Оқулық Алматы, 2014 Қазақстан Республикасы Білім жəне ғылым министрлігінің

208
k – ванадий    катализаторы    үшін    реакция    жылдамдығының  
тұрақтысы; C
SO3
, C
SO2
,
 
C
О2 
– реакцияласушы  заттардың  концентрация-
сы; C
P
SO2 
– тепе-теңдіктегі SO
2
  концентрациясы.
SO
2
-нің тотығуы бірнеше сатыдан тұрады:
1) реакцияласушы компоненттердің катализатор бетіне  диффузия-
лануы; 
2) SO
2 
 жəне O
2 
 катализатор бетіне адсорбциялануы; 
3)  катализатор бетінде O
2
 жəне SO
2
 молекулалары реакцияға түсіп 
адсорбцияланған 
 
SO
3 
 молекуласының түзілуі;
4) SO
3
   десорбцияланып газ фазасына  диффузияланады.
Ванадий  катализаторы  төрт  жылда  жаңарады.  Катализатор 
орналасқан  аппараттың  (58-сурет)  бірінші  қабатында  тотығу  үдерісі 
600
0
С  температура шамасында жүрсе, соңғы қабатында  температура-
ны 400-450
0
С дейін төмендету керек. 
SO
2
-ны  тотықтыру    аппараты  циллиндрдің    биіктігі 10-20 м;  
диаметрі 3-8 м, цилиндр ішінде 4 тор бетінде  ванадий катализаторлары 
орналасқан 
Контакт  аппаратында    күкірт  диоксидінің  тотығу  дəрежесі 99,5-
99,7%. Контакт аппаратынан шыққан газ салқындатылып (30-50
0
С)  аб-
сорбция  цехына жіберіледі. 
Күкірт ангидридін абсорбциялау. Реакция теңдеуі:
SO
3
 + H
2
O
H
2
SO
4 
+ 92000 ɤȾɠ
Бұл  үдерісті  негізінен  ішінде  насадкасы  бар    мұнарада    жүргізеді. 
Мұнараның төменгі жағынан  газ қоспасын, жоғарғы жағынан күкірт 
қышқылын  жібереді.  Ол  төмен  қарай  жүріп    насадканы  толтырады 
(59-сурет).
 Газ қоспасы күкірт қышқылымен жанасқанда  ангидрид абсорбция-
ланады,  содан кейін күкірт қышқылы құрамындағы  сумен əрекеттеседі: 
mSO
3
 + H
2
O
H
2
SO
4
(m-1)SO
3
Алынатын H
2
SO
4
-ның концентрациясы  күкірт ангидридімен судың 
қатынасына    байланысты  болады.  Егер m=1 онда    моногидрат,  яғни 
100%  күкірт  қышқылы  түзіледі; m<1 сұйытылған  H
2
SO
4
;  m>1 олеум 
түзіледі: H
2
SO
4
 •n SO
3
( n=m-1).
Абсорбцияның толықтығы  күкірт қышқылының концентрациясына 
байланысты.  SO
3 
 тек қана  98,3%  H
2
SO
4
-да өте жақсы адсорбциялана-
ды.
Егер 
c
H
2
SO
4
<
98,3 %
 болса,  немесе су болса, онда SO
3 
судың буымен 

209
 
тұман түріндегі H
2
SO
4
   түзеді,  оны адсорбция əдісімен бөліп алу қиын.
Егер 
c
H
2
SO
4
>
98,3 %
 болса SO
3 
абсорбциясы да төмендейді. Өйткені 
қышқылдың өзі  газ фазасына SO
3 
 бөліп шығарады.
SO
2
 +O
2
> SO
2
 +296
58-сурет. Күкірт қышқылын өндіруде 
жанасу бөлімінің сызбанұсқасы:
1 – ауаны құрғату; 2 – күкіртті жағу; 
3 – газды суыту; 4 –күкірт диоксидін 
тотықтыру; 5 – күкірт үшоксидінің 
абсорбциясы
59-сурет. Күкірт қышқылын 
өндіруге абсорбер бөлімінің 
сызбанұсқасы:
1 – абсорбер; 2 – жинағыш; 
3 – мұздатқыш; 4 – насос
 
Күкірт  қышқылын  күкірттен  контакт  əдісімен  өндіру.  Күкірттің 
жануы
S + O
2
SO
2
 + 296 ɤȾɠ
 
 реакциясы бойынша жүреді.
Күкіртті  жағумен  алынған  күкіртті  газдың  құрамында 12-14%-ы 
SO
2
  жəне оның құрамында тозаң болмайды. Сондықтан тозаңнан газ-
ды тазартудың қажеті жоқ. Сонымен қатар катализатордың мышьякпен 
қосылыстары болмайды. Тазаланған күкіртті қарапайым форсунка типті 
пеште жағады.  Колчеданды күйдіретін пештің құрылысы өте күрделі. 
Күйдірудің алдында күкіртті 113
0
С температурада бумен ерітеді (59-су-
рет).                
Күкірт  ангидридінің  катализатор  қатысында  тотығу  жəне    SO
3-
тің 
күкірт  қышқылына  абсорбциясы  флотациялық  колчеданнан  алынған 
газдарды өңдегенмен бірдей. 1980 жылдары КСРО-да алынған күкірт 
қышқылының  30%-ы  таза күкірттен алынған. Бұл əдістің өте қызықты 
бағыты бар. 

210
 Күкірт қышқылын өндіруге таза күкірт келетіндіктен  жəне күкірттің 
жылу  беру  қабілеттілігі  жоғары  болғандықтан 10000 кДж/  кг    күкіртті 
отын ретінде қарастырып,  оны жылу түтікшелерінде (яғни электроэнер-
гия  генераторында)  жағып,  ал  түзілген  газды    күкірт  қышқылын  алуға 
жібереді.  Мұндай  өндірісті  энерготехнологиялық  деп  атайды.  Өйткені 
күкірт қышқылын алумен қатар  электр энергиясы да алынады (59-сурет).
60-сурет. Күкірт қышқылын күкіртпен контакт əдісімен  
өңдеудің принципиалды сызбанұсқасы: 1 – ауаны құрғату; 2 – күкіртті жағу; 
3 –  жылу қолдану арқылы газды суыту; 4 – SO
2
 катализатор қатысуымен 
тотықтыру; 5 – SO
3
   жəне абсорбциясы жəне  H
2
SO
4 
 түзілуі.
61-сурет. Күкірттен күкірт қышқылын өндірудің энерготехнологиялық 
сызбанұсқасы: 1 – күкірт жандыратын камера; 2 – ауа компрессоры; 3 – жылу 
түтікшесі;  4 – электроэнергия генераторы; 5 – контакт аппараты; 
6 – бумен жылу бергіш; 7 – конденсатор.
Күкіртсутектен күкірт қышқылын өндіру. Күкіртті сутектен күкірт 
қышқылын алу əдісі «ылғалды» катализ деп аталады. (И. А. Ададуров, 
Д. Гернст, 1931 ж.) Бұл əдістің негізі – күкіртті сутекті ауа ағынында  
жағу  арқылы  алынған  күкірттің  қос  тотығымен  (ІV)  судың  буын  бір-
бірімен  араластырып  контакт  аппаратына  жібереді.  Онда  қатты  вана-
дий  катализаторында    күкірттің  диоксиді    күкірт  оксидіне (VI) дейін 
тотығады.  Газ  қоспасы  конденсаторда  суиды,  содан    пайда    болған  
күкірт қышқылының  буы сұйық өнімге айналады. 
Сөйтіп  ылғалды катализ үдерісінде  күкірт қышқылын  колчеданмен 

211
 
таза күкірттен өндіру əдісіне қарағанда  айырмашылығы: мұнда күкірт 
оксидін адсорбциялау үдерісі  жоқ, барлық процесc тізбектелген үш са-
тыдан тұрады. 
1. Күкіртсутекті жағу:
H
2
S + 1,5O
2
SO
2
 + H
2
O - 519 ɤȾɠ
 
Күкірттің  диоксидін  су  буының  эквимолекулярлы (1:1) құрамы 
түзіледі.
3. Күкірттің диоксидін  күкірт (VI) оксидіне дейін  тотықтыру:
SO
2
+ 0,5O
2
SO
3
 - 96 ɤȾɠ
 
Мұнда күкірт (VI) оксидімен су буының эквимолекулярлы құрамы 
сақталады.
4. Будың конденсациясы жəне  күкірт қышқылының  түзілуі:
SO
3
 + H
2
O
H
2
SO
4
 - 92 ɤȾɠ
 
Сонымен ылғалды катализ үдерісі:
H
2
S + 2O
2
H
2
SO
4
 - 707 ɤȾɠ
 
теңдеуімен өрнектеледі.
Күкіртті  сутегінен  күкірт  қышқылын  өндірудің  технологиялық 
сызбанұсқасы.
“Ылғалды”  катализ  əдісінде  шикізат  ретінде  құрамында 90% H
2
S 
болатын  жоғары  концентрлі  кейбір  өндіріс  қалдықтарында  бола-
тын  күкіртті  сутек  газы  қолданылады.  Бұл  өндірістен  шыққан  газ 
жуылатындықтан  əрі  қарай  оны  тазартпайды  жəне  оның  құрамында 
зиянды  қоспалар  болмайды.  Технологиялық  сызбанұсқада  абсорбция 
сатысы болмағандықтан, өндіріс үдерістері əлдеқайда қысқарады.
Күкіртсутектен  күкіт  қышқылын  өндірудің  технологиялық  
сызбанұсқасы төмендегідей операциялардан тұрады. 
1) Күкіртсутек газын өртеу.  Мұнда өте көп жылу бөлінетіндіктен,  
қызып кетпес үшін ауаның мөлшерін көбірек алады. 
2) Утилизатор қазанда  газ қоспасын 1000
0
С -тан 400
0
С температураға  
дейін суыту.
3)  Контакт  болатын  дəрежеге  дейін,  газбен    бу  қоспасын    ауамен  
сұйылту.
4) Контакт аппаратында SO
2
-ның SO
3
-ке дейін тотығуы. Катализатор 
қабаттарының арасын ауа беру арқылы  температурасын тұрақты ұстап 
тұрады.

212
5) Мұнарада  конвертирленген газды суыту. Мұнда күкірт қышқылы 
бар.  Бұдан мақсатты  өнім күкірт қышқылы жəне оның тұманы түзіледі. 
Тұман электрофильтрде ұсталады.  Бұл əдіспен 96% күкірт қышқылы 
түзіледі.
Күкірт  қышқылын  концентрлеу.  Күкірт  қышқылын  концентрлеу 
оның ерітіндісіндегі  суды буға айналдыруға  негізделген. Сұйытылған 
күкірт қышқылы қайнағанда  концентрациясы 70%  жеткенше  буға тек 
су ауысады, ал 70% -дан бастап  бу фазасына  күкірт қышқылы ауыса 
бастайды. Сөйтіп қышқылдың концентрациясы 98,3%-ға жеткенде  бу 
фазасының құрамымен  сұйық құрамы теңеседі, яғни тұрақты темпе-
ратурада    қайнайтын  азеотропты  қоспасына  айналады. (құрамы  жəне 
қайнау температуралары өзгермей айдалатын ерітінділер), қайнау тем-
пературасы – 336,6
0
С.
Күкірт қышқылын концентрлеудің үш түрлі əдісі бар: табанды бар-
ботаж  (газды  немесе  буды  сұйықтық  қабаттан  қысым  арқылы    өткізе 
отырып  бөлшектеу)  концентратында  күкірт  қышқылын  тікелей    пеш  
газымен  жанастыру.  Бұл  əдіспен 92-93%  күкірт  қышқылы    алынады 
(купарос майы). Əдістің кемшілігі – «пеш» газ құрамындағы қоспалар 
күкірт қышқылының құрамында қалады.
Күкірт  қышқылын  концентрлейтін  аппаратты  сыртынан  қыздыру.  Ар-
тықшылығы – қышқыл басқа қоспалармен ластанбайды. Кемшілігі –  ап-
паратты  жасаған  материалдар  қышқылға,  жоғары  температураға    төзімді, 
жылу өткізгіштігі жоғары болуы керек. Жұмсалатын жылу мөлшері жоғары.
Вакуумдеу  əдісі.  Бұл  əдісті  күкірт  қышқылының  құрамында  
органикалық қоспалар болғанда  қолданады. 
Мұнайды  сульфирлеу  əдісімен  өңдегенде    күкірт  қышқылы  көп 
жұмсалады,  ал  қышқылды  қайтадан  іске  асыруға  оларды  вакуум 
əдісімен концентрлейді.
Вакуум  əдісімен  күкірт  қышқылын  концентрлегенде  вакуум  ап-
паратын    қыздыруға 110-150
0
С  температурадағы  су  буын  қолданады. 
Кемшілігі: электр энергиясы көп мөлшерде жұмсалады.
Күкірт қышқыл өндірістерін жақсартудың  негізгі бағыттары:
- 
шикізат көзін, қорын кеңейту;
- 
технологиялық үдерістерді қарқындату;
- 
пеш  газының,  металлургия  газының  құрамындағы  күкірт 
диоксидін пайдалану;
- 
өндіріс  қалдықтарын:  фосфогипс  қышқылын,  гудрон,  көмірлі 
колчедан жəне т.б. қолдану;
- 
жеке аппараттың жəне тұтас жүйенің  қуатын арттыру;

213
 
- 
аппараттардың  өнімділігін  арттыру  арқылы,  конструкциясын 
өзгерту арқылы;
- 
шикізатты күйдіргенде технологиялық оттекті пайдалану;
- 
SO
2
   жəне O
2 
  концентрацияларын жоғарылату;
- 
активті жəне берік катализаторлар қолдану;
- 
химиялық реакциялар жылуын толық пайдалану нəтижесінде 1 т  
күкірт қышқылын өндіргенде 1,5-2 т су буы өндіріледі,  су буы күкірт 
қышқылының өзіндік құнын төмендетеді;
- 
  негізгі  аппараттардың  қарқындылығын  арттыру  мақсатында  
үдерістің қысымын жоғарылату;
- 
шикізатты күйдіру жəне жанасу сатысында «қайнату қабатында»  
жұмыс жасайтын реакторларды пайдалану. 
Бақылау сұрақтары
1.  Күкірт  қышқылы  өндірісінде  шикізатты  таңдау  үдерістің 
технологиялық сызбанұсқасына қалай əсер етеді?
2.  Күкірт  қышқылын  күкірттен  жəне  колчеданнан  алудың 
технологиялық сызбанұсқасындағы негізгі айырмашылық қандай?
3.  Өнеркəсіптік пештерде күкіртті жағу реакциясы гомогенді неме-
се гетерогенді болып табыла ма? Жауаптарыңды негіздеңіздер.
4.  Күкіртті жағу жəне колчеданды күйдіру кезіндегі температуралық 
режимді қалай таңдайды?
5.  Күйдіру  газын құрғақ жəне ылғалды əдістермен тазарту саты-
сында  қандай  міндеттер  шешіледі?  Тазарту  сатысының  физикалық-
химиялық негізі қандай?

214
11-БӨЛІМ
МИНЕРАЛДЫ ТЫҢАЙТҚЫШТАРДЫ ӨҢДЕУ
 Жоғары жəне тұрақты өнім алу үшін  топыраққа қосатын, құрамында 
өсімдіктердің  қоректенуі  үшін  қажетті  элементтері  бар  тұздарды 
тыңайтқыштар деп атайды. Өсімдіктердің құрамына 60-тай химиялық 
элементтер кіреді.  Өсімдіктер өсіп-өну үшін, біріншіден көміртек, от-
тек, сутек керек. Бұлар өсімдіктің негізін құрайды. Одан кейін N
2
, P, K, 
Mg, S, Ca, Fe.   Өсімдіктердің қорек алатын негізгі көзі ауа жəне топырақ.  
Көміртекті  өсімдіктер  организміне  фотосинтез  үрдісінің  нəтижесінде 
ауа    құрамындағы  көміртек  (ІV)  оксидінен  алады.  Аздаған  мөлшері 
топырақ  құрамынан  тамыр  арқылы    тарайды.  Сутек  су  құрамынан 
бөлінеді.  Қалғандардың  барлығын  өсімдіктер  топырақ  құрамындағы 
еріген  минералды  тұздардан  алады.  Тыңайтқыш  ретінде  өсімдікке 
берілетін үш элементтің  орындары ерекше: фосфор, азот, калий. 
     Тыңайтқыштардың жіктелуі. Тыңайтқыштар пайда болу тегіне 
байланысты  агрохимиялық  жағдайына,  физиологиялық  əсеріне, 
қоректену элементтеріне, қоректік заттардың концентрациясына қарай  
жіктеледі.
Пайда  болу  тегі  бойынша:  минералдық,  органикалық,  органо ми-
нералдық,  бактериалдық  тыңайтқыштар  болып  төртке  бөлінеді.  Ми-
не ралдық  тыңайтқышқа:  табиғи  жəне  өндірістерде  өндірілетін  ми-
нералдық тұздар жатады. 
Органоминералдық тыңайтқыштар – органикалық жəне минералдық 
тыңайтқыштардың қоспасы. Мысалы, шымтезек.
Бактериалдық  тыңайтқыштар – топыраққа  сіңімді  қоректік 
элементтердің  түрін  түзетін бактериялар. 
Агрохимиялық  жағдайына  байланысты  минералдық  тыңайт-
қыштар:  тікелей  (құрамында  өсімдікті  қоректендіретін  элементтер 
болатын  тыңайтқыштар),  жанама  (топырақпен  араласқанда  оның 
физикалық,  химиялық  жəне  биологиялық  қасиеттерін  жақсартатын 
тыңайтқыштар)  болып  екіге  бөлінеді.  Мысалы,  топырақты  əк  немесе 
доломитпен  өндегенде  (СаСО
3
,  МgСО
3
)  қышқылдығы  төмендейді,  ал 
гипс (CaSO
4
*2Н
2
О) сор топырақтың қасиетін жақсартады. 
Физиологиялық  əсеріне  байланысты  қышқылдық,  сілтілік,  ней-
тралды  болып  үшке  бөлінеді.  Мысалы, (NH
4
)
2
SO
4
; KCІ  топыраққа 
қышқылдық, NaNO
3
, Ca(NO
3
)
2
  сілтілік, KNO
3
, NH
4
NO
3
,  нейтралдық 
қасиетімен əсер етеді. Бірінші топтағы тұздардың өсімдікке аниондар-
мен,  екінші топта катиондармен,  ал үшінші топта катиондармен жəне 
аниондар əсер етеді.

215
 
Қоректендіргіш  элементтерге  байланысты  азот,  фосфор,  калий 
тыңайтқыштары  болады.  Егер  тыңайтқыш  құрамында    қоректік  зат 
түрінде тек бір ғана элемент болса, біртектес, ал  əртүрлі элементтер 
болса, əртектес немесе  комплексті тыңайтқыштар деп атайды.
Қоректік  заттардың  концентрациясына  байланысты  микро- 
жəне концентрлі тыңайтқыштар (30% N
2
 Р
2
О
5
, К
2
О қосындысы) болады.
11.1.  Фосфор тыңайтқыштары
Фосфор тыңайтқышын өндіруге шикізат ретінде  табиғи  фосфаттар 
– аппатит жəне фосфориттерді қолданады. Екеуінде де фосфор – каль-
ций фосфаты Ca
3
(PO
4
)
2
 түрінде болады. Бұл ерімейтін тұз, демек, бұл 
түрінде тыңайтқыш бола алмайды.  Сондықтан əртүрлі технологиялық 
əдістермен өңдеу керек. 
Химиялық  өндірістердің  шикізаты  тақырыбында  (бөлім)  аппатит 
нефелин  жынысын  комплексті    түрде    пайдалану  сызбанұсқасы    қа-
растырылған.  Сонда фтор аппатиттен гипс,  фосфор қышқылын жəне 
тұздарын,  фосфор тыңайтқышын алатыны көрсетілген, ал нефелиннен 
(Na,K
2
OsіO
2
хAІ
2
O
3
) – сода, поташ,  цемент, алюминий сирек элементтер 
алынады.
Осылай  байыту  арқылы  алынған  аппатит  концентратында 39-
40%  ға дейін  P
2
O
5 
болады жəне оны əрі қарай тыңайтқышқа өңдейді. 
Фосфориттерді негізінен P
2
O
5
 көбейтіп,  қоспаларды шығарып тастау 
үшін  байытады. Фосфориттің ең бай кені Оңтүстік Қазақстан облысын-
да (Қаратау) орналасқан. Фосфор қышқылды тұздардың ерігіштіктері  
олардың  қышқылдығы  артқан  сайын  көбейеді.  Орта  тұз Ca
3
(PO
4
)
2
 
тек  минералдық  қышқылдарда  ғана  ериді, CaHPO
4
  топырақтың 
құрамындағы қышқылдарда ериді,  ал қышқылды тұз Ca(H
2
PO
4
)
2
 суда 
ериді. Сондықтан фосфор тыңайтқышы өндірістерде фосфордың негізгі 
тұзы монокальций фосфаты түрінде Ca(H
2
PO
4
)
2
   алады.
Суперфосфатты  өндіру.  Фосфор  өсімдіктің  дəніне,  басқалары 
сабағы, тамыры, жапырағына жиналады. Фосфор тыңайтқыштары егін  
өнімін арттырумен қатар түсімнің сапасын жақсартады (қызылшаның 
қантын,  картоптың крахмалын арттырады).
Суперфосфат фосфор тыңайтқыштарының ішіндегі ең көп тарағаны 
жəне көп өндірілетін суда ерігіш түрі. Ол кальций монофосфаты мен 
кальций сульфатынан құралған, ұнтақ (немесе гранула түрінде) қоңыр 
түсті  зат,  құрамында  темір  жəне  алюминий  фосфаттары,  кремнезем 
жəне фосфор қышқылы да болады. Суперфосфат өсімдікке сіңімді: P
2
O
5
 
20%. Суперфосфатты өндіру табиғи фосфаттарды күкірт қышқылымен 
өндеуге негізделген. 

216
Фторапатитпен  күкірт  қышқылының  реакцияласу  үрдісі  көп  фаза-
лы гетерогенді, диффузия аймағында жүретін үрдіс. Бұл үрдіс екі са-
тыда  жүреді:  бірінші  сатыда  фосфат  бөлшектерінің  бетінде  ыдырау 
нəтижесінде алмасу реакциясы: 
Фосфорит
Ca
5
F(PO
4
)
3
 + 5H
2
SO
4
 + 2,5H
2
O = 5(CaSO
4
*0,5H
2
O) + 3H
3
PO
4
 + HF + Q
(1)
Бұл  реакция  күкірт  қышқылы  толық  жұмсалғанша  «пісу»  камера-
сында 30-40 минутта аяқталады. Суперфосфат массасы түзіліп тұнбаға 
түседі де, нашар еритін кальций суперфосфатының кристалына айнала-
ды, бірінші сатыны «пісу» деп атайды.
Екінші  сатыда  фосфор  қышқылы  ыдырамаған  бөлшектердің  ішкі 
қабатына диффузияланып, реакцияға түседі:
Суперфосфат
Ca
5
F(PO
4
)
3
 + 7 H
3
PO
4
 + 5H
2
O = 5 Ca(H
2
PO
4
)
2
 H
2
O + HF + Q .
          
(2)
                                                       
Технологиялық үдеріс екінші сатыда (өте баяу жүреді) 6-25 тəулікке 
созылады. Екінші сатыны – суперфосфаттың жетілуі  деп атайды. 
Жетілу  үрдісінің  жылдамдығына  температура  жəне  күкірт 
қышқылының  концентрациясы  əсер  етеді.  Реакция  жылдамдығы 
күкірт қышқылының концентрациясы артқан сайын жəне температура 
жоғарылаған сайын артады. 
Өндірісте күкірт қышқылының оптималды концентрациясы 62-69% 
аралығында болады. Үздіксіз жасайтын өндірісте күкірт қышқылының 
концентрациясы 68-69,5%. Бұл концентрацияда камерадағы температу-
ра 110
0
С шамасында болады. 
Температураның  өсуі (1) жəне (2) экзотермиялық  реакциялар 
нəтижесінде  болады.  Осы  оптималды  жағдайларда  кальций  сульфат 
бөлшектері  кеуекті,  борпылдақ  болғандықтан  фосфор  қышқылының 
шикізат бөлшектерінің арасында диффузиялануы жылдамдайды. 
Технологиялық  үрдістің  ең  баяу  сатысы  жетілу,  яғни  екінші  саты. 
Жетілу сатысын жылдамдату үшін суперфосфат массасын салқындатып, 
құрамындағы суды буландырып, монокальций фосфатының кристалда-
нуын жылдамдатады, яғни ерітіндідегі фосфор қышқылының концен-
трациясын арттырады.  
Өңдеген суперфосфат құрамындағы P
2
O
5
 мөлшері алғашқы шикізат 
құрамындағы P
2
O
5
 мөлшері екі есе төмен – 19-20 %. 

