تولید آلومینا از بوکسیت، آلونیت و نفلین سیانیت

 

سویل دلجوان( کارشناس مواد-سرامیک)

1- تولید آلومینا از بوکسیت

بوکسیت عمده ترین منبع تولید آلومینا یا اکسید آلومینیوم می باشد به طوری که %90 آلومینیوم جهان از این ماده تامین می شود. سنگ معدن بوکسیت یکی از سنگ های کم یاب می باشد که در شرایط جغرافیایی و آب و هوایی خاص شکل می گیرد. این سنگ معدن از جنس هیدروکسید آلومینیوم می باشد که از سه کانی دیاسپور، گیبسیت و بوهمیت و ناخالصی هایی از قبیل سیلیس، اکسید آهن و تیتان تشکیل شده است. نمایی از این سنگ درتصویر 1 آورده شده است .

 

تصویر 1-نمایی از سنگ بوکسیت [R1]

بوکسیت مناسب برای استحصال آلومینا باید میزان آلومینای بالا، اکسید آهن و سیلیس اندک داشته باشد. در جدول زیر ترکیب تقریبی بوکسیت تکلیس شده برای مصارف نسوز آورده شده است.

اجزای ترکیب

درصد

SiO2

Fe2O3

TiO2

AL2O3

ماکزیمم 75%

ماکزیمم 25%

ماکزیمم 35%

ماکزیمم 86.5%

 

 جدول1- ترکیب تقریبی بوکسیت تکلیس شده برای مصارف نسوز[R3]

 

                  

بوکسیت به طور مستقیم در تولید مواد ساینده و در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. منابع بوکسیت ایران بسیار اندک و نامناسب می باشد. ایران با ۳۹ میلیون تن ذخیره، حدود ۰‎/۱ درصد کل ذخایر بوکسیت جهان را در اختیار دارد بنابراین استفاده از نفلین سیانیت رایج تر است. مقدار آلومینا در بوکسیت وارداتی بین 50 تا 75 درصد متغییر است. بزرگترین و مناسب ترین ذخایر بوکسیت جهان در گینه وجود دارد لذا قرارداد 99 ساله بهره برداری از بوکسیت گینه توسط ایران می تواند بسیار سازنده باشد. روشهای گوناگون و متنوعی برای استحصال آلومینا از بوکسیت وجود دارد که از این میان می توان به روش بایر، سینتر با سودا و روش های اسیدی اشاره کرد. از میان روش های نام برده روش بایر به عنوان عمده ترین روش صنعتی تولید آلومینا در سطح جهان بسیارحائز اهمیت است. خلاصه ای از عملیات صورت گرفته در روش بایر در شکل زیر آورده شده است.

 

 

تصویر2- خلاصه ای از عملیات صورت گرفته در روش بایر(R4)

در روش بایر ابتدا بوکسیت در محلول داغ NaOH در دمای 175⁰C شست و شو داده می شود که این فرایند منجر به تولید AL(OH)3  می گردد. این ماده به حالت محلول می باشد و واکنش شیمیایی آن به شکل زیر می باشد:          Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O → 2 [Al(OH)4] -                                                                     ترکیبات دیگر بوکسیت به شکل نامحلول با فیلتر کردن از AL(OH)3  محلول جدا می شود. این ناخالصی ها اصطلاحا گل قرمز نامیده می شود. در مرحله بعد محلول هیدروکسید سرد می شود و هیدروکسید آلومینیوم سفید رنگ به جای می گذارد. این ماده در دمای 1050⁰C کلسینه شده و به آلومینا و بخار آب تبدیل می شود.

2 Al(OH)3Al2O3 + 3 H2O

روش بایر یکی از روش هایی است که مصرف آب و انرژی بالایی دارد. از این رو تحقیقات زیادی برای کاهش هزینه های تولید به این روش دردست انجام است.

2- تولید آلومینا از آلونیت

آلونیت یکی از منابع تامین آلومینا می باشد. استفاده از این منبع رواج کم تری در مقایسه با سایر منابع دارد. علل مختلفی باعث می شود تا آلونیت گزینه مناسبی به عنوان ماده اولیه تولید آلومینا نباشد که از این میان می توان به موارد زیر اشاره کرد: ذخایر بسیار محدود این کانی در جهان، درصد پایین آلومینای موجود در این کانی، روش های هزینه بر تولید و از همه مهمتر تولید محصولات جانبی سمی، آلاینده و خطرناک از جمله اسید کلریدریک و گاز های SOX .

آلونیت یا پتاسیم آلومینیوم فسفات هیدراته با فرمول KAl3(SO4)2(OH)6 نمایش داده می شود. اما خلوص این کانی در غنی ترین معادن نیز بسیار پایین است و معمولا به همراه نا خالصی های سیلیسی یافت می شود. دراین کانی یون آلومینیوم با آهن و یون پتاسیم با سدیم جایگزین می گردد. در نتیجه این کانی رنگ های مختلفی به خود می گیرد که در شکل 3 تصویری از این کانی آورده شده است.

