glinozem_umk_kz_2011

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,

Неғүрлым модуль жоғары болса, боксит сапалы болады: электролиз əдісімен Al алу үшін глинозем құрамында0,25 – 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 10000-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

диірменде С: қ = 0,8:1 қатынасында қайтымды ерітіндімен жүргізеді(мокрый помол).

1 т бокситке қажет қайтымды ерітіндіні мына формуламен анықтайды: N = 0,608aà (a-S)-0,608·S

N – 1 т бокситке қажет сілтілік сан, кг;

aà - алюминат ерітіндісінің каустикалық қатынасы;

ажəне S -1 т бокситтен Al2O3, SiO2-нің мөлшері кг.

ерітіндісін жəне алюминий гидрооксидін қосқанда, натрий алюминат NaAlO2 күйіндегі ерітіндіге ауысады. Ерекше жағдайда натрий алюминат ерітіндісі ыдырайды. Алюминийдің гидрооксиді қатты фазаға ауысады. Алынған алюминий гидрооксидін жоғарғы температурада қыздырғанда сусыз глинозем алады (Al2O3).

Байер əдісі бойынша глиноземді алу өндірісінің технологиялық схемасы.

кремнезем аз мөлшерде болса. Боксит сапасы кремнезем модулі бойынша анықталады. (Al2O3, SiO2 мөлшері ол 3,5 – 12 дейінгі аралықта болады).

11

Боксит құрамында глинозем мынадай шикізаттар түрінде болуы мүмкін: диаспор – AlOОН, бемит – AlOОН, гидраргиллит – Al(OН)3.

Бокситтің жоғары сапалы шикізаты гидраргаллиттік боксит, өйткені оны

Əдебиеттер: 1 нег. [40-55], 2 қос. [12-20].

Бақылау сұрақтары;

1.Алюминийдің маңызды шикізаттары қандай?

2.Бокситтен глинозем алу реакциялары?

3.Алюминийдің физикалық жəне химиялық қасиеттері.

4.Алитирлеу процесі дегеніміз не?

2 – дəріс. Бокситті шаймалау.

Бокситті шаймалау мақсаты алюминат ерітіндісінеAl2O3-тің мөлшерін көптеп бөліп шығару. Шаймалау бокситтің құрамындағыAl(OН)3-тің формасына қарай əртүрлі температурада жүреді. 95-1050С-та гибситті боксит, 150-2300С-та бемитті боксит, 230-2450С-та диаспорлы боксит.

Бокситті шаймалау процесіAl2O3-тің толық бөлінуімен, қондырғының өнімділігімен, сілті мен будың меншікті шығынымен сипатталады. Бұл гетерогенді процесс əрекеттесу фаза бетіндежүреді. Қайтымды ерітінді NaOH-

та 300 г/л Na2OК бар, t = 2300С, aÊ = 3,4·3,6.

Шаймалау процесінде пульпаны араластыру арқылы NaOH пен диффузия

əртүрлі болуы мүмкін. Венгрияда t = 3500, Оралда t = 3150С, t = 15мин. Na2OK

=315 – 325 г/л. Al2O3 = 91% бөлініп шығады, егер Na2O = 100 г/л болса - Al2O3

=87% бөлінеді. Днепров Al-заводында t = 290-3000С, Na2OK = 200-220 г/л.

Процесс автоклавта жүреді. Үздіксіз, автоматтандырылған.

Бокситті шаймалау – үздіксіз процесс КSi-несе сілтілер ерітіндісінде

О

жүреді. Алғашқы циклда күйдіргіш натрий ерітіндісін қолданады. (каустикалық сода). Бокситтің шаймалауға берілген маңызды компоненттері(Al2O3; Fe2O3; SiO2 жəне ТіО2) ары қарай келесі процестерге жалғасады. Боксит құрамында гидраттар түріндегі кездесетін зат глинозем күйдіргіш натриймен əрекеттеседі. Ерітіндіге натрий моноалюминаты түрінде ауысады.

Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4

немесе

AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4.

Еркін глинозем күйдіргіш натриймен ерітіндіге натрий силикаты күйіне ауысқанша əрекеттеседі.

