Tiểu luận Các quá trình sản xuất cơ bản - Công nghệ luyện nhôm

TIỂU LUẬN CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN --------***--------- LUYỆN NHÔM Nhóm thực hiện Trịnh quang Vinh Hoàng Thị Lưu Chu Văn Thiện Đoàn Thanh Tuấn PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÌNH HÌNH LUYỆN NHÔM HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM I. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TRÊN THẾ GIỚI HIỆN NAY I.1 Giới thiệu chung về nhôm Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí. Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc; nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ. Nó cũng không nhiễm từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thông thường Tổng quát Tên, Ký hiệu, Số Nhôm, Al, 13 Phân loại kim loại yếu Nhóm, Chu kỳ, Khối 13, 3, p Khối lượng riêng, Độ cứng 2.700 kg/m³, 2,75 Bề ngoài màu trắng bạc Tính chất nguyên tử Khối lượng nguyên tử 26,981538 đ.v. Bán kính nguyên tử (calc.) 125 (118) pm Bán kính cộng hoá trị 118 pm Cấu hình electron [Ne]3s23p1 e- trên mức năng lượng 2, 8, 3 Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) 3 (lưỡng tính) Cấu trúc tinh thể hình lập phương Tính chất vật lý Trạng thái vật chất rắn Điểm nóng chảy 933,47 K (1.220,58 °F) Điểm sôi 2.792 K (4.566 °F) Trạng thái trật tự từ thuận từ Thể tích phân tử 10 ×10-6 m³/mol Nhiệt bay hơi 293,4 kJ/mol Nhiệt nóng chảy 10,79 kJ/mol Áp suất hơi 100.000 Pa tại 2.792 K Vận tốc âm thanh 5.100 m/s tại 933 K Thông tin khác Độ âm điện 1,61 (thang Pauling) Nhiệt dung riêng 897 J/(kg·K) Độ dẫn điện 3,774x107 /Ω·m Độ dẫn nhiệt 237 W/(m·K) Năng lượng ion hóa 1. 577,5 kJ/mol 2. 1.816,7 kJ/mol 3. 2.744,8 kJ/mol 4. 11.577 kJ/mol 5. 14.842 kJ/mol 6. 18.379 kJ/mol 7. 23.326 kJ/mol 8. 27.465 kJ/mol 9. 31.853 kJ/mol 10. 38.473 kJ/mol 11. 42.647 kJ/mol 12. 201.266 kJ/mol 13. 222.316 kJ/mol I.2 Lịch sử ngành Sản xuất nhôm Mặc dù nhôm là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất (8,1%), nó lại hiếm ở dạng tự do và đã từng được cho là kim loại quí có giá trị hơn vàng (Người ta nói rằng Napoleon III của Pháp có các bộ đồ ăn bằng nhôm dự phòng cho những người khách quý nhất của ông. Những người khách khác chỉ có bộ đồ ăn bằng vàng). Vì thế nhôm là kim loại tương đối mới trong công nghiệp và được sản xuất với số lượng công nghiệp chỉ khoảng trên 100 năm. Khi mới được phát hiện nhôm rất khó tách ra khỏi các loại đá có chứa nó. Vì toàn bộ nhôm của Trái Đất nằm trong các hợp chất nên nó là kim loại khó nhận được nhất. Lý do là nhôm bị ôxi hóa rất nhanh và ôxít nhôm là một hợp chất cực kỳ ổn định, không giống như gỉ sắt, nó không bị bong ra. Người khởi nghiệp Vào cuối thế kỷ thứ XIX, nhôm là thứ kim loại quí, còn hiếm hơn cả bạc. Tổng lượng nhôm sản xuất ở Mỹ vào năm 1884 chỉ có 125 pound (01 pound tương đương 450 gram). Tại Trường Cao đẳng Oberlin ở Bang Ohio, Giáo sư Frank Jewett đã chỉ cho các sinh viên thấy một mẩu nhôm nhỏ và nói với họ rằng, bất cứ người nào có thể tìm ra được phương pháp sản xuất một cách kinh tế thứ kim loại quí này thì người đó sẽ trở nên giàu có. Charless Martin Hall là một trong số những sinh viên đó. Say mê với các mẩu kim loại từ khi mới 12 tuổi, Hall đã nung nấu trong lòng khát vọng sản xuất nhôm và ông đã biến ngôi nhà kho bằng gỗ nhỏ đằng sau vườn nhà mình thành một phòng thí nghiệm thô sơ để hàng ngày vùi mình vào đó nghiên cứu. Tài liệu tham khảo Suốt trong thời gian học và sau khi tốt nghiệp, Hall liên tục miệt mài với các thí nghiệm trong nhà kho và đã tự chế tạo được một nồi nấu kim loại bằng cacbon để phục vụ việc tạo ra ôxít nhôm-alumina. Đầu năm 1886, ông đổ đầy dung dịch cryolite có chứa alumina (Al2O3) vào nồi nấu kim loại đó và cho dòng điện chạy qua. Kết quả là ông thu được một đống lổn nhổn những chất đông cứng, ông để cho chúng nguội đi, sau đó dùng búa đập vụn ra. Trong đám bụi bốc lên có thấy một vài mảnh nhôm nguyên chất. Điện phân nhôm tiêu tốn một lượng điện rất lớn, chi phí điện đã chiếm 25% giá thành; để làm chảy 1 tấn nhôm cần khoảng 13,5 - 18,5 MWh để tách nhôm ra khỏi oxi trong alumina; mức tiêu thụ thấp nhất là 13.500 kWh/tấn nhôm ở nhà máy điện phân nhôm Moral của BHP ở Mozambic, cao là 16.292 Kwh/tấn nhôm ở nhà máy Bratsk ở Nga. Vì vậy, sản xuất nhôm chỉ đem lại hiệu quả khi giá điện thấp < 3 US cent/kWh. Để có được giá thành hạ, các công ty thường có nhà máy điện riêng, hầu hết là thuỷ điện như Alcan có tới 11 nhà máy thuỷ điện với tổng công suất 4.156 MW, Alcoa tự sản xuất được 25% lượng điện cho sản xuất Tái chế nhôm Sự tái chế nhôm từ các phế thải đã trở thành một trong những thành phần quan trọng của công nghiệp luyện nhôm. Việc tái chế đơn giản là nấu chảy kim loại, nó rẻ hơn rất nhiều so với sản xuất từ quặng. Việc tinh chế nhôm tiêu hao nhiều điện năng; việc tái chế chỉ tiêu hao khoảng 5% năng lượng để sản xuất ra nó trên cùng một khối lượng sản phẩm. Một thực tế phổ biến cho đến đầu thập niên 1900 là việc tái chế nhôm là không mới. Tuy nhiên, nó là lĩnh vực hoạt động trầm lắng cho đến tận những năm cuối thập niên 1960 khi sự bùng nổ của việc sử dụng nhôm để làm vỏ của các loại đồ uống cuối cùng đã đưa việc tái chế nhôm vào trong tầm chú ý của cộng đồng. Các nguồn tái chế nhôm bao gồm ô tô cũ, cửa và cửa sổ nhôm cũ, các thiết bị gia đình cũ, contener và các sản phẩm khác. I.3 Tình hình sản xuất và sử dụng nhôm hiện nay trên thế giới Tình hình sản xuất nhôm từ năm 2000 đến hết năm 2007 trên thế giới: ( Số liệu của IAI ) Tình hình sản xuất 8 tháng đầu năm 2008 : Như vậy Bắc Mỹ và Châu Âu vẫn dẫn đầu về sản xuất nhôm hiện nay. II. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY II.1 Phân bố quặng nhôm và tình hình sản xuất trong nước Việt Nam là quốc gia có nguồn năng lượng dồi dào với nhiều mỏ quặng bauxite, là cơ hội rất tốt cho việc phát triển năng lượng mới và các dự án kim loại, tạo ra một chu trình sản xuất từ bauxite đến sản phẩm nhôm và hợp kim. Tuy nhiên hiện tại, Việt Nam chưa có ngành công nghiệp nhôm riêng với quy mô lớn. II.2 Một số nhà máy luyện nhôm và sản xuất thành phẩm nhôm l ớn ở Việt Nam II.2.1 Nh à máy luyện nhôm Bảo Lâm-Lâm Đồng( trực thuộc Tổng công ty khoáng sản Việt Nam thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam ) Công suất : 600.000 tấn/năm. Dự kiến bắt đầu hoạt động năm 2009 II.2.2 Nhà máy nhôm Asia Vina – Taiwan (thuộc Công ty Thương mại tổng hợp Quảng Bình) Nhà máy nhôm Asia Vina - Taiwan là một trong 5 doanh nghiệp hàng đầu ở Việt Nam kể cả doanh nghiệp có hơn 100% vốn nước ngoài và liên doanh về sản xuất các loại nhôm thanh định hình đạt tiêu chuẩn chất lượng quốc tế, có sức cạnh tranh cao. Nhà máy hiện có 3 dây chuyền công nghệ hiện đại sản xuất các loại nhôm thanh, 2 hệ thống mạ hoàn thiện sản phẩm, hệ thống đúc nhôm để nấu lại toàn bộ dư liệu trong quá trình sản xuất, vừa triệt để tiết kiệm nguyên liệu đắt tiền, vừa làm cho nhà máy giảm thiểu phế thải đến mức cao nhất, cùng với các máy kiểm tra độ cứng của thanh nhôm, độ dày lớp mạ sản phẩm và hệ thống kiểm tra cơ, lý hoá của sản phẩm đạt yêu cầu chính xác cao. Công suất : Từ 3.500 đến 3.700 tấn sản phẩm/ năm Ngoài ra còn rất nhiều các cơ sở đúc nhôm và chế tạo nhôm thành phẩm nhỏ l ẻ. Tham khảo : - PHẦN II NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT NHÔM Quá trình luyện nhôm đi từ các sản phẩm quặng nhôm nghèo (boxit-nhôm tồn tại dưới dạng Al2O3 trong phức hoặc đơn chất) hoặc từ nhôm phế liệu. Quặng nhôm do các khoáng nhôm tạo thành, có khoảng hơn 250 loại khoáng nhôm khác nhau nhưng thường được sử dụng nhiều 8 loại sau: Tên khoáng vật Công thức hóa học Hàm lượng Al2O3 (%) Corundum Al2O3 100 Diaspo, bơmit Al2O3. H2O (AlOOH) 85 Spinel Al2O3. MgO 71 Hydraogilit, ghipxit Al2O3. 2H2O; Al(OH)3 65,4 Kianit, antalunit, silimanit Al2O3. SiO2 63 Caolinit Al2O3. 2SiO2.2H2O 39,5 Alunit K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)3 37 Nephelin (Na,K)2O.Al2O3. 2SiO2 32,3 – 35,9 Trong các loại quặng, Boxit là quặng nhôm quan trọng nhất, trong boxit nhôm tồn tại dưới dạng diaspo, bơmit, hydraghilit, ghipxit và đôi khi cả caolinit và corundum. Thành phần hóa học của quặng bôxit dao động khá lớn: Al2O3: 35-60% SiO2: 0,5-25% Fe2O3: 2-40% TiO2: vết – 11% Để đánh giá chất lượng quặng nhôm, người ta đánh gia thông qua chỉ tiêu gọi là modun silic SiO2 = tỷ số lượng Al2O3/SiO2. tỷ số này càng cao quặng càng tốt. phẦN III Quy tr×nh s¶n xuÊt nh«m I.Kh¸i qu¸t vÒ c«ng nghÖ s¶n xuÊt Nh«m -N¨m 1886, Hall ng­êi Mü vµ Heroult ng­êi Ph¸p ®ång thêi ph¸t minh ra ph­¬ng ph¸p ®iÖn ph©n nh«m trong dung dÞch muèi nh«m nãng ch¶y. Tõ ®ã ®Õn nay,Al ®­îc s¶n xuÊt víi quy m« c«ng nghiÖp, s¶n l­îng t¨ng lªn kh«ng ngõng,Al trë thµnh kim lo¹i ®­îc sö dông ngµy cµng réng r·i. Cã thÓ nãi, ph­¬ng ph¸p ®iÖn ph©n Nh«m trong m«i tr­êng nãng ch¶y chiÕm ®Þa vÞ chñ yÕu trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt nh«m. Sau ®©y lµ l­u tr×nh s¶n xuÊt nh«m hiÖn nay: