Тотықсыздандыру әдісі арқылы күйежентектелу

Күйежентектелуді тотықсыздағыш әдісі арқылы жүргізу мынадай жағдайларға байланысты негізделген:

– темірдің үш валентті оксиді Fe₂O₃ қышқылдық қасиеттерімен ерекшеленеді және сілтімен өзара әрекеттесіп натрий ферритін құрайды (Na₂O·Fe₂O₃ );

– екі валентті темір оксиді негіздік қасиетімен ерекшелінеді және сілтімен әрекеттеспейді, яғни натрий ферриті мен кальций ферриттерін құрмайды;

– таза темір сілтілерге бейтараптық қатынастық көрсетеді.

Осы жағдайларды ескере отырып, шикіқұрамға тотықсыздағыш ретінде көміртекті енгізеді. Тотықсыздағыш көміртегі оксиді (СО) пішінінде 400-800^оС температура аралығында үш валентті темір оксидін шалатотыққа дейін тотықсыздандырады, ал 800 ^оС жоғары температурада таза металдық темірге дейін тотықсыздандырады.

тотықсызданған шалатотық пішіндегі темір оксидтері қайтадан темірдің үш валентті оксидіне дейін тотығады.

Тотықсыздағыш ретінде қолданылатын антрацит немесе кокс қызыл шламның құрамындағы көміртегінің мөлшерін есепке ала отырып, шикіқұрамның құрамындағы көміртектің белгіленген пайыздық мөлшеріне шамаланып дозаланады. Қызыл шлам қайта өңделуге түскенде құрамында көміртегі бар органикалық заттармен бірге келеді.

Шикіқұрамның құрамындағы көміртегінің концентрациясы сонымен қатар үйінді шламдарының құрамына жіберілетін ерімейтін күкіртті қосылыстардың еншілік деңгейін төмендегі сұлба бойынша анықтап отырады:

(SO₃)^{– 2} + C = S⁺² + CO₂ (5.42)
S ^{+ 2} + Fe ^{– 2} = FeS↓ (5.43)
Осылайша шламдар үйіндісінің алаңына жіберілетін ерімейтін пішіндегі күкіртті қосылыстар заводтағы күкіртті қосылыстардан тазалайтын әдіс қана болып қоймай, экологиялық тұрғыданда тиімді болып келеді, өйткені күкірттік қосылыстарды дер кезінде жүйеден тазалап отырмаса, түтіндік құбырлар арқылы күкірттің қосылыстары қоршаған атмосфераны зияндауы әбден мүмкін.

Бүгінгі технологиялық тізбекте шикіқұрамның құрамындағы көміртегінің нағыз қажетті концентрациясы шамамен 2,1-2,3% құрайды.

Сонымен қатар заводтың көп жылдардығы жұмыс тәжірибесі күйежентектелу пешінің жақсы жұмыс жүрісіне төмендегідей параметірлер әсер ететіндігін анықтады:

– шикіқұрамның сұйық фазасының каустикті сілтілік концентрациясы 20г/л дейінгі мөлшерде пеш жақсы жұмыс істейді; 20г/л ден 30г/л дейін қанағатты, ал 30г/л жоғарғы концентрацияда пештің жұмыс режімі ауырлап, қиындап кетеді.

Жанған кезде көп мөлшерде жылу бөліп шығаратын заттарды отын ретінде пайдаланатыны бізге бұрынан мәлім. Сондықтан отын деп жылу өндіріп алу үшін жанатын заттарды атайды.

Отын қатты, сұйық және газтәріздес болып келеді. Сонымен қатар отындарды табиғи және жасанды деп екі түрге бөледі. Табиғи отындарды табиғаттан қалай алынды сол күйінде қолданады.

Табиғи отындардың қатарына: ағаш, шымтезек, таскөмірдің түрлері, тақтатас, мұнай, табиғи газдар және тағы басқалары жатады.

Ал жасанды отындарды табиғи отындарды қайта өңдеу арқылы алады.

Жасанды отындардың қатарына: ағаш көмірі, кокс, мұнай өнімдері – жанар майлар: бензин, керосин, мазут, және қатты отындардан алынатын генератор газы, сулы газдар және басқалары.

Табиғи отындар әрқашанда гумостық сүректердің қалдығынан пайда болған өсімдік тектес болып келеді. Сүрек - (С₆ Н₁₀ О₅ құрамдас), лигнинмен (С₁₉ Н₂₄ О₅) біртұтас байланысқан өсімдік клеткаларынан пайда болады.

Екеуінің де құрамдарында жанатын көміртегі мен сутектерінің элементтері кездеседі.

Қазіргі кезде негізгі отындардың көзі болып (антрацит, таскөмірдің түрлері, ағаш көмірі, шымтезек) сияқты қатты отындар, (мұнай және мұнай өнімдері) тәрізді сұйық отындар және (табиғи, генераторлық, сулық, араласқан, домна және кокс газдары) сияқты газтәріздес отындар табылады.

Аталған отындардың барлық түрлерінің негізгі құрамы болып көміртегі саналады және отындардың құрамында көміртегінен басқа жанатын, жанбайтын заттарда кездеседі.

Таскөмірді құрғақтай қыздырып үрлегенде кокс және таскөмір шайыры пайда болады. Таскөмірдің шайыры - өте күрделі заттардың қосылысы, оның құрамынан 200 - ден аса әртүрлі заттар бөліп алынды.

Қатты отынды жаққан кезде оттегі мен ауаның артық мөлшері қажет етіледі.

Егер оттегі мен ауаның мөлшері жеткіліксіз болатын жағдайда отын толығымен жанбайды, яғни жылудың көп бөлігі артық газдарды қыздыруға жұмсалады, осының бәрі жылулық әсерді төмендетеді. Сұйық отынды пайдаланғанда, оны жағып, бүріккіштердің көмегімен жан – жаққа шашыратып себеді. Осының нәтижесінде сұйық отын ауамен жақсы араласып, отын толығымен жанады. Сонымен бірге сұйық отын жанғанда жылулық жоғалым аз және температуралық жалын қатты отынмен салыстырғанда анағұрлым жоғары болады.

Газдардың жануы жоғарғы деңгейде, қарқынды жүреді және оңай реттеліп, жоғарғы деңгейде температуралық жалын алынады.

Сондықтан қатты отындарды газтәрәздес отындарға айналдырып, содан кейін оны әр салаға қолданған экономикалық тұрғыдан өте тиімді болып келеді. Қатты отынды газтәріздес отынға айналдыру газдандыру процесі деп аталады. Қатты отындардың ішінде төменгі сапалы отындарын, мысалы шымтезек немесе тақтатас сияқты түрлерін газдандыру тиімді.

Қатты отындарды газдандыру процестері арнайы газдық генератор пештерінде жүргізіледі. Пештің ішіне қатты отынды салып, ауамен үрлейді.

Реакция көп мөлшерде жылу бөле жүреді, сондықтан қатты отын қатты қызады. Реакция нәтижесінде пайда болған көміртегіқышқыл газы қатты қызған көмірмен өзара әрекеттесіп көміртегі оксидін құрайды.
C + O₂ = CO₂ (5.44)
CO₂ + C = 2CO (5.45)
Көміртегі оксиді пайда болған газдың жанатын құрамының негізгі бөлігі болып табылады және генераторлық деп аталады. Генераторлық газдың құрамына көміртегі оксидінен басқа ауадағы азот және көміртегіқышқыл газының азғантай бөлігі кіреді

Газдық генератор пештерін шамадан тыс қыздырып алмас үшін ауамен бірге аз мөлшерде судың буын қосады, осының нәтижесінде қыздырылған генератор арқылы ауамен су буының араласқан қосындысын үрлегенде сутегі мен көміртегі оксидінен тұратын газ пайда болады

Генераторлық газдың жылусыйымдылығы 1120 ккал/м³ тең.

Қатты отын физикалық ылғалдылығы – W; жанбайтын қалдық күл – А; және органикалық жанатын масса деген үш бөлімнен тұрады.

Қандайда болсын қатты отынның органикалық құрамы төмендегідей компонентерден тұрады:

– көміртегі - С;

– сутегі – Н;

– азот – N;

– оттегі –О;

– күкірт – S.
Кесте 25 – Табиғи қатты отынның орташа құрамы

Отын құрамының есебі.

Жұмыстық массасы: C^жұ + H^жұ +O^жұ +S^жұ+ N^жұ +A^жұ+ W^жұ = 100%;

Құрғақ массасы : C^қ + H^қ +O^қ +S^қ + N^қ +A^қ = 100%;

Жанатын массасы: C^жан + H^жан +O^жан +S^жан + N^жан = 100%.

