مقاله بررسی روشهای فرآوری كانی آنولیت ، فلز آلومینیوم

مقاله بررسي روشهاي فرآوري كاني آنوليت ، فلز آلومينيوم در 72 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه:

از قرون و اعصار گذشته بشر در پي دستيابي به امكانات و ابزارهاي توسعه تلاشهاي فراواني را در راه كشف مجهولات وتازه‌ها انجام داده است.

بي‌شك فلز درعصر حاضر به عنوان زير ساخت توسعه و فناوري همواره مورد توجه بوده و كشورهاي پيشرفتة جهان با علم به اين نكته سعي فراواني را در راه كشف وتوسعة‌ ذخاير و منابع فلزي خود انجام داده و هم اكنون نيز علاوه بر استفادة‌ بهينه از ذخاير و منابع خود چشم به بهره‌برداري از مواد و كاني‌هاي غني موجود در كرات ديگر و من جمله ماه دارند.

بديهي است با توجه به بودن ذخاير و معادن قابل استحصال كشورها و همچنين استفادة‌ نادرست در بعضي مناطق، دورنماي صنعت فلز مبهم نمايد با توجه به مطالب فوق نياز بشر به ابداع روشهاي جديد فرآوري جهت بهره‌برداري از معادن و ذخاير كم عيار و همچنين استحصال آن بخشي از كاني‌هايي كه از لحاظ متالوژيكي و كانه‌آرايي مشكل‌زا مي باشند ضروري به نظر مي‌رسد.

لذا در عصر حاضر تمام توجهات به سمت مواد و كانيهايي است كه تاكنون مورد توجه نبوده و يا به دليل مشكلات فرآوري قابل استحصال نبوده‌اند.

با توجه به اين مطلب فلز آلومينيوم نيز از اين قاعده مستثني نبوده و نياز بشر به توليد واستحصال آن در سالهاي آتي بسيار مورد توجه مي‌باشد. در حال حاضر در صنعت آلومينيم جهان مهمترين منبع براي تأمين آلومينيوم كاني بوكسيت مي‌باشد.

هم‌اكنون مهمترين و بهترين گزينه‌ براي تأمين آلومينيوم بعد از بوكسيت، آلونيت مي‌باشد. كانيهاي ديگري نيز جهت توليد آلومينيوم مورد توجه قرار دارند كه از آن جمله مي‌توان به آنورتوزيت – نفلين- رسها و شيل اشاره كرد.

سميناري كه در حال مطالعه مي‌فرماييد بحث در مورد روشهاي موجود فرآوري كاني آلونيت در گذشته و حال مي‌باشد كه همراه با بحث در مورد رفتارهاي اختصاصي كاني آلونيت در شرايط مختلف شيميايي و حرارتي و مطالعه دقيق خواص اين كاني در محيطهاي اسيدي و قليايي مي‌باشد.

همچنين كاربردهاي مختلف آلونيت به غير از توليد آلومينا مانند استفاده به عنوان منعقد كننده ( كواگولان) و ( فلوگولانت) در بحث تصفيه آب (‌Water Treatment ) و داروسازي مورد بحث قرار گرفته است.

بحث در مورد مشكلات محيط زيستي و مشكلات موجود فرآوري اين كاني نيز از جمله مطالعات انجام گرفته در اين سمينار مي‌‌باشد. در پايان لازم مي‌دانم از استاد راهنماي درس سمينار جناب آقاي دكتر محمدمهدي سالاري‌راد و همچنين كمكها و راهنماييهاي استاد درس سمينار جناب آقاي مهندس ياوري كمال تشكر را بنمايم.

در آخر اميد است با تلاش و كوشش شبانه‌روزي متخصّصين و كارشناسان صنعت و معدن وابستگي عظيم درآمد كشور به نفت به مرور زمان كم شده و ما نيز همچون ساير كشورها در حفظ ذخاير و منابع ملّي خود براي آيندگان كوشاتر باشيم.

زمين شناسي و پراكندگي آلونيت در ايران و جهان

پيش درآمد :

آلونيت در جهان از قرن پانزدهم تا اواخر قرن حاضر بعنوان منبعي براي زاج و سولفات آلومينيوم مورد استفاده قرار گرفته است . از زمان شناخت و بكارگيري آلونيت در ايران تاريخ دقيقي در دسترس نيست اما ترديدي نيست كه سابقه طولاني داشته و چه بسا ايرانيان از پيش از قرن پانزدهم آن را مورد استفاده قرار مي دهند از اوايل قرن حاضر از بوكسيت و رس هم تا حدودي براي بدست آوردن زاج و سولفات آلومينيوم استفاده مي شود . آلونيت در طول اولين جنگ جهاني نقشي استراتژيك و حساس در استراليا و ايالات متحده امريكا در تهيه كود سولفات پتاسيم ايفا كرده است . ( ( Hall et al, 1983
1 ـ 1 ـ تركيب شيميايي و برخي خصوصيات كاني شناسي آلونيت

آلونيت خالص از نظر تئوري با فرمول داراي كه 05/13 ، درصد 37/11 درصد ، 92/36 درصد و 66/38 درصد مي باشد آناليز بعضي از بلورها ممكن است مشابه تركيب فوق باشد اما آلونيت طبيعي مقداري سديم دارد كه جانشين پتاسيم شده است. و در صورتيكه نسبت اتمي سديم به پتاسيم معادل يك يا بزرگتر از يك باشد كاني را ناترو آلونيت گويند. چنانچه نسبت اتمي سديم به پتاسيم بزرگتر از 1:3 مي باشد ممكن است به آن آلونيت سديك گويند اگر چه اين نام گاهي به غلط مترادف با ناترو آلونيت در نظر گرفته مي شود .

