Металлургия кафедрасы Әдiстемелiк нұСҚаулықтар зертханалық жұмыстар орындау үшін «Глинозем өндірісі» пәні бойынша 050709 «Металлургия» мамандығының тәлімгерлері үшін Павлодар



жүктеу 350.95 Kb.
бет1/2
Дата12.04.2019
өлшемі350.95 Kb.
  1   2


Әдістемелік нұсқаулықтар



Форма

Ф СО ПГУ 7.18.2/05


Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі


С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті
Металлургия кафедрасы


ӘДIСТЕМЕЛIК НҰСҚАУЛЫҚТАР

Зертханалық жұмыстар орындау үшін

«Глинозем өндірісі» пәні бойынша

050709 «Металлургия» мамандығының тәлімгерлері үшін

Павлодар

УДК 669.712(07)

ББК 34.3

Г 49
С. Торайгыров атындағы ПМУ Ғылыми кеңесімен ұсынылған


Пікірсарапшылар:

техника ғылымдарының кандидаты, профессор М.М. Суюндиков


Құрастырушылар: З.Б. Каршигина, Г.Б. Байділдаева,

А.Ж. Таскарина, А.В. Маздубай


Г 49 Глинозем өндірісі: зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулықтар / құраст. З.Б. Каршигина, Г.Б. Байділдаева, А.Ж. Таскарина, А.В. Маздубай – Павлодар: С. Торайгыров атындағы ПМУ, 20087. – 31 б.

Әдістемелік нұсқаулықта «Глинозем өндірісі» пәні бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға керекті теориялық материалмен жұмыс нәтижелерін өндеуге арналған есептеулер келтірілген.

Әдістемелік нұсқаулық 050709 «Металлургия» мамандығының мемлекеттік стандартына сәйкес МЖМБС РК 3.08.335 – 2006, жасалған.

УДК 669.712(07)

ББК 34.327я7

© Каршигина З.Б, Байділдаева Г.Б., Таскарина А.Ж., Маздубай А.В., 2007

© С. Торайгыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті, 2007

Кіріспе
1 Зертханалық жұмыс. Глиноземді бокститтерден Байер әдісімен алу


    1. Байер әдісі арқылы глиноземді өндірудің физикалық

және химиялық негіздері
Жұқа ұсатылған бокситті қышқыл натрдың ерітіндісімен өңдеу нәтижесінде алюминий тотығы натрий алюминаты түріндегі ерітіндіге өтеді, бұл Байер әдісінің негізін қалайды. Белгілі жағдайда натрий алюминатының ерітіндісі алюминий гидроксидінің қатты фазаға өтуімен ыдырайды. Алынған алюминий гидроксидін жоғары температурада қыздырғанда ылғалсыз глиноземді алады. Байер әдісімен глиноземді өндірудің технологиялық схемасы 1-суретте көрсетілген.

      1. Бокситті сілтілеу. Бокститтардағы глиноземкелесі минералдар түрінде көрсетілуі мүмкін: диаспор – AlOOH,бемит – AlOOH және гидрагиллит – Al(OH)3.

Майдаланған бокситті диірменде ылғалды ұнтақтауға салады, содан кейін оны қанықтыайналмалы сілтілік ерітіндісімен сілтілейді, алғашқы цикл үшін қышқыл натрдың ерітіндісін (каустикалық сода) қолданылады.

Бокситтің құрамында көбінде гидроксидтер түрінде болатын алюминий тотығы қышқыл натриймен әрекеттесіп, натрийдің моноалюминаты түрінде ерітіндіге өтеді.


Al (OH)3+NaOH↔NaAl (OH)4 (1)
AlOOH+NaOH+H2O= NaAl (OH)4 (2)

Бос кремнозем қышқыл натриймен әрекеттеседі де, ерітіндіге натрий силикаты түрінде өтеді


2NaOH+SiO2=Na2SiO3+ H2O (3)
Натрий силикаты ерітіндіде натрий алюминатымен әрекеттесіп ерімейтін натрий гидроалюмосиликат (ГАСН) түзейді.
1,7 Na2SiO3+2 NaAl (OH)4=

Na2O∙Al2O3∙1,7SiO2∙H2O+3,4 NaOH+1,3 H2O (4)

Каустик Боксит



Айнамалы ертінді Ұнтақтау



Ылғалды размол



Сілтілеу




Пульпаны араластыру


Ерітіндіден шламды бөлу






Алюминаттық ерітінді Қызыл шлам
Бақылаушы сүзгілеу Жуу Су




Алюминаттық ерітінді Қызыл шлам Жуғыш су


Выкручивание Үйінді



(Декомпозиция)

Түпкі ерітіндіден



гидратты бөлу
Түпкі ерітінді Гидрат Затравка




Буландыру Жуу және сүзгілеу Су
Айналмалы Сары сода Түпкі ерітінді және Өнімдік гидрат

ерітінді жуғыш су

Кальцинация

Сода Cu(OH)2 (прокалка)

Каустификация Шлам Глинозем


Қанықпаған сілтілі



ерітінді

1 сурет – Байер әдісімен глиноземді өндірудің технологиялық

схемасы
Реакцияның жүруі (4), натрий гидроалюмосиликатының (НГАС) құрамындағы глиноземмен сілтінің қызыл шламға өтуіне әкеліп соғады, бұл жерде бокситтің SiO2 әрбір килограмына, сәйкесінше Al2O3 бір килограмы және 0,608 килограмм Na2O шығын ретінде кетеді.

Реакцияны (4) пайдаланып бокситтен глиноземді алудың теориялық (химиялық) мәні, яғни шламмен глинозем шығыны мен алынған глинозем мөлшерінің айырмасы есептелінеді



= (5) немесе = (6)
мұндағы, а және s – бокситтегі сәйкесінше Al2O3 және SiO2 мөлшері, %;

– бокситтің кремнийлік модулі, Al2O3/ SiO2

(салмақ бойынша тең).

Көрсетілген реакциялар бойынша (5) немесе (6) құрамдары әр түрлі бокситтерден глиноземді алудың теориялық мәні есептелінеді де, құрамында SiO2 үлкен мөлшері бар бокситтерден глинозем аз алғандықтан, Байер әдісі тиімсіз екенің көрсетуге болады.

Бокситтерді сілтілеудің шарттары әр түрлі болады. Жеңіл ашылатын гидрагилиттік бокситтерді атмосфералық қысымда 105-1070С температурада, араластырғыштарда сілтілейді; ал қиын ашылатын бемиттік және диаспорлық бокситтерді 150-2400С температурада, автоклавтарда сілтілейді. Сілтілеуден кейін алюминаттық ерітіндіден және қатты қалдықтан (қызыл шламнан) тұратын пісірілген пульпаны алады.

Алюминаттық ерітіндінің маңызды сипаты каустикалық модуль () – каустикалық сілті шоғырының және алюминий тотығының молярлық қатнасы болып келеді
=== (7)
мұндағы Na2Ok және Al2O3 – сәйкесінше келетін каустикалық сілтінің және глиноземнің ерітіндідегі мөлшері г/дм3;

62 және 102 – сәйкесінше Na2Ok және Al2O3 молекулярлық массасы.

Каустикалық модулі = 3-4 болатын ерітінділер, тұрақты және бокситтің гидроксидін еріте алады, ал ерітіндінің каустикалық модулі = 1,6-1,8 болса, ол тұрақсыз және өздігінен ыдырауы мүмкін. Сілтілеуге түсетін айнымалы ерітіндінің каустикалық модулі = 3-3,8 тең.

Айналмалы ерітіндімен бокситтің салу мөлшерін, декомпозиция кезінде ыдырайтын, каустикалық модулі = 1,65-1,8 болатын алюминатты ерітінді алатындай етіп алады. Есептеуді (7) формуламен жүргізеді, есептеген кезде бөлімінде НГАС-пен (4) кететін Na2Ok шығыны алып тасталған, айнымалы ерітіндімен кіргізілетін Na2Ok мольдерінің саны есептеледі, ал бөліндіде - НГАС-пен (4) кететін Al2O3 шығыны алып тасталған, боксит және айнымалы ерітіндімен кіргізілетін Al2O3 мольдерінің саны есептеледі.