  

تصویر3-تصویری از کانی آلونیت با میزان ناخالصی مختلف [R5]

روش های مختلفی برای استحصال آلومینا از آلونیت وجود دارد که روش مناسب با توجه به میزان سیلیس موجود تعیین می شود. دریکی از روش های بسیار رایج، ابتدا آلونیت در برابر کلرید پتاسیم یا کلرید سدیم یا مخلوطی از هر دو در دمای بین ⁰C500 تا ⁰C590 کلسینه می شود. محصول این مرحله آلومینای ناخالص، سولفات ها و..می باشد. سولفات ها با آب داغ شست و شو داده شده و از محیط خارج می شود. آلومینای ناخالص باقی مانده در معرض اسید کلریدریک اسیدشویی می شود. دما در این مرحله بین ⁰C30 تا ⁰C100 می باشد. محصول این مرحله ALCL3.6H2O می باشد که کلسینه شده و در معرض حرارت تولید آلومینا و اسید کلریدریک می کند. در سایر روش ها مراحل مشابه با مواد شیمیایی دیگر انجام می پذیرد. برای مثال دریکی دیگر از روش ها از محلول های حاوی نیترات نقره برای تولید آلومینا و پتاسیم سولفات از آلونیت استفاده می گردد که به ازای تولید 190 کیلوگرم پودر آلومینا،440 کیلوگرم پتاسیم سولفات تولید می شود.

3- تولید آلومینا از نفلین سیانیت

آلومینای تولیدی از نفلین سیانیت در حدود 12/1 تا 25/1 آلومینای تولیدی از بوکسیت است اما اقتصادی بودن تولید آلومینا از نفلین سیانیت به دلیل تامین مواد اولیه سیمان، کربنات سدیم و پتاسیم و سولفات پتاسیم از محصولات جانبی نفلین سیانیت می باشد. نفلین سیانیت مصرفی در صنعت تولید آلومینا به فرمول  (Na,K)2O.AL2O3.2SiO2دارای ترکیبات مفید Na2O، K2O، AL2O3  وسزیم، لیتیم، روبیدیم و ترکیبات غیر مفید Fe2O3، S، CL، SiO2 می باشد. فرایند استحصال آلومینا و محصولات جانبی از سنگ معدن نفلین شامل مراحل زیر می باشد:

1-خردایش سنگ آهک وسنگ نفلین به طور جداگانه توسط سنگ شکن

2-آسیاب کردن مخلوط مواد خام شامل سنگ آهک، نفلین، محلول کربنات و گل برگشتی از مرحله سیلیس زدایی

3-تصحیح ترکیب و نسبت مولی بین عناصر تشکیل دهنده بار به گونه ای که نسبت های مولی زیر درترکیب حاصل شود:

(K2O+Na2O)/AL2O3=1±0.05                   CaO/SiO2=2

4-سینتر کردن ترکیب سنگ آهک و سنگ نفلین و تشکیل آلومینات سدیم پتاسیم (2O.AL2O3 (Na,K)) محلول و سیلیکات دی کلسیم غیر محلول (2CaO.SiO2)

5-خردایش مواد سینتر شده تا ابعاد کمتر از 1 میلیمتر

6-خردایش مواد زینتر شده نفلینی (آلومینات سدیم پتاسیم) و مواد قلیایی در محلول قلیا (لیچ)و ارسال گل بلیت باقی مانده به فرایند سیمان سازی

7-سیلیس زدایی مرحله اول از محلول تولیدی در مرحله قبل (توسط اتوکلاو در دمای 170⁰Cو زمان 2 ساعت)و تشکیل هیدروآلوموسیلیکات سدیم غیر محلول( Na2O.AL2O3  .1.7SiO2.nH2O) یا گل سفید

8-تقسیم محلول آلومینای سیلیس زدایی شده در مرحله اول به دو قسمت ارسال یک قسمت به شاخه تولید آلومینا و یک قسمت به واحد سیلیس زدایی مرحله دوم (جهت تولید جوانه هیدروآلوموسیلیکات و کربنات ها)

9-سیلیس زدایی مرحله دوم از محلول آلومینای ارسالی به این خط (توسط شیر آهک تشکیل هیدروآلوموسیلیکات کلسیم غیر محلول  (3CaO.AL2O3.mSiO2.(2-6m)H2O) یا گل سفید )

10-جدا سازی گل سفید و ارسال جامد به فرایند سینتر و مایع به فرایند جدا سازی هیدروکسید آلومینیوم

11-جداسازی کریستال های هیدروکسید آلومینیوم توسط فرایند کربونیزاسیون توسط CO2:

2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O

NaALO2+2H2O→AL(OH)3+NaOH

12-ارسال جوانه (کریستالهای )ریز دانه هیدروکسیدآلومینیوم به شاخه تولید آلومینا و محلول باقیمانده به واحد تولید کربنات ها

13-جدا سازی هیدروکسید آلومینیوم درشت دانه در خط تولید آلومینا

14-تکلیس هیدرات آلومینیوم (حرارت دهی مرحله ای تا 250⁰C،500⁰C،950⁰C) و تولید آلومینا

AL(OH)3→ALOOH→AL2O3

15-تولید سیمان از گل بلیت تولیدی

 

منابع:

1-http://en.wikipedia.org/wiki/Bauxite

2-http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/bauxite/

3-Z.Ali Nemati,ceramic refractory,sharif university,2006

4-www.energymanagertraining.co

5-http://en.wikipedia.org/wiki/Alunite

6-http://www.freepatentsonline.com/4331636.html

7-http://www.patentstorm.us/patents/3984521/description.html

8-بررسی مطالعات انجام شده در مورد پروژه تولید آلومینا از نفلین سیانیت و پیشنهاد ادامه آن از شرکت کانی کاوان شرق

 

/ 0 نظر / 363 بازدید