آلونيت از نظر بلورشناسي در سيستم هگزا گونال تبلور يافته و در حالت بلوري به صورت فيبري ولي اغلب در طبيعت به صورت متراكم يافت مي شود . سختي كاني خالص آن 5/3 تا 4 درمقياس موس و وزن مخصوص آن بين 6/2 تا 8/2 متغير است . رنگ اين كاني با توجه به ناخالصي هاي همراه آن نيز متغير است چنانكه در رنگهاي سفيد ، خاكستري ، صورتي ، متمايل به زرد و قهوه اي و حتي بنفش مشاهده مي شود .







2 ـ1 ـ موارد استفاده و پراكندگي آلونيت در جهان

در برخي كشورها آلونيت جهت توليد آلومين مورد استفاده قرار مي گيرد ، چنانكه در آذربايجان شوروي ( سابق ) كارخانه اي با ظرفيت توليد تقريباً 200 تن در روز آلومين برپاست كه از آلونيت ، آلومين استخراج مي شود ، از آنجا كه آلومين منبع با ارزشي براي آلومينيوم است ، آلونيت را مي توان كانسار آلومينيوم بشمار آورد . كود از محصولات فرعي آلونيت است در ايران آلونيت از قديم و بطور سنتي در توليد زاج مصرف مي شده است كه بكار رنگرزي و تصفيه خانه هاي آب و نفت مي آيد .

آلونيت در بسياري از كشورها وجود دارد البته بايد در نظر داشت كه انباشته هاي بزرگ و غني از آلونيت كه براي تاسيس كارخانه توليد آلومين يا كود مناسب باشد ، به طور نسبي ، كم است .

در دهه اخير انباشته هاي بزرگي از آلونيت در برخي از ايالات باختري آمريكا كشف شده كه مهمترين آن ها در جنوب باختر يوتا است ، ولي انباشته هاي آريزونا و كلرادو هم شايان توجه اند ، در نوادا و نيومكزيكو و به احتمال در مكزيك هم پتانسيل يا كانسارهايي از آلونيت با عيار بطور نسبي خوب وجود دارد .

به نظر مي رسد بزرگترين و بهترين انباشته هاي آلونيت از نظر گستردگي و عيار در جمهوري هاي شوروي ( سابق ) است ، كارخانه توليد آلومين در آذربايجان شوروي از توف هاي آلونيتي شده اواخر ژوراسيك نزديك ، زايليك (Zaglik ) چند كيلومتري شمال باختر داش كسن ( Dashkesan ) تغذيه مي شود و مقدار آلونيت سنگ ها حدود 40 درصد مي باشد در ديگر جمهوري هاي شوري ( سابق ) بيش از 80 ذخيره ديگر وجود دارد كه اين انباشته ها در قزاقستان ، ارمنستان ، ازبكستان ، قرقيزستان ، تاجيكستان ـ پراكنده است .

در قاره آسيا بويژه در چين انباشته خيلي بزرگ از سنگ هاي واجد آلونيت در ناحيه پين يانگ فانشن ( pinyang Fanshan ) ، در ژاپن ، جنوب كره ، تركيه و ديگر كشورها هم گزارش هايي در مورد آلونيت موجود است ولي اقتصادي بودن برخي از آنها هنوز نامشخص است . همچنين ذخاير يا منابع موجود در اسرائيل ( فلسطين اشغالي ) ، مصر ، مراكش ، تانزانيا ، نيجريه ، نيوزيلند ، و سوماترا و فيليپين مورد بررسي هاي دقيق قرار نگرفته است . در كشورهاي اروپايي مانند ايتاليا ، اسپانيا ، در جنوب امريكا ، جنوب مكزيك و استراليا هم انباشته هاي قابل توجهي از آلونيت موجود است .
3 ـ 1 ـ چگونگي رخداد

آلونيت به صورت عدسي ها و رگچه ها در داخل كانسارهاي رگه اي فلزات و نيز در داخل شكاف هاي سنگ هاي آذرين قليائي يافت مي شود ولي توده هاي بسيار بزرگ آن به طور معمول ،‌‌ در داخل توف ها و گدازه ها تشكيل مي گردد . در ايران هم از هر دو نوع وجود دارد ولي تنها آن دسته كه در اثر آلتراسيون با هر پديده ديگر در سنگ هاي ولكانيكي يا توفي بوجود آمده ، از نظر حجم و وسعت شايان توجه است .

انباشته آلونيت نوع جانشيني شباهت كمي با نمونه هاي موجود در موزه يا توصيف هاي موجود در متون و نشريه هاي كاني شناسي دارد . بطور نمونه آلونيت در سنگهاي آتشفشاني دانه ريز يا پورفيرهاي دانه درشت تر ساب ولكانيك و يا در سنگ هاي نفوذي كم ژرفا بر اثر آلتراسيون مي تواند بوجود آيد. سنگ دگرسان شده اساساً از كواتزهاي ميكرو كريستالين ، آلونيت و مقادير جزي هماتيت ، روتيل و آناتاز تشكيل شده است ، رسها و كانيهاي سيليسي غالباً از همراهان آلونيت در سنگ هاي آلتره شده مي باشد . حضور فراون همين همراهان در فرايند توليد آلومين مي تواند توليد اشكال نمايد .

تشخيص سنگ هاي آلونيت دار در روي زمين كار ساده اي نيست . سنگ هاي ولكانيكي دگرسان شده غني از آلونيت و كائولينيت ، سريسيت و ديگر كاني هاي دگرساني خيلي مشابهند ، اما چون وزن مخصوص آلونيت ( 82/2 ) كمي بيش از وزن مخصوص كوارتز و رسها است ، بطور معمول ، حضور مقدار زياد آلونيت در يك نمونه سنگ ولكانيك قابل تشخيص است .

آلونيت هايي كه بصورت رگه اي هستند معمولاً صورتي رنگند ولي رنگ كلاً معياري ضعيف در تشخيص سنگ هاي آلونيتي است . چون آلونيت در رنگهاي گوناگون مي تواند باشد . ( بطور معمول ، رنگارنگ يا داراي خطوط رنگيني است و يا به آهن آلوده شده است . رنگ زرد پرتقالي معمولاً نشانه حضور جاروسيت ( سولفات آهن آبدار مي باشد ) .

انباشته هاي مختلف آلونيت اندازه هاي متغيري دارد چنانكه از نودول ها يا عدسي هاي كوچك در حد سانتي متر و تا توده هاي بزرگ محتوي چندين ميليون تن سنگ دگرسان شده با 30 تا 40 درصد آلونيت در تغيير است . در رگه هاي درون زا (hypogene ) آلونيت به طور تقريب خالص مي تواند يافت گردد . Hall ( 1978 ، 1980 ) انباشته هاي آلونيت را در سه گروه مي گنجاند :

1 ـ آلونيت رگه اي ؛ 2 ـ آلونيت گرهكي ؛ 3 ـ آلونيت جانشيني ؛
1 ـ 3 ـ 1 ـ آلونيت هاي رگه اي

آلونيت در رگه ها يا خيلي ريز بلور و يا نهان بلور ( Cryptocrystaline ) است كه در اين حالت به رنگ سفيد و زرد مي باشد . چنانكه آلونيت در رگه در چهره بلورهاي درشت كه گاه طول آن ها به 10 تا 20 ميلي متر مي رسد پديدار شود ، صورتي رنگ است ( 1983 ، Hall et al ) . اگر چه در رگه هاي با عيار بالا ، به طور تقريب ، ‌آلونيت جانشيني قابل قبول براي بوكسيت خواهد بود ، اما كل منابع در دسترس و موجود در رگه ها كمتر از آن است كه سازندة اساس ماده اي خام در صنعت باشد .
2 ـ 3 ـ 1 ـ آلونيت هاي گرهكي در سنگ هاي رسي رسوبي

آلونيت يا ناتروآلونيت گرهكي و لايه ها ور گه هاي كم ضخامت نامند آن از نظر جغرافيايي بسيار متداول و گسترده اند ( هال ،‌ 1978 ) و در شيل ها ، شيست هاي ميكادار ، يا لايه هاي رسي يافت مي شوند ، به نظر مي رسد اين آلونيت ها به طور دياژنتيكي يا برون زايي ( Supergenic ) و در اثر عملكرد آب هاي زيرزميني اسيدي غني از سولفات ، در رسوبات آرژيلي سرشار از ميكا يا ايليتي بوجود آمده اند اكسيداسيون پيريت پراكنده در سنگ هاي رويي يا سنگ مجاور آن ، اسيد لازم را فراهم مي سازد ؛ پتاسيم از ايليت يا ميكا (مسكويت) موجود در رسوب ميزبان آلونيت است . خلوص گرهك هاي آلونيتي ممكن است به خلوص آلونيت هاي رگه اي نزديك باشد . ولي اين رخدادهاي رسوبي ، بيشتر ، محدود به لايه هاي كم ضخامت و ناممتدي است كه بطور معمول ، با كائولين مخلوط بوده ، و توده هاي آن قدر بزرگي را تشكيل نمي دهد كه به عنوان منبع آلومينيوم بهره برداري شوند .
3 ـ 3 ـ 1 ـ آلونيت جانشيني در سنگ هاي ولكانيكي و سنگ هاي نفوذي كم عمق

اين انباشته ها ابعاد بزرگ و ذخيره هاي قابل ملاحظه دارند و به طريقه روباز مي توانند استخراج شوند . اين گروه از انباشته ها بخش عمده منابع آلونيت را در امريكا و ساير نقاط جهان تشكيل مي دهند ، و به عنوان منبع اساسي هر طرح صنعتي آلومينيوم با بكارگيري آلونيت در نقش يك مادة‌ خام ، بهره برداري مي شوند اگر چه اين انباشته ها از نظر عيار در چنان گسترش و حجم بالاي ذخيره برخوردارند كه مي توان به طريقه روباز آن ها را استخراج نمود . در اين انباشته ها ميزان پتانسيل براي تغذية يك كارخانه آلومين با مقياس اقتصادي براي بيست سال يعني تا زمان مستهلك شدن كارخانه كافي است . (Hall et al, 1983)
4 ـ 1 ـ منطقه بندي انباشته هاي جانشيني

يكي از مشخصات انباشته هاي بزرگ آلونيت (آلونيت جانشيني ) حالت منطقه اي
( Zoning ) در آن ها است . زونينگ كاني شناختي مشخصه انباشته هاي بزرگ آلونيت نوع جانشيني در باختر ايالات متحده امريكا است . منطقه بندي يكسان يا بسيار مشابه نيز در متون زمين شناسي ديگر كشورها هم گزارش شده است .

به طور كلي چهار زون اصلي شناسايي شده است . مغزه يا پوشش سيليسي ، كوارتز آلونيت ، آرژيلي ، پروپيلتي .

مغزه يا پوشش سيليسي ( زون 1 ) مركزي و برجسته و مترفع است ، و زون كوارتز آلونيت ( زون 2 ) ، زون آرژيلي ( زون 3 ) و سرانجام زون پروپيليتي ( زون 4 ) در بيرون و به سمت پائين جانشين آن مي شود . ممكن است در سطح زمين اين چهار زون در جنب يا پهلوي يكديگر باشند ، همچنين به طور عمودي ، اگر چه عموماً براي آشكارشدگي ارتباط منطقه اي در ژرفا ، حفاري عميق ضروري است .

شرحي كه در ادامه خواهد آمد حالتي ايده آل را به نمايش مي گذارد و به ندرت در طبيعت رخ مي دهد . بيشتر انباشته هاي طبيعي نامنظم و ناهمگن اند و انكلاوهاي يك مجموعه منطقه بندي با ديگري احاطه مي شود . دگرساني ها ممكن است در هم داخل شود چنانكه يك زون يا چندين زون خيلي باريك و كم ضخامت مي شود و در هنگام بررسي و مشاهده سطحي و اتفاقي ، آشكار نمي شود فزون بر آن مرزهاي منطقه اي باريك و ظريف اند، نقشه برداري واقعي آن ها دشوار است و براساس اندازه گيري هاي پراش اشعه X پودر آن ها نقشه بطور دلخواه رسم مي شود . ويژگي هاي هر يك از چهار زون نامبرده در ادامه اشاره خواهد شد .
1 ـ 4 ـ 1 ـ زون سيليسي مغزه اي يا پوششي

در اين زون سنگ به شدت سيليسي شده و ممكن است شبيه چرت يا اپاليت باشد ،‌ و اگر در نزديكي سطح يا سطح زمين يافت شود ممكن است متخلخل مانند سينتر سيليسي باشد به طور معمول ، گوگرد طبيعي در خلل و فرج ها يا حفره ها پديدار است . به طور تيپيك ، كواتز فاز سيليسي غالب است . ولي كريستوباليت هم نامتداول نيست ، و سيليس بي شكل و تريديميت در شماري از مناطق تشخيص داده شده است . زون سيليسي را نشانگر مجرا يا منفذ اصلي براي ، مرحله نهايي دگرساني مي دانند ، كه در اثر سيالات گرمابي ( hydrothermal fluids ) بشدت اسيدي و گازهايي كه منشاء آتشفشاني دارند ، قلياها ، عناصر قليايي ، آلومينا ، و ديگر عناصر از سنگ هاي ولكانيك شسته و پس مانده سيليسي از آنها بر جاي مي ماند ، مقداري از سيليس هم از زون زيرين دگرساني آلونيتي به آن اضافه مي شود و ممكن است سيليس سنگ 90 درصد يا بيشتر باشد .
مراحل تهيه

آلونيت را 20 مش ( MESH ) ريز مي كنند .

در كوره تا 600 درجه و گاهي نيز بيشتر از 700 درجه حرارت داده مي شود تا آب موجود خارج شود . حرارت را نبايد در حدي باشد كه سولفات هاي آلونيت تجزيه شود و گازهاي سولفوره از آن خارج شوند .

چون از اين گازها بايد در مراحل بعدي استفاده كرد .

سپس آلونيت كلسينه شده را تحت تأثير محلول اسيد سولفوريك و سولفات پتاسيم قرار مي دهند تا حل شود محتوي آلومينيوم و پتاسيم موجود در كانه به سولفات مضاعف آلومينيوم و پتاسيم تبديل مي شود . مزيت اين انحلال در انحلال هر گونه آهن در مرحلة اول مي باشد ديگر ناخالصي هاي نيز در مقابل اسيد مقاومت كرده و نامحلول مي ماند .

عمل بعدي كريستاليزه كردن سولفات مضاعف آلومينيوم و پتاسيم به صورت زاج و جدا كرده آن از محلول مادر ( Mother Liqour ) است .

در عمل كريستاليزه كردن با كمك محلولهاي حاصل از شستشوي مواد باقيمانده از تيكنرها مي تواند كريستالي كردن را تقويت نمايد . براي جلوگيري از افزايش آهن در زاج محلول را قبل از كريستاليزه كردن تحت تأثيز گاز قرار مي دهند . و بدين ترتيب آهن فريك III در محلول به آهن II تبديل شده و پس از كريستالزه كردن املاح فرو ( Fero ) در محلول باقي مي ماند .

بلورهاي زاج را كه بدين ترتيب بدست آمد ، تكليس شده تا به آلومينا گازهاي و و سولفات پتاسيم تجزيه شود . گازها را براي تهيه اسيد سولفوريك مورد استفاده قرار مي دهند و با شستشوي مخلوط سولفات پتاسيم آلومينا سولفات را به صورت محلول از اكسيد آلومينيوم جدا مي كنند . اين روش مراحل زيادي دارد و در مقياس صنعتي در آمريكا براي توليد آلومينا بدون استفاده از بوكسيت اقتصادي است . براي اين روش احتياج زيادي به فراهم آوردن سوخت جهت كلسينه كردن و‌ آب براي شستشو مي باشد .
3 ـ‌ روش ‌Mc Cullough ( تأثير محلولهاي اسيدي) :

در اين روش نيز از آلونيتهاي يوتا استفاده شده ليكن برخلاف روشهاي ديگر هدف اين است كه در مرحله اول اكسيد AL با عيار بالا را بازبيني كرده و سپس در مرحله دوم پتاسيم را از سولفات پتاسيم استخراج كرد . در ابتدا آلونيت را خرد كرد و كلسينه مي كنند سپس در مخزن واكنشي با اسيد سولفوريك حل مي كنند . محلول را فيلتر كرده و سيليس (si ) غير قابل حل را خارج مي كنند .

4 ـ محلول فرآوري شده را با هيدروكسيد پتاسيم كه از مرحله ديگر فرآيند آورده مي شود مخلوط كرده و مجدداً فيلتر مي كنيم در اولين فيلتراسيون هيدروكسيد آهن نامحلول خارج شده و محلول فرآوري شده را اين بار تحت تاثير اسيد سولفوريك قرار مي دهيم و سپس براي سومين بار محلول را فيلتر كرد . و محلول پتاسيم سولفات را به الكتروليز فرستاده و باقيمانده هيدروكسيد آلومينيوم است كه شسته شده و كلسينه مي گردد تا را براي سلول هاي احيا آماده كند .
5 ـ روش آلومت ( Alumet ) :

شركت Earth science از اواسط دهة 1960 بررسيهايي را براي توليد آلومينا از مواد آلومنيوم دار غير بوكسيتي شروع كرد .

