Нефелинді күйежентекті ерітінділеу

Сондықтан да пайдалы компонентерді, яғни алюминаттарды ерітіндіге өткізу үшін нефелинді күйежентекті жақсылап ұсақтауға тура келеді.

Күйежентекті ұнтақтау мен ерітінділеу процестері шарлы диірмендерде жүзеге асырылады.

Нефелинді күйежентекте α_к каустикті модуль 1 санына жақын яғни R₂O/Al₂O₃=1.

Егер мұндай күйежентекті сумен немесе содалы ерітіндімен ерітінділесе тұрақсыз, α_к=1 алюминат ерітінділері алынады.

Сондықтан ерітінділердің тұрақтылығын арттыру үшін нефелинді күйежентектер, сығылған карбондаудан кейін алынған содалы – сілтілік ерітінділермен ерітінділенеді.

Содалы – сілтілік тізбектің кремниден ажыратылған алюминат ерітінділерін карбондалауға мәжбүр етеді.

Бөлініп шыққан гидратты жуылғаннан кейін қыздырып алюминий тотығын алады.

Сығылғанан кейін алынған төл ерітіндіні күйежентекті ерітінділеуге жібереді.

Нефелинді күйежентекті ерітінділеуден кейін жуылып алынған шламның құрамында шамамен 80-85 % қоскалцилі силикат бар.

Осы шламға әктас пен ақ шламның бір бөлігін қосып цементті клинкер алу үшін күйдіруге жіберіледі.

Цементті клинкер – портландцемент өндірісінің керекті шикізаты ретінде қолданылады.

Ал содалы тізбектің төл ерітіндісінен көпсатылы буландыру нәтижесінде соданы бөліп шығарады (Na₂CO₃), содан кейін екі еселік тұзды (Na₂CO₃ · K₂CO₃); және поташты (K₂CO₃) алады.

Сода мен поташ тауар өнімдері ретінде шығарылса, (Na₂CO₃·K₂CO₃) тұзы буландырудың екінші сатысына қайтарылады.

Алюминий тотығын алуниттерден тотықсыздандыру-сілтілік әдісімен алу. Алунитті кендер 30-70% алунит минералынан тұрады және алюминий тотығын, калий сульфатын, күкірт қышқылын, бесоксидті ванадий және тағы басқа да өнімдерді комплексті түрде өндіретін бағалы шикізат болып табылады.

Негізгі алунит минералы - K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·2Al₂O₃ - 6H₂O.

Кеннің құрамында алуниттен басқа шынытас, ақсаз және басқа да заттар кездеседі.

Өнеркәсіптерде алуниттерді тотықсыздандыру – сілтілік әдістері арқылы алады.

Бұл әдістің мәні алуниттен Байер тәсілімен өңдеуге жарамды алюминий тотығының концентратын алу болып табылады (3.4 сурет).

Ол үшін алунит кенін белгілі жағдайда термиялық өңдеу өткізіп, осының нәтижесінде алюминий сульфатын ыдыратады, күкірт оксидтері газдық фазасына айдалады және пайда болған γ-Al₂O₃ өзінің жоғарғы активтілігін сақтап қалады.

Екі сатылы термиялық өңдеу гидратсыздандыру және тотықсыздау күйдірулерінен тұрады. Күкірт қышқылын өндіруге жарамды жоғарғы концентрациялы газ алуға гидратсыздандыру және тотықсыздандыру күйдірулерін әрқайысын екі бөлек қайнама қабатты пештерде жүргізеді.

Күйдіру процесінен кейін алунитті сілтілік төл ерітіндімен ерітінділеп, сулфатты-алюминатты сілтілік ерітінді алады.

Ерітіндіні кремниді ажыратып, буландырып, сульфатты бөліп алғанан кейін суылтады, содан кейін сығу арқылы алюминий гидроксидімен төл ерітіндіге ыдыратады.

Алюминий гидроксидін пеште қыздырып, алюминий тотығын алады, ал төл ерітінді күйдірілген алунитті ерітінділеу үшін кері қайтарылады.

Сульфатты - алюминатты ерітінділерден бөлінген сульфаттарды калий сульфаты, калий немесе натрий сілтілері сияқты тауарлы өнімдер шығару үшін әрі қарай өңдейді.