217
 
Еселі суперфосфатты өндіру. Концентрлі фосфор тыңайтқыштарын 
өндіру үшін фосфориттерді концентрлі фосфор қышқылымен өңдейді.
Еселі суперфосфат өндіруге 70% фосфор қышқылымен фосфоритті 
ыдыратады:
Ca
5
F(PO
4
)
3
 + 7 H
3
PO
4
 + 5H
2
O = 5 [Ca(HPO
4
)
2
 *H
2
O] + HF + Q .
Өндірілген суперфосфат құрамында 40-50% P
2
O
5
, яғни жоғары сапа-
лы тыңайтқыш болады. 
Термофосфат.  Фосфатты  сілтілік  металдардың  тұздарымен 1100-
1200
0
С температурада қыздырса, құрамында CaNaPO
4
 не болмаса басқа 
сол сияқты тұз түзіледі. Осы түзілген заттар термофосфат деп аталады.
Термофосфат қасиеттері жəне өсімдікке сіңімділігі жағынан супер-
фосфаттан кем емес.
Термофосфатты  алғаш  академик  А.  Б.  Бектұров  бастаған  бір  топ 
ғалымдардың еңбегінің нəтижесінде алды:  
2Ca
3
(PO
4
)
2
 + SiO
2
 + 2Na
2
SO
3
 = 4NaCaPO
4
 + Ca
2
SiO
4
 + 2 CO
2 
.
Термофосфат  құрамында 20-35% P
2
O
5
  болады,  оны  көбінесе, 
қышқыл топыраққа қолданады.
Азот  тыңайтқышы.  Азот  тыңайтқыштарының  ішінде  қазіргі  кез-
де  көп  таралған  карбамид  (мочевина) – оңай  еритін  түссіз  кристал-
ды зат, өте құнды тыңайтқыш, құрамында өсімдікке жеңіл сіңірілетін 
46%  азот  бар.  Аммиак  селитрасына  қарағанда,  карбамидтің  көптеген 
физикалық қасиеттері əлдеқайда жақсы. Агрохимиялық сапасы барлық 
қатты азот тыңайтқыштарынан басым, топырақ құрамында ұзақ уақыт 
сақталады.  Өсімдіктерге  тамыры  жəне  жапырақтары  арқылы  сіңеді. 
Өзіндік құны төмен. Карбамидті мал  жемдеріне азот қоспасы ретінде 
қосады.  Карбамид  ауыл  шаруашылығынан  басқа  өндіріс  орындарын-
да  көп  қолданылады.  Ағаш  жанқасынан  плита,  синтетикалық  желім, 
фармацевтік өндірісте, мұнай өнімдерін өңдеуге, синтетикалық талшық-
урилон алуға жəне т.б. өндіріс орындарында пайдаланылады. 
Карбамид өндіруге шикізат ретінде аммиак жəне көміртек диоксидін 
қолданады. Карбамид синтезі екі сатыдан тұрады.
Бірінші  сатыда    карбамид  қышқылының  аммоний  тұзы  (карбамат) 
түзіледі:
2NH
3
 + CO
2
 = NH
2
COONH
4
 + 159 кДж.                          
(1)
Əрі қарай  карбамат дегидратацияланып  карбамид түзеді.

218
NH
2
COONH
4
(NH
2
)
2
CO + H
2
O - 285 кДж .
                 
(2)
Карбамид  синтезі  гетерогенді  газ-сұйық  жүйесіндегі  үрдіс, 
кинетикалық аймақта жүреді. (1)-реакция оптималды жағдайда толық 
жəне жылдам жүреді. (2)-реакция баяу толық жүрмейді, тек сұйық фа-
зада ғана жылдамдайды.
Карбамид шығымын арттыру үшін температурамен қатар қысымды 
жоғарылатып  аммиактың  мөлшерін  стехиометриялық  шамадан  артық 
алу  керек.  Өндірісте  карбамидті  синтездеуге 180-200
0
С,  қысым 18-
20МПа жəне аммиак 100% артық алынады. Карбамид шығымы 60-70%. 
Өндірістің  экономикалық  көрсеткішін  көтеру  үшін  реакцияласпаған 
аммиак жəне көміртек диоксиді басқа өнімдер өндіруге жұмсалады не-
месе қайтадан үрдіске жіберіледі.
Калий тыңайтқышы. Калий тыңайтқышын өндіруге шикізат ретінде 
табиғи калий тұздарын жəне өсімдіктердің  күлін қолданады.
Негізгі  шикізат  ретінде  минерал  сильвинит (mKCІ+nNaCІ) 
құрамында 14-18% К
2
О  болады  жəне  каолинит (KCІ    хMgCІ
2 
х
 
6H
2
O) 
қолданылады. Сильвинит құрамында 23-30% KCІ, 65-70% NaCІ бола-
ды. Осыдан KCІ-ды бөліп алып тыңайтқыш ретінде қолданылады.
Сильвиниттен  калий  хлоридін  екі  əдіспен  алады:  Галургии  немесе 
бөлек кристаллизациялау əдісі. Бұл əдіс KCІ-мен NaCІ-дың температу-
расына байланысты əртүрлі ерігіштігіне негізделген.
0-ден 100
0
С-қа  дейін NaCІ  ерігіштігі  өзгермейді,  ал KCІ  ерігіштігі 
температура  өскен  сайын  артады. 26
0
С-те KCІ  мен NaCІ  ерігіштігі 
бірдей болады. Егер  100
0
С ерітсе, KCІ, NaCІ-дан екі еседей көп бола-
ды. Егер салқындатсақ, онда тек KCІ ғана кристалданады.
Флотация  əдісі.  Бұл  əдіс  минералдар  сильвинит KCІ  жəне  галит 
NaCІ-дың  судағы  жұғу-жұқпау  қасиеттеріне  негізделген.  Флотация 
қалыпты температурада минералдардың қаныққан ерітіндісінде жүреді.
Бақылау сұрақтары
1.  Минералды  тыңайтқыштарды  əртүрлі  жолдармен  жіктеу  қандай 
принциптерге негізделген?
2.  Жай  жəне  қос  суперфосфатты  алу  үрдісінің  физикалық-
химиялық негізіне сүйеніп, технологиялық режимді қалай таңдағанын 
түсіндіріңдер.
3.  Жай  суперфосфатты  алудың  технологиялық  үрдісінде  қоймада 
сақтау сатысы неліктен кіргізілген? 
4. Карбамид алу үрдісі қандай сатылардан тұрады?
5. «Шикізат жартылай өнім-өнім» сызбанұсқасы бойынша минерал-
ды тыңайтқыштар алудың жолдарын көрсетіңдер.

219
 
12-БӨЛІМ
АЛЮМИНИЙ ӨНДІРІСІ
12.1. Алюминий өндірісінің жалпы сызбанұсқасы
Кеннен  алюминийді  металл  күйінде  алу  технологиясы  өте  қиын 
жəне  бір-бірімен  технологиялық  тізбектен  тұратын  жəне  өнді рі летін 
өнімдеріне байланысты төрт өндірістен тұрады.                                                                                                                                    
                                                                                                                                                                                                                                                   
Оған: 
- глинозем (алюминий оксиді) өндірісі;
- криолит пен фторлы тұздар өндірісі;
- көмірлі өнімдер (электродтар мен футеровка блоктары);
- электролитті алюминий өндірісі кіреді.
Негізгі  өндіріс  Кен→Глинозем→Алюминий  технологиялық  тізбегін 
құрайтын  глинозем  мен  алюминий  өндірісі  болып  табылады.  Олар 
территория  бойынша  бөлек  орналасады.  Алюминийді    электролитті 
тотықтыру энергосыйымдылығы жоғары үрдіс болғандықтан  алюми-
ний зауыттары электрэнергиясы арзан ГЭС бар аудандарда орналасады. 
Керісінше, глинозем өндірісі шикізатты тасымалдау шығынын қысқарту 
мақсатында алюминий кенін өндіретін жерлерде шоғырланады. Толық 
циклді өндіріс мысалына (кеннен бастап рафинирленген алюминий ме-
талына дейін) Волхов жəне Каменец-Урал зауыты жатады.  Осы саланың 
басқа кəсіпорындарда технологиялық тізбектің тек бөліктері: глинозем 
өндірісі (Ачинск, Бокситогорск) немесе алюминий қорыту (Кандалак-
ша, Волгоград, Новокузнецк, Братск, Красноярск) жүзеге асады.
Фторлы тұздар мен криолит өндірісі алдына глинозем үшін еріткіш 
жəне  электролиттің  балқу  температурасын  төмендететін  қосыишалар 
алу мақсатын қояды.
Көмірлі өнімдерінің жеке өндірісін ұйымдастыру қажеттігі электро-
лиз үдерісі кезінде көмірлі анодтар мен электролизерлердің футеровка-
лары шығындалады жəне үздіксіз толтыруды қажет ететіндіктен туын-
дады.
62-суретте жоғарыда аталған барлық операциялар кіретін алюми-
ний өндірісінің принципиалды сызбанұсқасы көрсетілген.
                                    

220
62-сурет. Алюминий өндірісінің принципиалды сызбанұсқасы
12.2. Глинозем өндірісі
Электролитті  алюминий  өндірісі  үшін  бастапқы  материал – таза 
алюмининй  оксиді – глинозем.  Алюминий  кенінен  глиноземді  бөлу 
үшін оны ерігіш тұзға (натрий алюминаты) айналдырады, сосын оны 
кеннің басқа компонентерінен бөліп алады, оның ерітіндісінен алюми-
ний  гидроксидін  тұндырады  жəне  соңында  кальцинациялау  жолымен 
глинозем алады.
Кеннен  глиноземді  бөлу  əдісі  оның  құрамына  байланысты.  Бұл 
əдістер  химиятермиялық  (пирометаллургиялық),  қышқылды  жəне 
негізгі  (гидрометаллургиялық)  болып  бөлінеді.  Пирометаллургиялық 
əдіске біріктіру тəсілі; гидрометаллургиялық əдіске – Байердің сілтілі 
тəсілі жатады.