2NaOH + SiO2 = Na2SiO3 + H2O.

Натрий силикаты, ерітіндідегі натрий алюминатымен əрекеттесе отырып, ерімейтін натрий гидроалюмосиликаты – пермутиті түзіледі:

12

2Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4 = Na2O·Al2O3·2SiO3·2H2O + 4NaOH

Бұл процесте алюминий ерітінділеріSiO2-дан тазартылады. Сөйтіп алюминий ерітіндісі кремнисізденеді, бірақ соңынан өзінің біраз сілтілерін NaOH жоғалуына əкеп соғады. Жəне осы уақытта бөліп, шығарып алынған глинозем қатты фазаға – қызыл шламға айналады. Кремнисіздену толықтығы кремний моділңмен сипатталады. Ол ерітіндідегі Al2O3 жəне SiO2 бір массалық қатынасын көрсетеді.

Ms = Al2O3:SiO2

Неғұрлым кремний модулі жоғары болса, соғұрлым кремнисіздену жоғары болады. SiO2-нің бокситтен мөлшері көтерілгенде бокситтеAl2O3 жəне Na2O- ның жоғалуы көбейеді. Сондықтан Байер əдісі бойынша бокситті аз ғана(2-5% SiO2) мөлшердегі кремноземі болғанда өңдейді. Бокситтен алынған глинозем мөлшері, сол натрий гидроалюмосиликатымен тығыз байланысты. Оны теориялық бөліп алу мүмкіндігі деп атайды.

Теориялық глиноземнің алынуы мына формула бойынша анықталады:

B = aá - 0,85 × S ×100%

бөліп алу кезінде маңызды əсер ететін факторлар: а) Шаймалаудың уақыты.

б) Сілтілік ерітіндінің концентрациясы.

в) Алюминат ерітіндісінің каустикалық қатынасы. г) Автоклавтың ішкі қысымы (температурасы).

д) Əкті қосу.

е) Бокситті ұсақтау жəне араластыру.

Бокситті шаймалаудың оптималды шарттары мыналар:

1.Гидраргиилидті бокситер үшін: температура – 1050С, ал диаспорбелитті бокситтер үшін 225-2300С.

2.Шаймалау уақыты 2-2,5 сағат жүру керек.

3.Кері (сілтілік) қайтқан ерітінділердің концентрациясы– 250-300 г/л, каустикалық 3,6-3,8 қатынаста.

13

4.Əкті қосу – 3-4 % болу керек, бокситтің салмағына қарай.

5.Фракция + 53 мкм ірілікте 10 %-тен аспау керек.

Шаймалаудан кейін 1,6-1,8 қатынасындай каустикалық қатынасында алюминатты ерітінді алынады. Қажет бокситтің мөлшерін шаймалауға керекті қайтымды ерітіндінің көлемі, мөлшері мына формуламен анықталынады:

мұндағы: V0 –м3/кг, бокситке қажет ерітіндінің шығыны; аб - % құрғақ бокситтегі Al2O3 мөлшері;

aà - алюминий ерітіндісінің каустикалық модулі; а0 – қайтымды ерітіндідегі г/л Al2O3 мөлшері;

S - % бокситтегі SiO2 мөлшері; Т - % бокситтегі ТіО2 мөлшері; С - % бокситтегі СО2 мөлшері;

a0 - қайтымды ерітіндінің каустикалық модулі.

Автоклавтық пульпаны сұйылту қызыл шламды жуған шайынды сумен

сүзудің мөлшерін азайту жəне қызыл шламның қоюлануын жеңілдету.

Əдебиеттер: 1 нег. [56-100], 1 қос. [20-25].

Бақылау сұрақтары:

1.Бокситті шаймалау мақсаты неде?

2.Бокситті шаймалауға əсер ететін факторлар.

3.Ерітіндідегі қоспалар қандай болады?

4.Қайтымды ерітіндінің көлемін анықтайтын формула қандай?

Олар қаныққанға жуық, сондықтан да оларды ыдыратуға болмайды. Сонымен қатар мұндай ерітіділерде қызыл шлам тұнбаға өте нашар түседі, сондықтанда автоклавта пульпаны қоюландырып қызыл шламды бөліп алу

14

тығындағыштардың) өнімділігі өседі жəне шаймаламағандықтан алюминат ерітіндісінің жоғалуы төмендейді.

б) алюминат ерітіндісін ыдыратқан кезде аса қанықтыру дəрежесі жоғарылайды.

в) натрий алюмосиликатының ГАСН ерігіштігін төмендетеді жəне

Бұл ұсынылған тəсіл арқылы ерітіндінің қолайлы кремний модулін табуға

мұнда Wтұн – бөлшектердің тұну жылдамдығы, м/с; d – бөлшектердің диаметрі, м;

r1 - бөлшектердің тығыздығы, кг/м3; r2 - ортаның тығыздығы, кг/м3;

m - ортаның тұтқырлық коэфициенті кгс/м2.

15

Al2O3 бөліп алу үшін, 5-6 сағат Al-ты ерітіндіні Al(ОН)3-ті свежий түртпе (затравка) салып араластыру арқылы ыдыратады. Түртпе ретінде гиббсит қолданылады. Зерттеу арқылы байерит өте жақсы түртпе екені дəлелденген, ыдырату өте тез жүреді – 52% Al2О3 алынады, aÊ = 3,3-3,6.

Al-ты ерітіндіні ыдыратуға əсер ететін жағдай:

1)ыдырату жылдамдығы берілген уақыт аралығында шығатынAl(ОН)3, оның ірілігі 2 мкм;

2)бу шығыны артады, сілтіден жууға өте көп су қажет болады;

3)сүзу процесі баяулайды, себебі полотноны түйіршіктер бітеп тастайды;

4)кальцинация кезінде глинозем шаң түрінде жоғалады.

өсетін түртпе орталығында қатынасы1,5:2 жетеді. (Al2O3(б. түртпе) : Al2O3(б. р-ре) масаалық).

Алюминий ерітіндісінің ыдырауы көптеген факторларға бағынышты: алюминий ерітіндісінің каустикалыққатынасы, ерітінідінің концентрациясы, процестің температурасы, түртпенің саны мен сапасы, ажыратылған ерітіндінің тазалығы мен араластырылуына байланысты. Ерітіндінің ыдырауы 67-420С температурада жүргізіледі.

16

мұндағы: с1 – алғашқы алюминий ерітіндісіндегі глинозем концентрациясы; с2 – ыдыраудан кейінгі сілтілік ерітіндідегі глинозем концентрациясы; d1 – бастапқы ерітіндідегі каустикалық қатынас;

d2 – ыдыраудан кейінгі сілтілік ерітіндідегі каустикалық қатынас.

Алюминий гидро тотығын кальцийлендіру. Глиноземді Байер əдісі бойынша алудың технологиялық өндірісіндеAl(OH)3-ті кальцийлендіру – алюминий Байер əдісінің соңғы стадиясы. Басқа да əдістерде осылай болады.

Алюминий гидрототығын өте жоғары температурада1150-12000С қыздырады, жеткілікті сусыз ылғал тартпайтын глинозем алу үшін гидро тотықтың жай түрі– гидралигиллитті қыздыру өз алдына қиын физикахимиялық күрделі процесс. Мұны екі рет қыздырады: бірінші рет 1) 2250С-та жəне 5000С-та. Бірінші қыздырғанда біз судың екі молекуласы бөлінеді. Сөйтіп,

ол моногидрат Al2O3·H2O (немесе AlOОН) – бемитке айналады. 5000С температурада судың соңғы молекуласы бөлінеді моногидратқа ауысадыg -

Al2O3-қа.

Температура жоғарылағанда кристалдардың өсуі қадағаланады. 9500-та

кальцийлендіру процесінде алюминий гидрототығы төмендегідей структуралық жолмен жүреді:

Əдебиеттер: 1 нег. [100-150].

Бақылау сұрақтары:

1.Қызыл шламды ерітіндіден қалай бөліп алады?

2.Бөлшектердің тұну жылдамдығы дегеніміз не?

3.Стокс заңының формуласы.