Тотықсыздау – күйдіру пештерінің қалдық газдары күкірт қышқылын немесе жай күкірт алатын өндірістерде қолданылады.

Гидратсыздандыру процесіндегі күйдіру кезіндегі негізгі реакция төмендегідей

Тотықсыздандырғыш ретінде соляр майын, керосин, табиғи газ және басқада құрамында көміртегі бар газдарды қолдануға болады

Күйдірілген алунитте алюминий тотығы (γ-Al₂O₃) активті түрінде болады, осы түрінің арқасында ол орта концентратты ерітінділерден шамамен (110-135 г/дм³ Na₂O_к) және төменгі температураларда шамамен (45-50 ^оС) ерітінділеу кезінде ерітіндіге оңай өтеді.

Алынған алюминат ерітіндісінің мөлшері шамамен 100 г/дм³ Al₂O₃ және 40 г/дм³ SO₃ тұрады, ал каустикті модулі α_к=1,8-1,9 шамасында.

Алынған алюминат ерітіндісін кремниден ажыратып, кремнилі шламнан бөледі, содан кейін ерітіндінің концентрациясын 190 г/дм³ Na₂Oк дейін буландыру процесі арқылы көтереді, нарий және калий сульфаттарынан (Na₂SO₄, K₂SO₄) тазалап, суландырып сығу арқылы ыдыратады.

Алынған алюминий гидроксидін жуып, пештерде қыздыру арқылы алюминий тотығын алады.

Ал сульфаттық қоспаны (Na₂SO₄, K₂SO₄) калий сілтісімен өңдеу арқылы калий сульфатын K₂SO₄ сілтілік ерітінді NaOH алады, яғни сульфаттарды конверсиялау процессі жүреді.

4

шөгім ерітінді

Технологиялық процестер кезіндегі жоғалған сілтінің орынын толтыру үшін натрий сульфатының бір бөлігін гидроксидпен бірге тотықсыздандырғыштың қатысуымен төмендегідей сұлбамен күйежентектеуге болады (сурет 3.4).

Алунитті концентрат

Газдар

Сусыздану

Тотықсыздық күйдіру

(560-580 ^оС)
Күйдірілген алунит Күкіртті газдар

Ерітінділеу

(45-50 ^оС) Күкіртті немесе күкірт қышқылын алу
Кремниден ажырату

Күкірт H₂SO₄

Алюминиат ерітіндісі Ақ шлам

Буландыру Үйінді

Сульфаттарды бөлу Таза күкірт

Буланған алюминат ерітіндісі

Сульфатты қоспа КОН

Сулату

Сығу
Төл ерітінді Гидрат NaOH ерітіндісі

Кальциндеу

K₂SO₄

Алюминий тотығы

Сурет 15 – Алуниттерді тотықсыздау-сілтілік тәсілмен өңдеудің технологиялық сұлбасы
11-тақырып. Алюминийдің қасиеттері және қолдану салалары.

Алюминийдің физикалық және химиялық қасиеттері. Алюминийді және оның қорытпаларын қолдану.

Алюминий – Д.И. Менделевтің Периодтық жүйелер элементтерінің үшінші топтың химиялық элементі(катар№ 13; атомдық салмағы 26,9815). Алюминийде түрақты изотоптар жоқ. Валентность 3, қайнау температурасы 25000С, балқу температурасы 6600С, тығыздығы 2,7 г/см3.Тазалығы 99,5% алюминийдің электрөткізгіштігі мысқа қарағанда 62% құрайды. Алюминий жеңіл механикалық өңделеді: соғылады, созылады,

