طريقة إنتاج كبريتات الألومنيوم من صخر الألومنيوم الشستي؛ من التكليس إلى الغسيل والتبلور الصناعي
إلى جانب الطرق الشائعة لإنتاج الألوم من البوكسيت وحمض الكبريتيك، لا تزال بعض البلدان والمناجم القديمة تستخدم مادة خام معدنية أخرى:
صخر الألومنيوم الشستي (Aluminous Shale)؛ صخر طيني–رسوبي يحتوي على كل من الألومينا ومركبات الكبريت والحديد.
هذه المادة الخام، إذا تم تحضيرها وطبخها بشكل صحيح، يمكن أن تتحول إلى مصدر اقتصادي لإنتاج كبريتات الألومنيوم للاستخدامات الصناعية والنسيجية ومعالجة مياه الصرف الصحي.
في طريقة إنتاج كبريتات الألومنيوم من صخر الألومنيوم الشستي، بدلاً من إضافة حمض الكبريتيك بالكامل من الخارج، يتم توفير جزء من الكبريت المطلوب من الصخر نفسه.
تشمل العملية عادةً المراحل التالية:
تكسير وتحضير الصخر الشستي، التكليس والسلفنة في فرن دوار، الغسيل والانحلال، الترشيح، وأخيرًا تركيز وتبلور كبريتات الألومنيوم.
هذه الطريقة جذابة لمهندسي العمليات، لأنها يمكن أن تخلق قيمة مضافة على الاحتياطيات منخفضة الجودة؛ لكن من ناحية أخرى، تأتي مع تحديات مثل التحكم في الملوثات الغازية، وإدارة المخلفات المعدنية، والتحكم في المعادن الثقيلة.
في هذه المقالة، سنستعرض مخطط العملية خطوة بخطوة ونقارنها بطريقة الإنتاج من حمض الكبريتيك.
لمشاهدة درجات كبريتات الألومنيوم المختلفة (مسحوق، حبيبات، ومحلول) والاطلاع على طرق الإنتاج التجارية، يمكنك زيارة المرجع المتخصص aluminium-sulfate.
📌 ملاحظة سريعة لمهندسي العمليات والمستثمرين
تكون طريقة إنتاج كبريتات الألومنيوم من الصخر الشستي اقتصادية عندما:
١) تتوفر احتياطيات محلية من الصخر الشستي،
٢) تكون تكلفة نقل حمض الكبريتيك مرتفعة،
٣) يستخدم المنتج النهائي بشكل أساسي للأغراض الصناعية (ليس بالضرورة لمياه الشرب).
قبل اتخاذ القرار، تأكد من إجراء دراسة جدوى فنية–اقتصادية (Feasibility Study).
ما هو الصخر الشستي المحتوي على الألومنيوم، ولماذا هو مناسب لإنتاج كبريتات الألومنيوم؟
الصخر الشستي المحتوي على الألومنيوم هو صخر رسوبي–طيني يحتوي عادةً على المركبات التالية:
- الألومينا (Al₂O₃) في الأطوار الطينية والسيليكاتية
- السليكا (SiO₂) والمواد الطينية
- مركبات الكبريت (البيريت، الماركازيت، إلخ)
- كميات متغيرة من الحديد، المغنيسيوم، الكالسيوم، والمعادن الثقيلة
في عملية إنتاج كبريتات الألومنيوم من الصخر الشستي، الهدف هو تحويل الألومينا الموجودة في الصخر إلى كبريتات قابلة للذوبان وفصل الأطوار الأخرى قدر الإمكان كمخلفات.
ببساطة، يعمل الجزء المحتوي على الألومينا في الصخر الشستي كخام، ويتفاعل مع الكبريت والحمض لإنتاج كبريتات الألومنيوم.
مخطط عام لطريقة إنتاج كبريتات الألومنيوم من صخر الألومنيوم الشستي
يمكن تلخيص العملية الشائعة للإنتاج في عدة مراحل رئيسية:
- التعدين وتكسير الصخر الشستي المحتوي على الألومنيوم (Mining & Crushing)
- التجفيف والتدريج الأولي
- التكليس والسلفنة في فرن دوار (Roasting & Sulfation)
- غسيل وتحليل الطور المسلفن في خزانات الاستخلاص (Leaching Tanks)
- فصل الصلب–السائل (الترشيح أو الترسيب)
- التنقية، ضبط درجة الحموضة، التركيز، وإذا لزم الأمر، التبلور
- تجفيف وتعبئة كبريتات الألومنيوم (مسحوق، حبيبات، أو محلول مركز)
📘 الفرق الرئيسي عن طريقة الإنتاج من حمض الكبريتيك النقي
في الطريقة الكلاسيكية، يُنتَج الألوم عادةً من البوكسيت + حمض الكبريتيك.
في طريقة الصخر الشستي، يتم توفير جزء من الكبريت والغازات الكبريتية من المادة الخام المعدنية نفسها، ويتشكل الطور المسلفن أثناء الطبخ والتكليس.
هذا بالذات هو ما يسبب الاختلاف في تصميم الفرن، والغازات المنبعثة، ونظام المعالجة.
المرحلة الأولى: تعدين، تكسير، وتحضير الصخر الشستي المحتوي على الألومنيوم
في هذه المرحلة، يتم تعدين الصخر الشستي المحتوي على الألومنيوم من منجم مفتوح أو تحت الأرض، وبعد نقله إلى المصنع، يدخل وحدة التكسير.
الهدف هو الوصول إلى تدريج حبيبات مناسب لتغذية الفرن الدوار وزيادة تلامس الجسيمات مع الهواء والغازات الكبريتية.
- استخدام كسارة فكية ومخروطية للتكسير الأولي
- مطحنة مطرقية أو مطحنة كروية لمزيد من الطحن إذا لزم الأمر
- التجفيف الأولي في مجفف دوار لتقليل الرطوبة وزيادة كفاءة الطبخ
عادةً ما يتم أخذ عينات منتظمة في هذه المرحلة للتحكم في عيار الألومينا، والكبريت، والمعادن الثقيلة في المواد الخام الداخلة إلى الفرن الدوار.
المرحلة الثانية: التكليس والسلفنة في الفرن الدوار
قلب طريقة إنتاج كبريتات الألومنيوم من الصخر الشستي هو الفرن الدوار (Rotary Kiln).
في هذا الفرن، يتم تسخين الصخر الشستي المحتوي على الألومنيوم عادةً عند درجة حرارة تتراوح بين ٥٠٠ و ٩٠٠ درجة مئوية.
في وجود الأكسجين والغازات الكبريتية، يتحول الجزء المحتوي على الألومينا في الصخر إلى كبريتات.
على الرغم من اختلاف التركيب الدقيق للصخر الشستي، يمكن كتابة التفاعل العام لتحويل الألومينا إلى كبريتات الألومنيوم بشكل مبسط كما يلي:
Al₂O₃ (في الصخر الشستي) + 3H₂SO₄ (غاز/سائل) → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O
في بعض التصاميم، لإكمال عملية السلفنة، يتم إضافة حمض الكبريتيك المخفف أيضًا إلى الطبقة الساخنة، أو يتم استخدام وقود ومواد تحتوي على الكبريت لإنتاج SO₂/SO₃.
التحكم في المعاملات التالية في هذه المرحلة أمر بالغ الأهمية:
- درجة حرارة الفرن الدوار والملف الحراري
- سرعة الدوران ووقت المكوث (Residence Time)
- نسبة الهواء إلى الوقود وتركيز الغازات الكبريتية
- حجم حبيبات الصخر الشستي وتجانس التغذية
⚙️ ملاحظة حول تصميم الفرن الدوار في طريقة الصخر الشستي
إذا ارتفعت درجة الحرارة أكثر من اللازم، فهناك احتمال التصاق (تكتل) الطبقة، مما يجعل الغسيل اللاحق صعبًا.
إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، تكون السلفنة غير مكتملة ويبقى جزء من الألومينا في شكل غير قابل للذوبان.
التصميم الصحيح للملف الحراري وسرعة الدوران هو مفتاح الكفاءة العالية لاستخراج الألوم.
المرحلة الثالثة: غسيل وتحليل كبريتات الألومنيوم (الاستخلاص)
المنتج الخارج من الفرن هو مادة صلبة مطبوخة (كلنكر مسلفن) تتكون من مزيج من كبريتات الألومنيوم، وكبريتات الحديد، والسيليكا، والأطوار غير القابلة للذوبان.
لفصل الطور القابل للذوبان من كبريتات الألومنيوم، تدخل المواد المطبوخة إلى خزانات الغسيل (Leaching Tanks).
يتم إضافة ماء صناعي أو ماء يحتوي على كمية مضبوطة من حمض الكبريتيك إلى الخزان حتى:
- تذوب كبريتات الألومنيوم وغيرها من الكبريتات القابلة للذوبان في الماء.
- تبقى المواد السيليكاتية والطينية وجزء من الأكاسيد في صورة صلبة.
زمن الخلط، ودرجة حرارة الغسيل، ونسبة السائل إلى الصلب (L/S Ratio) هي من المعلمات المهمة في تصميم هذه المرحلة.
المرحلة الرابعة: فصل الصلب–السائل والمعالجة
يتشكل طوران رئيسيان:
- محلول كبريتات الألومنيوم الخام (يحتوي على ألومنيوم، حديد، مغنيسيوم، كالسيوم، إلخ)
- مخلفات صلبة تتكون من السيليكا، والأطوار الطينية، وبقايا المواد غير القابلة للذوبان
للفصل، يتم استخدام وحدات مثل المُرسِّب (Clarifier)، مكبس المرشح، مرشح الأسطوانة الدوار أو مزيج منها. بعد ذلك، يدخل المحلول النقي إلى مرحلة ضبط درجة الحموضة وإزالة الشوائب؛ على سبيل المثال:
- إضافة الجير أو الصودا الكاوية لترسيب جزء من الحديد والمعادن الثقيلة
- استخدام مواد مساعدة للتخثير لإزالة الجسيمات العالقة الدقيقة
المرحلة الخامسة: التركيز، التبلور، والتعبئة
في هذه المرحلة، يتم تركيز محلول كبريتات الألومنيوم المعالج في المبخرات للوصول إلى التركيز المطلوب.
اعتمادًا على نوع المنتج النهائي، هناك عدة سيناريوهات:
- محلول مركز من كبريتات الألومنيوم للحقن المباشر في محطات المعالجة
- التبلور (Crystallization) وإنتاج بلورات صلبة
- التجفيف النهائي في المجفف وإنتاج ألوم مسحوق أو حبيبات
في النهاية، يتم تعبئة المنتج ووضع الملصقات عليه وفقًا للدرجة المطلوبة (صناعية، نسيجية، معالجة مياه الصرف الصحي، إلخ).
مقارنة طريقة إنتاج كبريتات الألومنيوم من صخر الألومنيوم الشستي بطريقة حمض الكبريتيك
| الخاصية | طريقة الصخر الشستي | طريقة البوكسيت + حمض الكبريتيك |
|---|---|---|
| المادة الخام الرئيسية | صخر ألومنيوم شستي (Aluminous Shale) | بوكسيت، هيدرات ألومينا، أو ألومينا |
| الحاجة إلى حمض الكبريتيك الخارجي | متوسطة (يتم توفير جزء من الكبريت من الصخر) | عالية (يتم توفير كل الكبريت من الحمض) |
| تعقيد الوحدة الحرارية | مرتفع (فرن دوار، التحكم في الغازات المنبعثة) | أقل (مفاعلات الانحلال والخلط) |
| التحكم في المعادن الثقيلة | أكثر تحدياً (حسب تركيبة الصخر الشستي) | أكثر قابلية للتحكم (إذا كان البوكسيت عالي الجودة) |
| التطبيقات الشائعة للمنتج | أغلبها صناعية ومياه صرف صحي، أحيانًا محدودة لمياه الشرب | معالجة مياه الشرب، صناعة الورق، النسيج، إلخ |
| الاستثمار الأولي (CAPEX) | مرتفع نسبيًا (فرن دوار + نظام غاز) | متوسط (مفاعل + تخزين حمض) |
مراقبة جودة كبريتات الألومنيوم المنتجة من الصخر الشستي
لدخول السوق التنافسية، يجب التحكم في المنتج الناتج من الصخر الشستي من حيث النقاوة، اللون، الذوبانية، والمعادن الثقيلة.
معايير مراقبة الجودة الشائعة هي:
| المعامل | النطاق المعتاد (درجة صناعية) | شرح |
|---|---|---|
| نسبة Al₂O₃ | ١٦–١٧٪ | المؤشر الرئيسي لنقاوة كبريتات الألومنيوم |
| الحديد (على هيئة Fe) | < ٠٫٣–٠٫٥٪ | قد يكون أعلى في الدرجات الأقل جودة |
| غير الذائب في الماء | < ٠٫٥–١٪ | كلما كان أقل، كانت الجودة أعلى والترسيب في نظام الاستخدام أقل |
| درجة حموضة محلول ١٪ | ٢٫٥–٣٫٥ | مرتبط بتكوين الأيونات والكبريتات |
| لون المحلول | عديم اللون إلى أصفر فاتح | للأغراض الحساسة، يجب أن يكون اللون في الحد الأدنى |
🔍 توصية لمراقبة الجودة في الوحدات القائمة على الصخر الشستي
في الوحدات التي تعتمد على تغذية صخر ألومنيوم شستي، يكون التذبذب في تركيب الصخر حتميًا. الحل هو مراقبة تركيب التغذية باستمرار وتعديل جرعة الحمض وظروف الطبخ بناءً على نتائج المختبر. يساعد استخدام التحليل السريع (XRF / XRD) على التغذية والكلنكر بشكل كبير في استقرار جودة المنتج.