, (8)
мұндағы αа–сілтілеуден кейінгі алюминаттық ерітіндінің каустикалық модулі. Ол 1,65-1,75 (зертханалық жұмыста 1,9-2,0 тең) аралығында алады;

αо–айналмалы ерітіндінің каустикалық модулі сынаумен, әдетте 3- 3,8 тең

алынады;

n–айналмалы ерітіндідегі Na2Oк мөлшері, кг/м3;

V– бокситтің 1 тоннаға сәйкес келетін

айналмалы ерітіндінің көлемі, м3;

a және S– бокситтің 1 тоннадағы сәйкесінше Al2O3

және SiO2 мөлшері, кг;



және – сілтілеуге айналмалы ерітіндімен кіргізетін

сәйкесінше Na2Oк және Al2O3 мольдік

мөлшері;

- бокситтің 1 тоннамен кіргізетін Al2O3

мольдік мөлшері;



және –ГАСН құрамындағы шламмен кететін сәйкесінше Na2Oк және Al2O3 мольдік

мөлшері,


v-ға қатысты (8) формуламен шығарғанда, бокситтің 1 тоннаға кететін айналмалы ерітіндінің мөлшерін есептеу үшін (9) формуланы алады.
(9)
Құрамы 50% Al2O3 және 5% SiO2 100кг бокситті мөльшері Na2Oк-240 г/дм3 және αо=3,5 болатын айналмалы ерітіндімен сілтілеугенде αа=1,9 алюминаттық ерітіндіні алу үшін (10) бойынша айналмалы ерітіндіні алу қажет.
дм3 (10)
Есептеудің нәтижесін (8) формула бойынша тексереді. Алынған нәтиже αа-ның берілген мәнімен тең шығу керек.

Бокситтің ұсақтау өлшемі: +110 мкм фракцийлар 10%-дан көп емес, -53 мкм фракцийлар 70%-дан кем емес.

Қиын ашылатын бокситтерден глиноземді алуды көбейту үшін сілтілеу кезінде ізбес салынады, әдетте бокситтің массасынан 3-4% мөлшерінде.

Бокситтерді жоғары температуралық (280-3100С) сілтілеу Байер әдісіндегі прогрессивті технология болып келеді. Оны автоклавтарда немесе “құбырдағы құбыр” типті реакторларда өткізуге болады. Сілтілеудің осы түрімен глинозем алуы 2-4% көтеріледі, үрдістің өту уақыты 5-6 есе төмендейді; әдеттегі автоклавты сілтілеу кезіндегі (2350С) айналмалы ерітіндідегі Na2Oк 240-300г/дм3 концентрациясынын орнына 140-200 г/дм3 концентрациясында сілтілеуге болады. Сондықтан Байер әдістегі бу пайдалануы 1,5-2 есе төмендейді.

Пісірілген пульпаны сұйылту және оны тұнбалау. Қызыл шламды жуудан алынған 1-ші (қанықты) жуғыш сумен сұйылту өткізіледі. Сұйылтылған пульпа қоюлатқыштарда t = 980С-да (шамамен 2 есе) тұндырылады. Тұндыру үрдісін қарқындату үшін пульпаға коагулянт (ұн, крахмал) немесе синтетикалық флоакулянттар салынады. Тұндырудан кейін екі өнім алынады – қоюлатқыштың құйылымы (алюминаттық ерітінді) және қызыл шлам.

1.1.3 Алюминаттық ерітіндінін ыдырауы (декомпозиция). Алюминаттық ерітіндіні бақылаушы сүзгілеуден өткеннен және 65-680С температураға дейін суытылғаннан кейін ыдырауға (выкручивание) жібереді, осы кезде кристалдық гидроксид тұнбаға өтеді. Алюминаттық ерітіндінің ыдырауы, ерітіндідегі ОН иондардың белсенділігі немесе концентрациясы азайған кезде жүреді, осынын нәтижесінде реакцияның тепе-теңдігі Al(OH)3 түзілу жағына ауытқиды


(11)
Осы үрдісті қарқындату үшін жаңа тұндырылған алюминий гидрокидтің үлкен мөлшерін салады.