прокатталады. Алюминийдің амфотерлық қасиеттері бар, ол ериді сілтіде, тұз жəне күкірт қышқылдарда.Концентрациялы азот қышқылы жəне органикалық қышқылдар алюминийге əсер етпейді. Алюминий мен оның қорытпаларын қолдану жəне қасиеттері. Алюминий жеңіл металдарға жатады жəне олардың арасында ең жоғарғы маңызға ие, сондай-ақ жер қойнауында өте көп таратылған. Алюминий өндірілу көлемі жағынан темірден кейінгі екінші орында жəне біршама төменгі бағаға ие. Алюминийдің өнеркəсіптік өндірісі 1890 жылдан басталады. XIX ғасырдың аяғына дейін алюминий өте қымбат болды жəне бағасы бойынша тек алтыннан кейін тұрды. Алюминий оттегімен үлкен ұқсастыққа ие. Алюминийдің ұнтағы қыздыру кезінде тұтанады жəне ауада жанады. Бірақ əдеттегі атмосфералық жағдайда алюминийден жасалған заттар коррозияға аз ұшырайды. Бұл алюминийдің бетінде (қалыңдығы 0,01-0,1 мкм) жұқа қабыршық, металды əрі қарай тотығудан қорғайтын тығыз қабыршық Al2O3 оксидінің құрылуымен түсіндіріледі. Алюминий, оксидті қабыршығын бүлдірмейтін орталарда тұрақты. Ол теңіз суларында да коррозияға тұрақты, əртүрлі концентрацияланған минералды қышқылдармен (күкірт, азот) əлсіз əрекеттеседі, бірақ қышқыл ерітінділері жəне сілтілер оны қарқынды ерітеді. Алюминий көптеген органикалық қышқылдарға (сірке, лимонды, плавикті, алма жəне басқа қышқылдарға) өте тұрақты. Келтірілген қаситтер техникалық

алюминийді пайдаланудың негізгі бағыттарын анықтайды. Оның иілгіштігі фольгаға соғуға жəне одан жоғары штампты бұйымдар шығаруға мүмкіндіктер береді. Жоғары электр өткізгіштігі алюминийді электротехникалық мақсаттарға пайдалануға болатыны көрсетеді (электр желілерін өндіру үшін). Коррозияға тұрақтылығы себепті жəне əсіресе органикалық қышқылдар ортасында, азық түлік ыдыстарын жасау үшін, алюминий тұрмыста да кең қолданыс табуда. Алюминийдің оттегіне үлкен ұқсастығы себепті металлургияда ашытқы ретінде сондай-ақ бірқатар металдар (хром, ванадий, кальций литий жəне басқалары) жəне олардың оксидтерін алюмотермиялық əдіспен қалпына келтіру жолымен металдар алуға қолданады. Тауарлы алюминийдің тазалығы ГОСТ-қа сəйкес болуы керек. Алюминийдің аса таза маркасы А999 құрамында 99,999% алюминий бар жəне негізінен ғылыми-зерттеу жұмыстарында пайдаланылады. Халық шаруашылығында алюминийдің жоғары тазалықтағы маркалары А995, А99, А95 (99,995-99,95% Al) жəне техникалық тазалықтағы маркалар А85, А8, А7, А6, А5 жəне А0 (99,85-99,0% Al). Халық шаруашылығының кейбір салаларында жəне техникаларда ең кең қолданысты, негізі алюминий-мыспен, кремниймен, мырышпен, марганецпен жəне басқалармен қосындыланған қорытпалар алуда. Өнеркəсіпте алюминийдің 60 аса қорытпалары белгілі. Дайындамалар мен бұйымдарды өндіру тəсілдеріне байланысты алюминді қорытпалар екі топқа бөлінеді:формасын өзгерткіш (деформаланғыш) жəне құйылатын қорытпалар. Формасын өзгерткіш алюминді қорытпаларды əуелі кесекке құйып алады, кейін кесектен жарты өнім жəне қысып-соғу, тығыздау, қызыдру жəне басқа да əдістермен өңделген бұйым алынады, (қысыммен өңделетін алғашқы дайындама (заготовка) сондай-ақ ұнтақты металлургия əдісімен алыну мүмкін). Құйылатын қорытпаларға, олардан дайындалатын бұйымдар үлгі түріндегі (фасон) əдістерімен құйылып жасалатындар жатады. Алюминий жəне оның қорытпалары қолданылады: ғарышта, металлургияда, химияда, автоөндірісте, авиаконструкцияларда, теміржол транспортында, машинажасауда; электротехникада кабель, шинопровод, конденсатор жасау үшін; құрылыста, көпірлерде, металдық конструкцияларда; ядролық энергетикада, радиоэлектроникада, радиолакацияда; алюминді бояу; ыдыс-аяқ жасауда; əскері техникада, кеме жасауда;бронемашиналарға, танктерге, ракеталарға деталь жасау үшін; авиабомбада,снарядтарда. Кеннің сипаттамасы жəне жалпы алюминий өндірудің схемасы.