مزايا وعيوب طريقة إنتاج كبريتات الألومنيوم من صخر الألومنيوم الشستي
المزايا
- استخدام احتياطيات محلية من الصخر الشستي وتقليل الاعتماد على استيراد البوكسيت
- تقليل استهلاك حمض الكبريتيك نسبيًا في بعض التصميمات
- خلق قيمة مضافة على المواد المعدنية منخفضة الجودة والمخلفات القديمة
- إمكانية إنتاج درجات مناسبة لـمعالجة مياه الصرف الصحي، النسيج، والاستخدام الصناعي
العيوب والتحديات
- تعقيد أعلى في تصميم الفرن الدوار ونظام الاحتراق
- ضرورة التحكم في الغازات المنبعثة (SO₂، NOx والغبار) والاستثمار في الوحدات البيئية
- تذبذب أكبر في جودة التغذية وبالتالي جودة المنتج
- تحدي في التحكم بالمعادن الثقيلة للدرجات المخصصة للاستخدام في مياه الشرب
الاعتبارات البيئية وإدارة المخلفات
الأفران القائمة على الصخر الشستي المحتوي على الألومنيوم، بسبب وجود مركبات الكبريت والعضوية في الصخر، يمكن أن تنتج انبعاثات غازية ملحوظة؛
بما في ذلك SO₂، CO₂، NOx، والغبار المعدني.
لهذا السبب، فإن وجود وحدات مثل مرشح القماش (باج فلتر)، منظف الغاز، ونظام المراقبة الآنية أصبح ضروريًا عمليًا.
يجب أيضًا فحص المخلفات الصلبة الناتجة عن الغسيل من حيث المعادن الثقيلة، درجة الحموضة، والاستقرار الكيميائي.
في بعض التصميمات، يتم دراسة إمكانية إعادة استخدام هذه المخلفات في صناعة الأسمنت أو مواد البناء، شريطة الالتزام بالمعايير البيئية.
تطبيقات كبريتات الألومنيوم المنتجة من صخر الألومنيوم الشستي
اعتمادًا على مستوى المعالجة ومراقبة الجودة، يمكن استخدام كبريتات الألومنيوم المنتجة من الصخر الشستي في التطبيقات التالية:
- معالجة مياه الصرف الصحي الصناعية والبلدية (كمادة مخثرة ومجلطة)
- صناعة النسيج لتثبيت الألوان وتحضير حمامات الصباغة
- صناعة الورق (مع التحكم المناسب في الحديد ولون المحلول)
- بعض تطبيقات الغسيل وضبط درجة الحموضة في العمليات الكيميائية
للتطبيقات الحساسة مثل مياه الشرب، يُفضل عادةً استخدام درجات مُنتَجة من مواد خام أنقى (بوكسيت، ألومينا)،
إلا إذا تمكنت وحدة الإنتاج من الصخر الشستي من التحكم الكامل في المعادن الثقيلة والشوائب.
شراء وسعر كبريتات الألومنيوم المنتجة من صخر الألومنيوم الشستي
إذا كنت تقوم بتصميم أو تشغيل وحدة معالجة مياه صرف صحي، نسيج، صناعة ورق، أو مصنع كيميائي وتحتاج إلى كبريتات ألومنيوم صناعية،
فإن معرفة مصدر الإنتاج (صخر شستي، بوكسيت، أو حمض مباشر) مهمة جدًا لاختيار الدرجة المناسبة.
في موقع aluminium-sulfate، يمكنك مراجعة المواصفات الفنية للدرجات المختلفة، والذوبانية، ونسبة Al₂O₃، ومستوى الشوائب.
📦 استعلام السعر واستشارة لكبريتات الألومنيوم الصناعية
يعتمد سعر كبريتات الألومنيوم المنتجة من الصخر الشستي المحتوي على الألومنيوم على عوامل مثل نسبة النقاوة، شكل المنتج (محلول، مسحوق، أو حبيبات)، حجم الطلب، ووجهة الشحن.
للحصول على السعر اليومي، فاتورة أولية رسمية، واستشارة فنية حول أنسب درجة لصناعتك، يمكنك ملء نموذج الطلب عبر الرابط أدناه:
طريقة إنتاج كبريتات الألومنيوم من صخر الألومنيوم الشستي —
خيار صناعي لتحويل الاحتياطيات المعدنية منخفضة الجودة إلى منتج مفيد في المعالجة، والنسيج، وصناعة الورق.