Отынның осы құрамдық есебін пайдаланып, нақты құрамдардың қайта есептеу формуласын құрастыруға болады, мысалы:

Алдымен ұшпа қалай анықталатынын білейік:

Құрғатылған таскөмірдің өлшенді сынамасын отбақыраштың ішіне салып,қақпағын жауып, содан кейін алдын ала 850^оС температураға дейін қыздырылған пешке салып, 7 минут аралығында ұстап тұрады.

Содан кейін сынаманың салмағын өлшеп, азайған мөлшерін оның ұшпасы деп санайды.

Отындардың жану есептері мынадай сатылардан тұрады:

– отын құрамының есебі;

– жануға қажетті ауаның есебі;

– құбыр газдарының құрамдары мен мөлшерінің есебі;

– жану температурасын анықтау;

– жанарғы қондырғысының есебі;

– оттық кеңістіктің есебі.

Тотықсыздау реакциясы
C +1/2 O₂ = CO (5.50)
2Fe₂O₃ + 2CO = 4FeO + 2CO₂ (5.51)
Күйежентектің құрамында 17% темір оксиді Fe₂O₃, яғни 170кг Fe₂O₃ темір оксидіне балама болғанда, бір тонна күйежентекке қаншалықты мөлшерде СО қажет

2Fe₂O₃ + 2CO = 4FeO + 2CO₂

2·160-2·28

170 - Х

немесе

12 - 28

Х= 12· 29,75/28= 12,75 (С);

C +1/2 O₂ = CO

16 - 28

Х= 16·29,75/28= 17кг оттегі.

Нефелинді кеннің негізгі минералдары мен концентраттарының көзі болып нефелиннің өзі табылады (Na,K)₂O·Al₂O₃·2SiO₂. Нефелиннің құрамында алюминий, натрий, калий оксидтерінің және кремний екі оксидінің мөлшерлері бар. Нефелинді қалдықсыз технология бойынша өңдейді, өйткені оның құрамындағы негізгі компоненттердің барлығы Al₂O₃, (Na,K)₂O, және SiO₂ пайдалы өнімдер: алюминий тотығын (Al₂O₃), соданы (Na₂CO₃), поташ (К₂CO₃) және нефелин күйежентегін ертінділегенен шыққан шламнан цемент алу үшін қолданылады.

Нефелинді кендер мен концентраттарды күйежентектелу әдісі бойынша өңдейді.

Нефелинді концентрат Әктас

Дозалау Ұсату

Ылғалды ұсақ

Ұсату

Кремниден ажырату Күйежентектелу

Ақ шлам Алюминат ерітіндісі Клинкер

1-ші карбондау Ұсақтау

Төл ерітінді Гидрат Портландцемент

2- карбондау Сығып карбондау

Кір гидрат Сода-поташты

ерітінді Сүзілу

1-ші буландыру Сода-сілтілі ерітінді Гидрат

Na₂CO ₃ Қатыру 2-ші буландыру Кальциндеу Алюминий

тотығы

Қатыру K₂CO₃ Күйежентекті ерітінділеуге

Мұндай шикіқұрам, яғни тек алюминий тотығын байланыстыруға есептелген сілті, қанықпаған шикіқұрам деп аталады. Қаныққан шикіқұрамды құрамында темірі көп нефелиндерді өңдеу үшін қолданады (3.28 теңдеуі).

Әктасты шикіқұрамға күйежентектелу процесі кезінде қоскалцилі силикат алу есебінде енгізеді, яғни нефелиннің құрамындағы кремнеземның бір молекуласына екі молекулалы әктасты қажетті мөлшерде береді. Сонымен қатар шикіқұрамды дайындау кезінде алюминат ерітінділерін кремниден ажыратудан шыққан ақ шламда енгізіледі.

Тәжірибе жұмыстарында айналымдағы өнімдер жоқ болған жағдайда (ақ шлам және басқалары) шикіқұрамды мынадай теңдеу бойынша есептейді

SiO₂ мөлшерлері, %;

мен SiO₂ мөлшерлері, %.

3.7.2 Нефелинді шикіқұрамның күйежентектелуі. Жақсы ұнтақталып және мұқият араластырылған шикіқұрам айналмалы құбырлы пештерде шамамен 1250-1300 ^оС температура аралықтарында күйежентектелу процесіне түседі.

Нефелин мен әктастың өзара әрекетесулері мынадай қосынды реакциямен өрнектеледі

2