Алюминийдің жер қойнауындағы ең кең тараған түрі оттегімен жəне кремниймен қосындылары. Бұл қосындылар, алюминді кен – бокситтер, нефелиндер, алунидтер жəне басқалардың құрамына кіреді. Алюминий өндіру үшін бүгінгі күнге дейін негізінен бокситтер саналады, олар тау жыныстары түрінде де кездеседі. Негізгі массасын алюминийдің гидрооксидтары, кремнийдің, темірдің, титанның жəне басқалардың гидрооксидтері құрайды. Бокситтерде барлығы 40 астам химиялық элементтер табылған. Алюминий гирооксидтері минералдар түрінде қатысады: гиббсит Al2O3ּ 3H2O, бемит жəне диаспор Al2O3ּ H2O. Соған сəйкес бокситтерді гиббситті, гиббситті-бемитті, бемит-диаспорлы жəне диаспорлы деп бөледі. Бокситтер құрамындағы сазбалшық Al2O3 жəне кремнеземмен SiO2 болып сипатталады. Құрамында сазбалшық көп болып кремнийлі оксиді аз болса, соғұрлым бокситтің сапасы жоғары, сондықтан олардың сапасын Al2O3 мен SiO2 мөлшерінің ара қатынасымен бағалау алынған, оны кремнийлі модуль деп атайды. Бокситтердегі орташа сапа 40-45% Al2O3 жəне олардың кремнийлі модулі 5-8. Жоғары сапалы бокситтердегі Al2O3 мөлшері 50% асады, ал олардың модулі 10-12 тең. ТМД-да ең белгілі бокситтердің кен орындары Тихвинский Ленинград облысында, Солтүстік жəне Оңтүстік Оралда, Торғайда жəне бірқатары Солтүстік Қазақстанда деп есептеледі. Көптеген бокситтердің сапасы біршама жоғары емес (кремнийлі модулі 3-4). Жоғары сапалыға (модулі11-12) ие бокситтер Солтүстік Орал кен орындарында.

Алюминий өндірудің маңызды шикізаты болып нефелиндер саналады. Нефелинді жыныстардың кен орындары Кольский түбегі, Краснояр өлкесі мен Кемеров облысында, сондай-ақ Арменияда, Қырғызыстанда жəне басқа аудандарда. Кеннің құрамына (Na, K)2Oּ Al2O3ּ 2SiO2 нефелин (негізгі минерал), апатит, далалық шпаттар жəне басқа да минералдар кіреді. Апатит мөлшері жоғары кен нефелинді жəне апатитті шоғырлар құрай отырып, флотацияға ұшырайды. Нефелинді кендерде жəне шоғырларда Al2O3 мөлшері 25-30% жəне сазбалшық сондай-ақ сода, поташ жəне цемент өндірудің шикізат көздері

болып табылады. Апатитті шоғырлардан фосфоритті тыңайтқыштар алынады. Алунидтар минералдардың сульфатты класына жатады. Онымен бірге алунидтің негізгі минералдары (Na, K)2SO4ּ Al2(SO4)3ּ 4Al(OH)3, алунитті кендерде кварц, каолинит, жəне басқа да минералдар қатысады. Оларда Al2O3 –тің мөлшері жоғары емес (20-22%), бірақ олар комплексті шикізаттар ретінде қызығушылық тудырып отыр, өйткені олардан тек сазбалшық қана емес, сондай-ақ күкіртті ангидрид жəне сілті алуға мүмкіндік болады. Алунитті кеннің кен орындары Өзбекістанда, Закарпатьеде, Азербайджанда бар. Алюминий жоғары химиялық активті металдарға жатады, сол себептен ол табиғатта байланыс түрінде кездеседі. Алюминий оттегінен жəне кремнийден кейін ең коп таралған химиялық элемент. Академик А.Е.Ферсманның мəліметтері бойынша алюминийдің 250-ге

