SUROWCE I RECYKLING. Wykład 9

Transkrypt

1 SUROWCE I RECYKLING Wykład 9

2 WYBRANE NIEMETALICZNE SUROWCE MINERALNE surowce krzemionkowe, tj. zasobne w SiO 2, surowce ilaste, surowce glinowe, glinokrzemianowe i zawierające alkalia, surowce wapniowe, tj. zawierające CaO, surowce magnezowe, tj. zawierające MgO, surowce chromowe, tj. zasobne w Cr 2 O 3, surowce cyrkonowe, grafit.

3 Surowce glinowe są reprezentowane przede wszystkim przez boksyty Sąto drobno-ikryptoziarnisteskały osadowe pochodzenia chemicznego, które stanowią mieszaninę głównietlenowodorotlenkówi wodorotlenków glinu: gibbsytu γ-al(oh) 3, diasporu α-aloohiboehmitu γ-alooh, zawierające domieszki goethytu α-feooh, hematytu Fe 2 O 3, minerałów grupy SiO 2 (kwarc, chalcedon, opal), kaolinitu, anatazu i in. Zawartość minerałów glinu, a także rodzaj i ilośćdomieszek jest bardzo zróżnicowana w poszczególnych typach boksytu, dlatego mogą być to skały miękkie i plastyczne, albo też twarde i zwięzłe.

4 Jedna z australijskich kopalń boksytu

5 Kierunki wykorzystania boksytów Boksyty stanowiąźródło pierwotne do produkcji aluminium metalicznego. Około 95% eksploatowanych boksytów jest przetwarzanych naaluminęal 2 O 3 metodąbayera (90% produkcjialuminyprzeznaczone jest do otrzymania aluminium metalicznego w procesie elektrolizy). Około 5% boksytów stosuje siędo produkcji: materiałów ogniotrwałych, materiałów ściernych, cementów glinowych i związków chemicznych glinu. W tych kierunkach użytkowane sąboksyty wyższej jakości, ponieważtechnologia ich wykorzystania nie daje możliwości pozbycia sięzanieczyszczeń, jak ma to miejsce w przypadku produkcji aluminy.

6 Klasyfikacja boksytów Znaczenie przemysłowe mająboksyty, które zawierająponad 40% Al 2 O 3. Z punktu widzenia składu chemicznego, jakośćboksytów jest tym lepsza im większa jest zawartośćal 2 O 3. Decydująca jest także zawartośćsio 2. Moduł Al 2 O 3 : SiO 2 powinien byćwysoki; dla najlepszych gatunków boksytów wartośćta przekracza 20.

7

8

9

10 Produkcja technicznego tlenku glinu metodą Bayera Dla celów metalurgicznych modułal 2 O 3 : SiO 2 powinien byćwiększy od 7. W przeciwnym razie przeróbka boksytów metodąbayerajest nieopłacalna. SiO 2 ma szkodliwy wpływ, ponieważpowoduje stratęal 2 O 3 zawartego w boksytach. Naturalna wilgotnośćboksytów nie wpływa na ich jakośćużytkową, ale podnosi koszty transportu.

11 Metoda Bayera Boksyt Stężony roztwór NaOH zagęszczanie Roztwór NaOH Wstępne przygotowanie surowca: - segregacja (głównie odpiaszczenie) -suszenie -mielenie Ługowanie boksytu w autoklawie Al 2 O 3 +2NaOH->NaAlO 2 +H 2 O+NaOH AlO(OH)+2NaOH->NaAlO 2 +H 2 O+NaOH Rozcieńczenie wodąi oddzielenie osadu Wytrącenie Al(OH) 3 Prażenie Al(OH) 3 Szczepionka Al(OH) 3 tzw. czerwony szlam Al 2 O 3

12 Elektrolityczne otrzymywanie metalicznego aluminium W tym celu do elektrolizy przeznacza się15-20% roztwór tlenku glinu w stopionym kriolicie Na 3 AlF 6 (temperatura roztworu wynosi około 950 C). Czysty tlenek glinu ma temperaturę topnienia2050 C i dlatego nie poddaje sięgo bezpośrednio elektrolizie. Proces ten przeprowadza sięw wannie stalowej wyłożonej masą węglową, pełniącą funkcję katody. Anodę stanowiąbloki grafitowe zanurzone w roztworze. Podczas elektrolizy zachodzą następujące reakcje na elektrodach:

13 Eksport i import złomów aluminiowych (w tys. t) z krajów Unii Europejskiej (Stulgis 2013).

14 Udział pierwotnego i wtórnego (z recyklingu) aluminium w jego światowej produkcji (Stulgis 2013).

15 Surowce glinokrzemianowe zawierają minerały grupy SiO 2 Al 2 O 3. W wyniku ich praŝenia powstaje mullit.

16

17 Surowce skaleniowe i pokrewne Sąone ważnymi i często stosowanymi (zwłaszcza w przemyśle ceramicznym) surowcami zasobnymi w alkalia (K 2 O + Na 2 O), spełniającymi rolętopników. Skalenie: potasowy K[AlSi 3 O 8 ] i sodowy Na[AlSi 3 O 8 ] charakteryzująsięniskimi temperaturami rozkładu, które wynoszą odpowiednio 1150 o C i 1118 o C. Topnikiem nie jest natomiast skaleńwapniowy Ca[Si 2 Al 2 O 8 ], który rozkłada sięw temperaturze 1550 o C.

18

19 K[AlSi 3 O 8 ] ORTOKLAZ SANIDYN MIKROKLIN ALBIT OLIGOKLAZ ANDEZYN LABRADOR odmiany trwałe BYTOWNIT ANORTYT odmiany nietrwałe Na[AlSi 3 O 8 ] Ca[Al 2 Si 2 O 8 ] Układ trójskładnikowy K[AlSi 3 O 8 ]- Na[AlSi 3 O 8 ]-Ca[Al 2 Si 2 O 8 ]

20

21

22 Najważniejsze źródła surowców skaleniowych skały magmowe: głębinowe (leukogranity, granity, syenity) i wylewne (ryolity), skały etapu pomagmowego: pegmatyty granitowe, skały osadowe (piaskowce arkozowe, arkozy).

23

24

25

26

27 StrzeblowskieKopalnie Surowców Mineralnych. KopalnialeukogranituPagórki Wschodnie w Strzeblowie(Dolny Śląsk). Stan z 2004 r.

28

29

30 Kopalnia leukogranitu Krásno (Czechy) Mączka skaleniowokwarcowa Ž65K20 Składnik (% mas.) SiO 2 73,3 Al 2 O 3 14,4 K 2 O 9,2 Fe 2 O 3 0,18 Na 2 O 1,8 CaO 0,31 TiO 2 0,05 MgO 0,05 K 2 O : Na 2 O 5,1

31 Kopalnia Gökkaya i zakład przeróbczy Milas firmy ESAN (Turcja)

32 Przeciętny skład chemiczny tureckich surowców skaleniowych i skaleniowokwarcowych Składnik (% mas.) SiO 2 65,0-70,0 Al 2 O 3 17,0-19,5 K 2 O 0,2-0,5 Fe 2 O 3 0,05-0,15 Na 2 O 9,5-10,5 CaO 0,4-0,6 TiO 2 0,1-0,5 MgO 0,05-0,10 K 2 O : Na 2 O 0,02-0,05