Оқулық құралы Павлодар (075. 8) Ббк 34. 33 я73 м 27 С. Торайғыров атындағы пму ғылыми кеңесі ұсынған

К.Б. Масенов

Павлодар
УДК 669.71(075.8)

ББК 34.33 я73

М 27
С. Торайғыров атындағы ПМУ ғылыми кеңесі ұсынған

М.М.Сүйіндіков - техника ғылымдарының кандидаты, профессор

М27 Масенов К.Б.

Алюминий тотығының өндірісі. – Павлодар, С. Торайғыров

атындағы ПМУ, 2007. – 106 б.

Бұл оқулық құралы жалпы Қазақстандағы алюминий өндірісі жайлы тұңғыш мемлекеттік тілімізде жазылған оқулық болып табылады.

Оқулықта жалпы классикалық алюминий тотығының технологиясы қарастырылып қана қоймай, қазіргі таңдағы “Қазақстан алюминиі” Акционерлік Қоғамының “Байер - күйежентектелу” сұлбасының соңғы жылдардағы технологиялық жаңа өзгерістері қоса қарастырылған. Сапасы төмен бокситтердің құрамындағы темір құмдарын жаңа “Тік аппараттарда” тазалау технологиясы және кальциндеу пештеріне қолданылатын бағасы қымбат мазуттың орынына қолданғалы жүрген газ генераторында таскөмірді газдандыру әдістеріде қарастырылған.

ISBN 9965-583-11-0

© Масенов К.Б., 2007

© С.Торайғыров атындағы Павлодар

мемлекеттiк университетi, 2007

Кіріспе
Әуелде Павлодар алюминий зауыты болып ашылып, соңынан аты өзгерген «Қазақстан Алюминиі» Акционерлік қоғамы қазіргі таңда әлемнің алюминий тотығын өндіретін алдыңғы қатарлы он өнеркәсіптің ішіне кіреді.

Әлемдік тәжірибеде Павлодар алюминий зауытында (ПАЗ) алғаш рет құрамында кремний мен темірі көп бокситті өңдеуге болатын маңызды технологиялық проблема өз шешуін тапты.

Қазақстандағы боксит сапасы жағынан шетелде боксит тәріздес саз ретінде саналады. Өйткені Қазақстан бокситінің құрамында көптеген зиянды қоспалар бар: олар органикалық қосылыстар, карбонаттар, кремнезем, хлор қосындылары.

Аталған зиянды қоспалар технологияның әр саласының жұмысын ауырлатып, көп шығынға ұшыратады.

Сондықтан мұндай төменгі сапалы бокситті ПАЗ-да бүгінде Байер –күйежентектелу жүйелі технологиялық тізбегі арқылы өңдеп, жоғарғы техника-экономикалық көрсеткіштерге жетіп отыр.

Бұл көрсеткіштер тек байырғы өндірістің химия-технологиясына өзгерістер енгізіп, инновациялық енгізулермен жоғарғы сапалы бұрын алюминий тотығы өндірісінде қолданылмаған аппараттарды қосудың арқасында жүзеге асып отыр.

Бокситтің қоры еліміздің аймағында әсіресе солтүстік және солтүстік-батысында жеткілікті. Сондықтан төменгі сапалы бокситтен жоғарғы сапалы әлемдік бәсекеге түсе алатын алюминий тотығын өндіріп шығару республикамыздың алюминий өндірісінде үлкен жол ашып қана қоймай, қоршаған ортаны қорғауға және жоғары экономикалық табыстарға жеткізетініне кәміл сенемін.

Жоғарғы сапалы алюминий тотығы Қазақстандағы салынып жатқан тұңғыш электролиз зауытына жіберілетін шикізат.

Торғай боксит кенорыны басқармасы 1963 жылдан бастап жұмыс істейді. Сол жылдардан бері ПАЗ-ға 70 миллион тоннадан астам боксит өндіріліп жіберілді. Аталмыш кенорын құрамына сегіз бокситті кенорындры кіреді. Ең ірілері Жоғарғы және төменгі Ашут кенорындары.