жуық минералдары бар,олардың ішінде 40% астам алюмосиликаттар. Алюминийдің оттегімен жəне кремниймен қосылыстары ең коп жердің қыртысында таралған. Алюминий өндірісінде негізгі шикізат ретінде бокситтер саналады. Ол қатты кеуекті тау жынысы, оның негізгі массасы алюминийдің гидроксиды, кремнийдің, темірдің, титанның оксидтері жəне басқа қосындылары. Бокситтің құрамында 40 химиялық элементтер табылды.Бокситтің түстері: ақ, қара-қоныр, қызыл-қоныр, қызғылт. Гидроксид алюминийдің минералдары: гиббсит (гидраргиллит) А12О3·3Н2О, бемит жəне диаспор А12О3·Н2О. Осыған сəйкес бокситтердің түрлері: гиббситті, гиббсит-бемитті, бемит- диаспорлы жəне диаспорлы.

Кен орындары: Тихвинск Ленинград облысында, Северо- жəне Южноуральское, Торғай жəне Солтүстік Қазақстан. Бұл бокситтердің сапасы жоғары емес, олардың кремнийлі модулі 3-4 тен. Североуральскийдегі кен орындағы бокситтердің сапасы жоғары болып келеді, олардың кремнийлі модулі 11-12 тен. Нефелин – маңызды шикізат алюминий өндірісінде.Кен орындары: Кольский түбегі, Краснояр аумағы, Кемеров облысы, Армения, Киргизия. Кеннің құрамында нефелин(негізгі минерал), апатит, далалық шпат жəне басқа минералдар бар. Құрамында жоғары мөлшерде апатиті бар кенді флотация арқылы нефелин мен апатитті концентратті бөліп алады. Нефелинді кендерде

жəне концентратта 25-30% А12О3 бар, ол шикізат ретінде қолданылады алюминий өндірісінде. Алунит – сульфат класс минералдарына жатады. Негізгі минералы алунит,

бірақ та алунит кендерінде кварц, каолинит жəне басқа минералдар бар. Кендегі А12О3 мөлшері жоғары емес (20-22%). Кен орындары: Узбекистан, Закарпатье

жəне Азербайджан. Кен орындары шет елдерде: АҚШ, Аргентина, Бразилия, Румыния,

Югославия, Индия, Греция,Австралия, Африка, Корея. Нефелинді өндеген кезде алады: сазбалшық, сода(Νа2СО3), поташ (К2СО3) жəне цемент. Апатитті концентьраттан фосфорлы тынайтқыш алады. Алунитті өндеген кезде алады: сазбалшық, кукірт ангидридін жəне сілті. α-корунд - сирек кездеседі, одан асыл тастар жасайды: рубин, сапфир.

Əдебиеттер

1 [7-250];

7 [7-263].
12-тақырып. Көмір электродтарын өндіру.

Көмір электродтарын өндіруге қажетті шикізат. Көмір электродтарын өндірудің технологиялық сызбасы. Қатты көмірсутек материалдарын күйдіру. Қатты көмірсутек материалдарын ұнтақтау және топтастыру. Көмірсутек материалдарының байланыстырушымен ығысуы. Электродтарды баспалау. Жасыл электродтарды күйдіру. Электродтарды графиттеу.

Электролиттік тəсілмен алюминий алу үшін қажетті көмірлі бұйымдар алюминийдің ластануынан аман болу үшін құрамында айтарлықтай мөлшерде күл болмауы керек. Сондықтан бастапқы шикізаттар ретінде аз күлді қатты заттардан тұратын: антрациттің жақсы түрі, мұнайлы жəне шайырлы кокс, байланыстыратын шайырлы пек, айдаудан алынған аралық өнім, жұмсару температурасы 45-850С. Ұсақталған қатты құрастырушыларды ұшатын заттардан ажырату үшін, шамамен 13000С ауа жібермей қыздырады. Кейін балқытылған байланыстырғышпен араластырып керекті дайындамалық бұйымға тығыздалады. Сығымдалған дайындамаларды анықталған кесте бойынша, ауа қатыстырмай шамамен 200 сағат ішінде жоғары температурада 14000С дейін күйдіреді. Байланыстырғыштар күйдіру процесінде коксқа айналады. Нəтижесінде бұйым қажетті, қаттылықты, беріктікті жəне электр өткізгіштікті иеленеді. Электродтардың міндеті жəне олрдың классификациясы Электродтар арқылы электрпештегі шихтаға, электролизердегі электролитке тоқ жүргізіледі. Электродтар көміртектес материалдардан жасалынады, сол себептен көмиртектес материалдар таза болуы тиіс.