Салымдағы (затравочное) Al2O3 мөлшерінің ерітіндідегі Al2O3 мөлшеріне қатынасы (салмақ бойынша) салымдық қатынасы (3,0) деп аталады да әр түрлі глиноземдік заводтарда 1,5-2,8 болады.

Алюминаттық ерітіндінің ыдырауы көптеген шарттарға тәуелді: алюминаттық ерітіндінің концентрациясы мен каустикалық қатынасына,үрдістің температурасына, салымның мөлшері мен сапасына. Ерітіндінің ыдырауы температураның 65-70-тен 45-500С дейін төмендеуінің политермиялық режимінде жүргізіледі.

Глиноземнің ыдырау кезіндегі шығуы деп тұнбағаөткен глиноземнің, бастапқы алюминаттық ерітіндідегі глиноземге қатынасы аталады. Ерітіндінің ыдырау дәрежесі келесі формула бойынша анықталады


немесе (12)
мұндағы С1 және С2 – бастапқы алюминаттық (С1) және

ыдыраудан кейінгі маточный (С2)

ерітінділердегі глиноземнің концентрациясы, г/дм3;

αа және αм – бастапқы алюминаттық (αа) және ыдыраудан

кейінгі маточный (αм) ерітінділердегі

каустикалық қатынас.

Декомпозиция үрдісін әр қайсысының сыйымдылығы 800-ден 3000м3 дейін болатын декомпозер батарейлерде (10 және одан да көп) үздіксіз жүргізеді.

1.1.4 Алюминий гидроксидтің кальцинациясы. Кальцинация – глинозем өндірудің барлық әдістердің соңғы сатысы, ол алюминий гидроксидін 1100-13000С температурада қыздырып техникалық алюминий оксидін (глинозем) алуға негізделген. Қыздыру кезінде алюминий гидроксидтің келесі структуралық өзгерулер өтеді


(13)
Кальцинация үрдісі айналмалы барабанды пештерде немесе балқу қабатының пештерінде жүргізіледі. Тиімділігі жоғары болып, балқу қабатының пештері, ылғалды материалды циклондық дайындауы және ыстық глиноземді суық ауамен циклон арқылы суытуы бар схемалар табылады.

Осы схемаларда пеш қондырғыларынан шығатын газдардың жоғары тиімді жойғыштары болып циклондар жүйелері табылады. Мұндай схемалардағы пештердің өнімділігі 20-25% көтеріледі, ал жылу шығыны 1300-1400-ден 760-780 ккал/1 кг Al2O3 төмендейді.



      1. Глиноземнің товарлық шығымы. Глиноземнің товарлық шығымы – шығындардың дәрежесі және бокситтен глиноземді алудың толығына бойынша технологияның тиімділігін сипаттайтын басты көрсеткіш болып келеді


(%) (14)
мұндағы ηт – глиноземнің товарлық шығымы, %;

q1 – бокситтің масса бірліктен алынған глиноземнің мөлшері, кг;

q2 – бокситтің масса бірлігіндегі глинозем мөлшері, кг.


    1. 1 жұмысты өткізуге берілетін әдістемелік шарттар




      1. Жұмыс мақсаты. Байер әдісімен бокситтен глиноземді алудың басты үрдістердің технологиялық және физико-химиялық негіздерін зерттеу.

Бокситтерді сілтілеу, алюминаттық ерітіндінің ыдырау және алюминий гидроксидінің кальцинация үрдістерін зертханалық жағдайларда өткізу.

1.2.2 Материалдар мен жабдықтар.

1) Материалдар: бокситтер – аз кремнийлі, жоғары кремнийлі, гидраргилитті; әктас (реактив); айналмалы ерітінді (бастапқы).

