Бағдарламасы (Syllabus) pga 3302- «Глинозем мен алюминий өндірісі»

Ұсатылған күйежентекті сумен, содалы және әлсіз сілтілік ерітінділермен ерітінділеуге болады.

Күйежентекті ерітінділеу кезіндегі негізгі пайдалы реациялар қатарына натрий алюминатының еруінің реакциясы және натрий ферритінің гидролизі жатады.
Na₂O·Al₂O_3қатты +4H₂O=NaAl (OH) ₄ (3.19)
Na₂O·Fe₂O_{3 қатты} + (1+x)H₂O = 2NaOH + Fe₂O₃ · xH₂O _қатты (3.20)
Натрий метаферритінің гидролизденуінің арқасында темір оксиді тұнбаға түсіп, ал сілті ерітіндіге көшіп оның каустиктік модулін жоғарлатады.

Ерітінділеу кезінде қоскальцилі силикат ерімейді, бірақ біртіндеп сілтілік, әсіресе содалық ерітінділердің әсерінен ыдырау мен гидратацияға тап болып отырады.

=3CaO ·Al₂O₃ ·mSiO₂·(6-2m) H₂O +2 (1+m) NaOH + mH₂O (3.23) (гидрогранат),

және

1,7Na₂SiO₃+2NaAl (OH)₄

(натрий гидроалюмосиликаты)

Ерітінділеу процессі қалыпты жағдайда жүріп отырғанда (3.21) және (3.22) реакциялары аса қарқындылықпен жүрмейді, сондықтан ерітінділеудің нәтижесінде негізінен ерітіндіге натрий алюминаты мен, кремнеземның біраз мөлшері өтеді.

Күйежентекті ерітінділегенен кейін негізінен мынадай компонентерден тұратын қатты ерімейтін қалдық - шлам қалады: 2CaO·SiO₂, Na₂O·Al₂O₃·1,7SiO₂·H₂O, Fe₂O₃·xH₂O және аз мөлшерде Na₂O·TiO₂ мен гидрогранат.

Күйежентекті ерітінділеу кезінде ауқымды факторлар әсер етеді:

– күйежентектің ұсақ түйіршіктерінің мөлшері;

– ерітінділеуге қолданылатын ерітіндінің концентрациясы;

– алынатын алюминат ерітіндісінің каустикті модулі;

– температуралық режимі;

– процесстің ұзақтығы;

– қолданылатын аппараттардың түрлері.

Қандай аппаратураның қолданылғанына байланысты ерітінділенгеннен кейін алюминат ерітіндісі α_к=1,5-1,8 каустикті модуль және алюминий тотығының концентрациясы шамамен Al₂O₃=70-260г/дм³ аралығында алынады.

Процесстің ұзақтығы 0,33-тен 3,6 сағатқа дейін созылады және темпрература 70-95 ^оС шамасында жүреді.

Күйежентекті әртүрлі аппараттарда: диффузерларде, құбырлық ерітінділегіштерде ерітінділеуге болады.
3.5 Алюминат ерітінділерінен кремниді ажырату

Алюминат ерітінділері ерітінділуден кейін анағұрлым кремнезем мен ыластанылған және кремнилік модулі небары µ_Si=20-250 саны аралықтарында болады.

Кремниді алюминат ерітінділерінен бөлудің мақсаты алюминат ерітіндісінің ішіндегі еріген кремнеземды ерімейтін қосылысқа ауыстырып, тұнбағатүсіру.

Бұл мақсатқа жетудің екі жолы бар:

1) Кремнеземды (3.24) реакциясы бойынша қолайлы жағдай жасап, (температураны жоғарлату және қор қосу арқылы) натрий гидроалюмосиликатымен қосу.

Бұл әдіспен SiO₂ құрамын 2-5 бірлігінен 0,2-0,4 г/дм³ төмендетуге болады.

2) (3.23) реакциясына сүйене отырып, кремнеземды гидрогранаттыңқұрамына қосу. Ол үшін алюминат ерітінділеріне әк немесе кальций гидроксидін Са(ОН)₂ қосады.