Қазіргі таңда кенорында жылына 700 мың тонна боксит өндіріледі, сонымен қатар Торғай боксит кенорыны Ресей зауыттарына оттөзімді саз жібереді.

Краснооктябрь боксит кенорыны басқармасы 1950 жылдан бері жұмыс істейді және оның құрамына онекі бокситті кенорын кіреді. Солардың ішінде Қазақстандағы ең ірі кенорындардың бірі болып саналатын Красногор кенорыны.

Красногор кенорынан бокситті 1998 жылдан бері молынан өндіріп жылына 1,7 миллион тоннаға дейін жеткізіп отыр. Бұл ПАЗ-ғы технологияны төменгі сапалы боситті өндіруге ыңғайлағанның нәтижесінде мүмкін болып отыр.

Бүгінде Краснооктябрь боксит кенорыны басқармасы жылына төрт миллион тоннадан астам босит өндіреді.

Геологтардың бағалаулары бойынша бұл кенорындағы бокситтің қоры 50-60 жылға жетеді.

Барлық босит өндіретін кенорындар (Аят, Белин, Красногор және Шығыс Аят) жер қыртыстарында орналасуы құрылыстары жалпы ұқсас болып келеді.

Аят кенорыны 1971 жылдан бастап боксит өндіреді. Геологиялық есептеу бойынша мұнда бокситтың 12 миллионн тоннаға жуық қоры қалды.

Белин кенорыны 1979 жылдан бері кен өндіреді, бұл жерде бокситтың 28 миллион тоннаға жететін қоры бар. Ал Красногор кенорынында бокситтың қоры геологиялық бағалау бойынша 200 миллион тоннадан асады. 1990 жылдардың аяғына дейін құрамы жағынан сапасы төмен болғандықтан ПАЗ- да классикалық технология мен алюминий тотығын өндіруге бұл бокситтің керегі шамалы болды.

Ал 1994 жылы ПАЗ-ға арналған жоба бойынша қолданылатын бокситтың қоры шамамен 6-7 жылға жететіндей ғана қалған болатын. Сол кезде шынымен зауытты тоқтату қауіпі төнген еді. Бұл шамамен 12 мың адам далада қалып, обылыс және республика бюджеттері қомақты қаржыдан айырылып, республикаға экономикалық құлдырау қауіпі төнген еді.

Бұл кенорынының төменгі сапалы бокситті өңдей алатын үлкен табыстарға жетіп, зауыттың өмірін кем дегенде 60-70 жылға ұзартып отыр.

Геологиялық зерттеулердің нәтижесінде Краснооктябрь кенорынындағы бокситтердің құрамында органикалық көміртегі көп екені анықталды. Бұл лигнит қосылыстары.

Егер өндірілетін бокситтің құрамында органикалық лигнит 0,8% асатын болса өндірілетін өнімнің сапасына да, көлеміне де кері әсер етіп, глинозем өндірісінің өзіндік құнын өсіреді және технологияға кері әсерін тигізеді. Сондықтан да қазба кезінде лигнит қосындыларын арнайы жерлерге бөлек жинайды (Лигнит қоспаларын өндіріске енгізу тақырыбы жайлы кейінірек айтылады).

Сонымен Қазақстан алюминий тотығы өндірісінде негізгі шикізат орындары Торғай және Краснооктябрь кенорындары болып табылады. Торғайдағы бокситтың қоры біткен кезде алюминий тотығы кәсіпорны ешбір қиындықсыз, толығымен алюминий тотығын Краснооктябрь кенорынынан өндіретін болады.

Қазіргі кезде алюминий тотығын тек бокситтен ғана өндіріп келеді, ал алюминий тотығын бокситтен басқа құрамында алюминий оксиді бар заттардан алуға болатыны бізге белгілі.

Геологиялық барлау жұмыстарының нәтижесінде Қазақстанның аймағында әртүрлі алюминий шикізаттары табылды. Олар бокситпен қатар нефелинді сиениттер,алуниттер, саз-ақсаз, металлургиялық домна қождары және тас көмірдің қалдық күлдері.