221
 
Байер əдісімен глинозем өндірісі
                                                                                                                                                                                                                                                      
1.  Бокситті бөлшектеу жəне оны дымқыл күйінде ұнтақтау  ай-
налмалы сілтілі ерітіндіде пульпа түзеді;
2.  Алюминий  оксидін  айналмалы  натрий  гидрооксидімен 
сілтісіздендіргенде келесі реакция жүреді: 
HalO
2
 + NaOH + H
2
O
NaAlO
2
 + 2H
2
O
NaAl(OH)
4
       
(диаспор)
Al(OH)
3
 + NaOH
NaAlO
2
 + 2H
2
O
NaAl(OH)
4
 (гидроаргелит).
Сонымен  бірге  натрий  силикаты  түзілетін  реакция  жүретіндіктен,  
реакициядағы сілтінің бір бөлігі соған жұмсалады:
SiO
2 
+ 2NaOH
Na
2
SiO
3
 + H
2
O .
Сілтісіздендіру – сулы  сілті  ерітіндіні  алюминий  оксидімен 
қанықтыру  гетерогенді  үрдіс  болып  табылады,  оның  жылдамдығы 
қатты фазаның (боксит) дисперстілігіне, натрий гидрооксиді ерітіндінің 
концентрациясына  жəне  температураға  байланысты.  Сілтісіздендіру 
үрдісінің режимі бокситтің құрамындағы алюминий оксидінің гидрата-
ция дəрежесімен анықталады: диаспорды 240
0
С температура мен 3МПа 
қысымда; гидроаргелитті 100
0
С температурада мен 0,1 МПа қысымда 
сілтісіздендіреді. Алюминий оксидін бөліп алу дəрежесі (Х) үш сағатта 
0,92%-ға жетеді де, одан əрі  өзгермейді; бұл жағдайда сілті ерітіндіде 
натрий гидроксидінің концентрациясы төмендейді (63-сурет).   
63-сурет. Бөліп алу дəрежісінің (1) жəне сілтінің (2) концентрациясының 
уақыт бойынша өзгеруі:
1 – Al
2
O
3
-ді  бөліп алу дəрежесі;
2 – NaOH концентрациясы;
3. Қойыртпаққа (Пульпаға) су қосқанда ерімейтін гидратталған нат-
рий алюминаты түзілуінен сұйылту – өздігінен тазалану:

222
2NaAl(OH)
4
 + 2Na
2
SiO
3
 = Na
2
O*Al
2
O
3
* 2SiO
2
*2H
2
O + 4NaOH
Бұл  реакция  нəтижесінде  алюминий  компонентінің  бір  бөлігі 
жоғалады,  неғұрлым  көп  жоғалса,  соғұрлым  бокситтегі  кремний 
оксидінің мөлшері жоғары болады. Темір (ІІІ) оксидімен қызыл қоңыр 
түске боялған  алюмосиликаттың тұнбасы «қызыл шлам» деген атқа ие.
4.  Натрий  алюминат  ерітіндісін  фильтрлеу,  қызыл  шламды  бөлу 
жəне жуу.    
5.  Қойыртпақты  температураны  төмендете  отырып,  интенсивті 
араластырғанда  натрий  алюминат  ерітіндісі  декомпозицияланады 
(«бұралуы»):
NaAl(OH)
4
Al(OH)
3
 
+ NaOH .
 
Декомпозиция – натрий  алюминат  гидролизінің  өздігінен  өтетін 
үрдісі. Ол кристалды алюминий гидроксидін енгізгенде жылдамдайды, 
яғни  жүйеде  кристалдану  орталықтарының  пайда  болу  нəтижесінде, 
алюминий гидроксидінің үлкен кристалдарының түзілуін қамтамасыз 
етеді.
6. Қоюланған қойыртпақтан одан əрі алюминий гидроксидін ваккум-
фильтрде  бөлу  жəне  негізгі  фракцияның  бөлінуімен  алынған  өнімді 
классификациялау.
7. Бастапқы ерітіндінің айналмалы сілтінің түзілуіне дейін  булануы 
жəне натрий гидрооксидімен толықтырылуы.
8. Түзілген натрий карбонаттың кальций гидроксидімен каустифика-
циясы жəне түзілген ақ шламның технологиялық үрдіске қайтуы:
Na
2
CO
3
 + Ca(OH)
2 
= 
2NaOH + CaCO
3
 .
 
9. 1200
0
С  температурада  алюминий  гидроксидінің  кальцинациясы 
(құрғатуы):
2Al(OH)
3
 = Al
2
O
3
 + 3H
2
O .
 
Байер əдісімен алынған глинозем алюминий оксидінің α – модифика-
циясы мен γ – модификациясы қоспасынан тұрады. Техникалық өнім ақ 
кристалды зат болып табылады жəне тазалығы бойынша ерекшелетін  
бірнеше  маркамен  шығарылады.  Глиноземде ең  зиянды  қоспа болып, 
кремний оксиді, темір (ІІІ) оксиді жəне титанның (ІV) оксиді табылады. 
Одан басқа глиноземде калий, натрий жəне фосфордың (V) оксидінің 
болуы шектелген.
Техникалық глиноземге физикалық қасиеті бойынша: ылғалдылық, 

223
 
тығыздық,  үйілген  масса,  гранулометриялық  құрамы  сияқты  бірнеше 
талаптар қойылады. Тасымалдау кезінде өнімнің əрекеті, электролизер-
ге енгізу жəне электролиз үрдісінің өзін жүзеге асыру осы қасиеттеріне 
байланысты  болады.  64-суретте  принципиалды  сызбанұсқасы  кел-
тірілген.
64-сурет. Байер əдісі бойынша глинозем өндірісінің  принципиалды 
сызбанұсқасы.
 
Ȼɨɤɫɢɬ 
Ȼԧɥɲɟɤɬɟɭ 
ɕɥԑɚɥɞɵ ԝɫɚԕɬɚɭ 
ɋɿɥɬɿɫɿɡɞɟɧɞɿɪɭ 
Ⱥɪɚɥɚɫɬɵɪɭ 
Ԕɨɸɥɚɧɞɵɪɭ 
ȿɪɿɬɿɧɞɿɧɿԙ 
ɮɢɥɶɬɪɚɰɢɹɫɵ 
Ⱦɟɤɨɦɩɨɡɢɰɢɹ 
Ԕɨɸɥɚɧɞɵɪɭ,ɠɭɭ ɠԥɧɟ 
ɮɢɥɶɬɪɥɟɭ
Ⱥɥɸɦɢɧɢɣ ɝɢɞɪɨɨɤɫɢɞɿ 
Ʉɚɥɶɰɢɧɚɰɢɹ 
Ƚɥɢɧɨɡɟɦ 
Ԥɤɬɚɫ 
Ⱥɣɧɚɥɦɚɥɵ 
ɟɪɿɬɿɧɞɿ 
NaOH 
Ʉɚɭɫɬɢɮɢɤɚɰɢɹ 
Ⱥԕ 
ɲɥɚɦ 
ɀɭԑɵɲ ɫɭ 
ɀɭɭ 
Ԛɣɿɧɞɿɝɟ 
ԕɵɡɵɥ 
ɲɥɚɦɞɵ 
Ԕɵɡɵɥ 
ɲɥɚɦ 
ɒԛɪɩɿ 
ɇɚɬɪɢɣ 
ɤɚɪɛɨɧɚɬɵɧ 
ɛԧɥɭ 
Ȼɭɥɚɧɞɵɪɭ 
 
12.3. Пісіру əдісімен глинозем өндірісі
Пісіру  əдісі  негізінде  жоғары  температурада  алюминий  оксиді 
кені  мен  металл  карбонаттарының  əрекеттесуі  нəтижесінде  на-
трий  алюминаттарының  (жəне  нефелиндер  жағдайында  калий 

224
алюминаттарының)  түзілуі,  одан  əрі  алюминаттарды  сумен  сіл-
тісіздендіріп  жəне  оларды  көміртек  оксидімен (IV) ыдырауы-
на  негізделген  үрдіс  жатыр.  Карбонат  табиғаты  рудадағы  натрий 
компонентінің мөлшеріне тəуелді: бокситтерді пісіру үшін натрий жəне 
калий  карбонаттарының  қоспасын,  ал  құрамында  натрий  жəне  калий 
оксидтері бар нефелиндерді пісіру үшін тек қана кальций оксидін пай-
даланады. Бокситтерді пісіру үшін құрамындағы кремний оксидін каль-
ций карбонатымен байланыстырады жəне бұл қымбат натрий карбонат 
шығынын төмендетуге жоғары мүмкіндік береді. 
Глинозем  өндірісі  үрдісінің  пісіру  əдісі  ерекше  жəне  алюминий 
шикізаттарының  барлық  түрлерін    өңдеуге  жарамды.  Тұрмыста  оны 
кремний оксидінің мөлшері көп (5%-дан жоғары) болатын нефелиндер 
мен бокситтер үшін  қолданады. 
1.   Əктастар  (известняк)  мен  алюминий  кенін  ұсақтау,  сода 
ерітіндісінде шихтаны сулы үгіту жəне қойыртпақ құрамын реттеу.
2.  Қойыртпақтың  пісуі 1300
0
  С-да  келесі  реакциялар  бойынша: 
боксит жағдайында
2HalO
2
 + Na
2
CO
3 
= 2NaAlO
2
 + CO
2
 = H
2
O
 
немесе      
2Al(OH)
3
 + Na
2
CO
3 
= 2NaAlO
2
 + CO
2
 + 3H
2
O
 
жəне дикальцийсиликаттың түзілуі
SiO
2
 + 2CaCO
3
 = 2 CaO*SiO
2
 + 2CO
2
 ,
 
нефелин жағдайында,
(Na, K)
2
O  Al
2
O
3
  2SiO
2
 + 4CaCO = 2 (Na, K) AlO
2
 + 4CO
2
 + 2(2CaO  SiO
2
) .
 
