Каолиннен және нефелинды кендерден, саздан және бокситтерден тазартылған және тазартылмаған алюминий күкіртқышқылы. Ашудастар өндірісі

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

ИНЖЕНЕРЛІК-ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ

“Химия” кафедрасы

“ Глинозем мен силикатты материалдардың химиялық технологиясы ” пәнінен

ОӨЖ

Тақырыбы: Каолиннен және нефелинды кендерден, саздан және бокситтерден тазартылған және тазартылмаған алюминий күкіртқышқылы. Ашудастар өндірісі. Боксит агломераттар өндірісінің технологиясы, салкындату және тайтұяқтарды (слитки) сындыру ерекшеліктері. Монокорундылардың электротермиясы. Алюминий күкірт қышқылының өндірісінің материалды балансын есептеу.

Орындаған: Берікбекова Лаура

Оқу тобы: ХН-221

Тексерген: Лебаева Ж. Т.

Семей 2015ж

Мазмұны

Кіріспе3

1 Тазартылмаған алюминий сульфатын каолиннен алу. 4

2 Алюминий сульфатын каолиннен өңдеу. 4

3 Жоғары тазалықтағы алюминий сульфатын каолиннен алу. 5

3 Бокситтен глинозем алу технологиясы. 6

Қорытынды10

Пайдаланылған әдебиеттер11

Кіріспе

Ішетін ауыз су жəне төгінді суларды тазартуға алюминийдің сульфаты мен хлориді - алюминийлі коагулянттар ретінде кең қолданылады. Коагуляциялық тазалау механизмі майда дисперсті бөлшектер мен коллоидтардың коагулянттарымен өңдегенде бөлінуіне, тұнбаға түсу процесінің үдеуіне, оны жеделдетуге жəне сүзу жылдамдығына негізделген. Тазаланатын суға коагулянттар ерітіндісін қосқанда мицеллалар түрінде алюминийдің аквагидрокомплексі сатылы гидролитикалық полимеризация арқылы түзіледі. Мицеллалар молекула аралық Ван-дер-Вальс күші арқылы тармақталған тізбек механизмі бойынша бірдей агрегат түзіп, коагуляциялайды. Табиғи жəне өндірістен шыққан суларда коллоидты гумус жəне минералды жүзгін заттар түрінде теріс зарятты коспалар болады.

Коагулянттармен тазалау процесінде əртүрлі бөлшектер қатысында да өзара коагуляция жүреді. тазаланатын судағы саз балшықты жəне басқа минералды бөлшектер бетінде мицеллалар, күл, аквагидрокомплекстер тығыз қабатты алюминий гидрооксиді бөлшектерімен жабылған жүзгіндердің бөлшектерін құру арқылы хемосорбцияланады. Əртүрлі бөлшектердің қабыршықтары көпір түзіп, алюминий гидрооксидінің тізбекті құрылымы арқылы бір-бірімен байланысады. Нəтижесінде ауырлық күші əсерінен ірі бөлшектер түзіліп тұндырғыш түбіне тұнады, сөйтіп су мөлдірленеді.

1 Тазартылмаған алюминий сульфатын каолиннен алу.

Бұрын алюминий сульфатын күйдірілмеген каолинит сазынан 300-4000 кептіру арқылы алған. Сонда химиялық байланысқан суда қоспалардың тек бір бөлігі ғана жойылады. Кептірген соң 50-800-қа дейін суыған каолинді пісіру котелдарына 65-67% күкірт қышқылын 6-8 сағатта 105-1100-та айырған. Пісіру аяқталған соң 6-8% бос күкірт қышқылын зрельникке салған, сонда бос қышқылдың мөлшері 2-2, 5%, сосын оның жиегі 0, 25-0, 5 м, қышқылға төзімді плита салынған тегіс тік үшбұрышты плитасы бар кристалдаушы столға салады. Столдағы масса толық кристалданған соң оны қолмен ломның көмегімен 15-20 кг бөлшектерге бөледі. 1 т тазартылмаған алюминий сульфатын алу үшін: 0, 42 т каолин, 0, 32 т күкірт қышқылын, 0, 2-0, 3 т жəне 6- 6, 2 квт·ч электроэнергияны жұмсайды. 700-8000-та қыздырылған каолинді қолданғанда пісіру котелдарында орналастыру аяқталады жəне массаның зрельниктегі қайта өңделуінің қажеті жоқ. Алюминий сульфатының тозаңдатып шашырату жолымен суытудың əртүрлі механикалық процесс əдістері берілген, іштен суытатыны бар айналып жатқан барабанда немесе шнектеде кристалдануы, ковшелі конвейнерде т. б.