Аталмаш заттардың қоры республикамыздың аймағында өте көп.

Алюминий шикізатының негізгі түрлеріне тоқталып өтейік.

Боксит деген не нәрсе? Бұл құрамында негізінен алюминий оксиді, кремний, темір оксидтері және басқа металлдар бар тау жынысы. Боксит деген атау француздың Бо (Баих) қаласынан алынған сөз, алғаш рет 1821 жылы табылды.

Сыртқы түсі бокситтің әртүрлі болып келгенімен көбінесе қызғылт түсті қатты өнім және жиі-жиі ақ, сары, жасыл түсті бокситтер де кездесіп отырады.

Қызыл түсті болып келетін себебі бокситтің құрамында темір оксидінің көп екендігін көрсетеді, темірдің құрамы аз болса бокситтің түсі сұрғылт немесе ақшыл болып келеді.

Бокситтің құрамында алюминий тотығы, яғни алюминий оксиді қаншалықты көп болып, ал кремний қосылыстары аз болатын болса ол соншалықты сапалы боксит болып есептеледі. Бұл екі компоненттің массалық қатынастары кремнилік модулі арқылы көрсетіледі

– гидраргиллит - Al(OH)₃;

– бемит - Al(OOH);

– диаспор - Al(OOH);

– α - корунд (сирек кездеседі).

Өндірістерде жоғарғы сапалы құрамында кремнийі аз бокситтерді (кремнилік модулі 6-дан жоғары µ≥6) Байерлік тізбегі әдісімен өндіреді, ал құрамында кремниі көп бокситтерді (кремнилік модулі 6-дан төмен µ≤6) күйежентектелу немесе жүйеленген Байер-күйежентектелу әдістерімен өндіреді.

Нефелиннен алюминий тотығын тек күйежентектелу тәсілін қолдану арқылы алса, алуниттен тотықсыздану-сілтілік тәсілімен алады.

Дамыған мемлекеттерде бокситтің жалпы қоры 62,4 млрд тоннаға жуық, 45 мемлекетте бокситтің қоры бар екендігі анықталса да, тек солардың 22 мемлекетінде боксит қазылып алынды.

Әлемдегі мемлекеттердің арасында Қазақстан боситтің қоры жағынан Гвинея, Австралия, Бразилия, Индия, Венесуэла, Ямайка, Камерун, Мали, Индонезия, Суринам, Кот-Д’Ивуар, Гайана, Россия, Гана сияқты елдерден кейін 15–ші орын алады, ал бокситті қазып алу жағынан еліміз Австралия, Гвинея, Ямайка, Бразилия, Индия, Суринам және Россиядан кейінгі 8-ші орында.

Боксит тек қана алюминий өндірісінде қолданылып қоймай, сонымен қатар элекрокорунд, алюминий тотықты цемент өндірістерінде және оттөзімді материал ретінде, негізгі мартендік болат қорытуда қождама ретінде кеңінен қолданылады.

Боксит мұнайды күкірттен тазалауға да көп қолданылады, ал кейбір мемлекеттерде бокситті минералдық бояулар алу үшін қолданады.

Құрамындағы Al₂O₃–не және кремнилік модуліне байланысты бокситтер төмендегі маркалар мен түрлерге бөлінеді (1 кесте).

Жалпы металлогиялық құрамы бойынша бокситтер тастақ, қопсыма, құрғақ және сазды болып бөлінгенімен олардың арасында анық бөлінген шекарасы жоқ.

Тастақ бокситтің құрамы 6-78%; қопсыма бокситтікі 2-51%; құрғақ бокситтікі 2-46%; ал сазды бокситтердің құрамы 5-72% құрайды. Торғай және Краснооктябрь мекенжайларының бокситтері гидраргилитті (гиббситті) бокситер – Al (OH)₃ түріне жатады. Боксит құрамдастар – Al (OH)₃ гидраргилит; ақсаздық (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O); темір окcидтері - Fe₂O₃; FeCO₃ – cидерит: FeS₂ – пирит; CuFeS₂ – халькопирит болып табылады.
Кесте 2 - Торғай және Краснооктябрь бокситтерінің орташа құрамы

Бокситтердің кен орындары	Al2O3	SiO2	Fe2O3	СО2	µ Si
Торғай	44,0	14,2	15,2	0,3	3,1
Аят	44,8	9,1	19,8	1,34	4,9
Белин	42,4	8,9	19,8	1,11	4,8

Кесте 3 - Бокситтің сапалық көрсеткіші

Нефелиндер – жер қыртысындағы алюминий тотығының және сілтінің құрамы жоғары, салыстырмалы түрде кремний, темір-магнилі компоненттері аз өнім.

Құрамында алюминий оксиді 32-35% құрайтын нефелиннен алюминий тотығы жеңіл алынады.

Нефелин минералы (Na, K)₂O·Al₂O₃·2SiO₂ – натрий және калий алюмосиликаттары.

Минералдың атауы гректің «нефели» аспан бұлты деген сөзінен шыққан. Нефелин өнімінің құрамына нефелиннің өзінен басқа негізгі апатит немесе дала сілтілік шпаттары кіреді.

Қазақстанда нефелин рудалары Ақтөбе, Павлодар, Шығыс Қазақстан облыстарында қоры жағынан көбірек кездеседі .

Экономикалық тиімділігіне және құрамындағы алюминий тотығы мен сілтіге қарай Тасқұдық өңіріндегі нефелинді сиениттер келешекте өндіруге қолайлы аймақтың бірі болып табылады. Бұл аймақта көбінесе нефелинді және эпинефелинді сиениттер кездеседі.
Кесте 4 – Нефелинді сиониттердің химиялық құрамы

Алюминиқұрамдас- сілтілі шикізат кенорында ры	Химиялық құрамы
	Al2O3	K2O	Na2O	K2O+ Na2O	K2O+ Na2O+ AL2O3	SiO2	Fe2O3	CaO
Құбасадыр, Солтүстік Қазақстан облысы (Нефелинді сиениттер);
а) Тасқұдық өлкесі	28,70	0,33	12,4	12,73	41,43	42,40	1,40	2,60
б) Ащылысай өлкесі	23,00	1,20	5,80	7,00	30,00	53,50	1,70	3,00

Рентгенфазалы талдау Тасқұдық өлкесіндегі нефелинді сиениттің негізгі фазасын цеолиттер тобына кіретін натролит екендігін көрсетті, яғни (Na₂O Al₂O₃· 3SiO₂·2H₂O) c (d/n=6,59; 5,85; 4,64; 4,68 ^оА) және аз құрамды альбитте бар екендігі анықталды (d/n=4,11 және 3,25 ^оА).

Талдау сараптамалары бойынша сиенит 70% цеолиттен тұратындығы анықталды.
1.2 Саздар және ақсаздар

Саздар мен ақсаздар құрамында алюминиі бар кең таралған өнім болып табылады. Олардың құрамына алюминий ақсаз минералы ретінде кіреді Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. Саз бен ақсаздар өзара құрамдарындағы зиянды кварц, магний, темір және басқа металдардың сан мөлшерлері көп немесе аз екендігімен анықталады.

Ақсаздардың құрамында (оттөзімді саз) ол зиянды металдардың мөлшері аз.

Қазақстанда ақсаздың ең ірі орналасқан аймағы Көкшетау қаласына жақын Алексеевка доломит кенорыны.

Ақсаздың минералдық құрамы төмендегідей: 55-65% каолин, 20-35% кварц, 5% жуық калиі бар дала шпаты, 5-10% биотит.

Ал химиялық құрамы пайызға шаққанда мынадай: 57-70 SiO₂; 16,8-29,3 Al₂O₃; 0,04-2,07 Fe₂ O₃; 0,24-0,91 TiO₂; 0,14-0,41 CaO; 0,14-0,66 MgO; 0,66-2,06 (K₂O+ Na₂O); 0,1-0,006 SO₃; 5,5-9,7 шығын.

