Күйдіру жектектеу әдісі арқылы нефелиндерден алюминий тотығын, сода өнімдерін және цемент алу тәсілдері

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

Күйежентектелу

Ұсату

Ұсақтау және ерітінділеу

Қойылту, сүзу және жуу

Алюминиат ерітіндісі Сұр шлам Әктас

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

Сурет 3.3 - Нефелиндерді комплексті өңдеудің технологиялық сұлбасы

3.7.1 Нефелинді шикіқұрамдарды дайындау. Нефелинді шикіқұрам екі компоненттен: нефелинді концентраттан және әктастан тұрады. Шикіқұрамға соданы енгізбейді, өйткені нефелиннің өзінің құрамында (Na₂O+K₂O) алюминий оксидін натрий алюминаты мен калий алюминаттарына байланыстра алатындай мөлшерде сілтінің құрамы бар.

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

(3.27)

Х-ке қатысты теңдеуді шеше отырып, төмендегідей формула аламыз

(3.28)

мұндағы Х – 100 кг нефелиндегі әктастың мөлшері, кг;

CaO_н мен SiO_2н – нефелиннің құрамындағы CaO мен

SiO₂ мөлшерлері, %;

CaO_әктас мен 2SiO_2әктас – әктастың құрамындағы CaO

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

R₂O·Al₂O₃·2SiO₂+4CaCO₃ = R₂O·Al₂O₃ + 2 (2CaO·SiO₂) +4CO_{2 ,} (3.29)

мұндағы R – (Na+K) қосындылары.

3.7.3 Нефелинді күйежентекті ерітінділеу. Нефелинді күйежентектің құрамында салыстырмалы түрде натрий мен калий алюминаттарының аз мөлшерлері шамамен 24-26 пайызы көп мөлшерлі шамамен 66-70 пайызды ерімейтін қоскалцилі силикаттың массасының құрамында қалып отырады.

Сондықтан да пайдалы компонентерді, яғни алюминаттарды ерітіндіге өткізу үшін нефелинді күйежентекті жақсылап ұсақтауға тура келеді.

Күйежентекті ұнтақтау мен ерітінділеу процестері шарлы диірмендерде жүзеге асырылады.

Нефелинді күйежентекте α_к каустикті модуль 1 санына жақын яғни R₂O/Al₂O₃=1.

Егер мұндай күйежентекті сумен немесе содалы ерітіндімен ерітінділесе тұрақсыз, α_к=1 алюминат ерітінділері алынады.

Сондықтан ерітінділердің тұрақтылығын арттыру үшін нефелинді күйежентектер, сығылған карбондаудан кейін алынған содалы – сілтілік ерітінділермен ерітінділенеді.

Содалы – сілтілік тізбектің кремниден ажыратылған алюминат ерітінділерін карбондалауға мәжбүр етеді.

Бөлініп шыққан гидратты жуылғаннан кейін қыздырып алюминий тотығын алады.

Сығылғанан кейін алынған төл ерітіндіні күйежентекті ерітінділеуге жібереді.

Нефелинді күйежентекті ерітінділеуден кейін жуылып алынған шламның құрамында шамамен 80-85 % қоскалцилі силикат бар.

Осы шламға әктас пен ақ шламның бір бөлігін қосып цементті клинкер алу үшін күйдіруге жіберіледі.

Цементті клинкер – портландцемент өндірісінің керекті шикізаты ретінде қолданылады.

Ал содалы тізбектің төл ерітіндісінен көпсатылы буландыру нәтижесінде соданы бөліп шығарады (Na₂CO₃), содан кейін екі еселік тұзды (Na₂CO₃ · K₂CO₃); және поташты (K₂CO₃) алады.

Сода мен поташ тауар өнімдері ретінде шығарылса, (Na₂CO₃·K₂CO₃) тұзы буландырудың екінші сатысына қайтарылады.

3.7.4 Алюминий тотығын алуниттерден тотықсыздандыру-сілтілік әдісімен алу. Алунитті кендер 30-70% алунит минералынан тұрады және алюминий тотығын, калий сульфатын, күкірт қышқылын, бесоксидті ванадий және тағы басқа да өнімдерді комплексті түрде өндіретін бағалы шикізат болып табылады.

Негізгі алунит минералы - K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·2Al₂O₃ - 6H₂O.

Кеннің құрамында алуниттен басқа шынытас, ақсаз және басқа да заттар кездеседі.

Өнеркәсіптерде алуниттерді тотықсыздандыру – сілтілік әдістері арқылы алады.

Бұл әдістің мәні алуниттен Байер тәсілімен өңдеуге жарамды алюминий тотығының концентратын алу болып табылады (3.4 сурет).

Ол үшін алунит кенін белгілі жағдайда термиялық өңдеу өткізіп, осының нәтижесінде алюминий сульфатын ыдыратады, күкірт оксидтері газдық фазасына айдалады және пайда болған γ-Al₂O₃өзінің жоғарғы активтілігін сақтап қалады.

Екі сатылы термиялық өңдеу гидратсыздандыру және тотықсыздау күйдірулерінен тұрады. Күкірт қышқылын өндіруге жарамды жоғарғы концентрациялы газ алуға гидратсыздандыру және тотықсыздандыру күйдірулерін әрқайысын екі бөлек қайнама қабатты пештерде жүргізеді.

Күйдіру процесінен кейін алунитті сілтілік төл ерітіндімен ерітінділеп, сулфатты-алюминатты сілтілік ерітінді алады.

Ерітіндіні кремниді ажыратып, буландырып, сульфатты бөліп алғанан кейін суылтады, содан кейін сығу арқылы алюминий гидроксидімен төл ерітіндіге ыдыратады.

Алюминий гидроксидін пеште қыздырып, алюминий тотығын алады, ал төл ерітінді күйдірілген алунитті ерітінділеу үшін кері қайтарылады.

Сульфатты - алюминатты ерітінділерден бөлінген сульфаттарды калий сульфаты, калий немесе натрий сілтілері сияқты тауарлы өнімдер шығару үшін әрі қарай өңдейді.

Тотықсыздау – күйдіру пештерінің қалдық газдары күкірт қышқылын немесе жай күкірт алатын өндірістерде қолданылады.

Гидратсыздандыру процесіндегі күйдіру кезіндегі негізгі реакция төмендегідей

K₂SO₄·Al₂ (SO4)₃·2Al₂O₃·6H₂O 500-520^оС

→ K₂SO₄·Al₂ (SO₄)₃+2Al₂O₃ + 6H₂O (3.30)

Күйдіру процесі шамамен 500-520^оС температура аралығында жүреді, көрсетілген температурадан төменгі градустарда реакция толығымен жүрмейді, ал одан жоғарғы температурада пайда болған

γ-Al₂O₃ -тің реакциялық қаблеттілігі төмендейді.

Тотықсыздандырғыш ретінде соляр майын, керосин, табиғи газ және басқада құрамында көміртегі бар газдарды қолдануға болады

K₂SO₄·Al₂ (SO₄)₃+ 2Al₂O₃ + 3СО₂ =K₂SO₄ +3Al₂O₃+ 3SO₂ +3СО₂ (3.31)

Жоғарғы концентрациялы күкіртті газ алу мақсатында тотықсыздандырғыш ретінде күкірттің буын қолданады.

K₂SO₄·Al₂ (SO₄)₃+ 2Al₂O₃ + 1,5S = K₂SO₄ +3Al₂O₃+ 4, 5 SO₂ (3.32)

Тотықсыздандыру процесі шамамен 560-580^оС температура аралығында жүргізеді, одан жоғарғы температурада аз активті γ-Al₂O₃ алынады.

Күйдірілген алунитте алюминий тотығы (γ-Al₂O₃) активті түрінде болады, осы түрінің арқасында ол орта концентратты ерітінділерден шамамен (110-135 г/дм³ Na₂O_к) және төменгі температураларда шамамен (45-50 ^оС) ерітінділеу кезінде ерітіндіге оңай өтеді.

Алынған алюминат ерітіндісінің мөлшері шамамен 100 г/дм³ Al₂O₃ және 40 г/дм³ SO₃ тұрады, ал каустикті модулі α_к=1,8-1,9 шамасында.

Алынған алюминат ерітіндісін кремниден ажыратып, кремнилі шламнан бөледі, содан кейін ерітіндінің концентрациясын 190 г/дм³ Na₂Oк дейін буландыру процесі арқылы көтереді, нарий және калий сульфаттарынан (Na₂SO₄, K₂SO₄) тазалап, суландырып сығу арқылы ыдыратады.

Алынған алюминий гидроксидін жуып, пештерде қыздыру арқылы алюминий тотығын алады.

Ал сульфаттық қоспаны (Na₂SO₄, K₂SO₄) калий сілтісімен өңдеу арқылы калий сульфатын K₂SO₄ сілтілік ерітінді NaOH алады, яғни сульфаттарды конверсиялау процессі жүреді.

Na₂SO₄·K₂SO₄+ 2KOH 2K₂SO₄ + +2NaOH (3.33)

шөгім ерітінді

Калий сульфатын K₂SO₄ тауар өнімі ретінде шығарылады, ал сілтілік ерітіндіні NaOH декомпозицияда алынған төл ерітіндімен қосып, күйдірілген алунитті ерітінділеуге жібереді.

Технологиялық процестер кезіндегі жоғалған сілтінің орынын толтыру үшін натрий сульфатының бір бөлігін гидроксидпен бірге тотықсыздандырғыштың қатысуымен төмендегідей сұлбамен күйежентектеуге болады (сурет 3.4).

O₄ + 2Al (OH) ₃ +C Na₂O·Al₂O₃ +CO +SO₂ (3.34)

Күйежентекті ерітінділеп, алюминиат ерітіндісін негізгі ерітінділерге қосады.

Алунитті концентрат

Газдар

Сусыздану

(500-520 ^оС)

Тотықсыздық күйдіру

(560-580 ^оС)

Күйдірілген алунит Күкіртті газдар

Ерітінділеу

(45-50 ^оС) Күкіртті немесе күкірт қышқылын алу

Кремниден ажырату

Күкірт H₂SO₄

Алюминиат ерітіндісі Ақ шлам

Буландыру Үйінді

Сульфаттарды бөлу Таза күкірт

Буланған алюминат ерітіндісі

Сульфатты қоспа КОН

Сулату

Сульфаттарды конверсиялау

Сығу

Төл ерітінді Гидрат NaOH ерітіндісі

Кальциндеу

K₂SO₄

Алюминий тотығы

Сурет 3.4 – Алуниттерді тотықсыздау-сілтілік тәсілмен өңдеудің технологиялық сұлбасы