بخشی از مقاله
چکیده
ترسیب در فرآیند بایر شامل کریستالیزاسیون هیدروکسید آلومینیوم بوسیله هیدرولیز آلومینات سدیم در محلول باردار و بازیابی محلول قلیایی برای برگشت به مرحله انحلال میباشد. هر چند ظاهر فرآیند ساده بوده اما شرایط فرآیند، غلظت مواد، خصوصیات مواد و ناخالصیها بعلاوه زمان واکنش تاثیر بسیاری در کنترل فرآیند و بهبود محصول دارد. در این مقاله پس از معرفی عوامل موثر در فرآیند ترسیب هیدروکسید آلومینیوم، پارامترهای موثر در کیفیت هیدرات ارائه شده و با استناد بر این عوامل تکنولوژیهای موجود و تفاوت هر یک از آنها در فرآیند بیان میشود. سپس دو تکنولوژی اروپایی و آمریکایی در فرآیند ترسیب مقایسه شده و مزایای هر یک مورد بررسی قرار میگیرد. تولید هیدرات درشت و مطلوب در فرآیند آمریکایی همراه با مصرف انرژی بالاتر بواسطه دمای بالاتر فرآیند ترسیب و کاهش مصرف انرژی در تکنولوژی اروپایی و تولید آلومینای ریز دانه با بازدهی بالاتر در فرآیند از خصوصیات هر یک از فرآیندها میباشد که در انتخاب و طراحی هر یک با توجه به نوع بوکسیت مورد استفاده در فرآیند تولید آلومینا میتوانند موثر باشند. در فرآیند آمریکایی هر چند آلومینای تولیدی مناسبتر برای کارخانههای ذوب آلومینیوم میباشد و درشت دانه هستند اما بدلیل افزایش دما در فرآیند انحلال باعث کاهش اشباعیت محلول شده و با افزایش حلالیت آلومینا، کاهش بازده ترسیب را موجب میشود به گونه ای که بخش زیادی از آلومینا به صورت محلول از فرآیند خارج میشود. لذا از نظر اقتصادی شاید بتوان گفت در ردیف دوم و بعد از تکنولوژی اروپایی قرار خواهد گرفت.
کلمات کلیدی
آلومینات سدیم، هیدرات درشت دانه، آلومینای ماسهای، ترسیب، تکنولوژی آمریکایی، تکنولوژی اروپایی
نکات برجسته پژوهش
• مقایسه ترسیب در دو تکنولوژی آردی و ماسه ای (بر اساس پارامترهای اقتصادی)
• عوامل موثر در فرآیند ترسیب و مقایسه پارامترها در هر یک از فرآیندها
• بررسی بازدهی فرآیند ترسیب بر اساس پارامترهای موثر در هر تکنولوژی ارائه شده
* abbasis@ripi.ir
-1 مقدمه
یکی از مراحل بسیار مهم در تولید فرآیند به روش بایر کریستالیزاسیون یا تبلور هیدروکسید آلومینیوم است که بیشتر موسوم به مرحله ترسیبٌ میباشد. فرآیند کریستالیزاسیون اساسا متاثر از میزان اشباع اکسید آلومینیوم محلول ورودی، تغییرات دما در طول ترسیب، سطح مخصوص جوانه، ناخالصی محلول باردار و شدت بهم زدن در مخازن ترسیب میباشد . کیفیت شیمیایی (بخصوص میزان ناخالصی بشکل کربنات) و خواص فیزیکی محصول آلومینا نظیر اندازه ذرات و استحکام در برابر سایشٍ و شکستگی و خواص برشی آن تحت تاثیر شرایط میباشد. پیشرفتهای حاصله در سال اخیر باعث بهبود فرآیند ترسیب هیدرات به گونهای بودهستا که ذرات درشت با استحکام بالا خواص ریزشی خوب و کمترین گَردِه با راندمان استحصال خوب بدست میآید. چرا که تولید گرده حاصل از فرآیند باعث پراکندگی محصول در محیط شده و علاوه بر آلودگی استفاده از آن به عنوان خوراک اولیه در سایر فرآیندها را با مشکل مواجه میکند و با کاهش خاصیت ریزش ذرات آلومینا، کاهش بازده فرآیند محصول مورد نظر را باعث میگردد. بهبود راندمان استحصال باعث کاهش انرژی مصرفی شده است. مسائل فنی فرآیند ترسیب نیز پیشرفت نموده است، به طوری که هم اکنون اجرای صنعتی فرآیند ترسیب در سری مخازن با بهم زدن به حجم هر کدام
الی هزار متر مکعب عملی میباشد. در حال حاضر تحقیقات در زمینه بهبود کیفیت آلومینا، در عین بالا بردن میزان
استحصال و کاهش انرژی مصرفی، ادامه دارد. نزدیک به سال از زمانی که ژوزف بایر پتنت خود را در زمینه
هیدروکسید آلومینیوم از محلولهای فوق اشباع آلومینات سدیم به ثبت رسانده، و پایه ریزی روش بایر را نموده، میگذرد.
ترسیب هیدروکسید آلومینیوم دراین صد ساله موضوع تحقیقات زیادی بوده است بطوریکه امروزه شاهد پیشرفت زیادی در
این زمینه هستیم. اصول ترسیب بسیار ساده و شامل کریستالیزاسیون هیدروکسید آلومینیوم بوسیله هیدرولیز آلومینات سدیم در محلول باردار و بازیابی محلول قلیایی برای برگشت به مرحله انحلال میباشد. هر چند ظاهر فرآیند ساده بوده اما شرایط فرآیند، غلظت مواد، خصوصیات مواد و ناخالصی ها بعلاوه زمان واکنش تاثیر بسیاری در کنترل فرآیند و بهبود محصول دارد. فرمول کلی این عمل به شکل زیر میباشد:
2NaAlO2 + H2O Al2 (OH) 3+2NaOH
عوامل موثر در ترسیب
تحقیقات نشان میدهد که عوامل مختلفی در فرآیند ترسیب موثر میباشند در اینجا بر اساس مطالعات انجام شده به اختصار به آنها اشاره میکنیم. عوامل موثر در ترسیب و بازدهی آن شامل موارد زیر هستند که به ترتیب به شرح هر کدام می پردازیم: -1نسبت مولی قلیایی،-2 غلظت قلیا، -3 درجه حرارت، -4 نسبت جوانه بلور، -5 تاثیر ناخالصی ها، -6 تاثیر اختلاط
-1نسبت مولی قلیایی :
نسبت مولی قلیایی محلول باردار در شروع فرآیند ترسیب عامل تعیین کننده ای در بـازدهی ترسـیب مـی باشـد. هـر قـدر نسبت مولی قلیایی کمتر باشد درجه فوق اشباع بودن محلول از هیدرات آلومینیوم بیشتر است. در نتیجه عمل تجزیـه محلـول آلومینات و تشکیل هیدرات بیشتر صورت گرفته و بازدهی بالا میرود یعنی از هر واحد حجم محلـول مقـدار بیشـتری هیـدرات آلومینیوم رسوب میکند. نسبت مولی قلیایی به صورت زیر تعریف میشود:
