Павлодар Алюминий зауытының жағдайында бокситтан алюминатты ерітіндіні алу - сілтілеу цехының жобасы

Алунитті (Na,K)₂SO₄ Al₂(SO₄)₃·4Al(OH)₃ – алюминий тотығы, күкірт қышқылы, калий сульфатын және де басқалай бағалы өнімдер алуға пайдалануға болады.

Криолит Na₃AlF₆ – ертеректе Бекетов тәсілімен алюминий алуға пайдаланған. Криолиттің үлкен кен орны Гренландияда орналасқаны белгілі. Бүгінгі күнде криолитті плавиктік шпаттан алу өндірісі алюминий өндірісінің сұрауымен жолға қойылған.

Батыс Торғай бокситтік  ауданда орналасқан Краснооктябрь  боксит кен орны ең үлкен қызығушылық  туғызады. Литологиялық ерекшеліктерге  мен жасына байланысты бокситті тұнбалықтар (осадки) екі қабатқа бөлінеді: төменгі кен және жоғарғы кен қабаттары.

Белинск кен орны батыс Торғай кен  орнының солтүстігінде орналасқан. Кен қабаттары сазды, тасты бокситтер, аллитті және бокситті сазды қабаттардан  тұрады. Бокситті қорлар негізгі 4 бөлімшеге  топтастырылған. Олар: Южный, Северный, Западный и Карасор кен бөлімшелері. Бокситті шоғырлар негізгі үш литологиялық қабаттан тұрады: тасты (30,2 %), борпылдақ (30,42 %), сазды (36,5 %). Минералогиялық құрамына байланысты бокситтер үшгидратты (гиббситті) түріне жатады. Аз мөлшерде корунд, кварц, кальцит, сидерит және рутил кездеседі.

Краснооктябрь кен орны екі кен  алаңынан тұрады: Северный (бокситтің 15 шоғыры) және Южный (бокситтің 9 шоғыры). Бокситтік кен шоғырларындағы кеннің литологиялық және химиялық құрамы өзгергіш болып келеді. Кен орындарындағы кеннің литологиялық түрлілігі әр түрлі болады: тасты (35%), борпылдақ (57%) және сазды (8%). Жыныс түзетін негізгі минералдарға гиббсит, гидрогематит және каолинит жатады.

Аят кен орны құрамында 10 кен бөлімшесі бар,  Батыс-Торғай бокситті кен орнының солтүстік аумағында орналасқан. Бокситті шоғырлар негізгі үш литологиялық қабаттан тұрады: тасты (49,1%), борпылдақ (15,5%), сазды (33,3%) және аллиттер (2,2%). Аят кен орындағы барланатын кен бокситтің гиббситті түріне жатады. Жыныс түзетін негізгі минералдарға гиббсит, каолинит, гетит, гематит, титан минералдары, сидерит жатады.

Краснооктябрь, Аят және Белинск  кен орындары Краснооктябрь кен басқармасына кіреді. Бұл кен орындарындағы бокситтің химиялық және материалдық құрамы басқа кен орындарындағы бокситтің құрамына қарағанда өзгеше болады. Оларды өндірісте көп қолданатындықтан, жан-жақты зерттеу маңызды жұмыс болып келеді.

2.1 кестеде бокситті кен орындар және сәйкес бокситтердің литологиялық түрлілігі көрсетілген.

 

2.1- кесте

Бокситтердің литологиялық түрлілігінің құрамы

Бокситтердің түрі	Бокситтің химиялық құрамы, %
	Al2O3	SiO2	Fe2O3	μsi
Аят кен орны
сазды	39,5	13,6	24,6	2,13
борпылдақ	36,7	15,2	25,2	2,41
тасты	55,3	5,2	5,6	10,63
Белинск кен орны
сазды	40,1	8,7	22,8	4,61
борпылдақ	43,1	4,7	23,5	9,17
тасты	43,1	3,4	22,8	12,67
Краснооктябрь кен орны
сазды	41,1	4,4	21,5	9,34
борпылдақ	41,9	10,2	14,4	4,11
тасты	48,9	3,2	14,4	15,28

 

Кестеде көрсетілгендей бокситтер түрлі химиялық құрамға  ие болады. Сазбалшықтың құрамы 39,5-55,3%, SiO₂ – 3,21-3,6% және темір 5,6-24,6%.

 

 

2.6.2 Цех жұмысының тәртібі

 

Кәсіпорынды ұйымдастыру өндірістік үрдістердің сипаттамасына, нәтижесінде жартылай өнімнен дайын өнім алу үшін қажетті еңбектік және табиғи процесстердің өзара жиынтығына тәуелді болады.

Түсті металлургия саласында  жұмыс істейтін зауытқа көпсатылы  өндіріс процесстері, үздіксіз ағымдағы заттың механикалық және химиялық өзгеруі  тән болып келеді. Түсті металлургияда  басқа салаларға қарағанда пайдаланатын шикізаттың бірлік өнімге шаққандағы үлесі анағұрлым жоғары болады.

Түсті металлургиядағы  өндірістік процесстерге үлкен агрегаттар тән. Ал агрегаттар үздіксіз, сапалы жұмыс  істеуі үшін ұжымдық қызмет көрсетуді  талап етеді, технологиялық процесстердің  өтуі кезінде жұмысшылардың катаң келісімін және барлық процесстердің регламентке сәйкес орындалуын қажет етеді.

Өндірістік үрдістердің рационалды ұйымдастырылуы қабылданған технологияның сипатынан шығуы тиіс. Өндірістік процесстердің уақыт бойынша өтуіне байланысты процесстер мерзімді және үздіксіз болып бөлінеді.

Үздiксiз әрекеттi үрдiстер.  Аппаратқа шикiзатты жүктеу және одан дайын өнiмдi  алу үздiксiз  болады. Мұнда үрдiстiң барлық сатысы бiр уақытта, бiрақ аппарат көлемiнiң  әртүрлi нүктелерiнде өткiзiледi. Сонымен бiрге аппарат көлемiнiң әр нүктелерiндегi температураның, қысымның, концентрацияның  және т.б. параметрлердiң мәнi уақыт бойынша өзгермейдi [4].

Цехтің жүмыс істеу  режимі үздіксіз болып келеді. 8 сағаттық, үш сменалы жұмыс кестесі тағайындалған. Бір тәулік ішінде бұл өндіріске толықтай қызмет көрсету үшін қажетті бригада саны үшеу. Бір бригада демалады. График айналымы 12 күн.

 

 

2.6.3 Ғылыми-зерттеу жұмыстарына талдау

 

Кейінгі уақытқа дейін  төмен сапалы Қазақстандық бокситтерді өңдеу кезінде негізгі мәселердің бірі боксит құрамындағы темір және кремний оксидінің көп болуында. Бұл компоненттердің үлесін төмендету үшін байтудың түрлі нұсқалары көрсетілген. Ол көп жұмыстарда жалпылама көрсетілген.

 Байыту кезінде негізгі 2 мәселе қарастырылған: құрамында кремнийі бар минералдарды және магнитті минералдарды жою.

Байытудың тиімділігі көп  мөлшерде бокситтің құрылымдық және минералогиялық ерекшеліктеріне байланысты. Жекелеген жағдайларда анағұрлым  тиімді болып химиялық, радиометриялық, электростатикалық әдістер саналды. Тағы да байытудың гравитациялық, флотациялық, магнитті түрлері бар. Оларды көбіне шикізаттың бір түріне бағытталған байыту үшін қолданады.

Байтудың барлық белгілі  әдістеріне анализ жасаудың мүмкіншіліктің болмауына байнанысты, тек бізге қажетті зерттеулерге тоқталайық.

Краснооктябрь кен орнының бокситтерін байыту бойынша зерттеу жұмыстары жүргізілген. Зерттеу бокситтің сазды, борпылдақ және тасты литологиялық түрлілігіне жасалды. Байытуды зерттеу негізгі екі бағытта жүргізілді:

- Байер әдісімен өңдеуге жарамды бокситті концентрат алу;

- пісіру әдісіне жарамды ылғалдылығы 60%-дан аспайтын шлам алу.

Байытудың технологиялық  схемасы шикізатты 25-50 мм-ге дейін  және борпылдақ бөлігін 5,0 мм-ге дейін  ұсақтау негізделген. 5,0 мм-лік концентратты алу үшін бокситтің аса тығыз бөліктерін көпсатылы ұсақтау және елеу үрдістеріне жібереді. Нәтижесінде концентраттың тығыз бөлігі 0,4 мм-ге дейін және борпылдақ бөлігі 0,2 мм-ге дейін классификацияланады.

Осыдан кейін концентраттың  үлкен бөліктерін 0,2 мм-ге дейін ұсақтайды, содан оны магнитті сепарациядан өткізеді, ал шламды өнімдер флотацияға жіберіледі. Ақырында, біріккен бокситті концентраттың құрамы мынадай болады, %: Al₂O₃ 49,42; Fe₂O₃ 16,21; SiO₂ 5,42; СО₂ 0,45; µ_si 9,1 [5].

Жұмыстың авторлары [6] Аят кен орнын байытудың фотометриялық және радиометриялық сепарация тәсілдерін ұсынған. Бұл тәсіл кремнийлі модульдің 10 бірліктен асқан, ±10 мм 50-60 % байытылған бокситтерді алуға мүмкіндік береді.

Күйдіру процессі техникалық зиянды заттар мен ылғалды жою  арқылы технико-экономикалық көрсеткіштерді жақсартуға мүмкіндік беріп, түрлі шығындарды азайтады.

Жасалған жұмыста [7] күйдіру процессін қайнау қабаты пештерінде өткізуге ұсыныс жасалды. Табиғи карбонаттардың бөліну температурасы оның минералогиялық құрамына (сидерит, кальцит, доломит) және диспертілігіне байланысты. Күйдіру процессі нәтижесінде карбонаттардың бөліну дәрежесі 55% болса, сазбалшықтың күйдірілген бокситтан шығу дәрежесі 70-72% құрады.

Павлодар алюминий зауыты жағдайында құрамында темірі көп  бокситтерді өңдегенде темір оксидтерімен байытылған қызыл шламдарды пісіру процессінде көптеген қиыншылықтар туындады.

Темір минералдары Байер процессіндегі қызыл шламның шығуын жоғарылататын балластты құрауыш болып келеді. Қызыл шламның құрамындағы темір қосылыстарының көп болуы шламды шихталарды пісіру кезінде қиыншылықтар туғызады. Осыған орай көп ғалымдардың жұмыстары темір қосылыстарының  бокситтан шығарудың термиялық, химиялық және магнитті тәсілдер қарастырылған.

Жұмыста алюминий кендерін темір қосылыстарынан тазарту үшін алюминий кендерін күйдірудің тотықсыздандырып-сульфидтеу тәсілін қолданамыз.

Бастапқы байытылған бокситтерді тұз қышқылымен өңдеу  арқылы темір оксидтерін жоямыз. Бұл тәсіл арқылы темірдің 91%-ға дейін алып тасталынады.

Осылайша, байытудың дәстүрлі және арнайы тәсілдерін қолдана отырып, төмен сапалы концентраттан құрамында түрлі пайдалы компоненттер бар концентрат алуға болады. Бірақ көп жағдайда зерттеулер тәжірибе жұмыстар ауқымынан шыққан жок.

