بررسی روشهای فرآوری کانی آنولیت ، فلز آلومینیوم

بررسی روشهای فرآوری کانی آنولیت ، فلز آلومینیوم

مقدمه:

از قرون و اعصار گذشته بشر در پی دستیابی به امکانات و ابزارهای توسعه تلاشهای فراوانی را در راه کشف مجهولات وتازه‌ها انجام داده است.

بی‌شک فلز درعصر حاضر به عنوان زیر ساخت توسعه و فناوری همواره مورد توجه بوده و کشورهای پیشرفتة جهان با علم به این نکته سعی فراوانی را در راه کشف وتوسعة‌ ذخایر و منابع فلزی خود انجام داده و هم اکنون نیز علاوه بر استفادة‌ بهینه از ذخایر و منابع خود چشم به بهره‌برداری از مواد و کانی‌های غنی موجود در کرات دیگر و من جمله ماه دارند.

بدیهی است با توجه به بودن ذخایر و معادن قابل استحصال کشورها و همچنین استفادة‌ نادرست در بعضی مناطق، دورنمای صنعت فلز مبهم نماید با توجه به مطالب فوق نیاز بشر به ابداع روشهای جدید فرآوری جهت بهره‌برداری از معادن و ذخایر کم عیار و همچنین استحصال آن بخشی از کانی‌هایی که از لحاظ متالوژیکی و کانه‌آرایی مشکل‌زا می باشند ضروری به نظر می‌رسد.

لذا در عصر حاضر تمام توجهات به سمت مواد و کانیهایی است که تاکنون مورد توجه نبوده و یا به دلیل مشکلات فرآوری قابل استحصال نبوده‌اند.

با توجه به این مطلب فلز آلومینیوم نیز از این قاعده مستثنی نبوده و نیاز بشر به تولید واستحصال آن در سالهای آتی بسیار مورد توجه می‌باشد. در حال حاضر در صنعت آلومینیم جهان مهمترین منبع برای تأمین آلومینیوم کانی بوکسیت می‌باشد.

هم‌اکنون مهمترین و بهترین گزینه‌ برای تأمین آلومینیوم بعد از بوکسیت، آلونیت می‌باشد. کانیهای دیگری نیز جهت تولید آلومینیوم مورد توجه قرار دارند که از آن جمله می‌توان به آنورتوزیت – نفلین- رسها و شیل اشاره کرد.

سمیناری که در حال مطالعه می‌فرمایید بحث در مورد روشهای موجود فرآوری کانی آلونیت در گذشته و حال می‌باشد که همراه با بحث در مورد رفتارهای اختصاصی کانی آلونیت در شرایط مختلف شیمیایی و حرارتی و مطالعه دقیق خواص این کانی در محیطهای اسیدی و قلیایی می‌باشد.

همچنین کاربردهای مختلف آلونیت به غیر از تولید آلومینا مانند استفاده به عنوان منعقد کننده ( کواگولان) و ( فلوگولانت) در بحث تصفیه آب (‌Water Treatment ) و داروسازی مورد بحث قرار گرفته است.

بحث در مورد مشکلات محیط زیستی و مشکلات موجود فرآوری این کانی نیز از جمله مطالعات انجام گرفته در این سمینار می‌‌باشد. در پایان لازم می‌دانم از استاد راهنمای درس سمینار جناب آقای دکتر محمدمهدی سالاری‌راد و همچنین کمکها و راهنماییهای استاد درس سمینار جناب آقای مهندس یاوری کمال تشکر را بنمایم.

در آخر امید است با تلاش و کوشش شبانه‌روزی متخصّصین و کارشناسان صنعت و معدن وابستگی عظیم درآمد کشور به نفت به مرور زمان کم شده و ما نیز همچون سایر کشورها در حفظ ذخایر و منابع ملّی خود برای آیندگان کوشاتر باشیم.

زمین شناسی و پراکندگی آلونیت در ایران و جهان

پیش درآمد :

آلونیت در جهان از قرن پانزدهم تا اواخر قرن حاضر بعنوان منبعی برای زاج و سولفات آلومینیوم مورد استفاده قرار گرفته است . از زمان شناخت و بکارگیری آلونیت در ایران تاریخ دقیقی در دسترس نیست اما تردیدی نیست که سابقه طولانی داشته و چه بسا ایرانیان از پیش از قرن پانزدهم آن را مورد استفاده قرار می دهند از اوایل قرن حاضر از بوکسیت و رس هم تا حدودی برای بدست آوردن زاج و سولفات آلومینیوم استفاده می شود . آلونیت در طول اولین جنگ جهانی نقشی استراتژیک و حساس در استرالیا و ایالات متحده امریکا در تهیه کود سولفات پتاسیم ایفا کرده است . ( ( Hall et al, 1983

1 ـ 1 ـ ترکیب شیمیایی و برخی خصوصیات کانی شناسی آلونیت

آلونیت خالص از نظر تئوری با فرمول دارای که 05/13 ، درصد 37/11 درصد ، 92/36 درصد و 66/38 درصد می باشد آنالیز بعضی از بلورها ممکن است مشابه ترکیب فوق باشد اما آلونیت طبیعی مقداری سدیم دارد که جانشین پتاسیم شده است. و در صورتیکه نسبت اتمی سدیم به پتاسیم معادل یک یا بزرگتر از یک باشد کانی را ناترو آلونیت گویند. چنانچه نسبت اتمی سدیم به پتاسیم بزرگتر از 1:3 می باشد ممکن است به آن آلونیت سدیک گویند اگر چه این نام گاهی به غلط مترادف با ناترو آلونیت در نظر گرفته می شود .

آلونیت از نظر بلورشناسی در سیستم هگزا گونال تبلور یافته و در حالت بلوری به صورت فیبری ولی اغلب در طبیعت به صورت متراکم یافت می شود . سختی کانی خالص آن 5/3 تا 4 درمقیاس موس و وزن مخصوص آن بین 6/2 تا 8/2 متغیر است . رنگ این کانی با توجه به ناخالصی های همراه آن نیز متغیر است چنانکه در رنگهای سفید ، خاکستری ، صورتی ، متمایل به زرد و قهوه ای و حتی بنفش مشاهده می شود .

2 ـ1 ـ موارد استفاده و پراکندگی آلونیت در جهان

در برخی کشورها آلونیت جهت تولید آلومین مورد استفاده قرار می گیرد ، چنانکه در آذربایجان شوروی ( سابق ) کارخانه ای با ظرفیت تولید تقریباً 200 تن در روز آلومین برپاست که از آلونیت ، آلومین استخراج می شود ، از آنجا که آلومین منبع با ارزشی برای آلومینیوم است ، آلونیت را می توان کانسار آلومینیوم بشمار آورد . کود از محصولات فرعی آلونیت است در ایران آلونیت از قدیم و بطور سنتی در تولید زاج مصرف می شده است که بکار رنگرزی و تصفیه خانه های آب و نفت می آید .

آلونیت در بسیاری از کشورها وجود دارد البته باید در نظر داشت که انباشته های بزرگ و غنی از آلونیت که برای تاسیس کارخانه تولید آلومین یا کود مناسب باشد ، به طور نسبی ، کم است .

در دهه اخیر انباشته های بزرگی از آلونیت در برخی از ایالات باختری آمریکا کشف شده که مهمترین آن ها در جنوب باختر یوتا است ، ولی انباشته های آریزونا و کلرادو هم شایان توجه اند ، در نوادا و نیومکزیکو و به احتمال در مکزیک هم پتانسیل یا کانسارهایی از آلونیت با عیار بطور نسبی خوب وجود دارد .

به نظر می رسد بزرگترین و بهترین انباشته های آلونیت از نظر گستردگی و عیار در جمهوری های شوروی ( سابق ) است ، کارخانه تولید آلومین در آذربایجان شوروی از توف های آلونیتی شده اواخر ژوراسیک نزدیک ، زایلیک (Zaglik ) چند کیلومتری شمال باختر داش کسن ( Dashkesan ) تغذیه می شود و مقدار آلونیت سنگ ها حدود 40 درصد می باشد در دیگر جمهوری های شوری ( سابق ) بیش از 80 ذخیره دیگر وجود دارد که این انباشته ها در قزاقستان ، ارمنستان ، ازبکستان ، قرقیزستان ، تاجیکستان ـ پراکنده است .

در قاره آسیا بویژه در چین انباشته خیلی بزرگ از سنگ های واجد آلونیت در ناحیه پین یانگ فانشن ( pinyang Fanshan ) ، در ژاپن ، جنوب کره ، ترکیه و دیگر کشورها هم گزارش هایی در مورد آلونیت موجود است ولی اقتصادی بودن برخی از آنها هنوز نامشخص است . همچنین ذخایر یا منابع موجود در اسرائیل ( فلسطین اشغالی ) ، مصر ، مراکش ، تانزانیا ، نیجریه ، نیوزیلند ، و سوماترا و فیلیپین مورد بررسی های دقیق قرار نگرفته است . در کشورهای اروپایی مانند ایتالیا ، اسپانیا ، در جنوب امریکا ، جنوب مکزیک و استرالیا هم انباشته های قابل توجهی از آلونیت موجود است .

3 ـ 1 ـ چگونگی رخداد

آلونیت به صورت عدسی ها و رگچه ها در داخل کانسارهای رگه ای فلزات و نیز در داخل شکاف های سنگ های آذرین قلیائی یافت می شود ولی توده های بسیار بزرگ آن به طور معمول ،‌‌ در داخل توف ها و گدازه ها تشکیل می گردد . در ایران هم از هر دو نوع وجود دارد ولی تنها آن دسته که در اثر آلتراسیون با هر پدیده دیگر در سنگ های ولکانیکی یا توفی بوجود آمده ، از نظر حجم و وسعت شایان توجه است .

انباشته آلونیت نوع جانشینی شباهت کمی با نمونه های موجود در موزه یا توصیف های موجود در متون و نشریه های کانی شناسی دارد . بطور نمونه آلونیت در سنگهای آتشفشانی دانه ریز یا پورفیرهای دانه درشت تر ساب ولکانیک و یا در سنگ های نفوذی کم ژرفا بر اثر آلتراسیون می تواند بوجود آید. سنگ دگرسان شده اساساً از کواتزهای میکرو کریستالین ، آلونیت و مقادیر جزی هماتیت ، روتیل و آناتاز تشکیل شده است ، رسها و کانیهای سیلیسی غالباً از همراهان آلونیت در سنگ های آلتره شده می باشد . حضور فراون همین همراهان در فرایند تولید آلومین می تواند تولید اشکال نماید .

تشخیص سنگ های آلونیت دار در روی زمین کار ساده ای نیست . سنگ های ولکانیکی دگرسان شده غنی از آلونیت و کائولینیت ، سریسیت و دیگر کانی های دگرسانی خیلی مشابهند ، اما چون وزن مخصوص آلونیت ( 82/2 ) کمی بیش از وزن مخصوص کوارتز و رسها است ، بطور معمول ، حضور مقدار زیاد آلونیت در یک نمونه سنگ ولکانیک قابل تشخیص است .

آلونیت هایی که بصورت رگه ای هستند معمولاً صورتی رنگند ولی رنگ کلاً معیاری ضعیف در تشخیص سنگ های آلونیتی است . چون آلونیت در رنگهای گوناگون می تواند باشد . ( بطور معمول ، رنگارنگ یا دارای خطوط رنگینی است و یا به آهن آلوده شده است . رنگ زرد پرتقالی معمولاً نشانه حضور جاروسیت ( سولفات آهن آبدار می باشد ) .

انباشته های مختلف آلونیت اندازه های متغیری دارد چنانکه از نودول ها یا عدسی های کوچک در حد سانتی متر و تا توده های بزرگ محتوی چندین میلیون تن سنگ دگرسان شده با 30 تا 40 درصد آلونیت در تغییر است . در رگه های درون زا (hypogene ) آلونیت به طور تقریب خالص می تواند یافت گردد . Hall ( 1978 ، 1980 ) انباشته های آلونیت را در سه گروه می گنجاند :

1 ـ آلونیت رگه ای ؛ 2 ـ آلونیت گرهکی ؛ 3 ـ آلونیت جانشینی ؛

1 ـ 3 ـ 1 ـ آلونیت های رگه ای

آلونیت در رگه ها یا خیلی ریز بلور و یا نهان بلور ( Cryptocrystaline ) است که در این حالت به رنگ سفید و زرد می باشد . چنانکه آلونیت در رگه در چهره بلورهای درشت که گاه طول آن ها به 10 تا 20 میلی متر می رسد پدیدار شود ، صورتی رنگ است ( 1983 ، Hall et al ) . اگر چه در رگه های با عیار بالا ، به طور تقریب ، ‌آلونیت جانشینی قابل قبول برای بوکسیت خواهد بود ، اما کل منابع در دسترس و موجود در رگه ها کمتر از آن است که سازندة اساس ماده ای خام در صنعت باشد .

2 ـ 3 ـ 1 ـ آلونیت های گرهکی در سنگ های رسی رسوبی

آلونیت یا ناتروآلونیت گرهکی و لایه ها ور گه های کم ضخامت نامند آن از نظر جغرافیایی بسیار متداول و گسترده اند ( هال ،‌ 1978 ) و در شیل ها ، شیست های میکادار ، یا لایه های رسی یافت می شوند ، به نظر می رسد این آلونیت ها به طور دیاژنتیکی یا برون زایی ( Supergenic ) و در اثر عملکرد آب های زیرزمینی اسیدی غنی از سولفات ، در رسوبات آرژیلی سرشار از میکا یا ایلیتی بوجود آمده اند اکسیداسیون پیریت پراکنده در سنگ های رویی یا سنگ مجاور آن ، اسید لازم را فراهم می سازد ؛ پتاسیم از ایلیت یا میکا (مسکویت) موجود در رسوب میزبان آلونیت است . خلوص گرهک های آلونیتی ممکن است به خلوص آلونیت های رگه ای نزدیک باشد . ولی این رخدادهای رسوبی ، بیشتر ، محدود به لایه های کم ضخامت و ناممتدی است که بطور معمول ، با کائولین مخلوط بوده ، و توده های آن قدر بزرگی را تشکیل نمی دهد که به عنوان منبع آلومینیوم بهره برداری شوند .

3 ـ 3 ـ 1 ـ آلونیت جانشینی در سنگ های ولکانیکی و سنگ های نفوذی کم عمق

این انباشته ها ابعاد بزرگ و ذخیره های قابل ملاحظه دارند و به طریقه روباز می توانند استخراج شوند . این گروه از انباشته ها بخش عمده منابع آلونیت را در امریکا و سایر نقاط جهان تشکیل می دهند ، و به عنوان منبع اساسی هر طرح صنعتی آلومینیوم با بکارگیری آلونیت در نقش یک مادة‌ خام ، بهره برداری می شوند اگر چه این انباشته ها از نظر عیار در چنان گسترش و حجم بالای ذخیره برخوردارند که می توان به طریقه روباز آن ها را استخراج نمود . در این انباشته ها میزان پتانسیل برای تغذیة یک کارخانه آلومین با مقیاس اقتصادی برای بیست سال یعنی تا زمان مستهلک شدن کارخانه کافی است . (Hall et al, 1983)

4 ـ 1 ـ منطقه بندی انباشته های جانشینی

یکی از مشخصات انباشته های بزرگ آلونیت (آلونیت جانشینی ) حالت منطقه ای
( Zoning ) در آن ها است . زونینگ کانی شناختی مشخصه انباشته های بزرگ آلونیت نوع جانشینی در باختر ایالات متحده امریکا است . منطقه بندی یکسان یا بسیار مشابه نیز در متون زمین شناسی دیگر کشورها هم گزارش شده است .

به طور کلی چهار زون اصلی شناسایی شده است . مغزه یا پوشش سیلیسی ، کوارتز آلونیت ، آرژیلی ، پروپیلتی .

مغزه یا پوشش سیلیسی ( زون 1 ) مرکزی و برجسته و مترفع است ، و زون کوارتز آلونیت ( زون 2 ) ، زون آرژیلی ( زون 3 ) و سرانجام زون پروپیلیتی ( زون 4 ) در بیرون و به سمت پائین جانشین آن می شود . ممکن است در سطح زمین این چهار زون در جنب یا پهلوی یکدیگر باشند ، همچنین به طور عمودی ، اگر چه عموماً برای آشکارشدگی ارتباط منطقه ای در ژرفا ، حفاری عمیق ضروری است .

شرحی که در ادامه خواهد آمد حالتی ایده آل را به نمایش می گذارد و به ندرت در طبیعت رخ می دهد . بیشتر انباشته های طبیعی نامنظم و ناهمگن اند و انکلاوهای یک مجموعه منطقه بندی با دیگری احاطه می شود . دگرسانی ها ممکن است در هم داخل شود چنانکه یک زون یا چندین زون خیلی باریک و کم ضخامت می شود و در هنگام بررسی و مشاهده سطحی و اتفاقی ، آشکار نمی شود فزون بر آن مرزهای منطقه ای باریک و ظریف اند، نقشه برداری واقعی آن ها دشوار است و براساس اندازه گیری های پراش اشعه X پودر آن ها نقشه بطور دلخواه رسم می شود . ویژگی های هر یک از چهار زون نامبرده در ادامه اشاره خواهد شد .

1 ـ 4 ـ 1 ـ زون سیلیسی مغزه ای یا پوششی

در این زون سنگ به شدت سیلیسی شده و ممکن است شبیه چرت یا اپالیت باشد ،‌ و اگر در نزدیکی سطح یا سطح زمین یافت شود ممکن است متخلخل مانند سینتر سیلیسی باشد به طور معمول ، گوگرد طبیعی در خلل و فرج ها یا حفره ها پدیدار است . به طور تیپیک ، کواتز فاز سیلیسی غالب است . ولی کریستوبالیت هم نامتداول نیست ، و سیلیس بی شکل و تریدیمیت در شماری از مناطق تشخیص داده شده است . زون سیلیسی را نشانگر مجرا یا منفذ اصلی برای ، مرحله نهایی دگرسانی می دانند ، که در اثر سیالات گرمابی ( hydrothermal fluids ) بشدت اسیدی و گازهایی که منشاء آتشفشانی دارند ، قلیاها ، عناصر قلیایی ، آلومینا ، و دیگر عناصر از سنگ های ولکانیک شسته و پس مانده سیلیسی از آنها بر جای می ماند ، مقداری از سیلیس هم از زون زیرین دگرسانی آلونیتی به آن اضافه می شود و ممکن است سیلیس سنگ 90 درصد یا بیشتر باشد .

مراحل تهیه

آلونیت را 20 مش ( MESH ) ریز می کنند .

در کوره تا 600 درجه و گاهی نیز بیشتر از 700 درجه حرارت داده می شود تا آب موجود خارج شود . حرارت را نباید در حدی باشد که سولفات های آلونیت تجزیه شود و گازهای سولفوره از آن خارج شوند .

چون از این گازها باید در مراحل بعدی استفاده کرد .

سپس آلونیت کلسینه شده را تحت تأثیر محلول اسید سولفوریک و سولفات پتاسیم قرار می دهند تا حل شود محتوی آلومینیوم و پتاسیم موجود در کانه به سولفات مضاعف آلومینیوم و پتاسیم تبدیل می شود . مزیت این انحلال در انحلال هر گونه آهن در مرحلة اول می باشد دیگر ناخالصی های نیز در مقابل اسید مقاومت کرده و نامحلول می ماند .

عمل بعدی کریستالیزه کردن سولفات مضاعف آلومینیوم و پتاسیم به صورت زاج و جدا کرده آن از محلول مادر ( Mother Liqour ) است .

در عمل کریستالیزه کردن با کمک محلولهای حاصل از شستشوی مواد باقیمانده از تیکنرها می تواند کریستالی کردن را تقویت نماید . برای جلوگیری از افزایش آهن در زاج محلول را قبل از کریستالیزه کردن تحت تأثیز گاز قرار می دهند . و بدین ترتیب آهن فریک III در محلول به آهن II تبدیل شده و پس از کریستالزه کردن املاح فرو ( Fero ) در محلول باقی می ماند .

بلورهای زاج را که بدین ترتیب بدست آمد ، تکلیس شده تا به آلومینا گازهای و و سولفات پتاسیم تجزیه شود . گازها را برای تهیه اسید سولفوریک مورد استفاده قرار می دهند و با شستشوی مخلوط سولفات پتاسیم آلومینا سولفات را به صورت محلول از اکسید آلومینیوم جدا می کنند . این روش مراحل زیادی دارد و در مقیاس صنعتی در آمریکا برای تولید آلومینا بدون استفاده از بوکسیت اقتصادی است . برای این روش احتیاج زیادی به فراهم آوردن سوخت جهت کلسینه کردن و‌ آب برای شستشو می باشد .

ـ‌ روش ‌Mc Cullough ( تأثیر محلولهای اسیدی) :

در این روش نیز از آلونیتهای یوتا استفاده شده لیکن برخلاف روشهای دیگر هدف این است که در مرحله اول اکسید AL با عیار بالا را بازبینی کرده و سپس در مرحله دوم پتاسیم را از سولفات پتاسیم استخراج کرد . در ابتدا آلونیت را خرد کرد و کلسینه می کنند سپس در مخزن واکنشی با اسید سولفوریک حل می کنند . محلول را فیلتر کرده و سیلیس (si ) غیر قابل حل را خارج می کنند .

4 ـ محلول فرآوری شده را با هیدروکسید پتاسیم که از مرحله دیگر فرآیند آورده می شود مخلوط کرده و مجدداً فیلتر می کنیم در اولین فیلتراسیون هیدروکسید آهن نامحلول خارج شده و محلول فرآوری شده را این بار تحت تاثیر اسید سولفوریک قرار می دهیم و سپس برای سومین بار محلول را فیلتر کرد . و محلول پتاسیم سولفات را به الکترولیز فرستاده و باقیمانده هیدروکسید آلومینیوم است که شسته شده و کلسینه می گردد تا را برای سلول های احیا آماده کند .

ـ روش آلومت ( Alumet ) :

شرکت Earth science از اواسط دهة 1960 بررسیهایی را برای تولید آلومینا از مواد آلومنیوم دار غیر بوکسیتی شروع کرد .

شرکتی بنام آلومت در گلدن کلرادو برای ادامه بررسیهای و تبدیل آلونیت به آلومینا تشکیل شد . این کارخانه در ابتدا در سال 1974 یک کارخانة پایلوت به ظرفیت نیم تن آلونیت در ساعت در شهر گلدن کلرادو ـ کار انداخت و تا پایان سال 1976 روشهای زیر را در مقیاس آزمایشگاهی و پایلوت ارائه کرده است .

روش(1974) D. Stevenes

در این روش ابتدا آلونیت خرد و حرارت داده می شود و سپس آنرا در یک محیط احیاءکننده حرارت می دهند تا مقداری از گوگرد موجود در کانی مربوط به سولفات آلومینیوم به صورت SO₂ خارج شود پس از عمل احیا سنگ را در یک کورة دیگر و در محیط اکسید کننده حرارت می دهند تا احیاناً اگر در مدت احیا مقداری گوگرد تولید شده آنرا اکسید کرده ، بصورت SO₂ خارج کنند برای اکسید کردن می توان از هوا و یا اکسیژن استفاده کرد . عمل فوق یعنی گرفتن آب مولکولی احیاء اکسید کردن در درجه حرارت بین 850 ـ 400 انجام می گیرد . SO₂ حاصل از عملیات فوق را برای تولید SO₂ مایع و یا اسید سولفوریک بکار می گیرند محصول خارج شده از کوره سوم ( کوره اکسید کردن ) را با آب می شویند و سپس مایع را از مواد جامد جدا می کنند .

محلول جدا شده شامل سولفات پتاسیم است که به کریستالیزاتور فرستاده می شود . به مواد جامد که مخلوطی از اکسید آلومینیوم و مواد باطله است مخلوطی از هیدروکسیدهای قلیایی که غلظت سود در آن بصورت کربنات سدیم gr/lit 300 اثر می دهند . انحلال در فشار معمولی و در درجه حرارت 80 تا 110 درجه صورت می گیرد و انحلال بین 65 دقیقه تا 2 ساعت طول می کشد سپس مایع را که شامل آلومینات قلیایی است از مواد جامد و یا باطله جدا می کنند . در محلول آلومینات بدست آمده . مقداری سیلیس بصورت محلول وجود دارد که با حرارت یا به کمک بلورهای آلوموسیلیکات سدیم آنرا سیلیس زدایی می کنند . عمل سیلیس زدایی هر گاه در فشار معمولی و درجه حرارت 90 انجام شود یک ساعت بطور می انجامد .

و هر گاه با فشار بالاتر در درجه حرارت 200 انجام شود . 15 دقیقه طول می کشد محلول آلومینات عاری از سیلیس را خنک کرده و به آن مقداری بلور هیدرات آلومینیوم می افزاید تا آلومینیوم موجود در آن بصورت هیدروکسید آلومینیوم ته نشین شود با جدا کردن هیدرات فوق و تکلیس آن اکسید آلومینیوم حاصل می شود .

روش دومی هم Stevense در 1974 ارائه کرد که مشابه روش قبلی بود . ولی در آنجا در ابتدا به محصول کوره یک باز ضعیف مانند هیدرات آلومینیوم( PH 12 تا 8 ) و غلظت 5/12 تا 32 گرم آمونیاک آزاد در هر لیتر محلول در درجه حرارت 100 اثر می دهند و نتیجة این عمل تشکیل سولفات آمونیوم و پتاسیم محلول و تبدیل آلومینیوم به هیدرات غیر محلول است .

روش C.j. Hartman

این طریقه در سال 1970 بوسیله شرکت آلومت ارائه شد .

در این روش نیز پس از خرد کردن و حرات دادن آلونیت دنبالة عمل به دو طریق انجام می گیرد .

1 ـ احیا آلونیت با استفاده از احیا کننده ای شناخته شده مثل CO ، هیدروژن و یا مخلوطی از این دو و سپس اکسید کردن آن به منظور خارج کردن گوگرد باقیمانده و بعد از آن عمل حل کردن با آب و یا یک باز قلیایی مانند پتاس و تبدیل سولفات آلومینیوم به سولفات قلیایی .

2 ـ آلونیت حرارت داده شده را مستقیماً تحت تأثیر یکباز قلیایی مثل هیدروکسید آمونیوم و یا پتاس قرار می دهند تا سولفات آلومینوم به سولفات قلیایی تبدیل شود پس از حل کردن مایع را که شامل سولفات پتاسیم است از مواد جدا می کنند ( مرحلة اول ) مواد جامد را در سود حل می کنند و سپس مایع را که شامل آلومینات سدیم است از مواد جامد ( باطله ) جدا می سازند ( مرحلة 2 ) محلول آلومینات سدیم را که دارای مقداری سیلیس بصورت محلول است را سیلیس زدایی می کنند و این کار در مراحل قبلی توضیح داده شده است . از این محلول در واحد مبدل یونی برای تهیه پتاس از سولفات پتاسیم بدست آمده در عمل حل کردن آلونیت حرارت داده شده استفاده می شود محلول آلومینات سدیم تصفیه شده را خنک می کنند و مقداری بلور ALOH₃ به آن می افزایند تا هیدرات آلومینیوم را ته نشین نماید . هیدرات را از محلول جدا می کنند و با کلسینه کردن آن اکسید آلومینیوم بدست می آورند . محلول جدا شده از هیدرات آلومینیوم را که شامل سودسوزآور است به 2 جریان تقسیم می کنند . قسمت اصلی پس از تغلیظ برای انحلال آلونیت فرستاده می شود و بقیه را برای تهیة پتاس مورد نیاز در قسمت حل کننده به واحد مبدل یونی می فرستند مایع جدا شده در مرحلة اول جدا کردن را که شامل سولفات پتاسیم است به کریستالیزه می فرستند تا سولفات پتاسیم را کریستالی کرد . و از محلول جدا کنند .

این محلول به 2 جریان تقسیم می شود قسمتی به واحد حل کننده و قسمتی را برای تهیه پتاس مورد نیاز واحد حل کننده به واحد مبدل یونی فرستاده می شود . واحد مبدل از ستونی از آلوموسیلیکات سدیم تشکیل شده است . با عبور جریان شامل که از کریستالیزاتور گرفته می شود یونهای سدیم آلوموسیلکات جانشین یونهای پتاسیم به سولفات پتاسیم شده و بدین ترتیب آلوموسیلکات پتاسیم سولفات سدیم بدست می آید .

سولفات سدیم را خارج کرده و از داخل ستون آلوموسیلکات پتاسیم جریانی شامل سود سوزآور که از قسمت رسوب کننده هیدرات آلومینیوم بدست می آید عبور می کند و با تعویض یونی سدیم سود پتاسیم آلوموسیلیکات انجام می گیرد و آلوموسیلیکات سدیم و محلول پتاس بدست می آید . محلول پتاس بدست آمده را به واحد حل کننده می فرستند تا مورد استفاده قرار گیرد .

مطالعات اقتصادی نشان می دهد که هر گاه برای فرآوردهای جنبی بازار فروش وجود داشته باشد بهای تولید هر تن آلومینهای بدست آمده از آلونیت کمتر از بهای هر تن آلومینای بدست آمده از بوکسیت است .

مطالب این فصل از منابع شمارة‌ 2 و 3 استفاده شده است.

رفتار گرمایی آلونیت با ترکیبات همراه

در حال حاضر در اکثر کشورهای جهان و در آزمایشگاههای فرآوری مواد بحث رفتار ترمودینامیکی کانیها بسیار مورد توجه است . امکان و قابلیت فرآوری هر ماده و ترکیبی بدون توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی آن امکان پذیر نیست .

بنابراین خواص گرمایی کانیها نیز از این امر مستثنی نیست و تحقیق و پژوهش در این زمینه کمک شایانی به ابداع و کشف راهکارهای جدید در مورد استحصال عناصر از کانیها می کند .

گفتاری که در ذیل می آید بررسی رفتار گرمایی کانی آلونیت در دماهای مختلف می باشد که همراه با کانیها و ترکیبات همراه بررسی شده است . همانطور که می دانیم آلونیت دارای ترکیبی به فرمول می باشد که جزئیات ترکیب آن قبلاً اشاره شده است .

با توجه به فرمول آلونیت این نکته قابل توجه خواهد بود که موجود در آلونیت به همراه عملیات حرارتی که در اکثر فرآیندهای شیمیایی و فرآوری آلونیت مورد استفاده قرار می گیرد تبدیل به گشته و خطرات و مشکلات فراوانی را برای محیط زیست و طبیعت ایجاد کرد . و باعث خورده شدن کوره و از بین رفتن تاسیسات فرآوری و حرارتی می شود .

بدیهی است مطالعه نحوة رفتار گرمایی آلونیت با ترکیبات همراهی مانند می تواند در حل مشکلات حرارت دهی و تکلیس آلونیت کمک شایانی به ما دهد .

همانطور که در روشهای فرآوری آلونیت مشاهده خواهیم کرد محصول حرارت دهی آلونیت با ترکیبات باعث تشکیل بعنوان محصولات اصلی در دماهای 700 تا 800 درجه سانتیگراد می گردد و ترکیبات گوگرد دار نیز به عنوان محصولات فرعی تولید می شوند که این محصولات باعث مصرف گشته و مانع از آن می گردند که موجود در آلونیت از سنگ کانی آزاد شود .

رفتار گرمایی ترکیبات سنگ کانی آلونیت همراه با

خلاصه

رفتار گرمایی ترکیبات آلونیت . آلونیت و آلونیت مطالعه گردیده است تجزیه تحلیل DTA به همراه XRD امکان ارزیابی و اکنش های اصلی این ترکیبات را فراهم می کند که در زمان قرار گرفتن ترکیبات در حرارت زیاد تا حدود 1000 به وقوع می پیوندد .

فرآورده های اصلی این حرارت دادن زیاد عبارتند از و دیگر ترکیبات گوگرددار و آلومینات هایی هستند که به دست آمده از آلونیت را حفظ می کنند . این محصولات در درجه حرارت بین 700 و 800 درجة سانتیگراد شکل می گیرند . هدف از این کار ارزیابی کردن امکان استفاده از فرآیند گرمایی در مورد برخی رسوبات خاک چینی بود که استخراج آن در حال حاضر غیر ممکن است ، به این دلیل که آلوده به آلونیت هستند .این نوع مواد کانی در زمان تلاش برای استفاده از این خاک های چینی سبب بروز مشکلات زیادی می شوند ، زیرا مشتقات را از بین می برند و سبب خورده شدن کوره می شوند و برای محیط زیست مضر هستند .

را که با قرار دادن ترکیبات معرفی شده در معرض حرارت زیاد تولید می شوند ، می توان به ترتیب با آب و HCL رقیق لیچ کرد به طوریکه ترکیب قبلی می تواند بعنوان کود مورد مصرف قرار بگیرد . ته ماندة ‌حاصل از لیچینگ کردن این مواد را با محتوای گوگرد کاهش یافته اش می توان در صنعت سرامیک سازی و ساختمان سازی به کار گرفت .

ـ نتایج تجربی و بحث دربارة آنها :

ـ 3 : دمای بهینه شدة کلسینه شدن :

نمونه های آلونیت در دمای 600 تا 900 درجه سانتیگراد به مدت 45 ـ‌15 دقیقه کلسینه شدند ، همانطور یک در جدول 5 ـ 3 نشان داده شده است در آزمایشهای شیشة دهانه گشاد با محصولات کلسینه شده ، از آب مصنوعی با یک ناخالصی FTU 20 و با یک قلیایی 100 میلی گرم بر لیتر استفاده گردید . نتایج آزمایش در جداول 5 ـ 3 نشان داده شده است . نتایج به دست آمده در تصویر 1 تا 5 نشان داده شده اند . با بررسی جداول بالا می توان دید که افزایش زمان کلیسنه شدن اثر خیلی کمی بر منعقد شدن دارد . به همین دلیل پذیرفته شده است که زمان مفید کلسینه شدن 15 دقیقه است به عبارت دیگر دمای بهینه 850 شناخته شد .

جدول 3 ـ اثر دمای کلیسنه شدن آلونیت روی آزمایشهای شیشة دهانه گشاد (زمان کلسینه شدن 15 دقیقه است) ناخالصی FTU

جدول 2 ـ ترکیب سولفات آلومینیوم استفاده شده در آزمایشها بر مبنای وزن

2 - 3 قابلیت حل شدن آلونیت کلسینه شده در آزمایشهای شیشة‌ دهانه گشاد : اینطور ثابت شده است که قابلیت حل در آب آلونیت Saphane کلسینه شده در750 در حد ماکزیمم است . ولی در این بررسی نتیجة بهینه در آزمایشهای شیشة‌ دهانه گشاد با آلونیت کلسینه شده در 850 به دست آمده است . قابلیت حل شدن آلونیت کلسینه شده در آب ، تحت شرایط منعقد شوندگی به این منظور مورد بررسی قرار گرفت که تفاوت ها حذف گردد . یک نمونة‌1 گرمی از آلونیت کلسینه شده در دمای نشان داده شده در بالا گرفته شد که در آب تقطیر شده تحت 15 دقیقه شرایط آزمایش و شسته شده در محلول مورد بررسی قرار گرفت . نتایج به دست آمده از آزمایشها در جدول 6 و تصویر 6 نشان داده شده است . همانطور که در تصویر 6 نشان داده شده است آلونیت کلسینه شده در دمای 850 ماکزیمم مقدار سولفات آلومینیوم را می دهد . و این نتیجة به دست آمده از آزمایش شیشه دهانه گشاد را که در تصویر 4 نشان داده شده است . تایید می کند .

ـ 3 : آلونیت کلسینه شده بعنوان یک کمک منعقد کننده

در این بررسی استفاده از آلونیت کلسینه شده بعنوان یک کمک منعقد کننده مورد بررسی قرار گرفته است . بعد از افزودن سولفات آلومینیوم به آب مصنوعی که ناخالصی FTU33 دارند ، خاک رس برای ناخالصی و 140 میلی گرم قلیایی ، آلونیت کلسینه شده در دمای 850 به مدت 15 دقیقه بعنوان پودر به آن افزوده شد .

جدول 5 : اثر دمای کلسینه شدن آلونیت روی آزمایشهای شیشة دهانه گشاد (زمان کلسینه شده 45 دقیقه است.)

جدول 4 ـ اثر دمای کلسینه شدن آلونیت در آزمایشهای شیشة دهانه گشاد (زمان کلسینه شدن 30 دقیقه است.)

تصویر 2 ـ اثرات دوز آلونیت و زمانهای کلسینه شدن روی ناخالصی ( دمای کلسینه شدن 700 ).

تصویر 1 ـ اثرات دوز آلونیت و زمانهای کلسینه شدن روی ناخالصی ( دمای کلسینه شدن 600 ).

تصویر 4 ـ دوز آلونیت و زمان کلسینه شدن روی ناخالصی (دمای کلسینه شدن 850).

مقادیر آلونیت در سه مقدار ثابت و مختلف نگه داشته شد یعنی 100 ، 200 و 300 میلیگرم بر لیتر مقدار آلونیت محدود به 300 میلی گرم بر لیتر بود به این دلیل که حجم رسوب را افزایش می دهد . ویژگی های انعقاد و انعقاد پذیری آلونیت کلسینه شده نیز در همان آب مصنوعی مورد بررسی قرار گرفت و از این رو دوز بهینة‌ آلونیت شناخته شده .

زمان ترکیب 15 و 30 دقیقه در این بررسی انتخاب شده به این طریق اثر هر مقدار روی دوز بهینه مشاهده شد مقادیر به دست آمده در جدول 7 و در نمودارها برای 30 دقیقه به همراه منحنی های دیگر در تصویر 7 نشان داده شده است .

تصویر 5 ـ اثر دوز آلونیت و زمانهای کلسینه شدن روی ناخالصی (دمای کلسینه شدن 900 )

همانطور که در جدول 7 مشاهده می شود ، زمان ترکیب توسط دوز بهینة‌آلونیت تحت تأثیر قرار می گیرد . اگر ناخالصی برای دوز بهینه شده FTU 0/2 در نظر گرفته شود ، دوزهای بهینة آلونیت برای دوره های 15 دقیقة ‌ترکیب به ترتیب 5000 و 3000 میلیگرم بر لیتر آلونیت کلسینه شده تشخیص داده شده است .

شرایط بهینه برای لیچینگ سنگ کانی کلسینة آلونیت در NaoH قوی

روش پیشنهادی مؤلف برای فرآوری آلونیت در ایران

خلاصه ـ انحلال کانی آلونیت کلسینه شده در محلول Naoh در دماهای بین 295 تا 383 کلوین مورد بررسی قرار گرفته است . اثرات زمان و دمای کلسیناسیون ، زمان واکنش و دما ، اندازة ذره و نسبت جامد به مایع تحت بررسی قرار گرفت . نتایج تجربی نشان داد که تحت شرایط بهینه شدة شستشو ، استخراج آلومینیوم می تواند به بیش از 93 درصد برسد . ثابت سرعت نشان می دهد که این فرآیند شسته شدن با استفاده از یک انتشار به دست آمده است که از میان قشر محصول جامد با الگوی هسته ای کوچک شده و کنترل شده صورت گرفته است و نتایج خوبی به دست آمده است . انرژی فعال سازی فعلی برای حلالیت معادل 29/18 کیلو ژول کنترل شده صورت گرفته است و نتایج خوبی به دست آمده است . انرژی فعال سازی فعلی برای حلالیت معادل 29/18 کیلو ژول مول به توان منفی 1 است .

نامگذاری

C : غلظت اشباع هیدروکسید سدیم [KmoIm^-3]

Kobs : ثابت سرعت واکنش مشاهده شده

Ro : شعاع اولیة ذرة جامد[m]

T : زمان و اکنش [s]

X : ذرة‌ آلومینیوم استخراج شده

D: ضریب انتشار از میان لایه

R : ضریب برگشت

T : دما [K]

V: حجم مولی جامد

B : ضریب موازنة جرم در واکنشهای شیمیایی

مقدمه :

آلونیت یکی از سنگهای معدنی از گروه ژاروزیت می باشد . این ماده بر مبنای پتاسیم ـ زاج است و در بلورهای لوز وجهی قرار می گیرد . سنگهای معدنی گروه آلونیت ـ ژاروزیت فرمول کلی دارد و آلونیت خالص فرمول دارد . آلونیت در آب ، اسیدهاو بازها حل نمی شود مگر آنکه کلسینه شده باشند . آلونیت درواکنش تجزیة گرمایی ومحصولاتی چون ، و می دهد زمانیکه دردمای k 1023 ـ 973 کلسینه شود . مشخص شده که در سنگهای دگرگون شده و در منطقة اکسید شدگی شکل می گیرند . آلونیت زمانی می تواند شکل بگیرد که سنگهای آتشفشانی در حضور کانیهای از نظر گرمایی تغییر یابند . به این دلیل است که 50-10 درصد در سنگ کانی آلونیت موجود معدنی پیشنهاد شده شامل شستشوی کانی کلسینه توسط مواد سوزآور است برای اینکه پتاسیم و آلومینیوم در محلول قلیایی مواد حل نشدة دیگر بار و کردن از صافی و یا وسایل استخراج دیگر جداسازی می شوند . در هر یک از این فرآیندها محتوای پتاسیم در کانی آلونیت در شستشوی اولیه استخراج می شود . در چنین روشهایی مواد ته نشین شدة حاصل از شستشو که محتوی آلومین است در یک چرخة بصورتی از نوع بایر برای بازیافت عیار بالای آلومین افزوده می شود یعنی داخل محلول NaoH یا ترکیبی از NaoH و KoH لیچینگ شود. اینطور شناخته شده است که مقادیر عمده ای از سیلیس در کانی وجود دارد و ته نشین شدن سیلیکاتهای آلومینیومی قلیایی غیر قابل حل می تواند در آن رخ بدهد. ] 7 [

NaoH می تواند 44/93 درصد و 17/91 درصد را از آلونیت کلسینه شده درk873 شستشو دهد و KOH نیز می تواند دراین دما 4/83 درصد و 29/91 درصد را شستشو دهد. ] 8 [ هدف از این تحقیق بررسی اصولی اهمیت پارامترهای جنبشی در شستشوی آلونیت با محلول های Naoh در فشار محیط می باشد . جنبشی بودن واکنش لیچینگ تحت شرایط ثابت دما و زمان کلسینه شدن غلظت Naoh ، اندازة‌ ذره و نسبت جامد به مایع مورد بررسی قرار گرفت. سنگ کانی آلونیت کلسینه شده در دما و زمانهای مختلف واکنش شستشو داده شد .

روش تجربی :

سنگ کانی آلونیت در این آزمایشها آسیاب شده و از سرند رد شده تا اندازة ذرات
90 ـ ،‌ 125 ـ 90 ، 180 ـ 125 ، 250 ـ 185 ، 365 ـ 250 ، 500 ـ 365 و 710 ـ 50 با استفاده از سرندهای استاندارد Astm به دست بیاید . نتایج تجزیة سنگ کانی آلونیت قبل از کلسینه شدن در تصویر 1 آمده است . در این بررسی ، به اندازة ذره قبل از کلسینه شدن پرداخته شده است . تمامی مواد شیمیایی استفاده شده در آزمایش شستشو و در تجزیه از شرکت Merck chemical co به دست آمده بود .

اجزای در سنگ کانی آلونیت به روش ثقل سنجی تجزیه گردیده است . ،Cao و mgo توسط EDTA جهت سنجش ترکیبات تجزیه شدند و K₂o به وسیلة Flame photometry تجزیه و بررسی گردید . ترکیب شیمیایی سنگ کانی آلونیت قبل از کلسینه شدن در جدول 1 آمده است . ولی به خاطر آبگیری سنگ کانی ، ترکیبش تغییر می یابد . ترکیب کلسینه شده در جدول 2 آمده است . محاسبات بر اساس ترکیب جدول 2 است . کلسینه شدن در هوای یک کورة‌ موفل ( بی شعله ) انجام شد . سرعت گرم شدن min /k 10 بود . تمامی آزمایشات به طـور جداگانه انجام شدند .

آزمایشات لیچینگ در یک رآکتور ضد زنگ در دمای ثابت با خطای k5±و یک همزن بخاری – مغناطیسی و یک مبرد برگشتی انجام گرفت . در هر مرحله مقادیر متعددی از نمونه به اضافة 200 سی سی از محلول NaoH 9 مولار در دمای مورد نیاز در رآکتور قرار داده می شد . سرعت همزن rpm 900 (دور در دقیقه) بود . در پایان هر دو رآکتور در آب سرد فرو برده شد و بعد از سرد شدن ، محتویات رآکتور از صافی عبورداده شد . مقدار آلومینیوم حل شده با ترکیب سنجی بوسیلة EDTA بررسی می شود

خرید فایل