Суыған глиноземды алудың əдісін глиноземды алғанда тапқан, ол глиноземды белгілі бір структурада алғанда суыған жəне қатқан өнім кристализатордан бөлінеді.

Алюминий сульфатын каолиннен алу процесі каолинді кептіруді қажет етеді жəне аз қарқынды жəне күрделі болады. Коагулянттың одан да рационалды алынуы каолин мен нефелиннің қоспасынан немесе бір нефелиннен ғана.

2 Алюминий сульфатын каолиннен өңдеу.

Əртүрлі халық шаруашылығы салаларында кеңінен қолданатын алюминий сульфатының қажеттілігі жылдан жылға өсіп келе жатыр.

Қазіргі кезде алюминий сульфатын негізінен алюминий гидроокисиінен алады. Алюминий сульфатын каолиннен алу үшін ұсату, кептіру, түйіршіктеу каолинді, пластинкаларды шаймалау жəне күйдіру, алюминий сульфатыныңы қатпасын ерітіндіден ерімейтін қалдықтардан бөліп кристализациялау керек. Бұл технологияға мынадай жетіспеушіліктерді айтуға болады - орынның шаңдауы шикізатты даярлаған бөлімнің үлкендігі, каруселді пештегі пластинкалардың күйдірілуі тең болмауы, толық шаймаланбауы жəне реакторда шаймалағаннан кейінгі кремноземды қалдықтарды шығару қиындығы. Осының барлығы бұл технологияны жаңа объектілерді құруға жарамсыз екендігін көрсетеді. Сондықтан алюминий сульфатын алу технологиясы негізгі халық шаруашылық мақсаты болып есептеледі. Каолинді

сульфатизациялауды зертегеннің нəтижесінде екі стадиялық сульфатизация əдісін ойлап шығарды.

Алу əдісін келесі түрде қарастырады: пульпаны дайындағанда каолин араластыратыны бар банкаларда үлкен кесектермен беріледі. Пульпаны дайындағанда стехиометрия қажеттігінің 20% күкірт қышқылын құрайды. Пульпа 200-2500-та грануляционды піседі жəне 560-5800 “қайналған” пеште қабаты күйіп түседі. Күйдірілген гранулды күкірт қышқылы ерітіндісімен шаймалайды, ары қарай ол концентратталған қышқылмен араластырылады жəне қарсы шыққан гранулалармен шаймалайды. Ерітінді қозғалуына қарай шаймалануымен қатады жəне аппаратта концентрациялық алюминий сульфат

ерітіндісі бөлінеді, ол кейін дайын өнім болады. Соңында 50% су құрағандықтан экономика жағынан тасымалдау тиімсіз, сондықтан концентратталған алюминий сульфаты ерітіндісін пеште қайнатып сусыздандыру инертті жылу тасымалдағыштарда 150-3000 температурада іске асады. Алюминий сульфаты сусызданады “қайнап жатқан” қабаттан газды ағынмен шығарылады. Каолиннен Al2O3 алу 90-93% құрады, даяр өнімнің проценттен салмағы: Al2O3 - 29, 03; SO3 - 68, 6; Fe2O5 - 0, 74; H2O - 1, 2.

Бұл əдістің жақсы жағы мынада.

шикізатты дайындау сатысы қысқа.
Күкірт қышқылымен пісіргенде шыдамды гранула алынады.
Суалту болғандықтан, грануляциялау техникалық схемадан арнайы суалту операциясын шығарып тастайды.
Алюминий сульфатын сусыз түрде алғанда оның транспортабелді жəне эксплуатациялық қасиетін жақсартады.
Сусызданған өнімнен бос қышқылды алғанда өнімнің сорты жақсарады.

3 Жоғары тазалықтағы алюминий сульфатын каолиннен алу.

Таза алюминий сульфатын қымбат тұратын жəне сирек кездесетін өнімнен алюминий окисі гидратынан алады. Қазір алюминий сульфатын алудың жаңа əдісі табылған. Оны арзан жəне жиі кездесетін қолда бар шикізат-каолиннен жəне басқа алюмосиликаттардан алады. Бұл əдістің негізгі каолинді 20%-дай күкірт қышқылымен араластырады. Пульпаны 200-2300-та грануляциялық пісіруге жəне пештерде 560-5800 күйдіруге апарады. Күйдірілген гранулаларды тоқтамай жұмыс істейтін құбырлы аппараттарда шаймалайды. Шыққан өнім тексеретін фильтрацияға түседі, сосын үш валентті сульфат темірінен 98-1000- та екі валентті алюминий стружкасын құрайды. Күкірт қышқылы ерітіндісінен автоклавтарда 2300-та 1 сағат ішінде құрылған глинозем ерітіндісінде 60-65% болатын сутектік алуниттің қатысуымен сутекті алунитті кристалдайды. Тотықсыздандыратын күйдіруді 560-5800-та 2 сатыда жүргізеді.

1 саты. 540-5600-та дегидрациялау. 2 саты. 560-5800-та тотықсыздану.

Тотықсыздандырғыштың орнына табиғи газ, генераторлы газ, солярлы май жəне т. б. көмірсутектерді қолдануға болады. Сонымен қатар процестің химизмін мына реакциямен суммарлы көрсетуге болады:

H2[Al6(SO4) 4(OH) 12] + 4CO→ 3Al2O3 + 7H2O + HSO2 + 4CO2

Қайта күйдірген кезде активті алюминий окисінің құрамы 33%-ке өседі, ал сусыз алюминий сульфатына сутекті алунитке кристалданып, қайтып оралу реакциясы:

4Al2(SO4) 3 + 5Al2O3 + 21H2O = 3H2[Al6(SO4) OH12]

Қорыта келгенде алюминий сульфатын көптеген маңызды шарушылықтарда қолданылады. Оның маңызы өте зор.

3 Бокситтен глинозем алу технологиясы.

Жер қыртысында бар металдардың ең көбі алюминий. Бұл қосылыс түрінде болады. Алюминий алуға жарайтын қосылыстар боксит Al2O3·xH2O, алунит K2SO4·xAl2(SO4) 3·yAl2O3·H2O, нефелин 4Na2O·4Al2O3·9SiO2. Бұлардың ішінде əзірше алюминий алу үшін көбірек келе жатқаны боксит.

Біздің елде алюминийлі кендер өте көп. Бокситке бай жерлер Қазақстанда Торғай алқабында, Орал тауында, Башқұртстанда бар, сонымен қатар Хибинда апатитпен аралас нефелин бар, Сібірде де алюминий кендері көп.

Алюминий кендері жер қыртысын түзуші атпажыныстарымен де, шөгінді жыныстармен де байланысты.

Атпа жыныстар гранит - далалық шпат, слюда жəне кварц. Далалық шпат пен слюда алюмосиликат

х(Э2О3·уSiO2·zH2OЭ = Al, Cr, Fe)

деп аталады.

Бұл алюмосиликаттар күйреп каолин түзеді, мысалы: К2О·Al2O3·6SiO2 + CO2 + 2H2O = K2CO3 + Al2O3·2SiO2·2H2O + 4SiO2

Каолин күллі саздардың негізгі, мұнда алюминий мен кремний

ажыраспай қалады. алюмосиликаттар күйрегенде көбінесе, ақтық өнім осы каолин (саздар) болады.

Кей жағдайда (тропика, субтропикада) алюмосиликаттардың күйреуі одан да əрі жүріп алюминий кремнийден ажырасып, əр қайсысы жеке гидраттар түзіп, сол гидраттар қоспасы түрінде болады; сонда лаюминий Al2O3·xH2O боксит түрінде айналады. Атпа жыныстардың күйреуінен осылайша келіп шөгінді жыныс - боксит түзіледі.

Бокситтің формуласын алюминий оксиді түрінде жазғанмен, ол оның ішіндегі негізгісі ғана, алюминий оксидінен басқа онда SiO2 (2-20%) жəне Fe2O3 болады.

Алюминий алудағы технологияның бас міндеті осы қоспалардан арылу.

Бокситтен алюминий алудың екі сатысы бар.

Бокситтен глинозем (Al2O3) алу, ішінде SiO2 - 0, 2%, Fe2O3 - 0, 04%-тен артық болмау керек.
Глиноземнен алюминий алу.

Бірінші сатыны өткізу үшін Байер (Россия) ұсынған сілтілік əдісті қолданады. Ол үшін бокситті ұстатып, автолавкқа салып, NaOH не Na2CO3 ерітіндісімен шаймалайды. Сонда:

Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

реакцияның нəтижесінен алюминий алюминат түрінде ерітіндіге көшіп, SiO2 мен Fe2O3 тұнбада қалады.

Реакцияның шарттары: NaOH - 300 г/л; t - 200, қысым 1215 кПа уақыты -

3-3, 5 сағат.

Енді алюминат ерітіндісін су араластырып сұйылтса, ол гидролизденеді: NaAlO2 + 2H2O ⇔ NaOH + ↓ Al(OH) 3

Кристалданған Al(OH) 3 сүзіп алып, айналмалы пеште 12000-та суынан

айырады:

2Al(OH) 3 = Al2O3 + 3H2O

Қалған NaOH қайтадан процеске қосылады.

Бокситтен глинозем алудың электротермиялық əдісі де бар, оны Кузнецов

- Жуковский ұсынған.

Боксит пен əктасты араластырып доғалы электр пеште 2-та балқытады, соның нəтижесінде SiO2 мен Fe2O3 тотықсызданып ферросилиций құймасы түзіледі, ал Al2O3 пен CaO шлак Ca(AlO2) 2 түзеді. Шлакты NaOH немесе Na2CO3 ерітіндісімен шаймалайды.

Ca(AlO2) 2 + 2NaOH = ↓ Ca(OH) 2 + 2NаAlO2

NaAlO2 ерітіндісін сілтілік əдістегідей глиноземға айналдырады.

Алюминий өндірісінің екіншісі сатысы глиноземнен алюминий алу. Оны электр пештерінде өткізеді. Темір жəшіктің іші табақ-табақ графитпен қапталады, осы графит əрі катод қызметін атқарады; анод та көмір не графиттен жасалады. электролит ретінде криолит (3NaF·AlF3) алынады, 950 градуста криолитта глинозем жақсы ериді, электролиз сол температурада жүргізіледі. Алюминий катодта, оттек анодта бөлініп шығады. Бұл процестің ғылыми негізін өркендетуде П. П. Федотьев үлкен еңбек сіңірді.

Алюминий күмістей ақ жұмсақ металл (мыстан жұмсақ, қалайыдан қаттырақ) . Сығылғыш, созылғыш, жайылғыш қасиеттері алтыннан ғана төменірек. Электрөткізгіштігі мыстан төменірек, бірақ мыс жəне алюминийден жасаған электрөткізгіш сымдарды, көлденеңін емес, салмағын салыстырса, алюминий жеңіл, сондықтан ол электрөткізгіш жасауда мыстың орнына жұмсалады. Алюминий өте жеңіл, айталық темірден үш есе жеңіл, сондықтан транспорт құралдарын (цистерналар, вагон, самолет т. б. бөлімдерін) жасауға таптырмайтын металл. Алюминий өте жұмсақ болғандықтан оның түрлі құймалары қолданылады. Алюминийдің дуралюмин (95% Al, 4% Cu, 0, 5% Mg, 0, 5% Mn), магналий (12% Mg), силумин (10-14% Si, 0, 1% Na) құймалары бар.

Шойын жəне болаттан жасалған заттарды балқыған алюминийге батырып алса, алюминий қызған шойынның өте таң саңлауларына сіңіп онымен қатты ерітінді түзеді, бұдан ол заттар 9000 дейін тотықпайтын болады. Бұл процесті алитирлеу деп атайды. Алюминийдің ұнтағын - бояу ретінде, кейбір қопарғыш заттар құрамында, ракета жасауда жəне алюминотермияға қолданады. Үй

тұрмысында керекті бұйымдар (кастрөл, қасық, қазан т. б. ) жасауға да алюминийдің жұмсалатыны мəлім.

Байер əдісі өте арзан жəне көп қолданылады, бірақ оған жоғарғы сапалы боксит қажет, құрамында кремний аз болу керек. Ал пісіру əдісі универсалды,

тиімді. Бокситтің сапасы кремний модуліне

MSi =

Al 2 O 3 SiO 2

байланысты болады.

Неғүрлым модуль жоғары болса, боксит сапалы болады: электролиз əдісімен Al

алу үшін глинозем құрамында 0, 25 - 0, 4% Na2O болу керек, ол электролитте жай ериді.

Егер бокситте Fe2O3 карбонаттар көп болса оны магнитті сепарация, флотация күйдіру əдісімен байытады. АҚШ-та, Канадада бокситті жуып SiO2- ның құрамына 70-80%-ке азайтады, ал ПАЗ-да сазды балшықтан сумен жуып, SiO2-ден химиялық əдіспен тазартады. Ол үшін бокситті 1-та күйдіреді де, 100-200 г/л Na2O кауст бар NaOН ерітіндісімен шаймалайды 80-850С-та

SiO2 + NaOH = Na2SiO3

түзеді, ал Al2O3 NaOH-та ерімейді, сондықтан күйдірілген Al2O3-ті 230-2600С-та

300 г/л Na2O кауст бар NaOН пен шаймалайды. Сонда кремнийлік модуль

α = Al 2 O 3 -ге қатынасы тең 4-5-тен α

= 10 − 12 -ге жетеді.

SiO 2 SiO