4.Алюминатты ерітіндіні ыдыратуға əсер етеін жағдайлар қандай?

5.Al(OH)3-ті кальцийлендіру процесі қалай жүреді?

4 – дəріс. Бокситтерден пісіру əдісімен глинозем алу.

Пісіру əдісімен глинозем алу өндірісінің физика-химиялық негіздері.

17

Бұл əдістің маңызы мынада: жоғары кремнилі бокситке сода мен əктас қосып жоғары температурада пісіру, мұндай жағдайда алюминий тотығынатрий алюминатымен (Na2O·Al2O3), ал кремнезем аз еритін қоскальцилі силикатпен (2CaO·SiO2) əрекеттеседі. Шаймалау кезінде натрий алюминаты ерітіндіге өтеді, ал қоскальцилі силикат қатты қалдықта (шламда) қалады.

Алюминатты ерітіндіден алюминидің сулы тотығын(гидрооксиді) бөлу үшін оны көміртегінің қостотығын (СО2) құрайтын газбен өңдейді.

Бокситті шихталарды дайындау.

Бокситті үш компоненттен дайындайды: боксит, əктас жəне сода. Бұдан өзге шихтаны дайындауға қайтарымды өнімдері де қатысады: қайтарымды сода ерітіндісі жəне кремнисіз алюминат ерітіндісінен алынған ақ шлам. Шихтаның құрамы мына молярлық катынастар есебінен алынады:

Мұндағы қаныққан шихта пісіріндіні шаймалаған кезде ең жоғарғыAl2O3 мен Na2O-ны алуды қамтамсыз етеді. Құрамында темір аз шикі затқа(мысалы нефелиндерге) қанықпаған шихталар пайдаланылады, яғни R2O-ның Al2O3 шихталарының (R-Na2-K) қатысына ғана есептейді.

Мұқият ұсақталған жəне жақсы араластырылған, тығыздығы 37-42%

көмегімен жібереді. Содалы бокситті-əктасты шихталарды пісіру процестері кезінде, онда мынадай негізгі компоненттер қатысады: Al2O3, Na2CO3, Fe2O3, SiO2, CaCO3, TiO2 жəне тағы басқалар. Сазбалшықпен соданың əрекеттесуі 7000С-да басталып, 11500С-да аяқталады.

метаферриті (Na2O·Fe2O3) болып табылады.

Сода жетіспеген жағдайда9000С-дан жоғары температурада алюминий

(энергично) жүреді де, нəтижесінде натрийдің метасиликатына айналады. Натрийдің метасиликаты натрий алюминатымен екінші рет реакцияға

түседі, нəтижесінде балқу температурасы 15000С-да натрий алюмосиликатына айналады.

18

Бірақ кальций тотығының қатысуына байланысты кальций силикаты да

2СаО·SiO2, Na2O·Al2O3·1,7SiO2·H2O, Fe2O3·H2O

аздаған мөлшерде Na2O·TiO2 жəне гидрогранат.

19

Пісіріндіні сілтілеуге көптеген факторлар əсер етеді, олар: пісірінді үгіндісінің ұсақтығы, сілтілеуге пайдаланылатын ерітіндінің концентрациясы, алынатын натрий алюминатының каустикалық қатынасы, температура, операцияның жүретін уақытына, аппаратуралардың түрлері жəне т.б.

Аппаратураның түріне байланысты сілітілеуден кейінaê = 1,4 – 1,8 алюминат ерітіндісі алынады жəне концентрациясы: Al2O3 = 80 – 280 г/дм3 болады.

0,33-тен 3,5 сағатқа дейінгі аралыққа процестің температурасы 70-950С-да болады. Пісіріндіні сілтілеу əртүрлі аппараттарда жүргізіледі: диффузорларда, түтікті сілтілегіштерде жəне тағы басқаларда.

Əдебиеттер: 1 нег. [150-170].

Бақылау сұрақтары:

1.Пісіру əдісінің маңызы қандай?

2.Шихтаның құрамын қалай есептейді?

3.Шихта компоненттерінің əрекеттесу реакциялары?

4.Пісіріндіні шаймалау қалай жүреді?

20