11 дәрістің Сазбалшық өндірісінің қызыл шламдарын кешенді өңдеу
Дәрістің конспектісі:
Өзінің физикалық күйіне байланысты саз балшық зауыттарының қызыл шламдары жұқа дисперсті дымқыл масса күйінде болады, олар шламдық жазықтықта жиналады. Шламдар боксит сипатына қарай әртүрлі химиялық құрам көрсетеді. Негізінде оның шығымы бастапқы шикізаттағы саз балшықтың мөлшеріне байланысты анықталады. Жобалап алғанда қызыл шламның құрамы келесідей, %: 33,4 Feжалпы; 3,4 Fe; 7,6 SiO2; 13,1 Al2O3; 9,8 CaO; 3,96 TiO2; 0,54 S; 0,31 P; 0,17 V2O5; 2,0 (Na2O+K2O).
Қызыл шламдарды қажетті дайындаудан кейін, шойынға және саз балшықты шлакқа домналы, электрдомналы және доғалы электрпештерде өңдеуге болады. Өңделген сұлба бойынша дымқылдығы жоғары дәрежеде болатын бастапқы материалды айналмалы пеште кептіреді немесе сүзуден кейін агломерациядағы ыстық қайтарымды материалмен араластырады. Содан кейін шламды кесектеу және күкірттен айыру үшін, 5-6 % коксик қосып агломерациялайды. Зерттеулердің көрсеткеніндей, жақсы сапалы және жоғары тотықсыздандырғышты агломерат алынады. Агломератты қорытуды 50 кВа қуаттағы төменшахталы электрпеште жүргізеді. Құрамында, %: 0,4-0,9 Ti; 0,1-0,17 V және 1 P бар шойынмен бірге, құрамында 33-34 % Al2O3 және Al2O3:SiO2=1,6-1,7 қатынастағы саз балшықты шлак алынған.
Кейіннен мұндай шойынды құю (литейный) шойынға өңдейді, ал саз балшықты шлакты сода мен әктасты қосып, саз балшық алу үшін 1100-1150 0С-та пісіреді. Жүргізілген есептеулерге сәйкес, бұл сұлба бойынша 1 т қызыл шламнан 0,33 т шойын, 0,12 т сазбалшық және 0,44 т бемитті шлам (немесе 0,8 т цементті клинкер) алынады.
Бірақ қызыл шламды кешенді қайта өңдеуінің экономикалық зерттеулері көрсеткеніндей, оларды домналы, электршахталы немесе доғалы электрпеште қорытуға дайындау қымбат тұратын заттарды және жоғары капиталды және эксплуатационды шығындарды қажет етеді. Экономикалық тиімді болып дымқыл шламдарды екі айналмалы пеште өңдейтін технологиялық сұлба болып табылады, мұнда бірінші пеште шламды құрғатып тотықсыздандыруы жүреді, ал екіншісі балқытатын агрегат ролін атқарады.
Айналмалы пеште қызыл шламды кешенді қайта өңдеудің технологиялық схемасын зерттеу құрамы келесідей, %: 30-35 Fe; 11-14 А12О3; 5-7 SiO2; 5-12 СаО; 3-4 ТiO2; 0,8-1,0 Р2О5; 2-3 Na2O; 25 Н2О Орал алюминий зауыдының қызыл шламдарымен тәжірибелі қондырғыда жүргізілген. Флюс ретінде құрамында 53,3 % СаО бар әктас, тотықсыздандырғыш ретінді – кокс ұсағы қолданылды.
Қондырғы екі айналмалы пештерден түзіледі: біріншісінің ұзындығы 12 м, диаметрі 1,2 м, екіншісінің өлшемі сәйкесінше 3,8 және 1,2 м. Екі пеште сұйық отынды өртеу үшін жандырғыштармен (горелки) жабдықталған. Бірінші пеш шамотты отқа төзімді материалмен шегенделген, екіншісіне зерттеу үшін әртүрлі түрдегі шамотты, көміртекті, хроммагнезитті шегендер қолданылды.
Дайындалған дымқыл шихтаны бірінші пешке тиеген, мұнда шламды кептіру және 900-1000 0С-та темірдің тотығын тотықсыздандыру процестері жүргізіледі. Қыздырылған және тотықсызданған шихта үздіксіз (переточная) құбыр арқылы екінші пешке түсіп отырады, мұнда шойынды шлактан тиімді бөлу және жоғары негізді шлакты сұйық күйге өткізіп алмау үшін, пештің температурасын 1300-1350 ºС аралығында ұстайды.
Шламды қайта өңдеу нәтижесінде құрамында 2,9-4,9 % C; 0,4-0,9 % Si; 0,16-0,82 % P; 0,9 %-ке дейін S; 0,04 %-ке дйін Ti бар шойын және өздігінен үгітілгіш, диаметрі 100 мм-ге дейінгі шар тәріздес түйіршіктер түріндегі саз балшықты шлак алынған.
Бұл әдіспен қатар, бокситті шламдарды кірпіш өндірісінде, портландцемент алуда түзеткіш қоспа ретінде, теміркенді флюстелген агломератты берік жасауда, сонымен қатар шлактік құйма, бетондар, керамикалар, асфальт өндірісінде тікелей қолдануының әдістері тексерілген. Бұл әдістердің тиімді енгізілуі саз балшық зауыттарында қызыл шламдарды алдын-ала дайындауына, яғни шламды дұрыс сүзіп кептіруіне байланысты.
Нефелин шикізатын кешенді өңдеу кезінде бемитті шламдарды саз балшық өндірісіндегі жалпы технологиялық сұлбаның шектеуінің бірінде портландцементке өңдейді. Бірақ бұл нефелин шламдарының рационалды қолдану жолының біреуі ғана емес. Нефелин шламдарын өнеркәсіптің әр саласында қолдану мүмкіндігі осы материалдың табиғатынан шығатын физикалық және химиялық қасиеттерімен анықталады.
Сонымен қатар нефелин шламдарының құрамына негізгі минерал болып екікальцийлі силикат кіреді, бұл шламды портландцемент өндірісіндегі шихтаның бір компоненті болып қолданудың анықтаушы факторы. Шикізат қоспасы келесідей қатынаста: 50-55 % бемиттік шлам, 40-45 % әктас, 3-5 % күйдірінді, 3-5 % боксит (төрткомпонентті қоспа) құралады. Цемент өндірісін жетілдіру мақсатымен бұл қоспадан бас тартып, әктаспен (50-60 %) бемиттік шламнан (40-50 %) тұратын екікомпонентті шихтаға көшуге тура келді.
Кремний-фторлы натрийге сай нефелинді шлам инициатор (қатаюды жылдамдатушы) қызметін атқаралатын болғандықтан, оны кремний-фторлы натрийдің орнына қышқылға төзімді цемент өндірісінде қолдануға болады. Сонымен қатар бемитті шламды майда толтырғыш ретінде жеңіл және конструктивті жеңілдетілген, сілтінің әсеріне берік бетонды дайындауда, құрылыс ерітінділерін және шлакоблок тәріздес материалды дайындауда қолданылады.
Сонымен қатар нефелин шламдары грунтты бекітуші цемент композициясын дайындаудың бір компоненті ретінде сыналып көрген. Сондай-ақ, бекітілетін грунттың түріне қарай құрамында 55-85 % нефелин шламы, 15-45 % әктас және 15-20 % гипс бар қоспаны қолдануға болады. Нефелинді шламның өзгеше гранулометриялық құрамына және кеуектілігіне қарай оны жоғары физика-механикалық қасиеттері және суыққа төзімділігімен бірге сүзудің жоғары коэффициентін қамтамасыздандыратын жол киімнің құрғатушы қабаты ретінде қолдануға болады.
Нефелинді шлам ыстыққа төзімді бетондар өндірісінде отқа төзімді материалдың құрамына кіреді, сонымен қатар жеңілсалмақты жылу изоляционды материал алуда және әдетті отқа төзімді, мысалы периклазбелиттік, материалдар алуда қолданылады. Нефелин шламды қолданудың дамушы бағыты болып әйнек және ситалдар (шлакситалдар түрінде) өндірісінде шихтаның белгілі бір компоненті ретінде қолданылуы табылады.
Шламның қозғаушы (инициирующие) қасиетіне қарай, оны құйма жұмысында шойынды және болатты құюда құйма формалар жасауда жақсы қолданылады. Сонымен қатар, белитті-гипс қоспасы негізіндегі құйма формаларын жасауда шламның уылдыратын (вяжущие) композициясы де белгілі.
Нефелин шламдарының басқа да қолдану салаларына қарасақ, оны ағызынды суларды ауыр металдардың иондарынан тазалаудағы неорганикалық сорбент ретінде; қағаз, бояу, пластмасс технологиясында жұқа дисперсті жинақтағыш түрінде; бірқатар арнайы материалдардың қаттыландыруын қамтамасыздандыратын реагент ретінде (клей, мастиктер, шлакты мақталар); ауылшаруашылық өндірісінде қышқыл топырақты әктастандырушы ретінде және т.б. қолданылуын айтуға болады.
Жергілікті шарттарына байланысты техника-экономикалық есептеулер негізінде нефелин шламдарын қолданудың аталған бір бағытын таңдауға болады. Барлық жағдайда оның қалдықтарын табиғатқа тастауды тоқтату қоршаған ортаны сақтауға айтарлықтай әсерін тигізеді.
Қазақстан саз балшық өндірісінің шикізат көзінің болашағы болып, Аятск, Белинск, Шығыс-Аятск, Краснооктябрьск, Варваринск, Туансерск және тағы басқа кен орындарының, Торғай бокситтерінен айтарлықтай химиялық және заттық құрамымен, сонымен қатар құрамындағы темірдің, сондай-ақ сидериттің, кремнеземнің, органикалық заттардың көптігімен сипатталатын кондиционсыз бокситтер болады. Бірақ басқа қоспалардың мөлшеріне қарай, бұл кен орындары Торғайдікіне ұқсас.
Қазіргі уақытта саз балшық және басқа да өнім алу үшін алюминий құрамдас шикізаттарды өңдеудің әртүрлі әдістері белгілі. Бірақ қазіргі заманда саз балшық өндірісінде сілтілі әдістер қолдануда, бұл әдістерді шартты түрде келесідей бөлуге болады: Байер әдісі, пісіру әдісі және біріккен (параллель Байер-пісіру және тізбектей Байер-пісіру) әдіс.
Құрамында алюминий бар шикізаттардың заттық құрамын және бағалы құрушыларының, сондай-ақ галлийдің, ванадийдің, фтордың, рубидий мен цезийдің өндірістік өнімге, жартылай өнімге және өндіріс қалдықтарына таралауын зерттеу, маңызды мақсаттың бірі болып есептеліп, ғылыми және тәжірибелік маңызға ие болады. Бұл сұрақтың зерттелуі әртүрлі өнімдегі элементтердің концентрлену орнын және жоғалуын, жолай бөліп алудың тиімділігіне қарағанда олардың мөлшерін анықтауға, ақырында осы түрдегі шикізаттарды қайта өңдеудің проблемаларын шешуге мүмкіндік береді.
Торғай және Солтүстік Орал бокситтерін өңдеуге біріккен сілтілі әдісті, сәйкесінше Байер-пісіру әдісінің параллель және тізбекті варианттарын қолданылады.
Бокситті сілтілеу кезінде галлий, ванадий, фтор және фосфор қоспаларының негізгі мөлшері Байер сұлбасының алюминатты ерітіндісіне өтеді. Алюминатты ерітіндіні бұрау (декомпозициялау) кезінде фтор, фосфор және ванадий алюминий негізімен бірге аз дәрежеде тұнбаға шөгеді, ал бокситпен бірге түсетін галлийдің тұнбаға шөгуі 50 % және одан да жоғары болады.
Аналық (маточный) ерітіндіні буландыру кезінде сода бөлінеді, мұнда фтор қоспасы концентрленеді, ал ерітінді айналмалы болады және бокситтің жаңадан түсетін бөлігін сілтілеуге қолданылады.
Айналмалы алюминатты ерітіндіні көп рет қолдану онда айтарлықтай дәрежеде қоспаның болуымен өзгешеленеді. Қазіргі уақытта саз балшық өндірісінде көп мөлшерде бөлінетін алюминат ерітінділердегі бағалы заттардың мөлшерін ескерсек, мұның өзі маңызды орын алады.
5 нег. [б. 174-188], 6 нег. [б.218-223, 276-287].
Бақылау сұрақтары:
- Сазбалшық өндірісінің аралық өнімдерінің сипаттамасы.
- Шойын алу арқылы қызыл шламды кешенді қайта өңдеу технологиясы.
- Байер-пісіру технологиясының тізбектей және параллель варианттарымен қызыл шламдарды өңдеу.