Глиноземды күйежентектеу әдісімен алу

Күйежентектеу әдісі бокситтен алюминий оксидін суда ерігіш алюминатқа өткізуге негізделген. Реагент ретінде сілтіден арзан, бірақ одан активтігі төмен сода қолданылады. Сондықтан натрий алюминаты түзілу үшін жоғары температура керек, оған сулы ерітіндіде жету мүмкіндігі жоқ. Глиноземды күйежентектеу әдісімен өндіру сұлбасы 5.5-ші суретте келтірілген.

5.5-ші сурет Глиноземды күйежентектеу әдісімен өндірудің технологиялық сұлбасы.

Күйежентектеу үрдісінің шикіқұрамы бокситтен, содадан және әктастан немесе әктан тұрады. Ірі ұсақтаудан кейін боксит және әктас айналымды сода ерітіндісімен араластырылып, шарлы диірменде майдаланады. Мұнда жаңа сода қосады. Диірменнен қойыртпақ араластырғышы бар әуітке (бассейн) жіберіледі, онда оның құрамы қадағаланып, реттеледі. Шикіқұрам пешке 40 % ылғалдығы бар қойыртпақ түрінде беріледі. Отынның жануы салдарынан пештің ыстық зонасында температура 1200-1300⁰С мөлшерінде ұсталады.

900⁰С температурада әктас дәрменді ыдырайды:

CaCO₃ = CaO + CO₂ (5.17)

1100⁰С дейін қыздырғанда кальций оксиді кремнеземмен әрекеттесіп, силикат тұзеді:

2СaO + SiO₂ = Ca₂SiO₄ (5.18)

Күйежентектеудің негізгі реакциясы – натрий алюминатының түзілуі 700⁰С басталып, 1200⁰С температурада аяқталады:

Al₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaAlO₂ + CO₂ (5.19)

Осы мезгілде сода темір оксидімен және кремнеземмен әрекеттеседі:

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ = 2NaFeO₂ + CO₂ (5.20)

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂ (5.21)

Шикіқұрамды күйежентектеу айналмалы құбырлы пештерде жүргізіледі (5.6-шы сурет).

1-құбырлы пеш; 2-қойыртпақты шашырататын форсунка; 3- күйежентекті суытатын суытқыш.

5.6-шы сурет Бокситті ылғалды күйежентектеу пеші.

Отын ретінде мазут, табиғи газ немесе көмір ұнтағын қолдануға болады. Пештегі газдардың температурасы және шикіқұрамдағы физика-химиялық өзгерістерге байланысты пешті ұзындығы бойынша шартты түрде төрт зонаға бөлуге болады.

Кептіру және сусыздандыру зонасы пеш барабанының жоғарғы суық бөлігінде болады. Мұнда пешгаздарының температурасы 200-700⁰С, ал шикіқұрамның температурасы 20-300⁰С. Бұл зонада шикіқұрамнан ылғал кетеді.

Калцинация зонасында газдардың температурасы 700 ден 1250⁰С дейін, ал шикіқұрамдікі – 300-900⁰С. Мұнда әктас толығымен ыдырайды.

Пісіру зонасында 1600-1650⁰С ең жоғары температура болады, ал шикіқұрамның температурасы 1200-1250⁰С. Бұл зонада шикіқұрамның пісірілуі аяқталады да сода Na₂CO₃ толығымен ыдырайды.

Соңғы зона – суыту зонасы пештің төменгі жағында орналасқан. Мұнда пеш газдарының температурасы 1500-1550⁰С, ал шикіқұрамдікі 1100⁰С.

Пештен пісірілген шикіқұрам құбырлы суытқышқа түседі де, қарсы ағынды ауамен немесе сыртынан себілетін сумен 60-70⁰С дейін суытылады. Газдармен тозаң түрінде әкетілген шикіқұрам үсталып, күежентектеуге айналымды материал ретінде қайтарылады.

Суытылған күйежентектелген шикіқұрам ұсақталып, ыстық сумен ерітінділенеуге түседі.

Ерітінділеу процесі кезінде натрий алюминаты ыстық суда келесі реакция бойынша жақсы ериді:

Na₂AlO₄ + 4H₂O = 2NaAl(OH)₄ (5.22)

Сулы ортада натрий ферриті султі бөліп гидролизденеді:

2NaFeO₂ + (n+1)H₂O = 2NaOH + Fe₂O₃·nH₂O (5.23)

Ерітінділеу құбырлы ерітінділегіштерде қарсы ағынды әдіспен жүргізіледі (5.7-ші сурет).

1-айналатын құбыр; 2 - спираль; 3- жентекті тиеуге арналған құрылғы; 4- шламды шығаруға арналған құрылғы.

6.7-ші сурет Құбырлы ерітінділегіш.

Құбырлы ерітінділегіш ұзындығы 60м диаметрі 3,6 м болаттан жасалған құбыр. Ішінде тесікті бұранда (спираль) орналастырылады. Спираль жентекті құбырдың ішімен жоғары қөтереді, ал спиральдың тесіктеріне шыққан су немесе алюминатты ерітінді жентекке қарсы жоғарыдан төмен ағады. Натрий алюминаты ерігенде жылу бөлінеді, осының салдарынан ерітінді өте қызып кетуі мүмкін. Сондықтан құбыр сумен суытқыштармен немесе құбыр арқылы сорылған ауамен суытылады.

Кейбір зауыттарда ерітінділеуді диффузорларда жүргізеді (5.8-ші сурет)

1- корпус; 2 – жентек тиейтін дюк; 3-жентекті шығаратын люктің қақпағы; 4-колосник торы; 5-қақпақтың гидравликалық жетекшісі; 6- ерітінді шығаратын келтеқұбыр.

5.8-ші сурет жентекті ерітінділеуге арналған диффузор.

Үстінен тиелген жентек колосник торының үстінде қалыңдығы 5метрге дейін қабатта жатады. Астыңғы жағынан колостик торының астына қысыммен ыстық су береді. Су жентектің қабаты арқылы жоғары көтеріліп, оны ерітінділейді. Ерітінділегеннен кейінгі ерітінді жоғарғы келтеқұбыр арқылы ағып шығады.

Өндірісте 12-14 диффузор тізбектеліп қосылады. Басқы диффузорға ыстық су жібереді, ал соңгы диффузордан натрий алюминатының концентрленген ерітіндісі ағып шығады. Процесс кезінде кез-келген диффузорды токтатып бөлу мүмкіндігі бар. Қатты қалдық диффузордың төменгі люгі арқылы шығарылады.

Диффузорларда ерітінділеу ерітіндіден қызыл шламды бөлуді қажетсіз етеді.

Ерітінділеу кезінде алынған ерітіндіде 80 нен 280 г/л дейін Al₂O₃ болады. Ерітінділерде үнемі құрамында кремний бар натрий силикаты болады. Ерітіндінің кремнимен ластануы кремнилік модульмен сипатталады. Араластыра ерітінділегеннен кейін кремнилік модуль 35-50 болса, диффузорларда ерітінділегенен кейін 18-20 болады да кремнилік қатынас 450-500 болғанға дейін тазартуды қажет етеді.

Кремнисіздендіру алюминатты ерітіндіде еріген кремнеземды ерімейтін қосылысқа аударып, тұнбаға түсіру.

Кремниді аластату алюминатты ерітіндіні автоклавта 160-170⁰С дейін қыздыру арқылы жүргізіледі. Тазарту процесі натрий силикатының алюминатпен әрекеттесуіне негізделген:

2NaAl(OН)₄ + 2Na₂SiO₃ = Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O + 4NaOH (5.24)

Алюминатты ерітінділерді кремнисіздендірудің екінші әдісі оларды әк қосып қыздыру:

2NaAl(OН)₄+2Na₂SiO₃+Ca(OH)₂=CaO·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O + 6NaOH (5.25)

(5.24) және (2.25) реакциялардың жүруінің нәтижесінде түзілетін натрий және кальцидің гидроалюмосиликаттары тұнбаға түсіп, алюминатты ерітіндіден кремнезем шығарылады.

Ақ шлам деп аталатын алюмосиликаттардың тұнбасы қойылтып, сүзгеннен кейін жентектеу шикіқұрамына жіберіледі.

Кремниден тазартылған алюминатты ерітінді карбондауға жіберіледі. Карбондау деп кристалды алюминий гидрооксидін алу мақсатымен көмірқышқыл газының әсерімен алюминатты ерітіндіні ыдырату үрдісін айтады. Ол үшін алдын ала тозаңнан тазартылған, құрамында 10-14 % СО₂ бар, пеш газдарын араластырылып отыратын алюминатты ерітінді арқылы үрлейді. Үрлеу 70-80⁰С температурада 8-10 сағат бойы жүргізеді.

Карбондау үрдісі екі сатыда жүреді.

Бірінші сатыда ерітіндідегі бос сілті сода түзіп нейтралданады:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ +H₂O (5.26)

Екінші сатыда ерітіндідегі бос сілтінің концентрациясының азаюынан каустикалық модульдің өте кішірейуінің салдарынан натрий алюминатының ыдырауының нәтижесінде алюминий гидроксиді бөлінеді:

NaAl(OH)₄ = Al(OH)₃+ NaOH (5.27)

Алюминатты ерітіндіні ыдырату карбонизаторларда жүргізіледі. Карбонизатор биіктігі 8 метрге дейін, ал диаметрі 6 метрге дейін болаттан жасалған цилиндрлік бак, ішінде көмірқышқыл газды беруге арналған барботер және шынжырлы араластырғыш орналастырылады (5.9-шы сурет).

1-болат бак; 2-шынжырлы араластырғыш; 3- көмірқышқыл газын беруге арналған барботер; 4-ағызатын келтеқұбыр.

5.9-шы сурет Карбонизатор

Карбондау үрдісі 12-14 сағат жүреді. Үздіксіз карбондау қолдануға қолайлы, оны бірнеше карбонизаторларды тізбектей қосып жүргізеді.

Гидратты қойыртпақты еденіндегі арнайы тесік арқылы шығарады. Содалы ерітіндіні карбонизатордың қабырғасында еденінен 1,3м биіктікте орналасқан келте құбыр арқылы ағызып алынады.

Содалы ерітіндіден бөліп алынған алюминий гидрооксидін сүзеді және жуады да кальцинацияға жібереді. Кальцинациялау Байер әдісіндегідей жүргізіледі.

Айналымды содалы ерітінді суалтылады да сулы күйежентектеу үшін шикіқұрам дайындауға жіберіледі.

Күйежентектеу әдісі жан жақтылы әдіс, глиноземды әртүрлі алюминий кендерінен алуға қолдануға болады. Бұл әдіспен нефелиндерді, балшықтарды және электр станцияларында жаққан көмірдің күлдерін қорытып, глинозем алуға болады.