Пісіру  үрдісі  қатты  фазада  жүреді  жəне  бір  реагентің  бөлшектері 
екіншісінің  кристалдық  торына  енуіне  негізделген.  Сондықтан  пісіру 
жылдамдығы  температура  жоғарылаған  сайын  өсетін  кристаларалық 
диффузия  жылдамдығымен  анықталады.  Шихтаның  жеңіл  балқитын 
компоненттерін балқыту жəне сұйық фазаның түзілуі пісу үрдісін жыл-
дамдатады. Пісіру кезінде бөлінетін газдар құрамында 10-12%-ға дейін 
көміртек оксиді (IV) болады.
3.  Түзілген  бөлшектерді  үгіту  жəне  олардан  натрий  мен  калий 
алюминаттарын сумен сілтісіздендіру.
4.  Ерітіндіні  кремнийсіздендіру – алюминат  ерітіндісінен 
əрекеттеспеген алюминий оксидтерін жəне үрдіске қайта қайтатын ақ 
шлам күйдегі кремний оксид қалдықтарды алып тастау.

225
 
65-сурет. Пісіру əдісімен глинозем өндірісінің принципиалды сызбанұсқасы
5.  Көміртек  оксидімен    алюминат  ерітіндісін  карбоназациялау 
жəне (боксит жағдайында) алюминий гидроксидін тұндыру келесі реак-
ция бойынша:
2NaAlO
2
 + CO
2
 + 3H
2
O = 3Al(OH)
3
 + Na
2
CO
3
 .
 

226
Нефелинді    өңдеу  арқылы  алынған  ерітіндіні  карбонизациялау 
кезінде қосалқы өнім ретінде «содаөнім» деп атап кеткен калий жəне 
натрий карбонаттарының қоспасы түзіледі: 
2 (Na, K) AlO
2
 + CO
2
 + 3H
2
O = 2Al(OH)
3
 + (Na, K)
2
 CO
3
 .
 
Əдетте, сода өнімнің 85%-ы натрий карбонатынан жəне 15%-ы ка-
лий карбонатынан тұрады. 
6.  Алюминий  гидроксидін  негізгі  ерітіндіден  бөлу  жəне  оны  су-
мен шайқау.
7. 1200
0
С-да алюминий гидроксидін кальцинациялау:
             
2Al(OH)
3
 = Al
2
O
3
 + 3H
2
O .
 
Пісіру  əдісі  арқылы  алынған  глиноземға  тазалығы  жəне  физика-
химиялық  сипаттамаларына  катысты  Байер  əдісі  арқылы  алынған 
глиноземға қойылатын талаптар қойылады.
Алюминат ерітінділерін тазалау нəтижесінде алынған шламға əктас 
қосқаннан кейін, ол портландцементте қайта өңделеді.
Кендегі 1 т алюминий оксидіне есептегенде шамамен, 1 тонна сода 
өнімі жəне 7-8 тонна цемент түзіледі. 
12.4. Алюминийдің электролиттік өндірісі
Металдық  алюминийді  оның  оксидінен  алудың  жалғыз  өндірістік 
əдісі – оның құймасының электролизі болып табылады. 
Таза алюминий оксидінің 900
0
С-тан жоғары температураға төзімді 
α-модификациясындағы  балқу  температурасы 2053
0
С-қа  тең.  Оның 
құймасының электролизі балқыту үрдісіне жəне ваннада жоғары темпе-
ратураны ұстап тұру үшін электроэнергияның өте жоғарғы шығынымен 
байланысты  жəне  бұл    энергия  бойынша  төмен  шығынға  əкеледі. 
Сондықтан  алюминий  өндірісінде  таза  алюминий  оксидін  емес,  алю-
миний оксиді мен криолиттен Na
3
AlF
6
 тұратын  жүйені, яғни криолитті-
глиноземді құйманы қолданады.       
 Криолит 1100
0
C температурада балқиды. Ол алюминий оксидімен 
соңғысының құрамы бойынша балқу температурасы 938
0
C болатын ша-
мамен 15% масс. эвтектиканы түзеді. Құймадағы глинозем құрамының 
əрі қарай өсуі жүйенің балқу температурасының лезде жоғарылауына 
əкеліп соғады (66-сурет).

227
 
66-сурет. «Криолит-алюминий оксиді» жүйесінің диаграммалық күйі
Электролиттің  балқу  температурасын  төмендету  үшін  электр өткіз-
гіштігін жоғарылату үшін жəне онымен анодты суландырудың жақсаруы 
үшін  құймаға  алюминий,  магний,  литий  жəне  кальций  фторидтерінің 
қоспалары  енгізіледі.  Өндірістік  электролиттің  құрамы: Na
3
AlF
6 
75-
90%, Al
2
O
3  
1-10%, AlF
3 
5-12%, CaF
2 
2-4%, MgF
2 
 2-5% тұрады. Осындай 
құрамды  элетролитте  алюминий  иондарының  потенциал  разрядынан 
төмен разряды иондар болмайды жəне балқу температурасы 950-970
0
С-
қа тең болады.
Жүйенің негізгі компонеттерінің диссоциациясы нəтижесінде
Na
3
AlF
6
 = 3Na
+
 + AlF
6
-3
 ,
 
Na
3
AlF
6
 = 3Na
+
 + AlF
6
-3
 ,
 
жəне фторлы тұздар қосқанда, балқытылған электролит құрамында мы-
надай иондары: Al
+3
 
,  Na
+  
, Са
+2 
, Mg
+2
, Li
+
, Al
2
O
3 
-3
, AlF
6
-3
, F
-
  бар күрделі 
көпкомпонентті жүйені құрайды. 
Электролит 
иондары 
разрядтарының 
жалғасуы 
иондар 
разрядтарының  ережелеріне  сəйкес  олардың  потенциалдарының 
мəндерімен анықталады. Өндірістік электролизерларда қолданылатын 
көмірлі  анод  пен  алюминийлі  катодтағы  (балқытылған  алюминий) 
крио лит  пен  алюминий  оксиді  иондарының    разрядтар  потенциа-
лы  жəне  элктролиздің  біріншілік  үрдістерінің  теңдеулері    20-кестеде 
келтірілген.
20-кесте
Электролиз кезіндегі біріншілік үрдістер
Электрод
потенциалы, В
Біріншілік реакция
Катод
+2,71
+1,66
Na
+  
Al
+3
 
  + 3е =  Al
Анод
-0,5 – дан жоғары
-0,47
AlF
6
-3
3 Al
2
O
3
-3  
-6е = Al
2
O
3    
+ 1,5О
2

228
Сондықтан,  криолитті-глиноземді  құйманың  электролизі  кезінде 
Al
+3
 
 жəне  Al
2
O
3
-3  
иондары разрядталады. Осы электродтардағы Al
 
– С 
ыдырауының  теориялық кернеуі 1,66-(-0,47)=2,13В-қа тең. 
1300
0
С  температура  үшін  термодинамикалық  мəліметтер  бойынша 
есептелінген фторлы тұздардың  AlF
3
, MgF
2
,  LiF,  CaF
2  
қоспаларының 
ыдырау  кернеуі  сəйкесінше: 3,97; 4,37; 4,61; 5,11; 5,16 В-қа  тең. 
Сондықтан  электролиз  кезінде  бұл  қоспалар  электрохимиялық 
ыдырауға ұшырамайды. 
Криолитті-глиноземді  балқыма  (расплава)  электролизі  кезінде 
екіншілік үрдістер анодтық сияқты  катодтық кеңістіктерде де жүреді. 
Анодты  кеңістікте  электролиз  температурасы  кезінде  көміртек 
оксиді (II) жəне көміртек оксиді (IV) қоспаларының түзілуімен  көмірлі 
анодтың үздіксіз тотығуы  өтеді: 
C + O = CO
     жəне        
C + O
2
 = CO
2
Газ көпіршіктері анодтың бетіне адсорбцияла отырып, оның табиғатын 
өзгертеді  жəне  иондар  разрядтарының  потенциалын  жоғарылатады. 
Сондықтан  бұл  электродтардағы Al
 