Саздардың орасан зор қоры бокситтермен бірге немесе соның маңайында Арқалық кенорындарында шоғырланған.

Арқалық кенорындарындағы саздың химиялық құрамы пайызға шаққанда төмендегідей (АР-3): 41,71 SiO₂; 35,10 Al₂O₃; 5,0 Fe₂ O₃; 2,8 TiO₂; 0,84 CaO; 0,5 Na₂O; 12,98 шығын.

Арқалық кенорындарындағы саздан алюминй тотығын өндіруге мынадай қолайлы мүмкіндіктер бар: біріншіден саздың қоры орасан зор; екіншіден саз жердің бетінде болғандықтан оны қазып алудың қажеті жоқ, сондықтанда қазу үшін қаржыны талап етпейді.

1.2.1 Таскөмірдің қалдық күлдері. Болашақта алюминий өндірісінде Екібастұз көмір әуітіндегі қалдық күлді қолдану әбден мүмкін және бүгінде бұл сұрақ өзекті мәселелердің бірі.

Екібастұз көмір әуітінің төңірегінде бірнеше жылу электр станциялары жұмыс істейді және олар 80 миллион тоннаға жуық көмірді тұтынады.

Көмірді жаққанда шамамен орташа 54% күлге айналады.

Күлдің құрамындағы алюминий тотығы шикізатты дайындауда ешбір шығынсыз қолданыла алады.

Күлдің пайызға шаққандағы химиялық құрамы: 59-64 SiO₂; 23-32 Al₂O₃; 2,9-9,1 Fe₂O₃; 1,3 TiO₂; 1,1-3,9 CaO; 0,4-1,6 MgO; 0,5K₂O; 0,28 Na₂O; 0,0,6-1,1 SO₃.

Екібастұз көмірінің фазалық құрамының минералдық бөлімі пайызбен алғанда 28 кварцтан, 54 ақсаздан, 5 кальциттен, 2 магнезиттен, 2 гипстан және 10 сидериттен тұрады.

1.2.2 Домна қождары және серициттік концентраттар. Алюминий шикізатының көзі ретінде домна қожылары мен серициттық концентраттарды да қарастыруға болады.

Кесектелген магнитік лисаков концентратарының қорытылған алюмосиликат қожының химиялық құрамы: 21,28 SiO₂%; 24,44 Al₂O₃%; 48,18CaO%; 2,66MgO%; 0,56TiO₂%; 0,53FeO.

Алюмосиликаттық қождарының кристалооптикалық зерттеу нәтижелері олар негізінен γ-түрлендірілген қоскальцилі силикаттан –

2 CaO·SiO₂ (45-50%), гелениттен - 2 CaO·Al₂O₃·SiO₂ (25-30 %) және кальци алюминатынан – 3CaO·Al₂O₃(25-25 %) тұратындығын анықтады.

Құрамында алюминий тотығы мол темір рудаларының бай кенорындары 10 млрд. тоннаға жуық жалпы қорымен Костанай обылысының Лисаковск және Аят деген жерлерінде есепке алынған.

Балхаш фабрикасындағы қалдықтарды байыту кезіндегі алынған серицитті концентраттың химиялық құрамы төмендегідей: 32,1Al₂O₃%; 7,5K₂O%; 0,71 Na₂O%; 1,48Fe₂ O₃% ; 18 TiO₂%.

Серицитті концентраттардан алюминий тотығын, сілті және цемент алуға болады, негізінен серицит концентраттарының табылған жері Орталық Қазақстан.

Сонымен жоғарыда қарастырылған материалдарға сүйене отырып, Қазақстанның алюминий өндірісіне алюминий шикізатының әртүрлі минералогиялық және химиялық құрамымен орасан зор қоры бар мемлекет деп айтуымызға толық мүмкіндігіміз бар.