3 Қалыпты электрокорунд алуға арналған шикізат және оған қойылатын талаптар
Жоғары айтылғандай қалыпты электрокорундты балқыту үшін негізінен бокситтерді қолданылады. Олардың құрамында глинозем Al(OH)3 гиббсид (гидроаргиллит) (65,4% Аl2О3), γ-AlO(OH) бемит (85,0% Аl2О3) және α-AlO(OH) диаспор (85,0% Аl2О3) минералдары түрінде кездеседі. Бокситтердің минералды шикізат базасы 6.2 тарауда қарастырылған.
Боксит құрамында глиноземмен қатар Fe2О3, SiO2, ТіO2, СаО, МgО, Р2О5, V2О5 және т.б. қоспалар кездеседі. Олардың ішінен СаО ең зиянды болып табылады, оның мөлшері 0,25%-дан аспауы тиіс. Балқыту барысында кальций оксиді тотықсызданбайды, ал кристалдану барысында жемірлік қасиеті корундтан анағұрым төмен кальцийдің гексаалюминатын СаО·6Аl2О3 түзеді. Сондықтан электрокорундты балқыту үшін кальций модулі Аl2О3/СаО 250-ден жоғары бокситтер ғана қолданылады.
Бокситте SiO2 мөлшері де қатаң регламенттеледі, неғұрлым SiO2 концентрациясы төмен болса, соғұрлым электрокорунд өндірісінің техника-экономикалық көрсеткіштері жоғары болады.
Шикі бокситтерді балқыту барысында шаң мен газдар көп мөлшерде түзіледі және электр энергиясының меншікті шығыны артады, сондықтан бокситтерді балқыту алдында кесектеу қажет.
Қалыпты электрокорундты балқыту барысында көміртекті тотықсыздандырғыштар ретінде әдетте антрацит немесе мұнай коксы қолданылады. Олардың күлділігі, әсіресе күл құрамындағы кальций оксидінің концентрациясы төмен болуы тиіс.
4 Қалыпты электрокорундты балқыту технологиясы
Қалыпты электрокорундты қуаттылығы 7,0-16,5 МВ∙А электр пештерде балқытады. Электрокорундты балқытудың екі тәсілі бар: 1) блокқа балқыту; 2) балқыманы шығарып балқыту.
Блокқа балқытуды периодтық әдіспен футеровкаланбаған сумен суытылатын болат бүркеніштерде жүргізеді. Бұл әдістің өнімділігі төмен және ол көп мөлшерде айналымдағы қалдықтардың түзілуімен ерекшелінеді. Сондықтан ТМД елдерінде балқытуды негізінен магнезитті кірпішпен футеровкаланған ваннада жүргізеді. Бұл әдіс те периодты болып саналғанымен, шикіқұрамның қайтарылуы орын алмайды және электрокорундты өңдеу елеулі жеңілдейді.
Кесте 1 – Қалыпты электрокорунд сапасына қойылатын талаптар
Марка |
Түйіршіктігі, мкм |
Химиялық құрамы, % |
|||
Fe2О3 |
СаО |
SiО2 |
ТіО2 |
||
16А |
50-16 |
0,3 |
0,4 |
- |
1,2 |
12-5 |
0,4 |
0,6 |
- |
2,7 |
|
18А |
50-16 |
0,3 |
0,4 |
0,7 |
2,4 |
12-4 |
0,4 |
0,5 |
0,7 |
- |
|
Қалыпты корундты балқыту барысында темір мен кремний оксидтерін көміртегі көмегімен тотықсыздануы нәтижесінде қож балқымасының глиноземмен байытылуы (94-96%-ға дейін) жүреді. Тотықсызданған элементтер пеш түбінде кедей ферросилиций түзеді (8-12% Si). Ферросилицийдегі кремний концентрациясы өскен сайын оның тығыздығы төмендейді, бұл қорытпа мен корунд балқымаларының тығыздықтары бойынша бөліну шарттарын нашарлатады. Қорытпа тамшыларының тұну үрдістеріне, сонымен қатар, корунд балқымасының тұтқырлығы да әсер етеді, ал ол температура мен құрамындағы кремнезем концентрацисына да тәуелді. Корунд құрамындағы кремнезем концентрациясы азайғанда оның тұтқырлығы төмендеп, ферросилиций тамшыларының тұнуы жеңілдейді.
Кремнийдің қорытпадағы жоғары мөлшері оның магниттілігін әлсіретіп, қалыпты электрокорунд түйіршіктерін магнитті байыту сатысында ферросилиций королектерінің бөлінуін нашарлатады. Ферроқорытпалармен қатар титан оксидтерінің бір қатары магнитті қасиеттерге ие болатының да айта кету керек. Осыған байланысты магнитті байыту барысында ферросилиций королектерімен қатар, басқа да күрделі қосылыстар да бөлініп алынады.
Электрокорундты балқытудың негізгі мақсаты боксит құрамындағы қоспаларды тотықсыздандырып, қож құрамындағы алюминий оксидінің концентрациясын мүмкіндігінше арттыру. Қоспалардың тотықсыздануы антарцит немесе мұнай коксының құрамындағы көміртегімен іске асырылады. Тотықсыздандыруды электрокорун құрамында белгілі-бір мөлшерде TiO2 мен SiO2 қалып қоятындай етіп ұйымдастырады. Бұл кристалдану барысында кальций оксидінің зиянды болып саналатын СаО·6Аl2О3 гексаалюминатын ғана түзбей, анортит СаО·Аl2О3∙2SiO2 пен перовскит СаО·TiO2сиқты күрделі қосылыстарға байланыстырылуы арқылы электрокорундтың сапасын арттыруға мүмкіндік береді.
1-суреттен көріп тұрғанымыздай темір, кремний мен титан оксидтері глиноземге қарағанда төмен температураларда тотықсызданады. Ал кальций мен магнийдің алюминийге қарағанда оттегіге химиялық ынтықтығы жо,ары болғандықтан балқыту барысында тотықсызданбай, толығымен дерлік электрокорунд құрамына өтеді деп айтуға болады. Сондықтан, корунд балқымасын тотықсыздандыра балқыту барысында кальций мен магний оксидтерінен тазарту мүмкін болмайды.
Сурет 1 – CaO, MgO, Al2O3, TiO2, SiO2, Fe2O3 және FeO оксидтері изобаралық потенциалының температуралық тәуелділігі
Оксидтердің қатты көміртегімен тотықсыздануы негізінен балқымада жүреді. Темір оксидтері негізінен тікелей қатты көміртегімен тотықсызданады:
Fe2O3 + 3С = 2Fe + 3СО
Кремнеземнің тотықсыздануы да негізінен сұйық фазада – балқымада кремнийдің монооксиді SiO мен карбиді SiC сияқты аралық өнімдердің түзілуімен жүреді. Тотықсыздану үрдісін жалпы түрде төмендегі реакциямен сипаттауға болады:
SiO2 + 2Ств = Siж + 2СОг
Ферросилиций құрамында кремний концентрациясы 8-12% мөлшерінде болуы кремнеземнің көміртегімен темірдің қатысуымен тотықсыздану реакциясының
SiO2+2С+Fe = [Si]Fe +2СО
үрдіс температураларында елеулі дамуын қамтамасыз етеді.
Титан қос тотығының тотықсыздануы төмендегі сатылармен жүреді:
TiO2 → Ti3O5 → Ti2O3 → TiO → Ti
3TiO2 + С = Ti3O5 + СО
2Ti3O5 + С = 3Ti2O3 + СО
Ti2O3 + С = 2TiO + СО
TiO + С = Ti + СО
Көміртегінің артықтығы жағдайында Al2O3-тің субоксидтерге немесе оксикарбидтерге (Al2OС, Al4O4С) дейін тотықсыздануы орын алуы мүмкін. Субоксидтердің түзілуі алюминий жоғалымдарының артуына әкелсе, оксикарбидтер корунд құрамында еріп, оның жемірлік қасиеттерің нашарлатады. Сондықтан көміртегі мөлшерін тек темір, кремний мен титан оксидтерін тотықсыздандыруға жететіндей етіп ғана мөлшерлейді.
Балқыту барысында электрлік режимге ерекше назар аударады. Балқыту басында кернеу 228 В болса, балқыту аяғына 1,5-2,0 сағат қалғанда ферроқорытпа тамшыларының толық тұнуын қамтамасыз ету үшін кернеуді 203 В-қа дейін төмендетеді. Осы мақсатпен балқыманы шығаруға 30-40 мин қалғанда ваннаға қосымша болат жоңқасы тиеледі. Құрамында 96,5-97,5% Al2O3∙бар электрокорундты ағын өзек арқылы құймақалыпқа шығарады. Бір тонна қалыпты корундқа 1590 кг боксит агломераты, 164 кг мұнай коксы, 70 кг болат жоңқасы және 2720 кВт∙сағ электр энегия шығындалады.