شركتي بنام آلومت در گلدن كلرادو براي ادامه بررسيهاي و تبديل آلونيت به آلومينا تشكيل شد . اين كارخانه در ابتدا در سال 1974 يك كارخانة پايلوت به ظرفيت نيم تن آلونيت در ساعت در شهر گلدن كلرادو ـ كار انداخت و تا پايان سال 1976 روشهاي زير را در مقياس آزمايشگاهي و پايلوت ارائه كرده است .
روش(1974) D. Stevenes

در اين روش ابتدا آلونيت خرد و حرارت داده مي شود و سپس آنرا در يك محيط احياءكننده حرارت مي دهند تا مقداري از گوگرد موجود در كاني مربوط به سولفات آلومينيوم به صورت SO2 خارج شود پس از عمل احيا سنگ را در يك كورة ديگر و در محيط اكسيد كننده حرارت مي دهند تا احياناً اگر در مدت احيا مقداري گوگرد توليد شده آنرا اكسيد كرده ، بصورت SO2 خارج كنند براي اكسيد كردن مي توان از هوا و يا اكسيژن استفاده كرد . عمل فوق يعني گرفتن آب مولكولي احياء اكسيد كردن در درجه حرارت بين 850 ـ 400 انجام مي گيرد . SO2 حاصل از عمليات فوق را براي توليد SO2 مايع و يا اسيد سولفوريك بكار مي گيرند محصول خارج شده از كوره سوم ( كوره اكسيد كردن ) را با آب مي شويند و سپس مايع را از مواد جامد جدا مي كنند .

محلول جدا شده شامل سولفات پتاسيم است كه به كريستاليزاتور فرستاده مي شود . به مواد جامد كه مخلوطي از اكسيد آلومينيوم و مواد باطله است مخلوطي از هيدروكسيدهاي قليايي كه غلظت سود در آن بصورت كربنات سديم gr/lit 300 اثر مي دهند . انحلال در فشار معمولي و در درجه حرارت 80 تا 110 درجه صورت مي گيرد و انحلال بين 65 دقيقه تا 2 ساعت طول مي كشد سپس مايع را كه شامل آلومينات قليايي است از مواد جامد و يا باطله جدا مي كنند . در محلول آلومينات بدست آمده . مقداري سيليس بصورت محلول وجود دارد كه با حرارت يا به كمك بلورهاي آلوموسيليكات سديم آنرا سيليس زدايي مي كنند . عمل سيليس زدايي هر گاه در فشار معمولي و درجه حرارت 90 انجام شود يك ساعت بطور مي انجامد .

و هر گاه با فشار بالاتر در درجه حرارت 200 انجام شود . 15 دقيقه طول مي كشد محلول آلومينات عاري از سيليس را خنك كرده و به آن مقداري بلور هيدرات آلومينيوم مي افزايد تا آلومينيوم موجود در آن بصورت هيدروكسيد آلومينيوم ته نشين شود با جدا كردن هيدرات فوق و تكليس آن اكسيد آلومينيوم حاصل مي شود .

روش دومي هم Stevense در 1974 ارائه كرد كه مشابه روش قبلي بود . ولي در آنجا در ابتدا به محصول كوره يك باز ضعيف مانند هيدرات آلومينيوم( PH 12 تا 8 ) و غلظت 5/12 تا 32 گرم آمونياك آزاد در هر ليتر محلول در درجه حرارت 100 اثر مي دهند و نتيجة اين عمل تشكيل سولفات آمونيوم و پتاسيم محلول و تبديل آلومينيوم به هيدرات غير محلول است .
روش C.j. Hartman

اين طريقه در سال 1970 بوسيله شركت آلومت ارائه شد .

در اين روش نيز پس از خرد كردن و حرات دادن آلونيت دنبالة عمل به دو طريق انجام مي گيرد .

1 ـ احيا آلونيت با استفاده از احيا كننده اي شناخته شده مثل CO ، هيدروژن و يا مخلوطي از اين دو و سپس اكسيد كردن آن به منظور خارج كردن گوگرد باقيمانده و بعد از آن عمل حل كردن با آب و يا يك باز قليايي مانند پتاس و تبديل سولفات آلومينيوم به سولفات قليايي .

2 ـ آلونيت حرارت داده شده را مستقيماً تحت تأثير يكباز قليايي مثل هيدروكسيد آمونيوم و يا پتاس قرار مي دهند تا سولفات آلومينوم به سولفات قليايي تبديل شود پس از حل كردن مايع را كه شامل سولفات پتاسيم است از مواد جدا مي كنند ( مرحلة اول ) مواد جامد را در سود حل مي كنند و سپس مايع را كه شامل آلومينات سديم است از مواد جامد ( باطله ) جدا مي سازند ( مرحلة 2 ) محلول آلومينات سديم را كه داراي مقداري سيليس بصورت محلول است را سيليس زدايي مي كنند و اين كار در مراحل قبلي توضيح داده شده است . از اين محلول در واحد مبدل يوني براي تهيه پتاس از سولفات پتاسيم بدست آمده در عمل حل كردن آلونيت حرارت داده شده استفاده مي شود محلول آلومينات سديم تصفيه شده را خنك مي كنند و مقداري بلور ALOH3 به آن مي افزايند تا هيدرات آلومينيوم را ته نشين نمايد . هيدرات را از محلول جدا مي كنند و با كلسينه كردن آن اكسيد آلومينيوم بدست مي آورند . محلول جدا شده از هيدرات آلومينيوم را كه شامل سودسوزآور است به 2 جريان تقسيم مي كنند . قسمت اصلي پس از تغليظ براي انحلال آلونيت فرستاده مي شود و بقيه را براي تهية پتاس مورد نياز در قسمت حل كننده به واحد مبدل يوني مي فرستند مايع جدا شده در مرحلة اول جدا كردن را كه شامل سولفات پتاسيم است به كريستاليزه مي فرستند تا سولفات پتاسيم را كريستالي كرد . و از محلول جدا كنند .

اين محلول به 2 جريان تقسيم مي شود قسمتي به واحد حل كننده و قسمتي را براي تهيه پتاس مورد نياز واحد حل كننده به واحد مبدل يوني فرستاده مي شود . واحد مبدل از ستوني از آلوموسيليكات سديم تشكيل شده است . با عبور جريان شامل كه از كريستاليزاتور گرفته مي شود يونهاي سديم آلوموسيلكات جانشين يونهاي پتاسيم به سولفات پتاسيم شده و بدين ترتيب آلوموسيلكات پتاسيم سولفات سديم بدست مي آيد .

سولفات سديم را خارج كرده و از داخل ستون آلوموسيلكات پتاسيم جرياني شامل سود سوزآور كه از قسمت رسوب كننده هيدرات آلومينيوم بدست مي آيد عبور مي كند و با تعويض يوني سديم سود پتاسيم آلوموسيليكات انجام مي گيرد و آلوموسيليكات سديم و محلول پتاس بدست مي آيد . محلول پتاس بدست آمده را به واحد حل كننده مي فرستند تا مورد استفاده قرار گيرد .

مطالعات اقتصادي نشان مي دهد كه هر گاه براي فرآوردهاي جنبي بازار فروش وجود داشته باشد بهاي توليد هر تن آلومينهاي بدست آمده از آلونيت كمتر از بهاي هر تن آلوميناي بدست آمده از بوكسيت است .
مطالب اين فصل از منابع شمارة‌ 2 و 3 استفاده شده است.




رفتار گرمايي آلونيت با تركيبات همراه

در حال حاضر در اكثر كشورهاي جهان و در آزمايشگاههاي فرآوري مواد بحث رفتار ترموديناميكي كانيها بسيار مورد توجه است . امكان و قابليت فرآوري هر ماده و تركيبي بدون توجه به خواص فيزيكي و شيميايي آن امكان پذير نيست .

بنابراين خواص گرمايي كانيها نيز از اين امر مستثني نيست و تحقيق و پژوهش در اين زمينه كمك شاياني به ابداع و كشف راهكارهاي جديد در مورد استحصال عناصر از كانيها مي كند .

گفتاري كه در ذيل مي آيد بررسي رفتار گرمايي كاني آلونيت در دماهاي مختلف مي باشد كه همراه با كانيها و تركيبات همراه بررسي شده است . همانطور كه مي دانيم آلونيت داراي تركيبي به فرمول مي باشد كه جزئيات تركيب آن قبلاً اشاره شده است .

با توجه به فرمول آلونيت اين نكته قابل توجه خواهد بود كه موجود در آلونيت به همراه عمليات حرارتي كه در اكثر فرآيندهاي شيميايي و فرآوري آلونيت مورد استفاده قرار مي گيرد تبديل به گشته و خطرات و مشكلات فراواني را براي محيط زيست و طبيعت ايجاد كرد . و باعث خورده شدن كوره و از بين رفتن تاسيسات فرآوري و حرارتي مي شود .

بديهي است مطالعه نحوة رفتار گرمايي آلونيت با تركيبات همراهي مانند مي تواند در حل مشكلات حرارت دهي و تكليس آلونيت كمك شاياني به ما دهد .

همانطور كه در روشهاي فرآوري آلونيت مشاهده خواهيم كرد محصول حرارت دهي آلونيت با تركيبات باعث تشكيل بعنوان محصولات اصلي در دماهاي 700 تا 800 درجه سانتيگراد مي گردد و تركيبات گوگرد دار نيز به عنوان محصولات فرعي توليد مي شوند كه اين محصولات باعث مصرف گشته و مانع از آن مي گردند كه موجود در آلونيت از سنگ كاني آزاد شود .
رفتار گرمايي تركيبات سنگ كاني آلونيت همراه با
خلاصه

رفتار گرمايي تركيبات آلونيت . آلونيت و آلونيت مطالعه گرديده است تجزيه تحليل DTA به همراه XRD امكان ارزيابي و اكنش هاي اصلي اين تركيبات را فراهم مي كند كه در زمان قرار گرفتن تركيبات در حرارت زياد تا حدود 1000 به وقوع مي پيوندد .

فرآورده هاي اصلي اين حرارت دادن زياد عبارتند از و ديگر تركيبات گوگرددار و آلومينات هايي هستند كه به دست آمده از آلونيت را حفظ مي كنند . اين محصولات در درجه حرارت بين 700 و 800 درجة سانتيگراد شكل مي گيرند . هدف از اين كار ارزيابي كردن امكان استفاده از فرآيند گرمايي در مورد برخي رسوبات خاك چيني بود كه استخراج آن در حال حاضر غير ممكن است ، به اين دليل كه آلوده به آلونيت هستند .اين نوع مواد كاني در زمان تلاش براي استفاده از اين خاك هاي چيني سبب بروز مشكلات زيادي مي شوند ، زيرا مشتقات را از بين مي برند و سبب خورده شدن كوره مي شوند و براي محيط زيست مضر هستند .

را كه با قرار دادن تركيبات معرفي شده در معرض حرارت زياد توليد مي شوند ، مي توان به ترتيب با آب و HCL رقيق ليچ كرد به طوريكه تركيب قبلي مي تواند بعنوان كود مورد مصرف قرار بگيرد . ته ماندة ‌حاصل از ليچينگ كردن اين مواد را با محتواي گوگرد كاهش يافته اش مي توان در صنعت سراميك سازي و ساختمان سازي به كار گرفت .


3 ـ نتايج تجربي و بحث دربارة آنها :
1 ـ 3 : دماي بهينه شدة كلسينه شدن :

نمونه هاي آلونيت در دماي 600 تا 900 درجه سانتيگراد به مدت 45 ـ‌15 دقيقه كلسينه شدند ، همانطور يك در جدول 5 ـ 3 نشان داده شده است در آزمايشهاي شيشة دهانه گشاد با محصولات كلسينه شده ، از آب مصنوعي با يك ناخالصي FTU 20 و با يك قليايي 100 ميلي گرم بر ليتر استفاده گرديد . نتايج آزمايش در جداول 5 ـ 3 نشان داده شده است . نتايج به دست آمده در تصوير 1 تا 5 نشان داده شده اند . با بررسي جداول بالا مي توان ديد كه افزايش زمان كليسنه شدن اثر خيلي كمي بر منعقد شدن دارد . به همين دليل پذيرفته شده است كه زمان مفيد كلسينه شدن 15 دقيقه است به عبارت ديگر دماي بهينه 850 شناخته شد .

جدول 3 ـ اثر دماي كليسنه شدن آلونيت روي آزمايشهاي شيشة دهانه گشاد (زمان كلسينه شدن 15 دقيقه است) ناخالصي FTU

جدول 2 ـ تركيب سولفات آلومينيوم استفاده شده در آزمايشها بر مبناي وزن

2 - 3 قابليت حل شدن آلونيت كلسينه شده در آزمايشهاي شيشة‌ دهانه گشاد : اينطور ثابت شده است كه قابليت حل در آب آلونيت Saphane كلسينه شده در750 در حد ماكزيمم است . ولي در اين بررسي نتيجة بهينه در آزمايشهاي شيشة‌ دهانه گشاد با آلونيت كلسينه شده در 850 به دست آمده است . قابليت حل شدن آلونيت كلسينه شده در آب ، تحت شرايط منعقد شوندگي به اين منظور مورد بررسي قرار گرفت كه تفاوت ها حذف گردد . يك نمونة‌1 گرمي از آلونيت كلسينه شده در دماي نشان داده شده در بالا گرفته شد كه در آب تقطير شده تحت 15 دقيقه شرايط آزمايش و شسته شده در محلول مورد بررسي قرار گرفت . نتايج به دست آمده از آزمايشها در جدول 6 و تصوير 6 نشان داده شده است . همانطور كه در تصوير 6 نشان داده شده است آلونيت كلسينه شده در دماي 850 ماكزيمم مقدار سولفات آلومينيوم را مي دهد . و اين نتيجة به دست آمده از آزمايش شيشه دهانه گشاد را كه در تصوير 4 نشان داده شده است . تاييد مي كند .
3 ـ 3 : آلونيت كلسينه شده بعنوان يك كمك منعقد كننده

در اين بررسي استفاده از آلونيت كلسينه شده بعنوان يك كمك منعقد كننده مورد بررسي قرار گرفته است . بعد از افزودن سولفات آلومينيوم به آب مصنوعي كه ناخالصي FTU33 دارند ، خاك رس براي ناخالصي و 140 ميلي گرم قليايي ، آلونيت كلسينه شده در دماي 850 به مدت 15 دقيقه بعنوان پودر به آن افزوده شد .

جدول 5 : اثر دماي كلسينه شدن آلونيت روي آزمايشهاي شيشة دهانه گشاد (زمان كلسينه شده 45 دقيقه است.)

جدول 4 ـ اثر دماي كلسينه شدن آلونيت در آزمايشهاي شيشة دهانه گشاد (زمان كلسينه شدن 30 دقيقه است.)

تصوير 2 ـ اثرات دوز آلونيت و زمانهاي كلسينه شدن روي ناخالصي ( دماي كلسينه شدن 700 ).

تصوير 1 ـ اثرات دوز آلونيت و زمانهاي كلسينه شدن روي ناخالصي ( دماي كلسينه شدن 600 ).

تصوير 4 ـ دوز آلونيت و زمان كلسينه شدن روي ناخالصي (دماي كلسينه شدن 850).

مقادير آلونيت در سه مقدار ثابت و مختلف نگه داشته شد يعني 100 ، 200 و 300 ميليگرم بر ليتر مقدار آلونيت محدود به 300 ميلي گرم بر ليتر بود به اين دليل كه حجم رسوب را افزايش مي دهد . ويژگي هاي انعقاد و انعقاد پذيري آلونيت كلسينه شده نيز در همان آب مصنوعي مورد بررسي قرار گرفت و از اين رو دوز بهينة‌ آلونيت شناخته شده .

زمان تركيب 15 و 30 دقيقه در اين بررسي انتخاب شده به اين طريق اثر هر مقدار روي دوز بهينه مشاهده شد مقادير به دست آمده در جدول 7 و در نمودارها براي 30 دقيقه به همراه منحني هاي ديگر در تصوير 7 نشان داده شده است .

تصوير 5 ـ اثر دوز آلونيت و زمانهاي كلسينه شدن روي ناخالصي (دماي كلسينه شدن 900 )

همانطور كه در جدول 7 مشاهده مي شود ، زمان تركيب توسط دوز بهينة‌آلونيت تحت تأثير قرار مي گيرد . اگر ناخالصي براي دوز بهينه شده FTU 0/2 در نظر گرفته شود ، دوزهاي بهينة آلونيت براي دوره هاي 15 دقيقة ‌تركيب به ترتيب 5000 و 3000 ميليگرم بر ليتر آلونيت كلسينه شده تشخيص داده شده است .
شرايط بهينه براي ليچينگ سنگ كاني كلسينة آلونيت در NaoH قوي

روش پيشنهادي مؤلف براي فرآوري آلونيت در ايران

خلاصه ـ انحلال كاني آلونيت كلسينه شده در محلول Naoh در دماهاي بين 295 تا 383 كلوين مورد بررسي قرار گرفته است . اثرات زمان و دماي كلسيناسيون ، زمان واكنش و دما ، اندازة ذره و نسبت جامد به مايع تحت بررسي قرار گرفت . نتايج تجربي نشان داد كه تحت شرايط بهينه شدة شستشو ، استخراج آلومينيوم مي تواند به بيش از 93 درصد برسد . ثابت سرعت نشان مي دهد كه اين فرآيند شسته شدن با استفاده از يك انتشار به دست آمده است كه از ميان قشر محصول جامد با الگوي هسته اي كوچك شده و كنترل شده صورت گرفته است و نتايج خوبي به دست آمده است . انرژي فعال سازي فعلي براي حلاليت معادل 29/18 كيلو ژول كنترل شده صورت گرفته است و نتايج خوبي به دست آمده است . انرژي فعال سازي فعلي براي حلاليت معادل 29/18 كيلو ژول مول به توان منفي 1 است .
نامگذاري

C : غلظت اشباع هيدروكسيد سديم [KmoIm-3]

Kobs : ثابت سرعت واكنش مشاهده شده

Ro : شعاع اولية ذرة جامد[m]

T : زمان و اكنش [s]

X : ذرة‌ آلومينيوم استخراج شده

D: ضريب انتشار از ميان لايه

R : ضريب برگشت

T : دما [K]

V: حجم مولي جامد

B : ضريب موازنة جرم در واكنشهاي شيميايي
مقدمه :

آلونيت يكي از سنگهاي معدني از گروه ژاروزيت مي باشد . اين ماده بر مبناي پتاسيم ـ زاج است و در بلورهاي لوز وجهي قرار مي گيرد . سنگهاي معدني گروه آلونيت ـ ژاروزيت فرمول كلي دارد و آلونيت خالص فرمول دارد . آلونيت در آب ، اسيدهاو بازها حل نمي شود مگر آنكه كلسينه شده باشند . آلونيت درواكنش تجزية گرمايي ومحصولاتي چون ، و مي دهد زمانيكه دردماي k 1023 ـ 973 كلسينه شود . مشخص شده كه در سنگهاي دگرگون شده و در منطقة اكسيد شدگي شكل مي گيرند . آلونيت زماني مي تواند شكل بگيرد كه سنگهاي آتشفشاني در حضور كانيهاي از نظر گرمايي تغيير يابند . به اين دليل است كه 50-10 درصد در سنگ كاني آلونيت موجود معدني پيشنهاد شده شامل شستشوي كاني كلسينه توسط مواد سوزآور است براي اينكه پتاسيم و آلومينيوم در محلول قليايي مواد حل نشدة ديگر بار و كردن از صافي و يا وسايل استخراج ديگر جداسازي مي شوند . در هر يك از اين فرآيندها محتواي پتاسيم در كاني آلونيت در شستشوي اوليه استخراج مي شود . در چنين روشهايي مواد ته نشين شدة حاصل از شستشو كه محتوي آلومين است در يك چرخة بصورتي از نوع باير براي بازيافت عيار بالاي آلومين افزوده مي شود يعني داخل محلول NaoH يا تركيبي از NaoH و KoH ليچينگ شود. اينطور شناخته شده است كه مقادير عمده اي از سيليس در كاني وجود دارد و ته نشين شدن سيليكاتهاي آلومينيومي قليايي غير قابل حل مي تواند در آن رخ بدهد. ] 7 [

NaoH مي تواند 44/93 درصد و 17/91 درصد را از آلونيت كلسينه شده درk873 شستشو دهد و KOH نيز مي تواند دراين دما 4/83 درصد و 29/91 درصد را شستشو دهد. ] 8 [ هدف از اين تحقيق بررسي اصولي اهميت پارامترهاي جنبشي در شستشوي آلونيت با محلول هاي Naoh در فشار محيط مي باشد . جنبشي بودن واكنش ليچينگ تحت شرايط ثابت دما و زمان كلسينه شدن غلظت Naoh ، اندازة‌ ذره و نسبت جامد به مايع مورد بررسي قرار گرفت. سنگ كاني آلونيت كلسينه شده در دما و زمانهاي مختلف واكنش شستشو داده شد .
روش تجربي :

سنگ كاني آلونيت در اين آزمايشها آسياب 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 سرندهاي استاندارد Astm به دست بيايد . نتايج تجزية سنگ كاني آلونيت قبل از كلسينه شدن در تصوير 1 آمده است . در اين بررسي ، به اندازة ذره قبل از كلسينه شدن پرداخته شده است . تمامي مواد شيميايي استفاده شده در آزمايش شستشو و در تجزيه از شركت Merck chemical co به دست آمده بود .

اجزاي در سنگ كاني آلونيت به روش ثقل سنجي تجزيه گرديده است . ،Cao و mgo توسط EDTA جهت سنجش تركيبات تجزيه شدند و K2o به وسيلة Flame photometry تجزيه و بررسي گرديد . تركيب شيميايي سنگ كاني آلونيت قبل از كلسينه شدن در جدول 1 آمده است . ولي به خاطر آبگيري سنگ كاني ، تركيبش تغيير مي يابد . تركيب كلسينه شده در جدول 2 آمده است . محاسبات بر اساس تركيب جدول 2 است . كلسينه شدن در هواي يك كورة‌ موفل ( بي شعله ) انجام شد . سرعت گرم شدن min /k 10 بود . تمامي آزمايشات به طـور جداگانه انجام شدند .

آزمايشات ليچينگ در يك رآكتور ضد زنگ در دماي ثابت با خطاي k5±و يك همزن بخاري – مغناطيسي و يك مبرد برگشتي انجام گرفت . در هر مرحله مقادير متعددي از نمونه به اضافة 200 سي سي از محلول NaoH 9 مولار در دماي مورد نياز در رآكتور قرار داده مي شد . سرعت همزن rpm 900 (دور در دقيقه) بود . در پايان هر دو رآكتور در آب سرد فرو برده شد و بعد از سرد شدن ، محتويات رآكتور از صافي عبورداده شد . مقدار آلومينيوم حل شده با تركيب سنجي بوسيلة EDTA بررسي مي شود