Оқулық құралы Павлодар (075. 8) Ббк 34. 33 я73 м 27 С. Торайғыров атындағы пму ғылыми кеңесі ұсынған

Гуминдер негізінен шіріп,еріген ағза қалдықтарынан тұрады, ал битумдар әртүрлі көмірсутегімен олардың оттекті қосылыстарының табиғи қоспаларынан тұрады. Гуминдер сілтілік гуматтар құрап алғанан кейін тіпті әлсіз сілтілерде жақсы ериді, ал битумдер сілтілерде ерімейді.

Алюминат ерітінділерінде органикалық қосылыстардың қатысуы алюминий гидроксидінің түйіршіктерінің өсуіне ыдырау процесі кезінде кері, жағымсыз әсер етеді.

Органикалық заттар түнбаға түсетін гидроксидтердің түйіршіктерінің беткі қабатына адсорбциаланып, түйіршіктердің өсуін тежеп, ұсақтүйіршікті алюминий тотығын алуға қолайлы жағдай туғызады. Сонымен қатар органикалық заттардың қатысуы алюминат ерітінділерінің тұтқырлығын арттырып, қызыл шламның қойылтуын нашарлатады. Сондықтан органикалық қосылыстарды бокситтан тазалап отыру маңызды істердің бірі болып саналады. Тазалаудың бір әдісі буландыру процесінен кейін төл ерітіндіден түйіршік содалармен бірге жүйелі түрде шығарып отырған жөн. Ал ең тиімді әдіс, егер қолданылатын бокситті күйдірсе, онда органикалық заттар күйдіру кезінде бұзылып жанып кетеді.

Сонымен бокситті Байерлік тәсілмен ерітінділеу нәтижесінде біраз мөлшерде кремний, фосфор, ванадий, галлий, күкірт және органикалық заттармен ыластанылған натрий моноалюминат ерітіндісі алынады.

Қызыл шламның, яғни қатты қалдықтың негізгі құрамын темір оксиді мен натрий гидроалюмосиликаты құрайды.

Енді бокситті ерітінділеу процесі кезіндегі оған әсер ететін әртүрлі факторларға теріңірек тоқтала кетейік:

1) ерітінділеу прпоцесінің ұзақтылығы;

2) сілтілік ерітіндінің концентрациясы;

3) алюминат ерітінділерінің каустикті қатынасы;

4) автоклавтың ішкі жағындағы қысымы мен температурасы;

5) әктің қоспасы;

6) бокситтің ұнтақталу деңгейі;

7) бокситті бұлғаулау процесі.

Ал алюминат ерітінділеріндегі кремний оксидінің SiO₂ мөлшері ерітінділеу процесінің ұзақтылығына байланысты, сондықтан бастапқы уақытта кремний оксидінің концентрациясы тез арада жоғарлайды да, содан кейін дәл сондай жылдамдықпен тез төмендейді. Ерітіндідегі кремнидің мөлшерінің төмендеуі оның алюминат ерітінділерінен бөлініп, ерімейтін натрий гидроалюмосиликаты пішінінде тұнбаға түсуі уақыты болып саналады. Автоклавтардағы бокситтің ерітінділеу ұзақтылығы алюминий гидроксидінің минерологиялық пішініне де байланысты.

Бокситтерді ерітінділеудің ұзақтылығын тәжірибелік жолмен есептеп шығарады.

Тәжірибелік жолмен есептегенде ерітінділеу уақыты алюминий тотығын алу жоғарғы деңгейде болатын уақыт өлшеміне тең және алюминат ерітіндісінен кремниді ажырату да толығымен өтетін уақытқа сәйкес болу қажет. Сондай нәтижеге жеткендегі уақыт ерітінділеуге қажетті уақыт болып саналады.

Өндірістегі бокситтің және бокситті ерітінділейтін ерітінділердің құрамы мынадай:

1) құрғақ бокситің химиялық құрамы, орташа: Al₂O₃ 44,7%; Fe₂O₃ 14,0%; SiO₂ 12,1%; СаО 1%; СО₂ 1,72%; SO₃ 0,9%; басқалары 2,58%; қыздыру кезіндегі жоғалым (қ.к.ж.) 23, бокситтің ылғалдылығы 20,6%. кремнилік модулі 3,69.

2) айналымдағы сілтілік ерітіндінің құрамы, г/дм³: Al₂O₃ 113,7; Na₂O_ж 223,5; Na₂О_k 202; СО₂ 15,26, тығыздығы 1440 кг/м³, α_к = 2,92.

3) алюминат ерітіндісінің құрамы г/дм³: Al₂O₃ 110; Na₂O_к 103,65; СО₂ 10,54; тығыздығы 1280 кг/м³, α_к = 1,55.

Сілтілік ерітінділердің концентрациясын жоғарлатқанда олардың болаттан жасалған аппараттарды бұзу әсерін ескерген жөн және қуатты сілтілік ерітінділерден пайда болған жоғары концентратты алюминат ерітінділері тұтқырланып, қызыл шламдарды бөлгенде қиындықтар туғызады.

Бокситті ерітінділеу процесінің жылдамдығына айналымдағы сілтілік ерітінділердің каустикті қатынасы өте маңызды әсер етеді, яғни ерітінділеудің жылдамдығы сілтілік ерітіндінің каустикті модулін көтергенде α_к жоғарлап, ал азайтқанда төмендейді.

Сонымен қатар ерітінділеудің жылдамдығы алынатын алюминат ерітінділерінің каустикті модуліне де тәуелді, өйткені алюминат ерітіндісіндегі α_к азайуы боксит бірлігінің массасына шағылатын Na₂О_k де азайтуды талап етеді. Ал бұл құбылыс ерітінділеу жылдамдығының баяулауына әкеліп соғады. Алюминат ерітінділері жоғарғы каустикті модулмен α_к алынса ерітінділеу жылдамдығы ұлғайады, өйткені бокситтің әрбір масса бірлігі көп мөлшерлі сілтімен өңделеді.

Автоклавтың ішкі жағындағы қысымы мен температурасы. Автоклавтың бокситті ерітінділейтін ішкі жағындағы қысымы мен температурасы процеске ерекше үлкен әсер етеді.

Кәдімгі қалыпты жағдайда автоклавтың ішкі қысымы мен температурасын көтергенде алюминий тотығының түсімі артып, ерітінділеу ұзақтығы қысқарады. Басқаша айтқанда сол бокситтен алынатын алюминий тотығының түсім деңгейі ішкі қысым мен температураны көтергенде аз уақыт аралығында іске асырылады.

диффузиялық қабатының қалыңдығы.

Қатты заттардың еру жылдамдықтарының теңдеуінен көріп отырғанымыздай, диффузия коэффицентінің көрсеткіші көп болған сайын, жылдамдықта жоғары болатынын байқаймыз. Диффузия коэффициенті температура процесіне тура сәйкестік етсе, ерітіндінің тұтқырлығына кері әсер етеді. Температураның жоғарлауымен ерітіндінің тұтқырлығыда төмендеп, диффузия процесін жылдамдатады. Ал диффузиның көрсеткіші ұлғайғанда сілтілік ерітіндіде алюминий гидроксидінің еру жылдамдығыда ұлғайады, яғни бокситті ерітінділеу жылдамдығы өседі. Автоклавтың ішкі қысымының ұлғаюы ерітінділеудің ұзақтығын бірнеше есе қысқартып, алюминий тотығының түсімін арттырады.

Өндірісте бокситтерді ерітінділеу процесіне керекті қысым мен температура тәжірибелік нәтижелерден кейін белгілі болады және бокситтің құрамындағы алюминий гидроксидінің минерологиялық құрамына байланысты.

Әктің қоспасы. Өндіріс тәжірибелері мен бірнеше зерттеу жұмыстарының нәтижелерінде автоклавтарда бокситті ерітінділеу кезінде (3-4%) әктің қоспасы алюминий тотығының түсімін артыратындығы анықталды.

Бірақ осы күнге дейін әк қоспасының ерітінділеу процесіне әсері толық зерттелген жоқ. Павлодар алюминий заводында Байерлік сұлбаға әк сүтін қосқанымызда ерітінділеудің ұзақтығы едәуір қысқарып, кремнилік модуль 380 бірліктен 440 дейін жоғарылады. Бірақ кейін сол қоспаның нәтижесінде алынған төл ерітіндіні галлий алу цехына жібергенімізде, галлидің түсімі 40% төмендеп, металл 95% шламданып кеткен болатын.

Мұның себебі ерітіндіде әк өзімен бірге галлий иондарын қосып алып қызыл шламға өтеді, сөйтіп алюминат ерітінділеріндегі галлидің мөлшері азаяды деп түсінеміз.

Ал әк сүтін Күйежентектелу цехының сұлбасына қосқанымызда нәтижеміздің бәрі дерлік жағымды болды, кремнилік модуль 450-460 бірліктен 1000 дейін көтеріліп, ерітінділеу ұзақтығы едәуір қысқарды.

Сонымен әк қоспаларының әсері жайлы қазір нақтылап айту қиын, тек галлий алатын ерітінділерге әк қоспасын қосуға болмайтынына көзіміз анық жетті.

Бокситтің ұнтақталу деңгейі мен араластыру процессінің әсері. Қатты заттардың сұйықтықта еру жылдамдығының теңдеуінен (3.10), ерітіндімен жанасатын бөлшектің беткі жағы үлкен болған сайын, еру жылдамдығыда жоғары болатынын көреміз. Бокситтің ұсақталу деңгейі ұлғайған сайын, оның ерітіндімен жанасуының беттік үлесіде өседі. Бокситтердегі алюминий гидроксидінің түйіршіктері өте аз, сондықтан оларды ашу үшін бокситті мұқият ұнтақтау қажет.

Бокситтің ұнтақтық деңгейі оның құрылымына байланысты. Қопсыма бокситтер майда ұнтақтауды қажет етпейді, олардың бойында көп шытынаған сызықтар, тесіктер және ұсақ каналдар бар, солар арқылы сілтілік ерітінді оңай кіре алады. Сондықтан тығыз, қатты бокситерді майдалап ұсақтау қажет. Бірақ бокситті өте майдалап ұнтақтау диірмендердің өнімділігін төмендетіп, қызыл шламның шөгу жылдамдығын бәсеңдетеді. Осының салдарынан қойылтқыштар мен жуғыш аппаратарының өнімділіктері төмендейді.

Сурет 3.1 - Бокситті ерітіндідеуге арналған автоклав қондырғысы