–  С 
. 
СО
2 
  ыдыраудың  тəжірибелік 
кернеуі теориялықтан біршама жоғары жəне 4,3-4,5В-ты құрайды. 
Біріншілік жəне екіншілік үрдістерінің реакцияларын қосып, элек-
тролиз реакциясының жалпы теңдігін аламыз: 
Al
2
O
3
 + 3C = 2Al + 3CO
2Al
2
O
3
 + 3C = 4Al + 3CO
2
 .
Алюминийді  электролиттік  алу  үрдісіндегі  қолданылатын  негізгі 
аппарат – электролизер  немесе  алюминий  ваннасы  болып  табылады 
(2.7-сурет).
67-сурет. Электролизердің сызбанұсқасы: а – өздігінен жанатын анодтары 
бар ванна; ə – алдын ала күййдірілген аноды бар блок
1 – қабығы; 2 – отқа төзімді футеровка, 3 – көмірлі плитадан құралған футе-
ровка, 4 – глинозем, 5 – балқыған электролит қабаты, 6 – гарнисаж, 7 – али-
миний қабаты, 8 – күйдірілген анодтың жұмысшы қабаты, 9 – ток жүргізуші, 
10 – өсуші блок, 11 – анодтық массаның қабығы, 12 – анодтық масса.

229
 
Алюминий  өндірісі  үшін  үздіксіз  алдын  ала  күйдірілген  анодтары 
бар қазіргі заманғы электролизердің сипаттамасы  келесідегідей: 
Тоқ күші  – 50 -150кА;
Электрэнергия шығыны – 13,8-15,0 МВт сағ/т;
Жұмысшы кернеуі – 4,2-4,5 В;
Тоқ бойынша шығымы –  0,9 масс.үл;
Энергия бойынша шығымы – 0,3 масс.үлес.
Мұндай электролизерлердің өнімділігі тəулігіне 0,5-тен 1,2 тоннаға 
дейінгі  алюминийді  құрайды  жəне  төмендегікелеесі  формуламен 
есептелінуі мүмкін: 
П = 0,33 Jτ Bт 10
-6
мұндағы:       П – электролизер өнімділігі, т/тəулік;
                  J – ток күші, А;
                  τ – электролиз уақыты, сағ; 
                 Bт – ток бойынша шығымы, масс.үлес.
12.5. Алюминийді рафинирлеу жəне тазалау
Қоспалар  алюминийдің  механикалық,  электрлік  жəне  литейлі 
қасиеттерін  айтарлықтай  нашарлатады  жəне  оның  коррозияға 
төзімділігін  төмендетеді.  Механикалық  қоспалардан  жəне  еріген  газ-
дардан  тазалау  үшін  ваннадан  сығылып  алынған  алюминийді  бірден 
вакуум-ковшиктерде  хлорлайды. Бұл кезде сутек жəне кейбір металдар 
хлорланады, ал түзілген хлоридтер жəне механикалық қоспалар металл 
бетіне шығады да, алып тасталынады.
{ Al+ Mg + Ca }
{MgCI
2
 + CaCI
2
 + AlCI
3
} + Al
 68-сурет. Алюминийді электролиттік рафинирлеудің сызбанұсқасы
1 – мысы бар рафинирленген алюминий қабаты;  2 – электролит қабаты; 
3 – таза алюминий қабаты.

230
12.6. Электролитті алюминийдің өзіндік құны
Алюминийдің  өндірісі  материалды  жəне  энергокөлемді  метал-
лургиялық  өндірістер  қатарына  жатады.  Сондықтан  алюминийдің 
өзіндік құны құрылымында шикізат пен энергияға жұмсалған шығын 
негізгі  болып  табылады.  21-кестеде  алюминийдің  өзіндік  құнының 
құрылымы жəне салыстыру үшін жалпы түсті металлургияның өзіндік 
құнының құрылымы да келтірілген. 
21-кесте
Алюминийдің өзіндік құны  құрылымы
Шығындар тізімі
Шығындар үлесі, %
алюминий
Түсті металлургия өнімі
Шикізат жəне негізгі 
материалдар
64,0
53,6
Сонымен қатар: глинозем
                             фторлы тұздар
                            анодтар
49,5
5,6
8,9
-
-
-
электроэнергия
24,1
7,9
Отындар
-
3,8
Жалақы
3,4
14,5
Амортизация  жəне  тағы  да 
басқа шығындар
9,1
12,3
Бақылау сұрақтары
1.  Алюминий  өндірісінің  негізгі  сызбанұсқасының  технологиялық 
тізбегіне талдау жасаңыз?
2. Глинозем өндірісінің теориялық негізі неге негізделген?
3. Глинозем өндірісі неше əдістен тұрады?
4. Байер əдісі қалай жүзеге асырылады?
5. Пісіру əдісімен глинозем өндірісінің теориялық негіздемесіне тал-
дау жасаңыз?
6. Алюминийдің электролиттік өндірісінің теориялық негізі.
7. Алюминийді рафинирлеу жəне тазалау қалай жүргізіледі?

231
 
13-БӨЛІМ
КҮЙДІРГІШ НАТР  ЖƏНЕ ХЛОР ӨНДІРІСІ
Күйдіргіш натр немесе каустикалық сода – ақ немесе аздап боялған 
зат,  суда  жақсы  ериді.Сусыз  күйдіргіш  натрдың  балқу  температура-
сы 328
0
С. Өндірісте күйдіргіш натрдың қатты жəне  сумен ерітіндісін 
шығарады.  Қатты NaOH -ның  екі  (А  жəне  Ə)  сорты  шығарылады.  А 
сорты 95%-дан,  Б  сорты 92%-дан  кем  болмау  керек.  Сұйық NaOH-та 
екі сортпен шығарылады. В- «электрохимиялық» жəне Т-» химиялық». 
Екі сортында да NaOH концентрациясы 610 г/л. Бұл екеуі құрамындағы 
NaCl  мен карбонаттың  мөлшерімен өзгешеленеді.
Күйдіргіш  натр  сабын,  қағаз,  жасанды  талшық  өндірістерінде, 
органикалық  синтез  жəне  мұнай  өнеркəсібінде  жəне  т.б.  кеңінен 
қолданылады.
Хлор – қалыпты жағдайда сарғыш жасыл түсті, тұншықтырғыш иісті 
газ. Атмосфералық қысымда қайнау температурасы = -33,6
0
С, қату тем-
пературасы = 101,5
0
С. Суда жақсы ериді. Дүниежүзінде  жылына 1млн 
т  хлор  өндіріледі.  Оның 60%-ы  органикалық  синтезде  қолданылады. 
Бұдан басқа хлор-руда өндіруде, мұнай өндірісінде, медицинада, ішетін 
суларды  зиянсыздандыруда  жəне  т.б.  халық  шаруашылығының    сала-
сында қолданылады.
Хлор  улы  газ.  Құрамында 0,003-0,005мг/л  хлор  бар  ауаны 30 мин 
жұтса, адам тыныс жолын жарақаттайды. Ал 0,1-0,2 мг/л хлор бар ауа-
мен дем алса, одан өліп кетеді.
Күйдіргіш  натрды  өндірісте    химиялық    жəне  электрохимиялық  
əдістермен өндіреді.
Химиялық ізбес жəне феррит əдісі болып екіге бөлінеді.
Ізбес əдісі. Сода ерітіндісін  ізбес суымен өңдегенде «каусификация-
лау» үрдісі жүріп, каустик сода түзеледі:
Na
2
CO
3
 + Ca(OH)
2
2NaOH + CaCO
3
Соданың  кальций  гидроокидімен  əрекеттесу  үрдісі  «каустифика-
циялау»  деп  аталады.  Соданың  каустификациялау  дəрежесі Na
2
CO
3 
ерітіндісінің  бастапқы  концентарциясына  байланысты.  Ерітіндінің 
бастапқы  концентарциясы    аз  болған  сайын    каустификациялау 
дəрежесі  жоғарылайды.  Мысалы, 5% Na
2
CO
3 
ерітіндісін  каустифи-
кациялау  дəрежесі 99,2% болса, 22% ерітіндінің  каустификациялау 
дəрежесі 78,1% шамасында болады. Өндірісте 12%-ды сода ерітіндісі 

232
қолданылады.  Каустификациялау  дəрежесі 90%, щелок  (сілтіше) 
құрамындағы NaOH 100-120г/л.
Температура  жоғарылаған  сайын NaOH шығымы  төмендейді, 
өйткені  ізбестің  ерігіштігі  азаяды.  Сөндірілген  ізбестің  ерігіштігін 
арттыру  үшін  суспензияны  жылдамырақ  араластыру  керек.  Өндірісте 
оптималды температура – 100
0
С. Осы жағдайда реакция жылдамдығы 
жəне  өнімнің  тұну  жылдамдығы  жоғары  келеді.  Каустикалық  соданы 
өндірудің технологиялық үрдісі 8 сатыдан тұрады:
1.  Техникалық  натр  бикарбонатын  бумен  қыздырып,  сода 
ерітіндісін дайындау:
2NaHCO
3
105-110
0
C
Na
2
CO
3
 + CO
2
 + H
2
O .
                              бу 
2. «Қалыпты» ерітінді деп аталатын 12% сода ерітіндісін дайындау.
3. «Қалыпты” ерітіндімен “ізбес сүтін” əрекетестіру (бірінші каус-
тификациялау).
4.  Шламды бөліп алу.
5.  Шламды  декарбонизатордан  бөлінген  сұйықпен  өңдеу  (екінші 
каус тификациялау).
6.  Шламды жуу.
7.  Сілтіні қайната суалту.
8.  Күйдіргіш натрды сусыздандыру.
Сегіз  сатының  ең  баяу  жүретіні 4- жəне 6-. Осы  екі  сатының 
жылдамдығын  арттыру  үшін  крахмал,  темір  тұздарын  жəне  натр 
сульфатының ерітінділерін қолданады.
Ізбес əдісінің негізгі кемшілігі: 
- cілтіше (щелок) құрамындағы NaOH  концентрациясы өте аз (90-
135г/л) жəне іске аспайтын көп шлам бөлінеді. Соңғы уақытта шламды 
өртеп, ізбес алып, оны қайтадан каустификациялау үрдісіне қайтарады. 
13.1. Күйдіргіш натрды феррит əдісімен өндіру
 
1100-1200
0
С температурада соданы темір оксидімен айнамалы пеш-
те пісіреді.Технологиялық үрдіс 7 сатыдан тұрады:
1.  
Шихта дайындау:
Na
2
CO
3
 + Fe
2
O
3
 = 25% + 75% .
2.  
Шихтаны 1100-1200
0
С қыздыру:

233
 
Na
2
CO
3
 + Fe
2
O
3
 = Na
2
O  Fe
2
O
3
 + CO
2
 - 142,5 кДж .
3.  Натрферритін сөндіру жəне шаю:
Fe
2
O
3 
технологиялық үрдіске қайтарылады.
4. Сілтішені (щелок) NaOH мөлшері 610 г/л-ге жеткенше қайнатып, 
суалту (натр ферритін шаюдан шыққан ерітінді құрамында 360-380г/л 
NaOH ). 
5. Сусыздандырылған сілтішені сүзіп тазарту.
6. Біржолата суытып күйдіргіш натрды балқыту.
7. Балқыған NaOH мөлдір қалпында бөшкеге құю.
Осы  əдіспен  каустификациялау  дəрежесі 87-90% шамасында  бо-
лады.  Негізгі  кемшілігі:  Отын  көп  жұмсалады  жəне NaOH таза  емес, 
еңбек жағдайы ауыр.
Қазіргі  кезде  химиялық  əдістің  орнына  көбіне,  электрохимиялық 
əдіс қолданылады.
13.2. Электрохимиялық əдіспен күйдіргіш натр 
жəне хлорды өндіру
Тұрақты  электр  тогының  əсерімен  жүретін  химиялық  үрдістерді 
электрохимиялық,  ал  тұрақты  электр  тогының  қатысуымен  заттар 
өндіретін өндірісті – электрохимиялық өндіріс деп атайды.
Электрохимиялық үрдістер электролиттерді электролиздеуге  негіз-
делген.  Электролиз  дегеніміз – ерітіндіден  (немесе  балқыған  күй  дегі 
электролиттен) электр тогы өткен кезде жүретін тотығу-то тық сыздану 
үрдісі. Бұл үрдісте электр энергиясы химиялық энергияға айналады.
Егер  электролиттің  судағы  ерітіндісіне  тұрақты  ток  көзімен 
жалғасқан  электродтар  орналасса,  ерітіндідегі  иондардың  тəртіпсіз 
қозғалысы белгілі бір бағытқа ие болады, катиондар катодқа, аниондар 
анодқа  барып  зарядтарынан  айырылады  (зарядсызданады),  яғни  ка-
тиондар  катодтан  электрондар  алып,  аниондар  анодқа  артық  электро-
нын  беріп,  нейтрал  зарядты  күйге  ауысады.  Зарядсызданған  атомдар 
не атомдар тобы ерітіндіден бөлініп шығады немесе өзара əрекеттесіп, 
электролиздің екінші өнімі деп аталатын заттар түзеді. Өндірісте сулы 
ерітінділермен қорытпалардың электролизі кең өріс алған.
Электорхимиялық  əдіспен  өндірудің  химиялық  əдіске  қарағанда 
едəуір  артықшылықтары  бар:  технологиялық  үрдістерді  оңайлатады, 

234
энергия мен шикізат шығынсыз толығынан пайдаланылады, бір уақытта 
бірнеше бағалы заттар алынады, өнімдер химиялық əдіспен жете алмай-
тын өте үлкен дəрежелі тазалықпен алынады, кейде химиялық əдіспен 
өнбейтін заттарды өндіруге болады.
Осы  артықшылықтарының  арқасында  электрохимиялық  үрдістер 
өте  бағалы  заттар:  хлор,  сілті,  сутегі,  оттегі,  анорганикалық 
тотықтырғыштар жəне металдарды коррозиядан қорғайтын жапқыштар 
алуға қолданылады.
Электрохимиялық  өндірістін  кемшілігі:  энергиянын,  өте  көп 
шығыны.
Электролиз  кезінде  электр  энергиясын  ұтымды  пайдаланудың 
белгісі: ток бойынша шығым жəне энергияны пайдалану коэффиценті 
болып табылады. 
Ток  бойынша  шығым – электролиз  кезінде  белгілі  бір  мөлшерде 
электр қуаты жұмсалғанда алынған зат мөлшерінің G
пр
, Фарадей заңы 
бойынша  (яғни,  теория  бойынша)  бөлінуге  тиісті  зат  мөлшеріне  G
т
 
қатынасы:
ăൌሺ
˒˓
Ȁܩ
˕
ሻͳͲͲǤ
  
                                    (1)
Теория бойынша алынған заттың мөлшері Фарадей заңы бойынша:
  
.
100
/
E
I
G
T
W
 
                                         (2)
Мұндағы, І – ток күші, А; 
 - электролиздеу уақыты, (сек,сағ); Е – 
электрохимиялық  эквивалент-электродтан  1А*  сағ.  өткенде  бөлінетін 
зат мөлшері. Хлор үшін – 1,323, NaOH-1,492, Н
2
-0,0376.
Е=Э/F 
Э – заттың 1 г экв массасы, г.
F-96487Кл  немесе 26,8 А*сағ  (Фарадей  тұрақтысы 96500 кулон 
(А*сек) – кез келген заттың бір эквивалентін бөліп алу үшін кететін ток 
мөлшері).
13.3. Фарадей заңы
1.  Электролиз  кезінде  бөлінетін  заттардың  мөлшері  электролит-
тен өткен ток мөлшеріне тура пропорционал.
2.  Кез  келген  заттың  бір  эквивалентін  электролиз  арқылы  бөліп 
алу үшін  бірдей ток мөлшері 96500 кулон=26,8А*сағ. жұмсау қажет.
Мысалы:  Электролиз  жүретін  ваннада  ас  тұзының  ерітіндісінен 
15500 А ток өткенде 24 сағат ішінде құрамында 125г/л NaOH бар 4200 л 
электролиттік сілтіше алынған. Ток бойынша шығымды анықтау керек. 

235
 
Шешімі (2) теңдеу бойынша теория бойынша төмендегі мөлшерде 
NaOH алыну керек. 
Факт бойынша мынадай NaOH алынады:
125* 4200
525
1000
ɩɪ
G
ɤɝ
 
 
, 
Ɍ
15500* 24*1,492
G
555
1000
 
 
. 
Осыдан ток бойынша шығым (1) теңдеу бойынша:
     
525
/
100
100 94.6%
555
ɩɪ
G
G
W
K
 
 
˜
 
 
                                 
Өндіріс жағдайында  электролиз жүргізгенде ток бойынша шығым 
100%-дан аз. Ол жанама химиялық жəне электрохимиялық үрдістердің 
жүруіне байланысты. 
-ді көбейту үшін осы жанама процестерді азайту 
жағын ойлау керек. 
Энергияны пайдалану коэффиценті μ  - бірлік  өнімді бөліп алу үшін 
теория  бойынша  керек  энергия  мөлшерінің  W
Т
,  шынайы  жұмсалған 
энергия мөлшеріне қатынасы. Пайызбен:
                    
100
ɩɪ
W
W
W
P

жүктеу/скачать 6,61 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: