بخشی از مقاله
پيشگفتار:
بوكسيت سنگ معدن اقتصادي آلومينيوم نام خود را از «Baux Les» در جنوب فرانسه جايي كه براي اولين بار پيدا شد گرفته است. تركيب بوكسيت تقريبا به صورت دي هيدارت ¬((Al2 O3 . 2H2 O) است ما در آن كاني به اين صورت وجود ندارد در نتيجه از مخلوط منوهيدرات به صورت دياسپور (Al2 O¬3 . H2O) و بوهميت(Al2 O¬3 . H2O) وتري هيدرات به صورت گپسيت (Al2O3 , 3 H2 O) تشكيل شده است. بنابراين بوكسيت از مخلوط تري هيدرات و منوهيدرات آلومينيوم به همراه مقاديري ناخالصي مانند اكسيد فريك، تيتانيا (به صورت رتيل يا ايلمينيت) و ساير كاني هاي مخصوص به مناطق معين تشكيل شده است. ناخالصي تعيين كننده سيليكا است كه در طوا فرآيند تركيب 3SiO2 . Al2 O3 . Na 2 O تشكيل مي دهد كه آلومينا را به همراه خود وارپسمانه كرده و يك منبع اصلي اتلات آلومينيوم به حساب مي آيد.
تركيب بوكسيت ثابت نيست و سسته به محل استخراج و اجزاي صخرة اصلي كه از آن تشيكل شده است تغيير مي كند.
Table 50
كلا محتواي آلومينا از 65 – 45 درصد، سيليكا 12 –1 درصد، آهن 25 –2 (به صورت Fe2 O3) و آب متصل 36-14 درصد تغيير مي كند. رنج اكسيد تيتانيم در جهان تا 3 درصد است اما بوكسيت هند 12 درصد تيتانيم دارد، در اثر شرايط آب و هوايي، بوكسيت به صورت سطح رسوب كرده به ضخامت تا 100 فوت ايجاد مي شود.
عموما سنگ معدن به فواصل دور از معدن در عمليات كارگاهي براي خشك كردن مقدماتي براي حذف رطوبت آزاد به كار مي رود.
پروسة بايد:
بوكسيت توسط پروسة انحلال – تبلور مجدد به آلومينا تصفيه مي شود. اين پروسته از چهار مرحلة اصلي انحلال، خالص سازي، رسوب دهي و تكليس تشيكل شده است. (شكل زير). پروسة بايد به دليل آلومينيوم كانيهايي دارد كه در محلول سود غليظ حل مي شود در حالي كه بيشتر كانيها نمي توانند، موفق باشد. سنگ معدن بوكسيت به گسترة ابعادي مناسبي (معمولاً leey ازيد 30 ميلي تر) قبل از عمليات با سود، خرد مي‌شود. زماني كه باطله جدا شد، تبلور مجددتري هيدروكسيد آلومينيوم خال3 (OH) Al توليد مي كند كه به Al2 O3 تكليس مي شود. (كليسنه مي شود.)
واحد عمليات:
انحلال: بوكسيت از آلومينيوم حاوي كانيهايي است كه مهمترين آنها گيپسيت، 3(OH)Al و بوهميت، (Alo (OH يم باشد. نسبت اين كانيها در بوكسيت دماي پروسته را تعيين مي كند كه براي گيپسيت حدود 1500 C و براي بوهميت C 2500 مي باشد. هر دوي اين واكنش ها تحت فشار بالايي انجام مي شود. (تا 240 كيلو پاسكال) گيپسيت در بوكسيت، «دارلينگ رنج» (استرالياي غربي) كاني اصلي آلومينيوم است ومطابق واكنش زير حل مي شود: →Na+ + Al (OH)¬4- Al(OH)¬3 + NaoH
محلول به دست آمده از فرايند انحلال توسط آلومينيوم اشباع شده است و به آن دوغاب باردار مي گويند. بعد از انحلال دما و فشار در سري محفظه هاي تششعي، تا حدود C 0 100 و فشار اتمسفر كاهش مي يايند. (شكل زير)
خالص سازي : جامدات پسماند بايد از دوغاب بارقبل از رسوب دهي جدا شوند. پسماندهاي باطله توسط سيفون هاي ماسه اي بين بخش ماسه هاي درشت (بزرگتر از حدود 150 ميلكرومتر) و ماسة ريز (زير 150 ميكرومتر) منشعب مي شود كه اغلب به عنوان (گل سرخ) يا پسماند بايد شناخته شوند. اين ماسه ها شسته مي شوند تا اينكه قبل از نشست حداكثر ممكن از سود بازيابي شود.
پسماندريز از دوغاب باردار توسط اضافه كردن پليمر ماكرومولكومي محلول در آب (فلوكالنت) جدا مي شوند تا باطله انباشته شود. اين پليمر با جذب روي چند ذره باعث مي شود كه ذرات معلق به شكل ساختارهاي بزرگتر دربيايند كه منجر به ته نشين شد سريع مي شوند. جامدات فلوكاله شده در تانك بزرگي موسوم تيكنر ته نشين مي شوند تا رسوب چگال تشكيل شود.
سر ريز تيكنر از ميان فيلتر عبور داده مي شود تا هر جامدي از آن جدا شود و دوغاب باردار تا 800C قبل از مرحله رسوب دهي، سر مي شود. جدايش جامدها و دوغاب بايد سريعا هدايت بشود در غير اين صورت تري هيدارت آلومينيوم در طي فرايند خالص سازي رسوب مي دهد. اين مساله تحت عنوان رسوب دهي خود به خودي شناخته شده است و باعث اتلاف محصول مي شود. فرايند خالص سازي مناسب در توليد آلومينا ضروري است . فلوكولاسيون (جمع كنندگي) ضعيف باعث مي شود ذرات ريز اضافي در سرريز بتوانند فيلترها را مسدود كنند و نرخ توليد را كاهش بدهند. علاوه بر اين، هر جامدي كه از ميان فيلتر عبور مي كند باعث آلودگي محصول مي شود. فلوكولاسيون غير موثر بعث اتلاف بيشتر سود (NaoH) كه همراه پسماند وارد مي شود، مي گردد.
رسوب دهي: رسوب دهي يك فرايند بسيار آهسته است كه درچند مرحله انجام م شود و اين فرايند عكس واكنش انحلال است.
Al (OH)¬4- → NaoH + Al (OH)3 + Na+
در ابتدا كريستالهاي گيپسيت دانه ريز به دو غاب باردار سرد شده در رسوب دهنده‌هاي اوليه اضافه ميش وند. آگلومرايسون كريستالهاي ريز با تشكيل ذرات بزرگتر انجام مي شوند. ذرات جديد جوانه زده شده به داخل ساختار آگلومره شده مي پيوندند. در مراحل بعدي، رسوب دهي بيشتر، حفرات بين نشين بين آگلومره ها را پرا مي كند. بنابراين به ذرات رشد يافته استحكام مي بخشد.
در پايان رسوبدهي درماي دوغاب حدود 600c است. ديگر دوغاب از آلومينيوم اشباع نيست و به آن دوغاب مصرفي شده مي گويند. تري هيدرات آلومينيوم (معروف به هيدرات) توسط هيدرويسكلونها براي رسيدن به اندازة مطلوب، طبقه بندي مي شود. ذرات درشت، فيلتر و تكليس مي شود، در حالي كه ذرات ريز براي رسوب دهي به عنوان كريستالهاي دانه اي برشگ داده مي‌شوند.
تكليس: تبديل هيدارت به آلوميناي بدون آب توسط تكليس ان در ستر سيال يا تكليس كننده نوارع در دماي حدود 10000C انجام مي‌شود. حرارت برخلاف حركت جامدات جريان مي يابد. (جريان متقابل Counter Current) محصول تكليس معمولاً كمتر از % 1 رطوبت دارد. واكنش به صورت زير مي باشد.
Al2 O3 + 3 H2 2Al (OH)3
فرايند جانبي : واحدهاي عملياتي اصلي فرايند بايد را تعيين مي كنند اما عمليات ديگري هم وجود دارند كه براي توليد آلومينا مهم هستند از قبيل شستشوي پسماند، نشست گل، حذف اكسالات و سودسازي، كه مختصرا در زير توضيح داده مي‌شود.
شستشوي پسماند: رسوب چگال (ته ريز از تيكنر) در يك واجد اجرا، شستشو مي‌شود تا سود ان جدا شود اي فرايند از يك سري تيكنر هايي (قطار شستشو كننده) تشكيل شده است به نحوي كه جريان آب در خلاف جريان جامدات است (جريان متقابل) فرايند جريان متقابل اين اطمينان را به ما مي دهد كه آب تازه براي وا جذب پسماند با سودكم استفاده مي‌شود. (براي رسيدن به استخراج بهتر) و در ادمه چند واحد فلوكولاسيون (جمع كردن) وجود ندارد كه استحكام سود را كاهش مي دهند. (پايداري سود را در محلول كم مي كنند.)
نشست گل: ماسة درشت و پسماند ريز جمع شده به داخل منطقة نشست پمپاژ مي‌شوند. جايي كه در آن غلظت به حدود % 50 وزني جادات در ابر تيكنرهاي مي رسد. ابر تيكنرها در رفتار مشابه اي با تيكنرهاي معمولي عمل مي كنند، با اين تفاوت كه شن كش ها و ابعاد طوري طراحي شده اند كه جادات ته ريز بيشتري توليد مي‌شود . پسماند ابر تيكنرها به داخل ميدانهاي خشك كننده پمپ مي شوند كه توسط خاك رس غير قابل نفوذ آستر شده تا از ترواش سود به داخل گل جلوگيري كند. جامدات به عمق يك متر روي هم انباشته مي‌شود و اجازه داده مي شوند كه رطوبت طبيعي خشك شوند. باقيمانده توسط كانالهاي فاضلاب به حوضهاي مي روند. اين فرايند بازيابي مقدار زيادي سود مي‌شود. پسماند و ماسه به طور كلي آبگيري مي‌شوند.
خذف اسكالات: دوغاب فرايند بايد استرالياي غربي از Lit / g 30 كوبل آلي كل (TOC) تشكيل شده است . اين مواد آلي به طور پيوسته دوغاب بازيابي مي شوند و در نهايت به اكسالات سديم يا كربنات سديم تبديل مي شوند تمام تصفيه كنندگان استرالياي غربي اكسالات سديم را توسط يكي از دو روش زير حذف مي كنند.
1- اجازه مي دهند كه اكسالات با هيدرات رسوب بدهد و با آب داغ شستشو مي‌دهند كه اكسالات را در خود حل كند. رسوب دهي توأان باعث آلودگي محصول مي‌شود. اگر اكسالات حل نشود، در ساختار باقي مي ماند.
2- تبلور جداگانه در دماي پايين تر از تقريبا bl0C بعد از رسوب دهي هيدارت دوغاب مصرف شده توسط اكسالات دانه دارد مي شود، محصول داخل تيكنر جمع مي‌شود و حذف مي گردد حذف جداگا نه به تيكنر ديگري نيز دارد و اين بسيار گرانتر از روش رسوب دهي تومان است، اما خلوص محصول را تضمين مي كند .
سودسازي: كربنات مي تواند توسط دوغاب بايد در اثر جذب دي اكسيد كربن داخل اتمسفر و توسط شكسته شدن تركيبات آلي حال شده تشكيل مي‌شود اين مطلب نامطلوب است زيرا استحكام سود را در اثر تشكيل كربنات كه روي واندمان استخراج آلومينيوم از بوكسيت تأثير مي گذارد، كاهش مي دهد. دوغاب بنابراين تحت عليات با آهك دوباره سودسازي مي‌شود. كربنات كلسيم كم محلول رسوب مي دهد و هيدروكسيد تشكيل مي‌شود مطابق زير
Ca (oH)2→ Ca Co3 + 2 (oH-) + CO¬32-
تركيب دوغاب بايد: تركيب دوغاب در مراحل مختلف فرايند بايد متغير است. بعد از فرايند انحلال دوغاب به صورت فوق اشباع از آلومينيوم در مي آيد و در حالي كه بعد از رسوب دهي (دوغاب مصرف مصرف شده) به حد اشباع مي رسد. به طور مشابه اندازة ToC قبل و بعد از حذف اكسالات تغيير مي كند. اجزاي ديگر محلول مي توانند تغيير كنند و در حالي كه برخي از آنها در دوغابهاي بايد كم هستند (براي كلسيم كمتر از ¬¬Lit/ mg 20 ) اما باز هم تاثير به سزايي دارند. به عنوان يك مرجع، دوغاب مصرفي استرالياي غربي تركيب تقريبي زيرا را دارا باشد كه در آن
TA: POH
TC: كل سود
TC / A: آلومينيوم (A) در محلول، كه توسط TC مشتق شده است.
< 20 mg L-1 Calcium 24 e g L-1 TA
30g L-1 Calrbonate 210 g L-1 TC
20 g L-1 Chloride 0.3 A / TC
30g L-1 Sulphate 30 g L-1 Toc
2 g L-1 Oxalate
جامدات پسماند بايد:
بوكسيت ها از منابع مختلف در منيوالوژي و خواص فيزيكي با هم متفاوت هستند و بعد از فرايند انحلال پسماند به صورت جامدات باطله كه نه تنها به شكل كانيهاي نامحلول بلكه به صورت مواد تازه رسوب داده شده تغير مي كند. واكنش هاي بين اجزاي محلول به رسوب تركيبا شبه آپاتيت به دليل وجود كلسيم و فسفات و همچنين رسوب تركيبات شبه زئوليت به دليل وجود سييكاتها در دوغاب منتهي مي‌شود.
خواص فيزيكي: پارخ و گلدبرگر (1976) دريافتند كه % 50 پسماند عبوري از فرايند خالص سازي كمتر از حدود 10 ميكرومتر مي باشند. يانگ ولدويش (1986) ديافتند كه باطله كوكواين (جامائيكا) % 75 زير 1 ميكرومتر مي باشد، اما پسماند آرويد (اكوبا) تنها % 25 زير 1 ميكروتر است. جامدات پسماند وزن مخصوص 3/3 (كركواين)، 8/2 (آرويدا) و cm3 / g 2/3 (كويبانا) دارند. لي ورادفورد cm3 / gr (6/3- 4) با سطح مخصوص gr / m2 (50 تا 30) دارا مي باشند سطح مخصوص جامدات باطله مطالعه شده توسط يانگ ولودويش (1986) gr / m2 5/50 و 5/14 به ترتيب براي نمونه هاي كركواين و ارويدا مي باشد. جامدات پسماند معولا ريز هستند و سطح محسوس بالايي دارند. بنابراين از جمع كننده ها (فلوكانت ها) برا افزايش تأثير حذف استفاده مي كنند.
تركيب انباشت: انباشت جامدات توسط جمع كننده ها بسيار مأتثر از خواص سطحي جامدات مي باشد و كانيهاي مختلف با يك جمه كننده به روش و اندازة مشابه واكنش نمي دهند. بنابراين ضروري است كه نه تنها تركيب پسماند را بدانيم بكله از كاني شناسي و ساختار سطح آن آگاه باشيم. خلاصه از دادة تركيبات بوكسيت ها و جامدات پسماند باير در زير موجود مي باشد.
درصد جامدات پسماند
درصد بوكسيت ها
تركيب
12- 27
0.5 – 30
81 – b 3
1 – 23
1 – 11
3 – 10
N /A
5 - 17 29 – 84
0 .5 - 24
1 - 30
1 – 4
0.1 - 2
N/A
0.003 – 0.008
9 - 31 Al2 O3
Tatal sio2
Fe2 O 3
TiO 2¬
CaO
Naz O
Ga
Loss on Ignition
كانيهاي غالب كه در جامدات باطلة بايد يافت مي شوند، هماتيمتي، گوتيت و كوارتز مي باشند. اما مقادير قابل توجهي آناتاز، بوهميت، كلسيت، سداليت و آلومينات تري كلسيم نيز گزارش شده اند.
قابل ذكر است كه تمامي آلومينيوم از بوكسيت بازيافت نشده است. دلايلي براي اين وجود دارد. اينكه آلومينيوم در واكنش با ساير اجزاي محلول هدر مي رود و مي تواند به صورت بوهميت كه دماي كه دماي بالاتر انحلال نسبت به گيپسيت احتياج دارد، وجود داشته باشد و يا انيكه آلومينيوم مي تواند به داخل ساخترا گوتيت / هماتيت كه استخراج را دچار مشكل مي كنند، وارد شود . جدول بالا.
هماتيت: هماتيت اكسيد‌آهن با فرمول Fe2 O 3 است. همانطور كه در جدول 2 –1 نشان داده شده است، اكسيد آهن bo% – 30 از كل جامدات پسماند را تشكيل مي دهد و مي تواند 100% - O هماتيت بسته به منبع داشته باشد. هماتيت دانسيتةcm3/gr 26/5 دارد و ساختار آن لزوما مشابه ساختار كروندوم است. آلومينيوم تا % 15 جايگزين آهن شود و اين باعث كاهش استخراج آلومينيوم مي‌شود.
گوتيت: گوتيت به صورت گل زرد، كاني غالب در جامدات پسماند مي باشد و مي‌تواند 100% - O اكسيد آهن داشته باشد. فرمول آن Feo (oH) و دانسيتة آن cm3/gr 26/4 مي باشد و از پيوندهاي هيدروژني اكتائد را تشكيل شده است. آلومينيوم مي تواند تا حدود % 30 جايگزين آهن شود. بنابرين بوكيت هاي با گوتيت بالا باعث كاهش استخراج آلومينيوم مي‌شود به شرطي كه آلومينيوم داخل شبكه گوتيت پيوند ايجاد كند.
كوارتز: كوارتز (SiO2) جز اصلي پسماند باير است و دانسيته cm3/g 65/2 دارد. نسبت به اير سيليكاتهاي داخل بوكسيت ورودي، بيشتر است. گوگرد در كوارتز داراي كئورديناسيون تترائدرال است و تترائدرها از لبه هم متصلند و ساختار مارپيچ هگزاگونال را تشكيل مي دهند سيليكا در بوكسيت ها به صورت فعال يا غير فعالي مي‌باشد. كوارتز لوزما در فرايندهاي از حلال در دماي پايين غير فعال است. (كمتر ازC 0 200)
