روش تولید سولفات آلومینیوم از شیست آلومینیوم؛ از تکلیس تا شستشو و تبلور صنعتی
در کنار روش‌های رایج تولید آلوم از بوکسیت و اسید سولفوریک، در بعضی کشورها و معادن قدیمی هنوز از یک خوراک معدنی دیگر استفاده می‌شود:
شیست آلومینیوم‌دار (Aluminous Shale)؛ سنگی رسی–رسوبی که هم آلومینا دارد، هم ترکیبات گوگردی و آهن.
این خوراک، اگر درست آماده و پخته شود، می‌تواند به منبع اقتصادی تولید سولفات آلومینیوم برای مصارف صنعتی، نساجی و تصفیه فاضلاب تبدیل شود.
در روش تولید سولفات آلومینیوم از شیست آلومینیوم، به‌جای افزودن کامل اسید سولفوریک از خارج، بخشی از گوگرد مورد نیاز از خودِ سنگ تأمین می‌شود.
فرآیند معمولاً شامل مراحل زیر است:
خردایش و آماده‌سازی شیست، تکلیس و سولفاته‌کردن در کوره دوار، شستشو و حل‌سازی، فیلتراسیون و در نهایت تغلیظ و تبلور سولفات آلومینیوم.
این روش برای مهندسان فرایند جذاب است، چون می‌تواند ارزش افزوده روی ذخایر کم‌عیار ایجاد کند؛ اما از طرف دیگر، چالش‌هایی مثل کنترل آلاینده‌های گازی، مدیریت باطله معدنی و کنترل فلزات سنگین را هم به‌همراه دارد.
در این مقاله، گام‌به‌گام شماتیک فرآیند را بررسی می‌کنیم و آن را با روش تولید از اسید سولفوریک مقایسه می‌کنیم.
برای مشاهده گریدهای مختلف سولفات آلومینیوم (پودری، گرانول و محلول) و آشنایی با روش‌های تجاری تولید، می‌توانید به مرجع تخصصی aluminium-sulfate مراجعه کنید.
📌 نکته سریع برای مهندسان فرایند و سرمایه‌گذاران
روش تولید سولفات آلومینیوم از شیست آلومینیوم، زمانی اقتصادی است که:
۱) ذخیره محلی شیست در دسترس باشد،
۲) هزینه حمل اسید سولفوریک بالا باشد،
۳) محصول نهایی بیشتر برای مصارف صنعتی (نه الزاماً آب آشامیدنی) استفاده شود.
پیش از تصمیم‌گیری، حتماً مطالعه امکان‌سنجی فنی–اقتصادی (Feasibility Study) انجام دهید.
شیست آلومینیوم چیست و چرا برای تولید سولفات آلومینیوم مناسب است؟
شیست آلومینیوم‌دار یک سنگ رسوبی–رسی است که معمولاً حاوی ترکیبات زیر است:
- آلومینا (Al₂O₃) در فازهای رسی و سیلیکاتی
- سیلیکا (SiO₂) و مواد رسی
- ترکیبات گوگردی (پیریت، مارکازیت و …)
- مقادیر متغیر آهن، منیزیم، کلسیم و فلزات سنگین
در فرآیند تولید سولفات آلومینیوم از شیست، هدف این است که آلومینا موجود در سنگ را به سولفات محلول تبدیل کنیم و سایر فازها را تا حد ممکن به‌صورت باطله جدا کنیم.
به‌طور ساده، بخش آلومینایی شیست مانند سنگ خام عمل می‌کند و در ترکیب با گوگرد و اسید، سولفات آلومینیوم تولید می‌شود.
شماتیک کلی روش تولید سولفات آلومینیوم از شیست آلومینیوم
فرآیند متداول تولید را می‌توان در چند مرحله اصلی خلاصه کرد:
- استخراج و خردایش شیست آلومینیوم (Mining & Crushing)
- خشک‌کردن و دانه‌بندی اولیه
- تکلیس و سولفاته‌کردن در کوره دوار (Roasting & Sulfation)
- شستشو و حل‌کردن فاز سولفاته در مخازن لیچینگ (Leaching Tanks)
- جداسازی جامد–مایع (فیلتراسیون یا ته‌نشینی)
- تصفیه، تنظیم pH، تغلیظ و در صورت نیاز تبلور
- خشک‌کردن و بسته‌بندی سولفات آلومینیوم (پودری، گرانول یا محلول غلیظ)
📘 تفاوت اصلی با روش تولید از اسید سولفوریک خالص
در روش کلاسیک، آلوم معمولاً از بوکسیت + اسید سولفوریک تولید می‌شود.
در روش شیست، بخشی از گوگرد و گازهای سولفور از خودِ خوراک معدنی تأمین می‌شود و فاز سولفاته در حین پخت و تکلیس به‌وجود می‌آید.
همین موضوع باعث تفاوت در طراحی کوره، گازهای خروجی و سیستم تصفیه می‌شود.
مرحله اول: استخراج، خردایش و آماده‌سازی شیست آلومینیوم
در این مرحله، شیست آلومینیوم از معدن روباز یا زیرزمینی استخراج شده و پس از انتقال به کارخانه، وارد واحد خردایش می‌شود.
هدف، رسیدن به دانه‌بندی مناسب برای تغذیه کوره دوار و تماس بهتر ذرات با هوا و گازهای سولفور است.
- استفاده از سنگ‌شکن فکی و مخروطی برای خردایش اولیه
- آسیاب چکشی یا بال‌میل برای ریز کردن بیشتر در صورت نیاز
- خشک‌کردن اولیه در درایر دوار برای کاهش رطوبت و افزایش راندمان پخت
در این مرحله معمولاً نمونه‌برداری منظم انجام می‌شود تا عیار آلومینا، گوگرد و فلزات سنگین در خوراک ورودی به کوره دوار کنترل شود.
مرحله دوم: تکلیس و سولفاته‌کردن در کوره دوار
قلب روش تولید سولفات آلومینیوم از شیست، کوره دوار (Rotary Kiln) است.
در این کوره، شیست آلومینیوم در دمای معمولاً بین ۵۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شود.
در حضور اکسیژن و گازهای سولفور، بخش آلومینایی سنگ به سولفات تبدیل می‌شود.
اگرچه ترکیب دقیق شیست متفاوت است، می‌توان واکنش کلی تبدیل آلومینا به سولفات آلومینیوم را به‌صورت ساده‌شده زیر نوشت:
Al₂O₃ (در شیست) + 3H₂SO₄ (گاز/مایع) → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O
در برخی طرح‌ها، برای کامل شدن سولفاته‌کردن، اسید سولفوریک رقیق نیز به بستر داغ اضافه می‌شود یا از سوخت‌ها و مواد حاوی گوگرد برای تولید SO₂/SO₃ استفاده می‌شود.
کنترل پارامترهای زیر در این مرحله حیاتی است:
- دمای کوره دوار و پروفایل حرارتی
- سرعت چرخش و زمان ماند (Residence Time)
- نسبت هوا به سوخت و غلظت گازهای سولفور
- اندازه ذرات شیست و یکنواختی تغذیه
⚙️ نکته طراحی کوره دوار در روش شیست
اگر دما بیش از حد بالا برود، احتمال سینتر شدن (کلوخه شدن) بستر وجود دارد و شستشوی بعدی مشکل می‌شود.
اگر دما خیلی پایین باشد، سولفاته‌کردن ناقص شده و بخشی از آلومینا در فرم غیرقابل حل باقی می‌ماند.
طراحی صحیح پروفایل دما و سرعت چرخش، کلید راندمان بالای استخراج آلوم است.
مرحله سوم: شستشو و حل‌کردن سولفات آلومینیوم (Leaching)
محصول خروجی از کوره، یک مواد جامد پخته‌شده (کلینکر سولفاته) است که ترکیبی از سولفات آلومینیوم، سولفات آهن، سیلیکا و فازهای نامحلول است.
برای جدا کردن فاز محلول سولفات آلومینیوم، مواد پخته‌شده وارد مخازن شستشو (Leaching Tanks) می‌شوند.
آب صنعتی یا آب حاوی مقدار کنترل‌شده‌ای از اسید سولفوریک به مخزن اضافه می‌شود تا:
- سولفات آلومینیوم و سایر سولفات‌های محلول در آب حل شوند.
- مواد سیلیکاتی، رسی و بخشی از اکسیدها به‌صورت جامد باقی بمانند.
مدت زمان اختلاط، دمای شستشو و نسبت مایع به جامد (L/S Ratio) از پارامترهای مهم در طراحی این مرحله هستند.
مرحله چهارم: جداسازی جامد–مایع و تصفیه
دو فاز اصلی تولید می‌شود:
- محلول سولفات آلومینیوم خام (حاوی آلومینیوم، آهن، منیزیم، کلسیم و …)
- باطله جامد شامل سیلیکا، فازهای رسی و باقی‌مانده مواد نامحلول
برای جداسازی، از واحدهایی مثل ته‌نشینی (Clarifier)، فیلترپرس، فیلتر درام دوار یا ترکیبی از آن‌ها استفاده می‌شود. سپس، محلول شفاف‌شده وارد مرحله تنظیم pH و حذف ناخالصی‌ها می‌شود؛ مثلاً:
- افزودن آهک یا سود برای رسوب‌دادن بخشی از آهن و فلزات سنگین
- استفاده از مواد کمکی لخته‌ساز برای حذف جامدات معلق ریز
مرحله پنجم: تغلیظ، تبلور و بسته‌بندی
در این مرحله، محلول تصفیه‌شده سولفات آلومینیوم در اواپراتورها تغلیظ می‌شود تا به غلظت موردنظر برسد.
بسته به نوع محصول نهایی، چند سناریو وجود دارد:
- محلول غلیظ سولفات آلومینیوم برای تزریق مستقیم در تصفیه‌خانه‌ها
- تبلور (Crystallization) و تولید کریستال‌های جامد
- خشک‌کردن نهایی در درایر و تولید آلوم پودری یا گرانول
در انتها، محصول بر اساس گرید موردنظر (صنعتی، نساجی، تصفیه فاضلاب و …) بسته‌بندی و برچسب‌گذاری می‌شود.
مقایسه روش تولید سولفات آلومینیوم از شیست آلومینیوم با روش اسید سولفوریک
| ویژگی | روش شیست آلومینیوم | روش بوکسیت + اسید سولفوریک |
|---|---|---|
| ماده اولیه اصلی | شیست آلومینیوم‌دار (Aluminous Shale) | بوکسیت، هیدرات آلومینا یا آلومینا |
| نیاز به اسید سولفوریک خارجی | متوسط (بخشی از گوگرد از سنگ تأمین می‌شود) | زیاد (کل گوگرد از اسید تأمین می‌شود) |
| پیچیدگی واحد حرارتی | بالا (کوره دوار، کنترل گازهای خروجی) | کمتر (راکتورهای حل‌سازی و اختلاط) |
| کنترل فلزات سنگین | چالش‌برانگیزتر (بسته به ترکیب شیست) | قابل کنترل‌تر (اگر بوکسیت باکیفیت باشد) |
| کاربردهای رایج محصول | بیشتر صنعتی و فاضلاب، گاهی محدودیت برای آب آشامیدنی | تصفیه آب آشامیدنی، کاغذسازی، نساجی و … |
| سرمایه‌گذاری اولیه (CAPEX) | نسبتاً بالا (کوره دوار + سیستم گاز) | متوسط (راکتور + ذخیره اسید) |
کنترل کیفیت سولفات آلومینیوم تولیدشده از شیست
برای ورود به بازار رقابتی، محصول حاصل از شیست باید از نظر خلوص، رنگ، حلالیت و فلزات سنگین کنترل شود.
پارامترهای رایج کنترل کیفیت عبارت‌اند از:
| پارامتر | محدوده معمول (گرید صنعتی) | توضیح |
|---|---|---|
| درصد Al₂O₃ | ۱۶–۱۷٪ | شاخص اصلی خلوص سولفات آلومینیوم |
| آهن (به‌صورت Fe) | < ۰٫۳–۰٫۵٪ | در گریدهای باکیفیت پایین‌تر ممکن است بیشتر باشد |
| نامحلول در آب | < ۰٫۵–۱٪ | هرچه کمتر، کیفیت بالاتر و رسوب کمتر در سیستم مصرف |
| pH محلول ۱٪ | ۲٫۵–۳٫۵ | با ترکیب یون‌ها و سولفات‌ها مرتبط است |
| رنگ محلول | بی‌رنگ تا زرد کم‌رنگ | برای مصارف حساس، رنگ باید حداقل باشد |
🔍 توصیه کنترل کیفیت برای واحدهای مبتنی بر شیست
در واحدهایی که خوراک شیست آلومینیوم‌دار است، نوسان ترکیب سنگ اجتناب‌ناپذیر است. راه‌حل، کنترل پیوسته ترکیب خوراک و اصلاح دوز اسید و شرایط پخت بر اساس نتایج آزمایشگاه است. استفاده از آنالیز سریع (XRF / XRD) روی خوراک و کلینکر به ثبات کیفیت محصول کمک زیادی می‌کند.
مزایا و معایب روش تولید سولفات آلومینیوم از شیست آلومینیوم
مزایا
- استفاده از ذخایر محلی شیست و کاهش وابستگی به واردات بوکسیت
- کاهش نسبی مصرف اسید سولفوریک در برخی طرح‌ها
- ایجاد ارزش افزوده روی مواد معدنی کم‌عیار و باطله‌های قدیمی
- امکان تولید گریدهای مناسب برای تصفیه فاضلاب، نساجی و استفاده صنعتی
معایب و چالش‌ها
- پیچیدگی بالاتر در طراحی کوره دوار و سیستم احتراق
- لزوم کنترل گازهای خروجی (SO₂، NOx و گردوغبار) و سرمایه‌گذاری روی واحدهای زیست‌محیطی
- نوسان بیشتر در کیفیت خوراک و در نتیجه کیفیت محصول
- چالش در کنترل فلزات سنگین برای گریدهایی که قرار است در آب آشامیدنی استفاده شوند
ملاحظات زیست‌محیطی و مدیریت باطله‌ها
کوره‌های مبتنی بر شیست آلومینیوم، به‌دلیل حضور ترکیبات گوگردی و آلی در سنگ، می‌توانند گازهای آلاینده قابل توجهی تولید کنند؛
از جمله SO₂، CO₂، NOx و غبار معدنی.
به همین دلیل، وجود واحدهایی مثل بگ‌فیلتر، اسکرابر گازی و سیستم پایش آنلاین عملاً الزامی است.
باطله جامد حاصل از شستشو نیز باید از نظر فلزات سنگین، pH و پایداری شیمیایی بررسی شود.
در برخی طرح‌ها، امکان استفاده مجدد از این باطله‌ها در صنایع سیمان یا مصالح ساختمانی بررسی می‌شود؛ به‌شرطی که استانداردهای زیست‌محیطی رعایت شود.
کاربردهای سولفات آلومینیوم تولیدشده از شیست آلومینیوم
سولفات آلومینیوم تولیدشده از شیست، بسته به سطح تصفیه و کنترل کیفیت، می‌تواند در موارد زیر استفاده شود:
- تصفیه فاضلاب صنعتی و شهری (به‌عنوان منعقدکننده و لخته‌ساز)
- صنعت نساجی برای تثبیت رنگ و آماده‌سازی حمام‌های رنگرزی
- صنعت کاغذسازی (در صورت کنترل مناسب آهن و رنگ محلول)
- برخی کاربردهای شستشو و تنظیم pH در فرآیندهای شیمیایی
برای کاربردهای حساس مانند آب آشامیدنی، معمولاً ترجیح داده می‌شود از گریدهایی استفاده شود که از خوراک‌های خالص‌تر (بوکسیت، آلومینا) تولید شده‌اند،
مگر این‌که واحد تولید از شیست بتواند به‌طور کامل فلزات سنگین و ناخالصی‌ها را کنترل کند.
خرید و قیمت سولفات آلومینیوم تولیدشده از شیست آلومینیوم
اگر در حال طراحی یا بهره‌برداری از یک واحد تصفیه فاضلاب، نساجی، کاغذسازی یا کارخانه شیمیایی هستید و به سولفات آلومینیوم صنعتی نیاز دارید،
شناخت منبع تولید (شیست، بوکسیت یا اسید مستقیم) برای انتخاب گرید مناسب بسیار مهم است.
در سایت aluminium-sulfate می‌توانید مشخصات فنی گریدهای مختلف، حلالیت، درصد Al₂O₃ و سطح ناخالصی‌ها را بررسی کنید.
📦 استعلام قیمت و مشاوره برای سولفات آلومینیوم صنعتی
قیمت سولفات آلومینیوم تولیدشده از شیست آلومینیوم به عواملی مثل درصد خلوص، شکل محصول (محلول، پودری یا گرانول)، حجم سفارش و مقصد حمل وابسته است.
برای دریافت قیمت روز، پیش‌فاکتور رسمی و مشاوره فنی در مورد مناسب‌ترین گرید برای صنعت خود، می‌توانید فرم درخواست را در لینک زیر تکمیل کنید:
روش تولید سولفات آلومینیوم از شیست آلومینیوم —
گزینه‌ای صنعتی برای تبدیل ذخایر معدنی کم‌عیار به محصولی کاربردی در تصفیه، نساجی و کاغذسازی.