Декомпозиция

Алюминат ерітінділерінің ыдырауы декомпозиция бөлікшесінде жүзеге асады.

Алюминат ерітінділері бақылау сүзілуінен өтіп, 60-63^оС дейін салқындатылғаннан кейін ыдрау процесіне түсіп, шөгуге кристалды гидроксид болып бөлінеді. Ыдырау процесі ерітіндідегі иондарының концентрациясы немесе белсенділігі төмендеген жағдайда жүзеге асады. Осының нәтижесінде реакцияның тепе-теңдігі оң жаққа қарай ығысады.

Al ()₄ Al ()₃+ (5.8 )

Осы реакцияны жылдамдату үшін ерітіндіге көп мөлшерде жаңадан шөгуге түскен алюминий гидроксидін, яғни қорды қосады.

Алюминий оксидінің, яғни қордың құрамындағы алюминий тотығының Al₂O₃ ерітіндінің құрамындағы Al₂O₃ алюминий тотығына массалық қатынасын қорлық қатынас деп атайды. Әртүрлі алюминий тотығын өндіретін заводтарда қорлық қатынас 1,5-3,5 сандары аралығында болады.

Ерітіндіні ыдырату температураны басқы декомпозерден бастап соңғы декомпозерға дейін 62-65 ^оС тан 55-52 ^оС дейін жайлап төмендету арқылы жүреді.

Ыдырау процесінің нәтижесінде алынған алюминий тотығының қаншалықты екенін шөгуге түскен алюминий тотығының алюминат ерітіндісінің құрамындағы алюминий тотығына қатынасы арқылы есептеп шығаруға болады.

Сөйтіп ерітіндінің ыдырау деңгейін мынадай теңдеу арқылы анықтаймыз

немесе (5.9)

Теңдеудегі С₁ – алюминий тотығының алюминат ерітіндісіндегі концентрациясы, ал С₂ – ыдыраудан кейінгі алюминий тоығының төл ерітіндідегі концентрациясы, г/дм³; α_а – алюминат ерітіндісіндегі каустиктік қатынас (модуль), ал α_м – ыдыраудан кейінгі төл ерітіндінің модулі.

Алюминий тотығының сығылу кезіндегі шығымы шамамен 45-50% құрайды, яғни 50% алюминий оксиді ерітіндіден шөгуге көшеді, ал қалған бөлігі төл ерітіндісінің құрамында қалады. Ерітіндінің концентрациясына байланысты төл ерітіндінің каустикті модулі шамамен 3,0-3,2 сандарының аралығында болады.

Декомпозиция процесінің маңызды көрсеткіштерінің бірі оның үлесті шығымы немесе түсімі болып табылады. Ол әр тәулікте алюминат ерітіндісінің әрбір шаршы метірінен бөлінген алюминий оксидінің мөлшерімен өлшенеді, яғни

(5.10)

мұндағы q – меншікті шығым (кг/м³ тәулігіне);

(Al₂O₃)_ал – алюминат ерітіндісіндегі Al₂O₃

концентрациясы, (кг/м³);

η – ыдырау пайызы, %;

τ – декомпозиция процесінің ұзақтылығы, (сағат).

Сығылу жылдамдығының жоғарлылығы мен алюминат ерітінділерінің ыдырау деңгейінің тереңдігінен басқа декомпозициялық жағдай алюминий гидроксидін белгілі ірілікпен және зиянды қоспалардың құрамы төмен болатын жағдайды қамтамасыз етуі қажет.

Алюминат ерітінділерінің өнімі болып шартәріздес түйіршік түріндегі алюминий гидроксиді Al(OH)₃ саналады.

Кесте 10 – Декомпозиция бөлікшесіне түсетін технологиялық

ерітінділер

Аталуы	Al2O3 г/л	Na2Oку, г/л	αк
1 Алюминат ерітіндісі	126:130	116:120	1,52
2 Қорлық қойыртпақ			1,7
3 Айналымдағы сілтілік ерітінді. (декомпозерларды химиялық әдіспен тазарту)			2,9:3,2

Қормен араластырылған алюминат ерітінділерінің ыдырау процесі ауамен және механикалық бұлғау арқылы декомпозерлер батареяларында жүргізіледі. Ыдырау деңгейінің пайызы төл ерітінділер арқылы тексеріліп отырады. Декомпозициядағы қойыртпақтың температурасын айналымдағы сулардың көмегімен және кәдімгі қоршаған ауа жылуалмасуы арқылы төмендетеді.

Ыдырау деңгейің сапалы және жоғары деңгейде жүруіне төмендегідей факторлар әсер етеді:

– алюминат ерітінділерінің каустикті қатынасы;

– алюминат ерітінділерінің концентрациясы;

– қордың мөлшері мен сапасы;

– зиянды қоспалардың мөлшері;

– температуралық режімі және бұлғау түрлері;

– бұлғаулық әсер.

Енді осы әсер ететін факторларға толығырақ тоқталайық.

Кесте 11 – Ыдырау процесінің режімдік параметрлері

Параметрлердің атауы	Технологиялық режімнің мөлшері	Бақылау әдістері
Алюминат ерітіндісінің каустикті модулі	1,50: 1,55	Ортаауысымдық алымды талдау
Қорлық қатынас	2,0-3,0	Ортаауысымдық алымды талдау
Басқы декомпозерлардағы қатты заттардың мөлшері	400-450	Ортаауысымдық алымды талдау
Қорлық қойыртпақтың каустикті модулі	1,65-1,75	Алымды тәулігіне бір рет талдау
Басқы декомпозерлардың тығыздығы	1,44-1,48	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша
Соңғы декомпозерлардағы қатты заттардың мөлшері	420-470	Алымды тәулігіне бір рет талдау
Соңғы декомпозерлардағы қойыртпақтың каустикті модулі	2,9-3,2	Алымды тәулігіне бір рет талдау
Басқы декомпозерлардағы қойыртпақтың температурасы	60-63	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша
Ертітіндінің декомпозерлар арасындағы температуралық өтімі	0,5-1оС	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша
Сығылған ауаның қысымы	5,0-6,5	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша

Каустикті қатынастың әсері. Әдетте алюминат ерітінділерінің каустиктік қатынасының өзгеруінен алюминат ерітінділерінің ыдырауының жылдамдығын анықтайды. Егер алюминат ерітінділерінің каустикті қатынасы тепе-теңдік ерітіндінің каустикті қатынасымен салыстырғанда неғұрлым аз болса, алюминат ерітіндісі өте қаныққан болады және ыдырау процесі тез қарқынмен жүріп, алюминий гидроксиді бөлініп шығады. Сонымен алюминат ерітіндісінің каустикті қатынасы аз болған сайын сығылу тезірек жүреді, бірақ шөгімде майдатүйіршікті гидроксид көбейіп кетеді. Және ескеретін жағдай алюминат ерітіндісінің каустикті қатынасы тым төмендеп кететін болса, алюминат ерітінділерінің тұрақтылығы төмендеп, алюминий тотығын қызыл шламнан бөлгенде, тасымалдағанда және қоймаларда сақтағанда оның жоғалымына әкелуі мүмкін.

Сондықтан өндірісте алюминат ерітінділерінің қатынасын 1,5-1,55 сандарының араларында ұстайды.

Ерітіндінің концентрациясының әсері. Каустиктік қатынасты өзгертпей бір қалыпта ұстай отырып,алюминат ерітінділеріндегі алюминий оксидінің концентрациясын көтерген сайын, ол ерітінділердің алюминий гидроксидімен қанығу деңгейі төмендейді, яғни ерітіндіде тепе-теңдік жағдайы қалыптаса бастайды. Бұл құбылыс ыдырау процесінің жылдамдығын бәсеңдетеді. Бірақ та егер алюминат ерітінділерінің концентрациясын жоғарлатып, ал сығылу жылдамдығын төмендететін болса, онда аппараттың жұмыстық көлемінің бірлігінен алюминий гидроксидінің жалпы абсолюттік шығымы көбейеді.

Декомпозицияға түсетін алюминат ерітінділерінің әрбір каустиктік қатынасына өзіне сәйкес алюминий оксидінің Al₂O₃ немесе Na₂O концентрациялары болады, дәлірек айтсақ алюминат ерітінділерін ыдырату кезінде алюминий гидроксидінің шығымын толық қамтамасыз ете алатын концентрация. Неғұрлым каустикті қатынас төмен болса, соғұрлым қажетті концентрация жоғары болады.

Мұндай концентрацияның болу қажеттілігі алюминий гидроксидінің жұмыстық көлем бірлігіндегі шығымына ерітіндінің концентрациясы мен ыдырау деңгейінің теріңдігінің қарама қарсы қозғалыстарының әрекетінен пайда болған құбылыс деп білеміз. Сондықтан алюминат ерітінділерін шамадан тыс сулату ыдырату жылдамдығын арттырғанымен, қанағаттанарлықтай алюминий тотығының шығымын алуға қолданылуға жарамайды. Сонымен қатар алюминат ерітінділерінің тым жоғары концентрацияларында ыдырау процесіне жарамайды.

Қордың мөлшері мен сапасының әсері. Шөгімге түскен жаңа алюминий гидроксидінің, яғни қордың сығылу процесіндегі рөлінің мәні алюминат ерітінділерін ары қарай ыдыратуға қолайлы жағдай жасайтын дайын түйіршік орталығын құру болып табылады. Сондай жағдай жасалғанан кейін алюминат ерітінділерінің ыдырау процесіндегі қордың түйіршіктері ұлғая бастайды.

Сығылуға түсетін алюминат ерітінділерінің қорының мөлшері қорлық қатынас немесе қорлық сан ретінде сипатталады, яғни қордың құрамындағы алюминий оксидінің Al₂O₃ алюминат ерітіндісіндегі алюминий оксидіне Al₂O₃ массалық қатынасын қорлық қатынас деп атайды.

(5.11)

Аз мөлшердегі қорлық қатынасты қолданғанда, мысалы (0,5-1,5), ыдырау процесі бәсеңдеп, ерітіндінің ыдырау тереңдігі төмендеп, алынатын соңғы ерітінділердің каустикті қатынасы α_к өте төмен болады.

Сондықтан ыдырау процесінен кейін алынатын төл ерітіндінің каустикті модулі бокситті ерітінділей алатын модульдің шамасында болу үшін өндірісте қорлық қатынастарды шамамен 2,5-3,3 сандарының аралығында ұстайды. Қордың құрамындағы алюминий гидроксидінің бөлшектілік деңгейінің өсуімен, түйіршік орталықтарының санының көбеиуінің нәтижесінде сығу процесі ұлғая түседі. Бірақ өте ұсақ, белсенділігі аз қор ыдырау процесінде алюминий гидроксидтерінің бөлшектерінің қажетті өсімін қамтамасыз ете алмайды, сондықтан ары қарайғы сүзу мен жуу процестері нашарлайды. Осыған орай өндірісте, қажетті ірілікпен алюминий гидроксидін алу үшін қор ретінде қолданылатын алюминий гидроксидтерін алдын ала жіктен өткізіп отырады.

Алюминат ерітінділерін ыдырату процесін жақсартып, деңгейін көтеру үшін көптеген зерттеулер жүргізілді. Солардың біреуі қор ретінде ұсақ майдаланған белсенділігі жоғары қорды қолдану. Мұндай қорды белсенді қор деп атайды. Ол алюминат ерітінділерінен алынған жаңа шөгімге түскен бөлшектілік алюминий гидроксиді.

Кәдімгі қормен салыстырғанда белсенді қор өте ұсақ бөлшекті және беткі жағы жақсы дамыған гидроокисьтен тұрады. Осы қасиеттеріне қарай ыдырау процесі кезінде қордың ұсақ түйіршіктері қажетті ірілікке дейін өсіп үлгереді.

Белсенді қорды қолдану қорлық қатынас сандарын едәуір төмендетеді.

Ыдырау процесіне қордың құрамының тазалығы маңызды әсер етеді. Өндірісте қормен бірге ыдырау процесінің басына алюминат ерітінділеріне каустикті қатынасы жоғары сілтілік ерітінділер түседі. Бұл алюминат ерітінділерінің каустикті қатынасы қормен араласқанан кейін жоғарлап кетуіне әкеліп соғады, сөйтіп ары қарайғы сығылу процесін бәсеңдетеді.

Сондықтан қор ретінде қолданылатын алюминий гидроксиді мұқият жуып сілтілік ерітінділердің құрамын азайтуды талап етеді.

Зиянды қоспалардың әсері. Қандай да қоспа болсын алюминат ерітінділерінің сығылуы кезінде тек алынатын алюминий гидроксидінің сапасына ғана емес және оның түйіршіктерінің өсу жылдамдығынада әсер етеді. Алюминат ерітінділеріндегі маңызды қоспалардың бірі кремний оксиді, күкірт және органикалық заттар. Зерттеу нәтижелері алюминат ерітінділерінің құрамында белгілі мөлшердегі кремнезем алынатын алюминий гидроксидінің тек сапасына ғана әсер етіп қоймай, ыдырау процесін бәсеңдететінін анықтады.

Сығылуға түсетін алюминат ерітінділерінің кремнилік қатынасы қанағаттанарлықтай сапалы гидроксид алу үшін кем дегенде 350-400 саны аралықтарында болуы керек.

Алюминат ерітінділерінде органикалық қоспалар бокситтің құрамындағы гуминдік заттардың сілтіде еруінің нәтижесінде пайда болады.

Осылай пайда болған натрий гуматтары алюминат ерітінділеріне өтіп, сығылу процесіне айтарлықтай әсер етеді.

Ерітіндінің ыдырау жылдамдығы төмендейді және алюминий гидроксидінің түйіршіктерінің өсуі бәсеңдейді. Сондықтан ыдырауға түсетін ерітінділердің құрамынан органикалық заттарды уақытында тазартып отыру керек. Органикалық қоспаларды тазартудың тиімді жолы бокситті күйдіру, бұл жағдайда олар бұзылып кетеді. Ал екінші жолы жүйелі түрде төл ерітінділерін буландырғанда тазалап отыру керек.

Күкірт алюминат ерітінділерінде натрий сульфаты түрінде кезігеді.

Алюминат ерітінділерінде жиналып ыдырау процесін тежейді.

Температураның әсері. Бір қалыпты каустикті қатынас пен концентрациядағы алюминат ерітінділерінің температурасы сығылу процесінің жылдамдығына және алынатын алюминий гидроксидінің сапасына әсер етеді. Температураны төмендеткенде ыдырау процесі ұлғаяды, бірақ егер 40^оС төмендетсе қайтадан бәсеңдейді. Бұл құбылыс әр каустиктік қатынасқа әртүрлі әсер етеді. Температураны 40^оС ары қарай жоғарлатқанда алюминат ерітінділерінің ыдырауының төмендеуі ерітіндінің қанығу деңгейінің төмендегенімен түсіндірілсе, 40^оС ары қарай төмендеткенде оның тұтқырлығының артуымен түсіндіріледі.

Ерітіндінің температурасын тым төмендетіп жіберсе, қордың түйіршіктерінің баяу өсуіне байланысты шөгуге түсетін алюминий гидроксидінің бөлшектілігі жоғарлап кетеді.

Мұндай өте майда гидроксидті сүзгіден өткізу өте қиынға түседі, сондықтан өндірісте температураны 40^оС- тан төмен түсірмейді.

Павлодар алюминий заводында ыдырау процесінің бастапқы температурасы 60-63 ^оС, ал процестің соңында, яғни соңғы декомпозерлерде 52-55 ^оС аралығында. Бұл заводта гидроксидтің белгілі бөлшектілігі мен белгілі сапасын алуға бейімделген температура.

Бұлғаудың әсері. Сығу процесінде бұлғаулауды біріншіден қорды қалқыма күйінде ұстап тұру үшін және ерітіндімен беттік жанасуына үлкен қолайлы жағдай жасау үшін қолданады. Ал екіншіден алюминат ерітіндісінің концентрациясын барлық нүктелерде теңестіруді жеңілдету үшін қолданады. Бұлғаулау ыдырау процесін ұлғайтып, гидроксид түйіршіктерінің біркелкі өсуіне қолайлы жағдай туғызады.

Алюминат ерітінділерінің ыдырау жылдамдығы бұлғауыштың айналым сандарын ұлғайтқанда өседі. Бұл құбылыс қор гидроксидінің механикалық ұсақталып, беткі қабатының ұлғаюының нәтижесінде пайда болуымен түсіндіріледі.

Өндірісте үзіліссіз сыйымдылықтары V=1200-4500м³ (10 және одан да көп) батареялардан тұратын, гидрат қойыртпағын ауамен және механикалық түрде бұлғаулайтын екі түрлі декомпозер қондырғылары жұмыс істейді.

Декомпозер түбі жағы конустық, болаттан жасалған, ал ішкі жағына тасымалдағыш және түпкі жағынан жоғарғы жағына ұдайы бұлғаулап аудармалағыш екі аэролифт түсірілген цилиндірлік ыдыс.

Аэролифтердің сыртқы жақтары қойыртпақты салқындатуға арналған су қалталарымен қапталған. Ал аэролифтің ішіне ауа жіберілетін диаметірі Ǿ57мм құбыр жіберілген.

Кесте 12 – Декомпозердың сипаттамасы

Декомпозер	Түбі конустық	Түбі жайпақ	Түбі сфералық
Биіктігі	33500мм	26880мм	31800мм
Диаметірі	9м	9м	10м
Сыйымдылығы	1800м3	1690м3	2150м3
Цилиндірлік бөліктің биіктігі	24830мм	24830мм	24000мм
Конустық бөліктің биіктігі	8670мм	8670мм	7800мм
Цилиндірлік бөліктің сыйымдылығы	1568м3	1568м3	1800м3
Конустық бөліктің сыйымдылығы	232м3	232м3	350м3
Цилиндірлік бөліктің 1м көлеміндегі сыйымдылығы	63м3	63м3	78м3
Тасымалдағыш аэролифтің диаметірі	426мм	426мм	530мм
Тасымалдағыш аэролифтің ұзындығы	26700мм	25800мм	26000мм
Бұлғаулап-аудармалау аэролифінің диамеірі	325мм	325мм	325мм
Бір минуттағы айналым саны	7,3	7,3	7,6
Электрқозғалтқыш	30квт, минутына 1500 айналым	30квт, минутына 1500 айналым	45квт, минутына 1500 айналым
Редуктордағы майдың температурасы	70-75оС	70-75оС	70-75оС
Редуктордағы майдың қысымы	0,5 кгс/см2 кем емес	0,5 кгс/см2 кем емес	0,5 кгс/см2 кем емес

Сурет 5.8 – Түбі сфера және конус болып келетін декомпозерлер