Электродтардың екі түрі бар: 1. Престелген күйдірілген; 2.Үздіксіз өзін күйдіретін. 1-ші түрі жасалынады:алынады усақ көмірдің бөлшектері, араластырады біріктіргіш көміртектес массамен. Ол масса «пек» деп аталады. Алынған жумсақ масса престеледі, содан соң күйдіріледі ауасыз. Алынған электродтың құрылымы үқсас бетонның құрылымына, грвий мен кұмның орнына усақ көмірдің бөлшектері, ал цементтің орнына пек. 2-ші түрі жасалынады: металл қаптаманың ішін толтырады шикі күйдірілмеген көміртектес массамен. Электропештен жəне электролизерден шығатын жылумен жəне электродтардан өтетің тоқпен электрод кокстеледі. Электрод жанып болған соң металл қаптаманы өсіреді, оның ішін шикі күйдірілмеген массаның жаңа порциясымен толтырады.Графиттелген электродтарды престелген күйдірілген электродтарды термиялық жолмен өндеу арқылы жоғары температурада 25000С-да электропеште алынады. Престелген күйдірілген электродтар силикоалюминий өндірісінде қолданылады. Үздіксіз өзін күйдіретін электродтар алюминий өндірісінде қолданылады. Графителген электродтар жеңіл металдар металлургиясында, қара металлургияда, химиялық өндірісте, атомдық энергетикада қолданылады. Электродтарға қойылатын талаптар:

1. Жоғары температураға төзімді болуға тиісті;

2. Электрөткізгіштігі жақсы, механикалық мықтылығы жəне химиялық төзімді;

3. Электродтар арзан болу керек;

4. Электродтардың құрамында ұсақ ұшатын заттардың мөлшері аз болуға тиісті.

Қатты көміртектес материалдар

Қатты көміртектес материалдар көмірлі электродтар өндірісінде қолданылатындар бөлінеді: табиғи жəне жасанды. Табиғи, ол антрацит. Жасанды: термоантрацит, құймалы кокс(таскөмірлі), мұнайлі кокс жəне пекті кокс. Антрациттің құрамында 92-96% С, 3-4% үшатың заттар, тығыздығы 1,3- 1,7г/см3, қаттылығы 3. Антрацит құнды шикізат, ол электродтар өндірісінде блокпен плиталар футеровка жасау үшін қолданылады. Термоантрацитті алады антрацитті термиялық өңдеу арқылы шахталы пеште температурасы 110-12500С, антрациттің қабатынан бір уақытта судың буі

жіберледі. Термоантрациттің құрамында 97-98%С, 0,3-0,75% үшатың заттар, 0,1-0,4%

ылғал. Термоантрацит электротермиялық электродтар жəне катодты блоктар, плиталар жасауға қолданылады. Тас көмірді кокстеген кезде 900-1100%С алады құймалы коксті, оның құрамында 85%С, 1,0-1,5% үшатың заттар, 8-15%күл. Құрамында күлдің мөлшері көп болғандықтан оны сирек қолданады.Кейбірді катодтық блоктар жəне электротермиялық электродтар жасауға қолданады. Мұнайлі коксті мұнайды кокстеген кезде алады,оның түсі жылтыр қара жəне омырғыш болып келеді. Ол таза көміртектес шикізатқа жатады, ол негізгі материал болып саналады анодтарды өндіруге электролиттік жолмен алюминий алған кезде. Одан графиттелген электродтар жасайды. Пекті коксті тас көмірдің пегің кокстеген кезде алады. Сырт көзге мұнайлы кокске ұқсас.Механикалық мықты болып келеді, құрамында үшатын заттардың мөлшері аз жəне оттегімен эрекеттесуде активті емес.Ол құнды шикізат болып саналады анод жəне анодтық масса жасау үшін.