پروژه استخراج، فرآوری و دانه بندی باریت بخش اول

استخراج، فرآوری و دانه بندی باریت، واکنش باریت با کک به عنوان نمونه ای از واکنش­های جامد – جامد با حدواسط گازی کربن مونوکسید یک گام بسیار مهم در فراوری این ماده معدنی ارزشمند است به طوریکه با این روش می­توان انواع ترکیبات باریم دار که کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف از جمله صنایع شیمیایی، شیشه، سرامیک، صنایع نفت و گاز، تصفیه آب،رنگسازی، داروسازی و… دارند را در مقیاس صنعتی تولید کرد.

مقدمه فرآوری باریت

   باریت: باریم در طبیعت به صورت سولفات باریم (باریت) و کربنات باریم (ویتریت) یافت می­شود.با توجه به فراوانی منابع باریت معمولا از باریت برای تهیه نمک­های باریم استفاده می­کنند.مهم ترین روشی که در مقیاس تجاری برای تولید نمک­های باریم مورد استفاده قرار گرفته است فرآیندی هست که به فرایند خاکستر سیاه موسوم است. سولفات باریم توسط کک در یک کوره احیا می­شود. محصول حاصل خاکستر سیاه نامیده می­شود که سولفید باریم می­باشد. سولفید باریم کاملا در آب محلول هست لذا سولفید باریم موجود درخاکستر سیاه توسط آب استخراج شده و با انجام واکنش­های جانشینی ترکیبات مختلف تولید می­شود.

فرایتدهایی که در آنها از کربنات باریم به عنوان ماده اولیه استفاده می­شود به مراتب آسان­تر از فرآیندهایی هست که از سولفات باریم می­باشد.کربنات باریم با اسید­های قوی مانند اسید کلردریک به آسانی واکنش می­دهد و نیازمند دماهای  بالا و شرایط  واکنش پیچیده نمی­باشد.چنین واکنشهایی (واکنش مستقیم با اسید) بر روی باریت امکانپذیر نیست. زیرا باریت در هیچ اسیدی به غیر از اسید سولفوریک غلیظ حل نمی­شود و به کار بردن اسید غلیظ و مشکلات ناشی از آن، از جمله خوردگی فرآیند فوق را غیر اقتصادی کرده است. باریت در حالت خالص دارای وزن مخصوص 3/4 _5/4  می­باشد.

زغال سنگ ککꓽ یک ماده جامد پر از کربن است که در فشار و حرارت بالا بر اثر تقطیر آهسته زغال سنگ در دمای بیش از 600 درجه سانتی گراد تشکیل می­شود. ترکیب شیمیایی آن شامل 96/5 _97/5 درصد کربن ،8 _5 درصد هیدروژن ،4_3 درصد اکسیژن و مقدار کمی گوگرد و ازت هست.

فرآیند خاکستر سیاه

   باریت یک ماده بسیار نامحلول در آب است و فقط در اسید سولفوریک غلیظ در حال حرارت حل می­شود و حلال اکثر واکنشها اب می­باشد بنابراین نقطه شروع برای فرآوری ترکیبات باریم از این سنگ معدن، احیای آن به وسیله فرایند خاکستر سیاه است که در این فرایند سولفات باریم به سولفید باریم قابل حل در آب تبدیل می­شود. میدانیم که احیا یک فرایند دو مرحله­ای است.

اطلاعات کوره ها و سایر تجهیزات پیرومتالورژی

ابتدا سنگ معدن باریت خرد شده و به دانه بندی موردنظر میرسد.معمولا تمامی کانه­های باریت حاوی سیلیس، کلسیم، منیزیم، آهن، آلومینیوم، گچ و دولومیت می­باشند. کلسیم و منیزیم اثر سوئی در حین واکنش به وجود نمی­آورند. اما سیلیس ، آهن ، آلومینیوم  با باریم واکنش داده و بصورت نمکهای نامحلول  در آب،  در محصول خروجی از کوره ظاهر می­شوند.

صفر تا صد توضیحات و مشخصات کوره های دوار Rotary kiln

در این بین مهمترین ناخالصی سیلیس می­باشد که بفرم متاسیلیکات باریم ((BaSiO₃  یا سیلیکات باریم ((Ba₂SiO_{4  در} می آید. از آنجاییکه درصد تبدیل باریت به سولفید باریم با افزایش میزان سیلیس در باریت کاهش می­یابد در صورتیکه غلظت ماده معدنی حاوی سیلیس در سنگ معدن زیاد باشد ، لازمست بوسیله فلوتاسیون درصد سیلیس آن به 95-85 درصد برسد. واکنش اصلی که در داخل کوره انجام میگیرد  بصورت زیر می­باشد:

احیای اولیه باریت در تماس با کک به صورت زیر اتفاق می­افتد. (در غیاب هوا)

• BaSO₄ ͢   BaS+4CO
• BaSO₄ ͢    BaS+4CO₂

کربن به عنوان منبع تولید کننده مونوکسید کربن همراه خوراک وارد کوره می­شود. معمولترین منبع تولید کربن کک می­باشد. اما از زغال سنگ طبیعی و.. نیز میتوان استفاده نمود. عامل کنترل کننده واکنش مکانیسم انتقال جرم رسوخ ( نفوذ داخل دانه­ای) می­باشد. بنابران برای افزایش سرعت واکنش لازمست اندازه ذرات باریت تا حد امکان ریز( زیر 20 مش) باشد.

کوره پخت آهک و بررسی فرآیند تولید آهک

ذرات کک نیز یکی از پارامترهای مهم می­باشد. از یک طرف اندازه کک باید به اندازه کافی کوچک باشد تا سطح کافی برای واکنش وجود داشته باشد. اما از طرف دیگر اندازه کک باید طوری باشد که در طول کوره بسوزد و از اکسید شدن محصولات جلو گیری نماید.

نسبت باریت به کک به مقدار2.1 تا 4.1 مطلوبترین نتیجه را به دست می­دهد.بهترین دما برای واکنش 1000 تا 1200 درجه سانتیگراد می­باشد. در دماهای بالاتر واکنش تولید سیلیکات باریم سریعتر می­شود بطوریکه باریت مستقیما با سیلیس واکنش داده و به سیلیکات باریم تبدیل می­شود. در دماهای پایین تر سرعت واکنش احیا کم شده  و زمان ماند افزایش می­یابد.

طراحی، ساخت و اجرا خط تولید گاز کربن دی‌اکسید CO2

افزایش زمان ماند سبب می­شود  سیلیس با سولفید باریم  واکنش داده و سیلیکات باریم تولید شود. مطلوبترین زمان ماند برای انجام واکنش احیا 100­­_90 دقیقه می­باشد. گازهای خروجی از کوره باید تصفیه شده تا درصد ترکیبات مضر موجود در آن به حد قابل قبولی برسد. گوگرد موجود در کک می­تواند منبع تولید گوگرد دی اکسید باشد. اسید سولفوریک و هیدروکربن­ها ممکن است در گازهای خروجی موجود باشند.