Бұл әдіспен ерітіндідегі кремнеземның құрамын 0,08-0,1 г/дм³ төмендетіп, кремнилік модульдарын µ_Si=1000-1200 бірлік сандарына дейін көтеруге болады.

Өндірісте кремниді тұнбаға түсіріп бөлу (НГАС), автоклав батареяларында шамамен 150-175^оС температура аралықтарында жүргізіледі.

Процесті тиімді және жылдамырақ жүргізу үшін кей уақытта ақ шламның бір бөлігін қор ретінде процеске қайтадан жібереді.

Кремниді бөлудің бірінші сатысын кремнилік модульды µ_Si=250-400 бірлік сандарына дейін жүргізеді.

Ал кремниді ерітіндіден толығырақ бөлу бірінші сатыны өткізгенен кейін, яғни натрий гидроалюминаты бөлінгенен кейін екінші сатымен жүргізеді.

Ол үшін кремнилік модулі µ_Si=250-400 ерітіндіні әк сүтімен 90-95 ^оС температура аралығында 1,5-2 сағаттай уақыт шамасында өңдейді және есеп бойынша әктің мөлшерін салмақ бойынша CaO·SiO₂=15-20 саны аралығанда жібереді.

Мұндағы CaO – әк сүттің құрамындағы әктің құрамы, ал SiO₂ –алюминат ерітіндісінің құрамындағы SiO₂.

Байер әдісі бойынша ыдырату процессі алюминат ерітінділерін араластырып сығу арқылы жүзеге асырылады, осының нәтижесінде алюминий гидроксиді және натрий гидроксидтері алынады. Соңғысы өндірісте айналым ерітіндісі ретінде пайдаланылады.

Күйежентектелу әдісінде карбондауды қолданған тиімді, өйткені күйежентектелудің нәтижесінде алюминий гидроксидімен қатар айналымда қолданылатын содалы ерітінділерде алынады.

Карбондау кезінде алюминат ерітінділері арқылы құрамында СО₂ бар оттық газдарды жібереді. Химиялық көз қарас пен карбондау процесі екі сатылы реакциямен жүреді:

1 - саты
2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O, (3.25)
2 - саты
NaAl(OH)₄ Al(OH)₃ +NaOH (3.26)
Реакция нәтижесінде пайда болған сілтілік ерітінді көмірқышқыл газының жаңа үлесімен өзара байланысып, алюминат ерітінділерінің толық ыдырауына қолайлы жағдай туғызады.

Карбондау процесінің жүруіне және негізгі алынатын алюминий гидроксидінің сапасына елеулі әсер ететін факторлар мынадай:

1) температура;

2) аударып бұлғаулау;

3) ауқыты;

4) ерітіндінің ыдырау дәрежесі.

Ерітінділерді карбондау процесінің ұзақтығы шамамен 12 - 14 сағат уақыт аралығында, ал температуралық режім 70 - 80^оС аралығында болуы тиіс.

Ұсынылатын әдебиеттер: [9], 98-101 б.
7 тақырып. Байер-күйежентектеудің аралас әдісі.

Бокситті паралельді және кезеңді өңдеу нұсқасы. Аралас сұлбалардың артықшылақтары мен кемшіліктері

Жоғарыда атап өткеніміздей Павлодар алюминий заводында алюминий тотығының өндірісі жүйелі технологиялық Байер-күйежентектелу сұлбасы арқылы жүреді. Оның негізгі себебі өңдеуге түсетін бокситтің химиялық құрамына байланысты. Заводта бүкіл алюминий тотығы өндірісі негізгі үш цехқа бөлінген.

Заводқа түсетін боксит, әктас және көмір роторлы вагонаударғыштар арқылы қабылдау шанаптарына түседі. Шанаптың сыйымдылығы 280м³.

Қыс айларында қатып қалған шикізаттарды жібіту үшін арнаулы жылытқыш қондырғылары қарастырылған.

Шикізат шанаптард ан таспалы конвейерлер арқылы орташа ұсату бөлікшесіне түсіп, белгіленген ірілікке, яғни 40-100мм дейін ұсатылады. Содан кейін таспалы конвейерлер арқылы таратылатын қоймаларға жіберіледі, әрбір қойманың сыйымдылығы 25000 тонна.

Өңдеуге түсетін бокситтің 60% алдын ала шикізат жиналатын аулада біркелкіленеді.

Екінші негізгі цехтардың бірі ол гидрометаллургия цехы. Бұл алюминий тотығы өндірісінің Байерлік тізбегін құрайтын цех. Цех мынадай технологиялық бөлікшелерден тұрады: бокситті ұсақтау, бокситті қойыртпақты ерітінділеу, қызыл шламды шөктіру және жуу, алюминат ерітіндісін сүзу, қызыл шламды сүзу, декомпозиция (ыдарату), гидратты өңдеу, буландандыру, тауарлы алюминий тотығын жоғарғы температурада қыздырып шынықтыру.

Үшінші негізгі цех күйежентектелеу цехы. Бұл цехтың атқаратын міндеті Байер тізбегінен шыққан қызыл шламды әрі қарай өңдеп қосымша алюминий тотығын алу. Цех мынадай бөлімдерден тұрады: шикіқұрамды дайындау, күйежентектеу, алынған күйежентекті ұсату және гидрохимиялық әдіспен өңдеу. Күйежентектелу цехының ерітіндісі одан әрі қарай гидрометаллургиялық цехта өңделеді.

Енді осы технологиялық процестерге толығырақ тоқталайық.

Дайындықтан өткен боксит таспалық конвейерлермен әр диірменнің өз шанаптарына төгіледі. Әр шанаптың сыйымдылығы 300м³, барлығы 9 диірмен, яғни 9 шанаптан тұрады. Шанаптардан боксит түсіргіштер арқылы айналымдағы ерітінділермен бірге стержінді немесе шарлы диірмендерге түсіп, белгілі бір ұнтаққа дейін ұсатылады.

Айналымдағы сілтілік ерітінді буландыру және ыдырату бөлімшелерінен арнайы бактарға келіп құйылады, сол бактардан сорғылар арқылы диірмендерге жіберіледі.

Технологиялық жүйелердің барлығы автоматтандырылған. Ұсақтау бөлікшесінде темірдің ұсақ құмдарын жүйеден тазалау үшін тік аппараты орнатылған.

Негізгі сұлбаның диірмендерінен ылғалданған қойыртпақ, сорғыштар арқылы диаметірі 750мм гидроциклондарға жіберіледі. Гидроциклонндардың ағызындысы негізгі сұлба бойынша әрі қарай өңделу үшін құбырлар арқылы шикі қойыртпақ бұлғауыштарына түседі. Ал гидроциклонның құмдары құм тасымалдағыш құбырлар арқылы негізгі сұлбадан бөлек арнайы жасақталған стерженді диірмендерге жіберіледі.

Бұл диірмендер негізгі сұлбаның диірмендерінен шыққан құмдарды одан әрі ұсақтауға арналған.

Осы процестен өткен құмдар қойыртпақ науалары арқылы диірмендердің бұлғауыштарына түседі, сонымен бірге осы бұлғауышқа екінші қайтара ұсақталудан өткен құмдарды сулату үшін және пісірілген қойыртпақтың белгіленген модулі мен электрөткізгіштік қасиетін ұстап тұру үшін айналымдағы сілтілік ерітінді құйылады.

Сөйтіп екінші қайтара ұсақталынған және айналымдағы ерітіндімен суылтылған құмдар қойыртпақ сорғыштары арқылы басқы ерітінділеуіш бұлғауыштарға жіберіледі, бұл бұлғауышқа сонымен қатар ерітіндінің электрөткізгіштігін белгіленген деңгейде ұстап отыру үшін қосымша, айналымдағы сілтілік ерітінді қосылып отырады.

Басқы ерітінділеуіш аппараттарға қойыртпақты қыздыру үшін барботерлер арқылы ыстық бу жіберіледі, сол ыстық бу арқылы қойыртпақтың температурасы шамамен 107-110^оС дейін көтеріледі.

Ерітінділенген қойыртпақ құмдары соңғы ерітінділегіш аппараттардан сорғыштардың көмегімен «Тік аппараттың» (Вертикальный аппарат) диаметірі 750мм гидроциклондарына құйылады. Тік аппараттың гидроциклондарында ерітінділенген қойыртпақ құмдары темір құмдарына және майда бөлшектелінген ағызындыларға жіктеледі.

Жіктеліп шыққан темір құмдары тік аппараттың ішінде батырылған гидроциклонның құмдық салмалары арқылы құм құбырларымен 2200 мм теріңдікке түседі. Ал тік аппараттың гидроциклондарының ағындылары конустық сыйымдылықтарға түсіп, сонда темір құмдары қайта тазартудан өтеді. Конустық сыйымдылықтың ағызындылыры сорғыштар арқылы шикі қойыртпақ бұлғауыштарына түседі, ал конустық сыйымдылықтан алынған құмдар тік аппараттың гидроциклондарының екінші сатысына жіберіледі.

Тік аппараттың гидроциклондарына жіберілген құмдар ыстық сумен шайылады. Жуылу сұлбасы қарама қарсы, яғни құмдар жоғарыдан төмен қарай түседі, ал су төменнен жоғары қарай жіберіледі. Осылай құмның құрамындағы сілтілер шайылып отырады. Жуылған сілтімен құрамында Al₂O₃ бар қойыртпақ ағызынды науалары арқылы тік аппараттың төбесінде орнатылған сыйымдылыққа құйылып, одан құбырлар арқылы құмнан екінші қайтара тазарту үшін конустық сыйымдылықтарға жіберіледі.

Тік аппараттың төменгі жағынан сілтіден шайылып, жуылған құмдар жиналған қабат деңгейіне қарай автоматты түрде аппараттың екі қалтасынан кезекпен түсіріліп отырады. Одан әрі қарай құмдар тасымалдағыш сорғыштар арқылы қызыл шламды жуған айналымдағы шламды сулармен араласып шлам үйетін алаңға жіберіледі.

Тік аппараттың өнімділігі төмендегі теңдеу бойынша есептеледі

Екінші қайтара диірмендерде ұнтақтудан өткізгенен кейінгі құмдардың елеуіштік сипаттамасы:

– +3,0мм - 0,4% көп емес;

– +1,0мм - 15% көп емес;

– +0,63мм - 25% көп емес;

– +0,25мм - 33% көп емес;

– +0,15мм - 30% көп емес;

– -0,15мм - 44% көп емес;

– +3,0мм +1,0мм +0,63мм фракцияларының қосындысы 40% аспауы керек және ерітінділеу процесі кезінде ерітінділегіш бұлғауыштарда төмендегідей параметірлер ұсталынуы тиіс:

– бұлғауыштағы температуралық режім – 107-110 ^оС;

– ерітінділеу уақытының ұзақтығы – 0,7-1,0 сағат;

– қойыртпақтың каустикті модулі α = 1,55-1,65;

– пісірілген қойыртпақтың электрөткізгіштігі қойыртпақтың каустикті модулінің негізі арқылы есептелініп отырады.

Қойыртпақ тік аппараттың диаметірі 750мм гидроциклондарына өнімділігі сағатына 380-420м³ түсіп отырады, ал тік аппараттың шикі бұлғауыштарға түсетін ағындыларының құрамындағы катты грамды литрге шаққандағы (қг/л) мөлшері – 70г/л көп емес, құмдарының сұйықтығын қаттылығына шаққанда (с:қ), яғни с:қ =0,7-0,8; темір құмдарындағы алюминий тотығының Al₂O₃ құрамы 17% көп емес.

Сурет 4 – Бокситті ұнтақтауға арналған стержінді диірмен

Сурет 5 – Бокситтің құрамындағы темір құмдарын тазалайтын тік аппарат