Жоғары карбонатты бокситтерді  өңдеудің жеткілікті тиімді әдістің болмағандығы, осындай шикізаттан сазбалшық алудағы жаңа зерттеулердің жүргізу қажеттігін туғызады. Бұл мәселенің шешімін табу, сазбалшық өндірісінің шикізат базасын кеңейтуге мүмкіндік береді [7].

 

 

2.6.4 Істеп тұрған  кәсіпорын жұмысына талдау

 

Бокситті өңдеу тәсілін  таңдау келесі факторлармен анықталады:

1. кремнийлі модульмен;
2. сазбалшық мөлшерімен;
3. зиянды заттардың, карбиттердің, сульфидтер мен органикалық заттардың мөлшерімен;
4. шикізаттың минералогиялық құрамымен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Боксит                                       Әктас         Қызыл шлам            Жаңа сода

 

Ұсақтау                                                             Дозалау

 

Ұнтақтау                                                             Пісіру

 

Сілтілеу                                                              Сілтілеу

                     Қызыл шлам

Бөлу және жуу                                                 Шламды бөлу

                                                                              және жуу

Алюминатты ерітінді

                                                                        Алюминатты            Қызыл шлам

Араластыру                                                          ерітінді

                                                                                                                Үйінді

Декомпозиция   Ашытқы(затравка)          Кремнийсіздендіру

 

Al(OH)3-ты бөлу және жуу                             Ақ шламды бөлу

                                                                           және жуу

Негізгі ерітінді           Алюминий

                                     гидроксиді                Кремнийсізденген

Буландыру                                                          ерітінді

                                         Жуу

Айналмалы                                                                                       Ақ шлам

ерітінді   Na2CO3*H2O Қыздыру (Кальцинациялау)

                (сары сода)

                                     Сазбалшық

2.1- сурет. Байер-пісіру схемасының құрастырмалы әдісінің тізбекті варианты

Қазақстанда орналасқан кен орындардың құрамында зиянды қоспалардың көп болуына сәйкес, шетелде оларды бокситтер емес, бокситты саздар деп атайды. Мұндай бокситтерді өңдеу тиімсіз болады және келесідей қиыншылықтар туғызады:  каустикалық соданың көп кетуі, қызыл шламның жеткілікті түрде тұнбауы, алюминатты ерітіндінің екі валентті темірмен ластануы. Ақша, еңбек шығынының көп болуы, технико-экономикалық көрсеткіштердің төмен болуы салдарынан бокситтерді тікелей пісіру де тиімсіз келді.

Осыған сәйкес қазақстандық бокситті кен орындарын тиімді өңдеу қажеттігі пайда болды [9].

Бұндай бокситтерді  өңдеу үшін гидрохимиялық Байер  әдісі және тізбекті Байер-пісіру әдісі ұсынылған.

Бұл өнеркісіпте тізбекті технологиялық схема Байер-пісіру әдісі іске қосылған. Шикізаттың ерекшелігіне байланысты Байер әдісі және қызыл щламды пісіру әдістері жетілдірілген [1].

Осындай төмен сапалы бокситтен сазбалшық алудың технологиялық схемасының Павлодар алюминий зауытында пайда болуы және оның өнеркәсіпте тиімді игерілуі бүкіл қазақстандық алюминий өнеркәсіптерінің үлкен жетістігі.

Қазақстандық бокситтің  химиялық және минералогиялық құрамы тұрақсыз болғандықтан ол үрдістің гидрохимиялық және пісіру сатыларында технологияның үнемі жаңартылуын талап етеді [2].

 

 

2.6.5 Технологиялық схеманы таңдау және дәлелдеу

 

Алюмний кендерінің амфотерлік қасиеттіне сәйкес сазбалшықты сілтілі  және қышқылды тәсілдермен алуға болады. Өнеркәсіпте тек сілтілі әдісті қолданады. Ал қышқылды әдіс лабораториялық және жартылай зауыттар жағдайында зерттеліп жатыр.