Bányászati és Kohászati Lapok - Aluminium, 1949 (1. évfolyam, 1-12. szám)
1949-01-01 / 1. szám
II. A szén hamuképző alkatrészeinek eltávolítása vegyi úton. 5 T hamuképzők eltávolítása, fizikai eljárással lehetetlen. Tehátelkerülhetetlen a hamuképzők vegyszerekkel való kioldása a szénből és elsősorban a kationok kioldása látszik célravezetőnek, bár szó lehet a szilikátok, illetve az SiO2 fluorhidrogénes kioldásáról is. Kívánatos természetesen, hogy a kezelésbe vett szén hamuképzőit már eleve fizikai úton, lehetőleg apasszuk és hazai szenekkel végzett ilyen kísérletekről elöljáróban dr. Tarján Gusztáv kartársam beszámolt. Kísérleteimet dorogi szénnel kezdettem meg, mert ■ennék hamuja kalciumdús, tehát remélhető volt, hogy nagy része sósavban aránylag könnyen oldódik. Miután átlaga a légszáraz állapotra vonatkoztatva 6,4% hamut hagyott az „immediat”-elemzéskor és ennek a hamunak 66,8%-a, kereken a része oldódott sósavban. Tekintettel a kokszszükségletre, vonzó kérdés volt, hogy a dorogi szén kokszából mennyire oldhatók ki sósavval a hamuképzők. Remélhető volt, hogy a nem olvadó dorogi szén koksza jobban be is bocsátja a vizes oldószert mint a nyers szén. Szénmintám a légszáraz állapotra vonatkoztatva 56,6% kokszot hagyott. A koksz bemért porát sósavban főztem, majd napokig állani hagytam benne, végül szűrtem, mostam és, hamvasztottam. Párhuzamos próbák tanúsága ■szerint a bemért kokszpor a savkezelés után 6,75% hamut hagyott, tehát a légszáraz állapotra számítva 6,75.0,566 · 3,82% hamu maradt, vagyis a kokszporhamuképzőiből jóval kevesebb (kb. 40,3%) oldódott mint a szén hamujából Ennek láttára a nyerő szén savkezelését kíséreltem meg. Már a szénelőkészítés megkívánja a kezelésbe vett szén kellő aprítását, de még inkább áll ez a kémiai kioldás szemszögéből, mert az oldószer munkája csak a szénszemcsék felületéről indulva haladhat a belsejük felé. Segítségünkre van ugyan a szemcsék átnedvesedése után a diffúzió, de ez a folyamat tömött szerkezetű szeneink ■esetében mindig igen lassú, tehát annál inkább érvényesül, menné kisebb a szemcsék mérete. Másrészt a finomra őrölt szén leginkább nehezen nedvesedik, hidrofob, aközötte lévő levegővel felúszásra hajlik. Hidrofob a dorogi szén őrleménye is. Ezen a nehézségen például alkohollal segíthetünk és elég a dorogi szén ereményét a vizes oldószer feáöntése előtt szesszel nyirkosítanunk. Akkor viszont a vizes oldószerben sűrű iszaprétegként ülepszik és állandó kavarást kíván, de laboratóriumi kísérleteknél a kavarást forralás is pótolhatja. Eszerint dorogi nyersszénport bemérve bőségesen sósavban hosszasan főztem, majd napokig áztattam, végül számos, bőven adagolt friss vízrészlettel dekantálva mostam és leszűrtem. Mosás közben feltűnő volt, hogy a szűrőn áthaladó mosóvíz még a 10. részlet adagolása után is klórionokat tartalmazott és ezek mennyisége a 15. mosóvízben is alig csökkent. Tehát a nyers szén vagy igen erősen adszorbeálja, avagy talán ioncsere révén, meg is köti a mosásra használt sósavat például a ka„4-HCl (kan—1 Cl —1— Ha) vegyegyenlet-modell szerint, amelyben „k” valamely legalább két vegyértékű kationt, „a” pedig makromolekuláris karbonsav aniont jelent. Ha a zárójelben álló (k a„—, Cl+ Ha) szilárd fázis, akkor szerves „permutit”-al állunkszemben és a hamuképzők apasztását lehetőleg az extrakciós elv alkalmazásával kell szorgalmaznunk, nehogy a szilárd és folyékony fázis között beálló megoszlási ■egyensúly gátolja munkánkat. ígért alapos mosás után a szénport elhamvasztottam és megállapítottam, hogy a nyers szén 6,4%-nyi hamuja helyett csak 2% maradt, vagyis a sósavas kezelés folyamán a hamuképzők majdnem 69%-a kioldódott, valamivel több, mint amennyit a sósav a nyers szén hamujából oldott. Másrészt az is lehetségesnek látszott, hogy a hamvasztás hőmérsékletén a hamuképzők között lefolyó reakciók, vagy erős zsugorodás (felületcsökkenés) miatt a hamuösszetevők oldhatósága csökken. Érdekes volt tehát az 550. C°-ig hevített dorogi félkoksz savkezelése, mert a félkoksz szövete szükségkép lazább a szén szöveténél. Ezt a kísérletsort Fekete László kohómérnökhallgató végezte el. A rendelkezésére bocsátott másik dorogi szénminta a légszáraz állapotra vonatkoztatva 5,83% hamut hagyott az immediat elemzésben. Ilyen, nyers szénből a leírt módon sósavval a hamuképzők 47,3%-a oldódott, félkoksz kihozata 60,5% volt és az utóbbiból ismét sósavas mosás révén a hamuképzők 47,27%-a oldódott. Tehát a félkoksz savkezelése előnnyel nem jár és a nyers szén extrakciós mosása indokolt. De mielőtt erre az útra tértem, ellenőrzéskép megkíséreltem a feltételezett makromolekulás szerves sók roncsolását hő alkalmazása nélkül, mert remélhető volt, hogy így a tömött szénszövet fellazul és a hamuképzők is könnyebben oldhatók maradnak. Roncsolószerként a tömény kénsav kínálkozott, mert például a nyersanyagot is megbontja. Porcellántégelybe 1 1 g dorogi szénporra 8 g tömény kénsavat mértem be, jól összekevertem az elegyet, mire hamarosan és észrevehető melegedés közben sűrű, kásás rendszer keletkezett és gyenge kéndioxid szag lépett fel. Félnapi állás után a keverék viszkozitása változatlan volt, ezután bőséges vízben diszpergáltam a keveréket, a hígítást sósavval erősen megsavanyítottam és forraltam. Lehűlés közben a szén jól leülepedett, a felette álló vizes oldat majdnem színtelen volt. Végül leszűrtem a szénport és huzamosan kimostam. Hamvasztáskor az 1 g szénpor bemérés eredetileg 6.4%-os hamuja helyett csak 1.7% maradt, tehát a hamuképzők 73.4%-a oldódott. Tekintettel a szilikátos hamuképzőkre megkíséreltem a fluorhidrogénsav és sósav együttes alkalmazását is. Ezekhez a kísérletekhez 8,5% hamut hagyó dorogi szénmintát használtam. Ilyen szén porának két grammját tömény HF és HCl egyenlő térfogatú elegyének bőséges mennyiségében napokig áztattam (Pt tégelyben), azután homokfürdőn beszárítottam, a száraz maradékot sósavban újra áztattam, majd főztem és hígítás után szűrtem. A leszűrt színtelen oldat főleg kalcium, aluminium és ferro ionokat tartalmazott, ferm ionokat ellenben egyáltalában nem. A leszűrt és vízzel sokszorosan dekantálva kimosott szén 0,86% hamut hagyott, tehát a kombinált HF—HC1 mosás révén a hamuképzők 90%-a kioldódott. Teljes sikert tehát még ilyen mosás esetében is csak az extrakció, illetve az ellenáram elvének alkalmazása biztosít. Az extrakciós, agitatív mosási kísérleteket Fekete László kohómérnökhallgató végezte. Első extrakciós kísérleteinket folytonosan működő üvegkészülékben, azeotropos sósavval végeztük, de a Soxhlet készüléket nem használhattuk, mer benne a kezelésbe vett szénpor nyugszik, tehát egyenletes átmosása kétséges. Másrészt az elgondolásomat megvalósító készülék összeállításához rendelkezésünkre álló üveg alkatrészek sem feleltek meg teljesen a különleges célnak és, üzemzavarokból időveszteség származott. Ezért szakaszos extrakciót végeztünk. Desztillált savat adagoltunk minden mosási szakasz alkalmával és a szénről leszűrt mosósav részleteket egyesítve újra desztilláltuk, így a sav forgott és az oldás gyorsítása érdekében is az állandó kavarást minden mosási szakaszban forralással pótoltuk. Bármely mosási szakasz után mód volt a kezelt szénpor kis részletének szárítása és bemérése után a hamupróbára. ha eredetileg ^ a szárított szénből p % hamu maradt és a havas mosás után szárított szénnek pTM% a hamumaradványa, akkor a pw = (p—x), 100: (100—x) egyenletből a feloldott hamuképzők mennyisége x =■ 100: (p—pm ): (100—pm), ^ vagyis az eredeti hamumennyiségnek 100 x/p%-a oldódott. Tekintettel arra, hogy pTM értéke gyakorlati esetekben kicsi a 100 mellett, becslés céljaira az x értéket szolgáltató fenti kifejezés nevezőjében pm elhanyagolható, vagyis x közelítőleg p~p„.. Dr. Tarján Gusztáv kartársam rendelkezésünkre bocsátott fajsúly szerint elkülönített dorogi szénfrakciókat. Hamupróbáinkból kitűnt, hogy az egyes frakciók hamuja között eltérés van mind a minőség, mind a menynyiség szempontjából. Gyakorlati célunknak megfelelően a nagy súlykihozattal nyerhető frakciók közül a kevés és főleg meszes hamut hagyók a legérdekesebbek. Ellenőrzéskép ismét megkíséreltük a nyers szén és a félkoksz extrahalását és igazolódott a már ismertetett tapasztalat, hogy a nyers szén extrahálása eredményesebb. Viszont a nyers szénből általában sikerült legalább annyi hamuképző