2) Жабдықтар: бокситті автоклавсыз сілтілеу үшін арналған қондырғы; бокситті автоклавты сілтілеудің қондырғысы (2 сурет); кептіргіш шкаф; Киптің жабдығы; пульпаны сүзгілеу қондырғысы; кальцинациялық пеш; алундтық тигельдер; техникалық таразы, колбалар, мензуркалар, өлшеуіш цилиндрлер.

1.2.3 Жұмысты орындау тәртібі. Байер бойынша аз кремнийлі және жоғары кремнийлі (теңестіру үшін) бокситтердің сілтілеуін жүргізу. Концентрациясы 150-300 г/дм3 Na2Oк болатын айналмалы ерітіндіні дайындау. Нақты шарттарды оқытушы көрсетеді. Айналмалы ерітіндіні, концентрациясы Na2Oк – 400 г/дм3 және αо – 3,5-4 болатын, бастапқы қаныққан ерітіндіні сұйылту жолымен алады. Сұйылту кезіндегі қосып салатын судың мөлшерін (15) формула бойынша есептеленеді.
(15)

мұндағы, Vв – бастапқы концентрациядан С1 керекті

концентрациясын С2 алу үшін 1 дм3 ерітіндіге қосатын

су мөлшері.

Бокситтің құрамы және айналмалы ерітіндінің есептелген құрамы бойынша ерітіндінің 50 см3-ге келетін бокситтің салымын, ал автоклавсыз сілтілеу үшін ерітіндінің 100 см3-ге салымын, αа=1,9 деп алып, (9) формуламен есептеу. Есептеуді (8) формуламен тексеру керек.

Гидраргиллиттік бокситті 20, 50 және 1000С температурада 2 сағат, ал қиын ашылатын бокситтерді автоклавтарда температура 50, 100, 120, 160, 200, 2400С болғанда сілтілейді. Жоғары температуралы сілтілеу 2900С температурада 5, 10, 60 және 120 мин жүргізеді.

Сілтілеудің нақты шарттарын оқытушы береді. Кейбір тәжірибелерде бокситтің массасына шамамен 4% ізбесті салады.

Бокситтің салымын автоклав (3) салып (1-сурет), айналмалы ерітіндінін 50 см3 құяды да метал немесе шыны таяқшамен жақсылап араластырады. Автоклавты жауып, рамаға (4) термостатты (1) орналастырады. Тәжірибе біткеннен кейін автоклавты суық сумен жақсы суытып, ашады.




1 – ауа термостат; 2 – рама; 3 – автоклав; 4 – вал; 5 – элетр қозғалтқыш; 6 – редуктор; 7 – шкив; 8 – подшипник; 9 – термометр; 10 – термопара; 11 – жылытқыш; 12 – асбест; 13 – автоклавтың бекітпесі; 4,15 – автоклавты берілген режимде жылыту программалық бақылаушы қондырғы


2 сурет – Бокситті автоклавты сілтілеудің зертханалық қондырғысы
Автоклавтың ішіндегісін таяқшамен араластырып, Бюхлер воронкасында вакуумда сүзгілейді. Қызыл шламды 0,25 дм3 ыстық сумен жуып, жуғыш суды сүзгімен араластырады.

Байер әдісте алюминаттық ерітіндіні выкручиваниемен ыдыратады, бұл үрдістің жүру мерзімі 60-100 сағ. Болғандықтан №1 зертханалық жұмыста ол карбонизациямен ауыстырылады. Карбонизацияның әдістемесі №2 жұмыста суреттелген.

Карбонизация кезінде сілтілейтін алюминий гидроксидін сүзгілеп, 0,25 дм3 ыстық сумен жуып, 1100С температурада кептіргіш шкафта 1 сағат кептіреді де содан кейін 10000С температурада пеште 1 сағат қыздырады. Алынған глиноземнің салмағын өлшеп, (13) формуламен товарлық шығымын есептейді. Аз кремнийлі және жоғары кремнийлі бокситтерді өңдеу нәтижелерін теңестіреді.


      1. Жазбалардың және берілгендерді өңдеу тәртібі. Бокситтердің минералдық және химиялық құрамы, айналмалы ерітіндінің есептелген құрамы жазылады, 50 см3 айналмалы ерітіндідегі бокситтің салымы және кальцинациядан кейінгі глиноземнің товарлық шығымы есептеленеді.

      2. Қауіпсіздік техника бойынша нұсқаулар. Автоклавтармен жұмыс істеген кезіндегі қауіпсіздік техника қосымша шарттарды орындау қажет:

а) автоклавты берілген температурадан жоғары қызып кетуді болдырмау;

б) автоклавты суық сумен толық суығаннан кейін және тек қана оқытушымен бірге ашу;

в) автоклавты ашу кезінде қалқанды пайдалану және автоклавты оралмен жабу.

Кальцинация кезінде пешке жақсы кептірілген және жылтылған тигельдерді салу, пештен оларды қысқышпен және қолғаптармен алу керек.

Қыздырған нәрселерге судың түсуін болдырмау кажет.


      1. Жұмыс бойынша есепке талаптар. Минералдық және химиялық құрамы беріледі және осы берілгендермен шикізатты өңдеуге Байер әдісін таңдауы түсіндіріледі.

Байер әдісінің теориялық негіздердің қысқаша түсіндірмесі және технологиялық операцияның суреттемесі беріледі, бокситті сілтілеу режимінің таңдауы негізделеді, сілтілеу үшін зертханалық қондырғы суреттеледі және оның суреті беріледі.

Аз кремнийлі және жоғары кремнийлі бокситтерді Байер әдіспен өңдеудің қорытындылары мен тәжірибелердің нәтижелері келтіріледі.


2 Зертханалық жұмыс. Глиноземді бокситтен пісіру әдісімен алу


2.1 Глинозем пісіру әдісі өндірісінің физико-химиялық негіздері
Әдіс жоғары кремний бокситты сода және әктасты жоғары темпиратурада пісіруге негізделген, онда алюминий тотығы суда ерігіш қосындығы байланысады , натрий алюминаты (Na2O Al2O3) ал кремнизем азерігіш екі кальций силикатына (2CaO SiO2). Натрий алюминатын әрі сілтілегенде піспеден ерітінді алынады ал екікальций силикаты ерімейтін қатты қалдықта қалады.

Алюминий ертіндісінен алюминий сутотығын бөлу үшін, оны газдармен өңдейді, құрамында көміртегінің екі тотығы бар (CO2).

2.1.1 Боксит шихтасын дайындау. Боксит шихтасын 3 компоненттен дайындайды: боксит, әктас және сода. Сонымен қатар шихта дайындауға айналымдағы өнімдер түседі; айналым сода ертіндісі және әқ шлам алюминат ертіндісін кремнисіздендіргеннен түскен.

Шихтаны төмендегідей есептен шығарады


мол. = 1 (16)

мол. = 2 (17)
Мұндай шихта, қаныққан, піспеннің сілтіленгенде көп мөлшерде Al2O3 және Na2O алынады. Азтемірлі шикізат үшін қанықпаған шихта пайдалынады R2O тек Al2O3 байланыстыру үшін есептеледі (R-Na,K.).

Мұқият ұсақталған және жақсы араластырылған ылғал боксит шихтасы ылғалдылығы 37-42% пісіруге жіберіледі.

2.1.2 Боксит шихтасын пісіру, пісіру кезінде шихта компоненттерінің әрекеттесуі. Боксит шихтасын 1200-15000С айналмалы құбыр тәрізді пештерде пісіреді. Шихтаны пешке пульпа форсункасымен шашыратып береді.

Боксит – сода -әктас шихтасын пісірудегі үрдістерде келесі негізгі компонеттер қатысады:

Al2O3, Na2CO3, Fe2O3, SiO2, CaCO3, TiO2. т.б. глиназемнің содамен әрекеттесуі 7000С басталып 11500С аяқталады

Al2O3 + Na2CO3 =Na2O Al2O3 + CO2 (18)



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет