіру технологиясының соңғы операциясы. Бұл
операцияның негізгі мақсаты - Al(OH)3 жоғары температурада сусыздандыру,
нәтижесінде сусыз ылғал сіңірмейтін глинозем алу. Процесті 1150-1200ºС
жүргізеді. Гидраргелитті кальцинациялау кезінде гидраттық ылғал екі
кезеңмен ұшады:
1) 225ºС судың екі молекуласы ұшып, ол бемитке айналады:
Al2O3 · 3Н2О + 36,5 ккал = Al2O3 · Н2О + 2Н2О
(1.17)
2) 500ºС бемит ыдырап, γ Al2O3 айналады:
Al2O3 · Н2О + 35,3 ккал = γAl2O3 + Н2О↑
(1.18)
Бірақ төменгі температурада (500ºС) жүргізілген кальцинациядан алынған
глинозем үлкен гигроскопиялық қасиеттермен сипатталады. Мұндай γ Al2O3
электролизге жарамайды. Температураның өсуімен γAl2O3 кристалдары өсіп
олардың меншікті беттері және ылғал сіңіру қасиеттері төмендейді. 950ºС
сусыз γAl2O3 кубтық модификациясы өзгере бастайды, 1200ºС гексогональдық
модификация ά Al2O3 өтеді.
Al(OH)3 → AlOOH → γAl2O3 → ά Al2O3
(1.19)
Практика жүзінде кальцинациядан алынатын глинозем құрамында 15-25% ά
Al2O3 , ал қалғаны γAl2O3 болады. ά Al2O3 мөлшері өте жоғары болғаны
электролиз үшін тиімсіз, оның электролитте еруін төмендетеді.
Кальцинация практикасы: процессті айналмалы құбырлы пештерде
жүргізеді. Отын ретінде мазут және генераторлық газ пайдаланады. Пештің
ұзындығы 50-75 м, диаметрі 3-3,5 м. Al(OH)3 пештің ішінде ыстық газдарға
қарсы қозғалыста болады, келесі зоналарда өтеді:
1) кептіру зонасы, газдың температурасы 300-600ºС.
Гигроскопиялық ылғал толық ұшады;
2) кальцинация зонасы (сусыздану) пештің орта бөлігі, газ
температурасы 600-1050ºС, материал температурасы 150-200ºС,
γAl2O3 алынады;
3) қақтап қыздыру зонасы, газдың температурасы 1050-1400ºС,
материал температурасы 950ºС
4) суыту зонасы, температурасы 1250ºС-дан 1000ºС дейін
төмендейді. Глинозем үздіксіз тоңазытқышқа түседі. Онда
қозғала отырып 60-70ºС суыйды.
Кейінгі кездері кальцинацияны ҚҚП жүргізу қарастырылуда, сондай-ақ көп
камералы пештерді қолдану тиімді.
1.5 Байер әдісінің негізгі интенсификациялау жолдары
Қазіргі кезде Байер әдісі глинозем өндірісінде негізгі технико-
экономикалық көрсеткіштерімен ерекшеленеді. Болашақта бұл әдісті толығымен
жетілдіру қарастырылған, яғни жоғары өнімділікті қондырғылар,
автоматтандырылған үздіксіз процестер. Сонымен қатар бұл технологиялық
жетістіктер бокситтерді автоклавты ерітінділеуге негізделген.
Қазіргі уақытта заводтарда Байер әдісі бойынша бокситтерді қайта өңдеу
үшін шығатын шығынның мөлшері келесідей: бокситтікі 15-50%, сілтінің 10-
12%, жылуэнергиясының 12-15%, электрэнергиясының шығыны 8-10% құрайды. Яғни
қорта келсек, қазіргі кезде қолданып жүрген процеске көп мөлшерде жылу және
электр энергиясының шығыны болады екен.
Соңғы жылдары үздіксіз процесстер енгізілген (автоклавты ерітінділеу,
декомпозиция және т.б.), бұл процестерде температуралар жоғарылаған, Яғни
диаспорлы бокситтер үшін 240-245ºС дейін, бемитті бокситтер үшін 200-230ºС
дейін, ал гиббситті бокситтер үшін 130-140ºС дейін, бұл дегеніміз шығынның
мөлшерін азайтады.
Байер әдісіндегі буландыруға кеткен судың 60-75% қызыл шламның суы,
сондықтанда бұл судың мөлшерін азайтсақ, ол экономика жағынан тиімді
болады. Ол үшін мықты қоюлату қолдану керек.
Ерітінділеу және декомпозициялау процесстерін интенсификациялау
мақсатында буландырылған айналымдағы ерітіндіден жоғары модульді натрлі
гидроалюминат ерітіндісін алу үшін бокситті ерітінділеуге жібереді.
1.6 Патенттік зерттеу
Кесте 2 – Патенттік зерттеу
Патент немесе Атауы Авторлары Сипаттама
авторлық
куәландырудың
номері, күні
15.02.1999; бюл.№2Бокситтерден Поднебесный Г.П.; Бокситтен
глиноземді алу Василенко В.И.; глиноземді алу
әдістері Сынкова Л.Н. кезінде ұсатудан,
айналымдағы
ерітіндімен
сұйылтудан,
классификациядан
өткізеді.
Ерітінділеуден
кейінгі алынған
қойыртпақты ары
қарай өндіруге
10.06.96; бюл.№2 Устемиров Х.С.; жібереді.
Байер әдісі Тастанов Е.А.; Байер әдісі бойынша
бойынша бокситті Насыров Ж.С.; бокситті өңдеу
өңдеу кезінде Садыков Н.З.; кезінде қызыл ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz