Шикіқұрам бөлімшесі

Тотықсыздағыш күйежентектелуге қанықпаған шикіқұрамды дайындау үшін төмендегі өнімдер түседі:

– қызыл шлам;

– боксит;

– әктас;

– кальцинделген сода;

– ақ шлам;

– тотықсыздағыш.

Шикіқұрамды дайындаудың мақсаты мен маңызы күйежентекті гидрохимиялық әдіспен қайта өңдеген кезде жақсы көрсеткіштерді қамтамасыз ететіндей құрамдағы қойыртпақты дайындауда.

Қызыл шлам. Шикіқұрамды дайындауға түсетін қызыл шлам өзінің, яғни Байер тізбегінің қызыл шламын төл ерітіндіні буландырған кездегі бөлінген қайтарымды сода ерітінділерімен қойыртпақты сұйытылған құрамнан тұрады. Бокситті Байер тәсілімен өңдеген кезде ұсақтау және ерітінділеу бөлікшелерінде жүйеден темірдің құмдары шығарылып отыратынын еске ала кеткен жөн болады. Бұл құбылыс күйежентектелу цехы үшін өте маңызды, өйткені күйежентектелу кезінде физика-химиялық процестерге кері әсер ететін гематит пен (Fe₂O₃) бірге, (SO₃)^-2 және (СО₂)^-2 сияқты зиянды қоспалар да темір құмдарының құрамы мен бірге кетіп, күйежентектелуге жіберілетін шикіқұрамның сапасы анағұрлым жақсарады. Бұл айырмашылықты төмендегі кестеден қарап көруімізге болады.

Кесте 23

Құрамы	Fe2O3	SO3	СО2
Боксит	18,0	0,65	1,93
Темірдің құмдары	50,4	3,05	9,20

Жүйеден темірдің құмдарын шығару сұлбасы бокситті қайта тазалауға мүмкіндік туғызып, Байер тізбегінің басында темірдің оксидтерін және зиянды қоспалары бар сульфатты, карбонатты заттарды үйіндіге шығаруға жағдай жасайды. Күкіртті және карбонатты қосылыстар Байер процесінде өзара жеке – жеке реакцияларға түсіп, натрий карбонаттары мен натрий сульфаттарын құрап, жүйедегі сілтілік ерітінділердің мөлшерін азайтады. Сонымен қатар күйежентектелу цехында қайтарымды соданың ағынын көтеріп, шикіқұрамды ыластайды және күйежентектелу процесін жүргізуге көптеген қиындықтар туғызады.

NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ (6.3)

NaOH + SO₃ = Na₂SO₄ (6.4)

Жүйеден аталымшы (Fe₂O₃, SO₃, СО₂) үш компонентің шығарылуы күйежентектелу процесін жүргізуді анағұрлым жеңілдетеді. Қызыл шламның құрамындағы негізгі компонентер мынадай:

Na₂O · Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O

Al₂O₃ · 2SiO₂· 2H₂O

NaOH

Na₂CO₃

Fe₂O₃·3H₂O

SiO₂.

Ал зиянды қосылыстар мынадай: Na₂SO₄; NaCl. Қызыл шламның қатты фазасының негізін Байер тізбегінде пайда болатын және синтетикалық нефелин болып табылатын натрий алюмосиликаты құрайды (Na₂ · Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O). Басқа заттар ерітінділеу кезінде ашылмаған алюминий тотығының пішініндегі Al₂O₃·3H₂O және кремний оксиді SiO₂. Темірдің оксиді Байер тізбегінде сілтілік ерітінділермен өзара әрекеттесуге түспейді. Қызыл шламның шикіқұрамды дайындауға түсетін өнім ретіндегі ерекшеліктерінің бірі өте майда бөлшектілігі. Оның бұл қасиеті біркелкі шикіқұрам дайындап және күйежентектелу процесіндегі химиялық реакциялардың жүруіне жеңілдік туғызады.

Кесте 24 – Шикіқұрам мен қызыл шламның орташа бөлшектіліктері

Қызыл шламның қоқымы	Шикіқұрам
Фракция, мкм	Фракция, мкм
-4	-4..+10	-10..+20	+149	-4	-4..+10	-10..+20	+85

Қызыл шлам қатты және сұйық фазалардан тұрады. Оның негізгі массасын Байер тізбегінде шөгінге түскен қатты фазасы мен бокситтің құрамындағы сілтілік ерітінділерде ерімейтін компонентер және натрий алюмосиликаты құрайды.

Ал сұйық фазасы еріген заттарды құрайды:

– натрий алюминаты Na₂O · Al₂O₃;

– каустикті сілті NaOH;

– карбонаттық сілті Na₂O · CO₂;

– сульфаттық тұз Na₂O · SO₃;

– натрий хлориді NaCl.

Қызыл шламның құрамындағы жалпылық сілтінің концентрациясының деңгейі шамамен 60г/л.

Қызыл шламға қойылатын технологиялық талаптар:

1) қызыл шламның ылғалдылығы.

Қызыл шламның ылғалдылығы негізінен күйежентектелуге жіберілетін шикіқұрамның ылғалдылығын анықтайтын көрсеткіш. Соңғы уақыттарда қызыл шламның ылғалдылығы Байер тізбегіне енгізілген кейбір технологиялық шешімдерден кейін шамамен 51,6-53% айналасында орнықты болып келеді, бұл көрсеткіш шикіқұрамның ылғалдылығын 36% шамасында ұстауға мүмкіндік беріп отыр;

2) қызыл шламның сұйық фазасының құрамындағы каустикті сілтінің мөлшері.

Қызыл шламның сұйық фазасының құрамындағы каустикті сілтінің мөлшері, ақ шламның каустикті сілтісі және қайтарымды содалардың біріккен жиынтығынан пайда болған шикіқұрамды күйежентектелуге жібергенде, күйежентектелу процесіне сонымен бірге күйежентектің сапасына аса зор әсер етеді.

Байер – күйежентектелу сұлбасы үшін қызыл шламның негізгі қасиеттерінің бірі оның сілтілік модулімен байланыстылығы.

Мысалы қызыл шламның ПАЗ- дағы соңғы 2006 жылындағы сілтілік модулін қарастырайық: Na₂O = 22, 3 %, Al₂O₃ = 23,8%

α_щ = 1,645 · (Na₂O/Al₂O₃)

α_щ = 1,645· (22,3/23,8) = 1,52

Ал біздің тәжірибемізде күйежентектелу пештері күйежентектің сілтілік модулдері (α_щ=1,32-1,39) аралығында болғанда жақсы істейтіндігі мәлім.

Күйежентектелу процесін жүргізу сілтілік модуль (α_щ=1,43-1,45) сандары аралықтарында болғанда қиындай түседі.

Міне сондықтанда күйежентектелуге келіп түсетін қызыл шламның сілтілік модулінің жоғары болуына байланысты бүкіл тізбектің байланысын тұрақты ұстап тұру өте қиынға соғады. Сонымен қатар күйежентектелу тізбегі

Байер – күйежентектелу сұлбасында жоғалымға кеткен сілтінің орынын толтыру үшін үнемі өз жүйесіне жаңа кальцинделген соданы қабылдап отыруы керек. Бұл қиындықтар шикіқұрам дайындау бөлікшесіне бокситті енгізу арқылы шешіліп отырады.

Бокситті шикіқұрамға енгізген кезде оның құрамындағы негізгі компонент Al₂O₃ алюминий оксиді дайындалған шикіқұрамның сілтілік модулін төмендетіп қана қоймай, сонымен қатар күйежентектелу процесін анағұрлым жақсартады. Бір айта кететін жайт күйежентектелу тізбегінде бокситтің қандай да болсын маркаларын қайта өңдеуге әбден мүмкін және қолайлы.

Ақ шлам. Пештерден шыққан күйежентекті гидрохимиялық бөлікшеде қайта өңдеуге түсіргенде ақ шлам екі жолмен пайда болады.

Біріншісі – күйежентекті гидрохимиялық жолмен өңдеу кезінде құбырлық ерітіндегіштерден алюминат ерітінділерімен бірге қатты фазалардың шығуынан. Шыққан шығымның ішінде негізінен күйежентектің ұсақ бөліктері болады және осы шығымның деңгейіне қарап күйежентектің сапасын анықтайды. Осы шыққан шығымдар бірігіп сұр шлам пайда болады.

Екіншісі – күйежентекті ерітінділеген кезде алюминат ерітіндісіне кремний оксидінің бір бөлігі өтеді. Еріген кремний оксидінің деңгейі негізінен күйежентектің сапасын анықтайды. Неғұрлым күйежентектің сапасы төмен болған сайын, соғұрлым еріген кремний оксидінің еншісі жоғары болады.

Алюминат ерітінділерін кремний қосылыстарынан автоклав қондырғыларында кремниден түйіршік түрінеде бөліп,ажырату арқылы тазалайды. Бөлінген натрий алюмосиликатының пішіні Байер тізбегінде алынған натрий алюмосиликаты сияқты: Na₂O · Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O.

Автоклавты ерітінділеу кезінде пайда болған қатты фаза сұр шламның өзегі болып табылады. Осы сұр шламның өзегінде жабысып қатқан натрий алюмосиликаты ақ шламның негізін құрайды.

Күйежентектелу жүйесінде ақ шлам мынадай қиындықтар туғызады:

– жүйедегі ағының мөлшерін керексіз жоғарлатады, кейде қайтарымды ақ шламның мөлшері қызыл шламның жалпы мөлшерінің 20-22 пайызын құрайды;

– ақ шламның мөлшерінің көптігі (оның сұйық фазасының каустикті модулі шамамен 1,6 тең) жүйеге жаңа соданы қосуды қиындатады.

Бұл қиындықтар жүйедегі сұр шламды сүзгілерден өткізіп, шайғанан кейін үйіндіге жіберу арқылы шешіліп отырады. Сұр шламды жүйеден шығару сұлбасын іске қосудың нәтижесінде ақ шламның күйежентектелу цехындағы ішкі жүйедегі айналымы шамамен 3 - 5 есе төмендеді.

Әктас. Әктастың химиялық құрамы – СаСО₃. Керегетас кенорынынан аланатын сапасы жоғары, оңай ұсақталатын және шикіқұрамның негізгі компонентерін құрайтын заттардың бірі. Шикіқұрамға қосылатын әктастың құрамындағы SiO₂ мөлшері 1% аспауы керек.

Кальцинделген сода. Химиялық құрамы – Na₂CO₃. Бүкіл алюминий тотығы өндіріс сұлбасының жоғалымға кеткен каустикті сілтісінің орынын толтыру үшін қолданылады. Шикіқұрамға қосылатын кальцинделген соданың құрамында SO₃ мөлшері 1% аспауы керек.

Тотықсыздандырғыш. Шикіқұрамды дайындағанда тотықсыздағыш ретінде антрацит немесе кокстың елендісі қолданылады.

Шикіқұрамды дайындаған кезде әр компоненті төмендегідей реакциялардың жүруін қамтамасыз ету үшін мөлшерлеп қосады

2CaO +SiO₂ = 2CaO·SiO₂ (6.5)

Бұл (6.5) реакция шикіқұрамның әктік модулін дайындау арқылы жүзеге асады. Әктік модуль деп шикіқұрам мен күйежентектің құрамдарындағы кальций оксидінің кремниий оксидіне молярлық қатынасын атайды.

Металлургия саласындағы компонентердің салмақтық - пайыздық мөлшерлері модулдердің есебін жеңіл, тігінен санауға мүмкіндік береді.

Кальций оксидінің молінің мөлшері

(6.6)

Кремний оксидінің молінің мөлшері

(6.7)

мұндағы 56 – СаО молярлық массасы;

60 – SiO₂ молярлық массасы.

Әктік модуль

(6.8)

Қоскальцилік силикаттың (2СаО·SiO₂) молярлық құрамына байланысты күйежентектің әктік модулі 2,0 санына тең болу керек. Бірақ күйежентектелу процесі кезінде шикіқұрамның құрамындағы көмірдің күлінің құрамындағы кремний оксидінің мөлшеріне байланысты шикіқұрам біраз өзгеріске түседі.

Әрбір күлдік пайызға орта есеппен көмір күлінің құрамындағы кремний оксидінің 0,02 пайызы сәйкес келеді.

Мысалы: Егер шикіқұрам 7 пайыздық күлділікке дайындалатын болса, онда әктік модуль: μ = 2,0 + 7 (2/100) = 2,14.

Шикіқұрамды дайындау кезіндегі әктасты мөлшерлеу үлкен дәлділіктің деңгейінде болуы қажет, өйткені егер шикіқұрамға әктас шамадан тыс немесе жетіңкіремей дозаланатын болса күйежентектің гидрохимиялық қайта өңдеуден кезіндегі химиялық шығымы төмен болады.

Кальцинделінген соданы шикіқұрамға қосудың екі мәні:

– қаныққан сайма – сайлық шикіқұрамды алуда, яғни сілті алюминий оксидін Al₂O₃ натрий алюминатымен, ал қалған барлық темір оксидін Fe₂O₃ натрий ферритімен байланыстыру үшін мөлшерленеді.

– қанықпаған сайма – сайлық шикіқұрамды алуда, бұл жағдайда сілті алюминий оксидін Al₂O₃ натрий алюминатымен және темір оксидінің тек бір бөлігі ғана натрий ферритімен байланыстыру үшін дозаланады.

Күйежентекті ерітінділеген кезде натрий алюминаты ыстық суда ериді, ал натрий ферриті гидролизденуге душар болады, яғни судың әсерімен ыдырайды

Na₂O · Fe₂O₃ + H₂O = 2NaOH + Fe₂O₃ (6.9)

Сонымен қатар күйежентекті ерітінділеу кезінде соданы каустике айналдыру реакциялары да жүреді

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ = Na₂O · Fe₂O₃ + CO₂ (6.10)

Na₂O · Fe₂O₃ + H₂O = 2NaOH + Fe₂O₃ (6.11)

Егер қызыл шламды күйежентектеу кезінде қаныққан сайма – сайлық шикіқұрамды қолданса, онда алынған күйежентектің құрамында темір оксидінің аса жоғарлығына орай, күйежентектің соданы каустике айналдыру қабілеттілігі өте жоғарғы деңгейде болады. Қаныққан шикіқұрамнан пайда болған күйежентекті өңдеу арқылы алынған алюминий тотығының түсімі өте жоғарғы деңгейде болады.

Бірақ іс жүзінде күйжентектелу процесі кезінде жоғарғы модулді шикіқұрамды өңдеу өте қиынға түседі және ерітіндіге өткен әрбір алюминий оксидіне кеткен сілтінің жоғалым қанықпаған шикіқұрамға қарағанда өте жоғары. Сондықтан шикіқұрамды дайындаған кезде күйежентектелу процесінде болатын барлық ұтымды және ұтымсыз физика – химиялық жағдайлар ескеріледі.

Мысалы: Нефелинді қайта өңдеген кезде (Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O) өңделетін кеннің құрамындағы сілтілік қосылыстар ескеріліп, шикіқұрам барынша жоғарғы деңгейде алюминий тотығын алуға дайындалады. Процестің соңында пайда болған сода қосымша өнім болып табылады.

Ал шламды қайта өңдеген кезде және кальцинделінген сода технологияға қажетті материал ретінде сатылып алынғанда, шикіқұрам сілтілік жоғалымдар аз болатындай құрамда дайындалады. Мұндай шикіқұрам қанықпаған шикіқұрам деп аталады.

Жүйеде қанықпаған шикіқұрамды пайдаланудың тағы бір себебі натрий ферритінің деңгейіне күйежентектің балқу температурасы тәуелді болып келеді. Неғұрлым натрий ферритінің құрамы жоғары болса, (N/F) соғұрлым күйежентек құрылымының температуралық ауданы төмен болады.

Заводтың көп жылдық жұмысы қызыл шламды қайта өңдеу кезінде және күйежентекті гидрохимиялық қайта өңдеуде күйежентектің ең ыңғайлы және қолайлы сілтілік модулі шамамен α = 1,35 тең саны екенін анықтады.