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 (6.14)
S ^{+ 2} + Fe ^{– 2} = FeS↓ (6.15)
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 (6.16)
CO₂ + C = 2CO (6.17)
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;

6.3.1 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 (6.22)
2Fe₂O₃ + 2CO = 4FeO + 2CO₂ (6.23)
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.

ГМЦ – гидрометаллургиялық цехы.

КЖЦ – күйежентектелу цехы.

ЖЭО – жылу электр орталығы.

ЖТАС – жайма тік автоматтандырылған сүзгі.

БӨА – бақылау өлшеуіш аспаптары.

С:Қ – сұйық фаза мен қатты фаза қатынастары.

Қ.к.ж. – кальциндеу процесіндегі «Қыздырып – шынықтыру кезіндегі жоғалымдар».

Қг / л – қатты граммды фазаның литерге қатынасы.

Атм – атмосфера.

Сондықтан бұл оқулықтың басты ерекшеліктерінің бірі Қазақстандағы алюминий тотығының өндірісі тұңғыш рет қазақ тілінде жарық көргелі отыр.

2 Автор оқулық құралына өзінің Павлодар алюминий заводында көптеген жылдар бойы істеген қызыметінің тәжірибесі мен білімін енгізіп отыр.

3 Оқулық құралында Қазақстан республикасының жер қойнауындағы бокситтің қорлары қай жерлерде орналасқандығын және оның сапасы мен мөлшері қандай деңгейде екендігі көрсетілген.

Сонымен бірге оқулықта алюминий тотығын бокситтен басқа қандай шикізаттардан алуға болатындығы және ол шикізаттар еліміздің қандай аймақтарында орналасқандықтары келтірілген.

4 Автор оқулық құралында қазіргі кездегі Павлодар алюминий заводының Байер – күйежентектелу сұлбасының технологиясына енгізілген жаңа озық технологиялық жаңалықтарды ескеріп, оларды бірге қоса сиппаттады (бокситтің құрамындағы темір ұнтақтарын жаңа «Тік аппараттарда» бөлу технологиясы).

5 Оқулықта Қазақстанда салынып жатқан тұңғыш электролиз заводы ескеріліп,таза, қанатты алюминий өндірісінің технологиясы мен есептері ұсынылып отыр.

6 Металлургиялық пештерде қолданылатын отындардың түрлері және олардың есептері көрсетілді (таскөмірді газдандыру, газдық генератор технологиясы мен газдандыру процесінің негізгі реакциялары көрсетілді).

7 Оқулықта Байер тәсілінің технологиясы мен күйежентектелу тізбектерінің технологиялары жеке - бөлек қарастырылды. Буландыру аппараттарының түрлеріне және олардың есептеріне ерекше мән беріліп, оқулықта қарапайым тәсілмен көрсетілді.

Әдебиеттер
1 Абжаппаров А. «Комплексное использование низкокачественного глиноземсодержащего сырья Казахстана». – Алматы: «Ғылым», 1998. – 120 с.

2 Беляев А. И. «Металлургия легких металлов». – М. : Металлургия», 1970. – 185 с.

3 ISSN 0372-2929 «Цветные металлы», 1999. – № 6.

4 ISSN 0372-2929 «Цветные металлы», 1997. – № 4

5 Қазақша – орысша, орысша – қазақша терминологиялық сөздік. «Кен ісі және металлургия». – Алматы: «Рауан», 2000. – 136 с.

6 Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А., Певзнер И.З. Производство глинозема». – М. : «Металлургия», 1978. – 226 с.

7 Light Metals 1993, Bayer Liquor Polishing.

8 Light Metals Новый процесс удаления органики из раствора Байера. С. Стао, Й. Ямада и другие, 1982. – 82 с.

9 Масенов К.Б. Диссертация «Разработка способов получения крупнозернистого гидроксида алюминия в производстве глинозема». – Алматы, 2003.

10 Масенов К.Б., Романов Л.Г., Ковзаленко В.А., Алькенов А.А. Влияние примесных компонентов на разложение алюминатных растворов // Комплексное использование минерального сырья, 2002. – № 3.

11 Масенов К.Б., Ковзаленко В.А., Луганов В.А. Способ получения крупнозернистого гидроксида алюминия // Комплексное использование минерального сырья, 2002. – № 5.

12 Масенов К.Б., Ковзаленко В.А., Луганов В.А., Иркитов А.Л. Теоретические основы кристаллизации гидроксида алюминия при разложении алюминатных растворов. Тезисы докл. Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. – Алматы, 2003.

13 Орысша – қазақша түсіндірме сөздік. «Металлургия». – Павлодар, 2002. – 63 с.

14 Патент № РСТ/FR99/01975.

15 Патент США,Hiralal 5,690,700. – 25 ноября, 1997.

16 Патент США, Hiscox, 5,102,426. – 7 апрель, 1992.

17 Садыков Ж.С., Щербан С.А. Металлургия легких металлов. Методическое руководство к лабораторным работам по общему курсу. – Алма-Ата: КазПТИ, 1986. – 45 с.

18 Сырьевая база алюминиевой промышленности Казахстана. – Алматы, 2002.

1 Қазақстандағы бокситтың және алюминий тотығын

өндіретін басқа шикізатардың қорлары…………………….4

1.1 Нефелиндер…………………………………………………...8

1.2 Саздар және ақсаздар………………………………………..9

2 Өндірістегі алюминий тотығын өндіру тәсілдерінің

түрлері………………………………………………………..11

3 Алюминий тотығы өндірісінің Байерлік әдіспен

өндіргендегі физико - химиялық негіздері………………...13

3.1 Бокситті ерітінділеу………………………………………....14

3.2 Алюминий тотығын күйежентектелу әдісімен өндірудің

физико - химиялық негіздері……………………………….23

3.3 Бокситті шикіқұрамды дайындау…………………………..24

3.4 Күйежентекті ерітінділеу…………………………………...26

3.5 Алюминат ерітінділерінен кремниді ажырату…………….28

3.6 Алюминат ерітінділерін карбондау………………………...29

3.7 Күйдіру жектектеу әдісі арқылы нефелиндерден

алюминий тотығын, сода өнімдерін және цемент

алу тәсілдері………………………………………………….29

4 Алюминий өндірісі…………………………………………..36

4.1 Алюминиді электролиттік әдіспен алудың

теориялық нгіздері…………………………………………..36

4.2 Электролиттің құрамы……………………………………....37

4.3 Электролит компоненттерді ыдыратуы кернеуі ………….39

4.4 Анодтық әсер………………………………………………...39

4.5 Криолит-алюминий тотығы балқымаларын

электролиздеу кезіндегі ток пен энергияның

шығымдары…………………………………………………..40

5 Павлодар алюминий заводының алюминий тотығы

өндірісі технологиясының сұлбасы………………………..43

5.1 Бокситті ұнтақтау және темір құмдарынан ажырату….... 44

5.2 Ерітінділеу…………………………………………………...48

5.3 Қызыл шламды қоюландыру және жуу……………………49

5.4 Қойылтқының ағызындысын сүзу………………………….53

5.5 Қызыл шламды сүзу………………………………………....55

5.6 Вакуумдық әдіспен салқындату……………………………57

5.7 Декомпозиция………………………………………………..59

5.8 Гидратты өңдеу блогы……………………………………....67

5.9 Төл ерітіндіні буландыру…………………………………...71

5.10 Соданың ерітіндіден бөлінуі……………………………….79

5.11 Алюминий гидрототығын қыздыру………………………..80

6 Күйежентектелу цехы……………………………………….85

6.1 Шикіқұрам бөлімшесі……………………………………….86

6.2 Тотықсыздандыру әдісі арқылы күйежентектелу…………93

6.3 Металлургиялық пештерде қолданылатын отынның

түрлері………………………………………………………..96

6.4 Жану есептері………………………………………………..99

Оқулықтағы қысқартылынған сөздер……………………101

Сөздік……………………………………………………….102

Негізгі қорытындылар……………………………………..103