Tiểu luận 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 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 577,5 kJ/mol 1.816,7 kJ/mol 2.744,8 kJ/mol 11.577 kJ/mol 14.842 kJ/mol 18.379 kJ/mol 23.326 kJ/mol 27.465 kJ/mol 31.853 kJ/mol 38.473 kJ/mol 42.647 kJ/mol 201.266 kJ/mol 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 khảoSuốt 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. 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:
II. SẢN XUẤT NHÔM OXIT Cã 2 ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt nh«m oxit chñ yÕu: Ph­¬ng ph¸p Baye Ph­¬ng ph¸p KiÒm thiªu kÕt II.1.Ph­¬ng ph¸p Baye - Ph­¬ng ph¸p Baye thùc chÊt lµ ph­¬ng ph¸p dïng dung dÞch NaOH ®Ó hoµ t¸ch b«xit ë nhiÖt ®é cao vµ ¸p suÊt,do K.I.Baye ng­êi Aã ph¸t minh vµo n¨m 1887. Sau ®©y lµ s¬ ®å tãm t¾t ph­¬ng ph¸p Baye s¶n xuÊt nh«m oxit :
 C¸c kh©u chÝnh cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Nh«m «xit gåm : 1.Hoµ t¸ch b«xit 2.KhuÊy ph©n ho¸ dung dÞch NaAlO2 3.Nung Nh«m hy®r«xit 4.C« ®Æc dung dÞch c¸i vµ costic ho¸. II1.1.Hoµ t¸ch b«xit: - B«xit sau khi nghiÒn nhá trén vµo víi KiÒm cho vµo ¤t«cla(thiÕt bÞ hoµ t¸ch). Trong ¤t«cla x¶y ra t¸c dông cña dung m«i víi c¸c thµnh phÇn cña b«xit. - Nh«m «xit trong b«xit phÇn lín ë d¹ng ngËm n­íc(hi®r«xit) khi hoµ t¸ch sÏ t¸c dông víi NaOH t¹o natri aluminat theo ph¶n øng sau : Al(OH)3 + NaOH + aq = NaAl(OH)4 + aq AlOOH + NaOH + aq = Na Al(OH)4 + aq - S¾t «xit kh«ng t¸c dông víi NaOH nªn n»m l¹i trong b·, Silic «xit t¸c dông víi NaOH t¹o ra Natri silicat hoµ tan vµo dung dÞch theo ph¶n øng: SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O - Natri silicat l¹i t¸c dông víi Natri aluminat t¹o thµnh natri alumosilicat : Na2SiO3 + NaAl(OH)4 + aq = Na2O.Al2O3.mSiO2.nH2O + NaOH - Hîp chÊt Natri alumosilicat ngËm n­íc kh«ng tan trong NaOH ë d¹ng r¾n, lÉn vµo cÆn ®á. - Ph¶n øng trªn cã Ých lµ khö SiO2 trong dung dÞch nh­ng cã h¹i lµ g©y mÊt m¸t KiÒm vµ Al. Hµm l­îng SiO2 trong b«xit cµng lín th× hµm l­îng mÊt m¸t kiÒm vµ Al cµng nhiÒu => ph­¬ng ph¸p Baye chØ ¸p dông cho c¸c lo¹i quÆng cã hµm l­îng SiO2 thÊp. - HiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch phô thuéc vµo nhiÒu nh©n tè : NhiÖt ®é, thêi gian, nång ®é dung dÞch, tØ sè r¾n láng, b¶n chÊt quÆng. II.1.2.KhuÊy ph©n ho¸ dung dÞch natri aluminat. - Sau l¾ng läc dung dÞch natri aluminat ®­îc ®em ®i khuÊy ph©n ho¸. Dung dÞch nµy ph©n ho¸ t¹o ra nh«m hi®r«xit theo ph¶n øng sau: Na AlO2 + H2O -> Al(OH)3 + NaOH - VÒ c¬ chÕ th× qu¸ tr×nh ph©n ho¸ sÏ ®­îc chia lµm 2 giai ®o¹n : + T¹o mÇm Al(OH)3 + Ph¸t triÓn mÇm - NÕu n©ng cao tØ sè costic th× qu¸ tr×nh t¹o mÇm sÏ ngõng. Khi tØ sè costic cao h¬n n÷a th× qu¸ tr×nh sÏ diÔn ra theo chiÒu ng­îc l¹i, tøc lµ t¹o ra natri aluminat. V× vËy ph¶i khèng chÕ nång ®é kiÒm thÝch hîp. Gi¶m nång ®é kiÒm sÏ cã lîi cho qu¸ tr×nh khuÊy ph©n ho¸.NhiÖt ®é còng cã t¸c dông víi qu¸ tr×nh khuÊy ph©n ho¸, nÕu gi¶m nhiÖt ®é th× qu¸ tr×nh khuÊy ph©n ho¸ sÏ x¶y ra nhanh, nh­ng c¸c h¹t Al(OH)3 kÕt tinh sÏ nhá, kh«ng cã lîi cho viÖc läc röa sau nµy. - Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, cÇn cho thªm Al(OH)3 vµo ®Ó lµm mÇm. Sè mÇm Al(OH)3 cho vµo b»ng kho¶ng 1,5-2,5 lÇn träng l­îng Al2O3 cã trong dung dÞch. - Môc ®Ých cña khuÊy lµ lµm cho nång ®é dung dÞch ®ång ®Òu vµ h¹t tinh thÓ lu«n ë tr¹ng th¸i l¬ löng. - Sau khi khuÊy ph©n ho¸, dung dÞch cã tØ sè costic lµ 3,6-3,7.KÕt tinh xong ®­a Al(OH)3 ®i ph©n cÊp. Lo¹i Al(OH)3 cã cì h¹t lín ®em ®i röa vµ nung, cßn lo¹i h¹t nhá cho quay l¹i mÇm kÕt tinh cho qu¸ tr×nh sau. Dung dÞch c¸i sau khi khuÊy ph©n ho¸ ®­îc ®em ®i c« ®Æc vµ costic ho¸. II.1.3.Nung Al(OH)3 Môc ®Ých cña viÖc ®em nung lµ lµm mÊt n­íc cña Al(OH)3 ®Ó thu ®­îc Al2O3 theo ph¶n øng: 2Al(OH)3 ( Al2O3 + 3H2O II.1.4.C« ®Æc dung dÞch c¸i vµ costic ho¸ - Sau khi läc, lÊy Al(OH)3 ra, dung dÞch c¸i cßn l¹i chñ yÕu chøa NaOH, nh­ng nång ®é thÊp, kh«ng ®¸p øng ®­îc yªu cÇu cña dung dÞch tuÇn hoµn. V× vËy ®em c« ®Æc ®Ó n©ng nång ®é lªn 300 g/l th× dõng l¹i.Trong qu¸ tr×nh vËn hµnh, mét l­îng CO2 trong kh«ng khÝ t¸c dông víi NaOH trong dung dÞch t¹o ra Na2CO3. Khi c« ®Æc sÏ kÕt tinh ra Na2CO3, ®em läc t¸ch Na2CO3 ra. Sau ®ã dïng Ca(OH)2 ®Ó costic ho¸ theo ph¶n øng: Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3 - Sau ®ã l¾ng läc, th¶i b·, dung dÞch ®em dïng l¹i. Mét sè ­u nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy: -¦u ®iÓm: L­u tr×nh ®¬n gi¶n, chÊt l­îng s¶n phÈm tèt, gi¸ thµnh h¹. -Nh­îc ®iÓm: ChØ thùc hiÖn víi quÆng b«xit cã hµm l­îng SiO2 thÊp míi cã lîi vÒ mÆt kinh tÕ. II.2. Ph­¬ng ph¸p KiÒm thiªu kÕt Khi hµm l­îng SiO2 trong quÆng cao, dïng ph­¬ng ph¸p Baye ®Ó s¶n xuÊt sÏ kh«ng cã lîi vÒ mÆt kinh tÕ do lµm mÊt m¸t nh«m «xit vµ kiÒm. Ph­¬ng ph¸p kiÒm thiªu kÕt cho phÐp chÕ biÕn mét c¸ch hîp lÝ c¸c lo¹i quÆng cã hµm l­îng Silic cao. Thùc chÊt cña ph­¬ng ph¸p lµ ®em hçn hîp B«xit - Na2CO3 vµ ®¸ v«i nung ë nhiÖt ®é cao, kÕt qu¶ lµ nhËn ®­îc s¶n phÈm thiªu kÕt chøa natri aluminat. Sau ®ã hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm trong n­íc, natri aluminat hoµ tan ë d¹ng dung dÞch, c¸c hîp chÊt kh¸c n»m l¹i ë d¹ng cÆn b·. Läc t¸ch b· thu ®­îc dung dÞch aluminat th«. Sau khi khö Silic sÏ thu ®­îc dung dÞch aluminat s¹ch.§em cacbon¸t ho¸ b»ng khÝ CO2 sÏ thu ®­îc Al(OH)3. Sau khi nung Al(OH)3 ë 12000 C sÏ ®­îc Al2O3.L­u tr×nh s¶n xuÊt Al2O3 b»ng ph­¬ng ph¸p kiÒm thiªu kÕt gåm c¸c kh©u chÝnh sau: Thiªu kÕt, hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm, khö silic, cacbonat ho¸, nung. 
 II.2.1.Thiªu kÕt: - Môc ®Ých: biÕn nh«m oxit trong quÆng boxit thµnh natri aluminat (NaAlO2) dÔ tan trong dung dÞch n­íc, cßn l¹i SiO2 trong b«xit t¹o canxisilicat (2CaOSiO2) khã tan. - Cho boxit, dd Na2CO3,CaCO3 cïng håi liÖu vµo m¸y nghiÒn, sau ®ã ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ häc cña nguyªn liÖu ®· nghiÒn ®iÒu chØnh cho phï hîp víi yªu cÇu thiªu kÕt,bïn quÆng nµy chøa 70% n­íc, dïng má phun vµo lß thiªu kÕt.Bïn liÖu sau khi vµo lß ®­îc gia nhiÖt, tr¶i qua c¸c vïng khö n­íc, nung nãng, lµm nguéi.T¹i vïng thiªu kÕt,phèi liÖu tr¶i qua c¸c b­íc sau: B­íc 1:thiªu kÕt ë nhiÖt ®é thÊp, x¶y ra c¸c ph¶n øng: Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O.Fe2O3 + CO2 Na2CO3 + SiO2 = Na2O.SiO2 + CO2 Na2CO3 +Al2O3 = Na2O.Al2O3 + CO2 NÕu ë nhiÖt ®é thÊp cã thÓ t¹o Na2O.Al2O3.SiO2 B­íc 2:thiªu kÕt ë nhiÖt ®é cao, x¶y ra c¸c ph¶n øng sau: Na2O.Fe2O3 + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + Fe2O3 Na2O.SiO2 + 2CaO + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + 2CaO.SiO2 Na2O.Al2O3.SiO2 + 4CaO = Na2O.Al2O3+ 2(2Na2O.SiO2) II.2.2.Hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm - S¶n phÈm thiªu kÕt sau khi nghiÒn nhá ®­îc ®­a ®i hoµ ®­a ®i hoµ t¸ch. - Môc ®Ých lµ chuyÓn natri aluminat tõ pha r¾n vao dd n­íc, cßn t¹p chÊt kh¸c vÉn ®Ó ë pha r¾n t¸ch khái dung dÞch,dung m«i hoµ t¸ch cã thÓ lµ n­íc,dd kiÒm lo·ng, dd natri aluminat lo·ng. - Khi hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm x¶y ra c¸c qu¸ tr×nh sau: + natri aluminat hoµ tan vµo dung dÞch + natri ferit bÞ ph©n huû theo ph¶n øng: Na2O.Fe2O3 + H2O = Fe2O3 + 2NaOH - S¾t oxit n»m l¹i trong cÆn, Natri ferit thuû ph©n lµm t¨ng l­îng NaOH cã lîi cho qu¸ tr×nh hoµ t¸ch. - 2CaO.SiO2 thùc tÕ kh«ng hoµ tan, nh­ng nÕu thêi gian hoµ t¸ch kÐo dµi, nång ®é dung dÞch ®Ëm ®Æc, nhiÖt ®é hoµ t¸ch cao th× canxi silicat còng b¾t ®Çu ph¶n øng víi dung dÞch kiÒm vµ qu¸ tr×nh sÏ phøc t¹p. - Mét sè natri silicat t¹o thµnh còng tan vµo trong dung dÞch v× vËy cÇn ®em dung dÞch ®i khö SiO2 II.2.3.Khö Silic - Sau hoµ t¸ch ®­îc dung dÞch Aluminat th«, v× trong dung dÞch cßn nhiÒu SiO2. V× vËy cÇn khö SiO2 tr­íc khi kÕt tinh Al(OH)3. - Qu¸ tr×nh khö silic cña dung dÞch dÞch natri aluminat tiÕn hµnh trong otocla t­¬ng tù nh­ ¤t«cla dïng ®Ó hoµ t¸ch b«xit theo ph­¬ng ph¸p Baye. NhiÖt ®é khö SiO2 kho¶ng 1700C.Ph¶n øng chñ yÕu cña qu¸ tr×nh khö SiO2: Na2O.Al2O3 +2(Na2O.SiO2) +4H2O= 4NaOH +Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O Sau khi khö SiO2 ®­a dung dÞch ®i l¾ng läc, kÕt tña ®­a vÒ trén cïng quÆng vµ ®em ®i thiªu kÕt. Dung dÞch c¸i ®em cacbonat ho¸. II.2.4.Cacbonat ho¸ dung dÞch natri aluminat - Môc ®Ých: lµm cho dung dÞch natri aluminat bÞ ph©n huû, kÕt tña Al(OH)3 theo c¸c b­íc sau: +Tr­íc tiªn, cho CO2 trong kh«ng khÝ t¸c dông víi NaOH 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O do NaOH bÞ trung hoµ, tØ sè costic cña dung dÞch gi¶m xuèng, hîp chÊt natri aluminat trë nªn kh«ng bÒn v÷ng mµ ph©n huû theo ph¶n øng : Na2O.Al2O3 + H2O ( 2Al(OH)3 + 2NaOH mµ NaOH sinh ra l¹i t¸c dông víi CO2 ( thóc ®Èy ph¶n øng ph©n ho¸ natri aluminat tiÕn hµnh theo chiÒu thuËn.Sau khi cã ®­îc Al(OH)3 ta ®em nung thu ®­îc Al2O3 theo ph¶n øng: Al(OH)3(Al2O3 + H2O III.S¶n xuÊt Nh«m b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÖn ph©n. - Khi ®· cã nh«m oxit, cÇn dïng Na3AlF6 vµ c¸c muèi fluorua ®Ó ®iÖn ph©n nh«m.Ta cã s¬ ®å ®iÖn ph©n Nh«m: -BÓ th­êng lµ h×nh hép ch÷ nhËt, ®¸y nèi cùc ©m (2), khèi than ë phÝa trªn lµ cùc d­¬ng(1).Gi÷a hai cùc lµ chÊt ®iÖn ph©n Criolit-aluminat nãng ch¶y(4). D­íi t¸c dông cña dßng ®iÖn mét chiÒu, Al trong dung dÞch ®iÖn ph©n tiÕt ra vµ tËp trung ë ®¸y bÓ,cßn oxit bay ra vÒ phÝa cùc d­¬ng, oxi ho¸ cùc than, t¹o hçn hîp khÝ CO +CO2 tho¸t ra ngoµi. Trªn bÒ mÆt dung dÞch ®iÖn ph©n vµ xung quanh bÓ tËo ra líp vá cøng (6).Cho Al2O3(3) trªn líp nµy, cø mét thêi gian nhÊt ®Þnh l¹i ®Ëy líp vá ®Ó cung cÊp Al2O3 vµo trong bÓ ®iÖn ph©n. - ph­¬ng ph¸p cã mét nh­îc ®iÓm lµ cùc d­¬ng tèn ®iÖn n¨ng, chÊt ®iÖn ph©n dÔ bÞ bèc h¬i. III.1.Cho Al oxit vµo bÓ ®iÖn ph©n -Trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n, Nh«m oxit lµ nguyªn liÖu tiªu hao chñ yÕu thu ®­îc Al ë cùc ©m vµ khÝ tho¸t ra ë cùc d­¬ng. V× vËy ph¶i cung cÊp nh«m oxit vµo bÓ ®Ó qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n ®­îc liªn tôc.Cø mét thêi gian nhÊt ®Þnh l¹i cho nh«m oxit vµo bÓ, b»ng c¸ch ®Ëp vì líp vá ®iÖn ph©n ®· h×nh thµnh trªn bÒ mÆt bÓ, sau ®ã l¹i r¶i nh«m oxit lªn trªn líp vá ®ã.Thao t¸c nµy cã thÓ lµm thñ c«ng hoÆc m¸y chuyªn dïng. III.2.Thao t¸c cùc d­¬ng -Qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n tiÕn hµnh ë 9500C, cùc d­¬ng bÞ ¨n mßn dÇn dÇn trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n nªn ph¶i ®Þnh k× l¹i cùc d­¬ng xuèng, cho thªm hå vµo cùc d­¬ng. III.3.§iÒu chØnh thµnh phÇn chÊt ®iÖn ph©n Thùc tÕ, do bÞ cùc than hÊp phô, do bÞ bay h¬i, bÞ c¸c t¹p chÊt kh¸c ph©n ly,tØ lÖ thµnh phÇn chÊt ®iÖn ph©n kh«ng æn ®Þnh v× vËy cÇn ®iÒu chØnh thµnh phÇn chÊt ®iÖn ph©n. Khi míi cho ch¹y bÓ ®iÖn ph©n, NaF trong Criolit bÞ cùc than hÊp phô, nh­ng sau mét thêi gian kh«ng bÞ hÊp thô n÷a, lóc ®ã AlF3 bÞ mÊt ®i do bay h¬i vµ ph©n li bëi ph¶n øng: 2Na3AlF6 + 3Na2O = Al2O3 + 12NaF 2Na3AlF6 + 3H2O = Al2O3 + 6NaF + 6HF V× vËy, cÇn cho thªm AlF3 ®Ó gi÷ æn ®Þnh tû sè Criolit. III.4.Ra Al: Al láng tÝch lòy dÇn ë ®¸y bÓ trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n. Cø 3-4 ngµy th¸o Al mét lÇn. §Ó ®¶m b¶o c©n b»ng nhiÖt, kh«ng nªn th¸o hÕt nh«m ë bÓ ra vµ th­êng ®Ó l¹i mét l­îng Al láng øng víi chiÒu cao n­íc nh«m kho¶ng 15cm. IV.Tinh luyÖn Nh«m. -Ph­¬ng ph¸p ®iÖn ph©n Cri«lit-alumin nãng ch¶y chØ thu ®­îc Al cã ®é s¹ch 99,5-99,7%Al gäi lµ Al kü thuËt. -Al th« tõ bÓ ®iÖn ph©n cßn chøa nhiÒu t¹p chÊt (gi¶m chÊt l­îng nh«m nªn ph¶i tinh luyÖn. - C¸c t¹p chÊt cã trong Al th­êng lµ:chÊt ®iÖn ph©n, nh«m oxit, nh«m cacbit, than lÉn vµo Al tõ bÓ ®iÖn ph©n,Fe,Si,Ti tõ nguyªn liÖu vµo Al trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n, t¹p chÊt thÓ khÝ do hoµ tan Al chñ yÕu lµ Hi®r«. - Hai qu¸ tr×nh tinh luyÖn Al th­êng ®­îc ¸p dông cho s¶n xuÊt: + Clorua ho¸ vµ nÊu t¸ch + §iÖn ph©n 3 líp IV.1.Tinh luyÖn theo ph­¬ng ph¸p clorua ho¸, nÊu t¸ch( thiªn tÝch) -Môc ®Ých :Khö t¹p ch¸t phi kim lo¹i vµ t¹p chÊt thÓ khÝ. -Khi tinh luyÖn b»ng clorua ho¸, Al th¸o ë bÓ ®iÖn ph©n ra cho ngay vµo thïng chøa, khèng chÕ nhiÖt ®é 7500C-7700C, sôc khÝ Clo vµo Al khuÊy láng,khi ®ã mét phÇn Al bÞ clorua ho¸ t¹o AlCl3 d¹ng h¬i. H¬i AlCl3 bao quanh c¸c h¹t r¾n phi kim lo¹i, lµm chóng næi lªn trªn mÆt kim lo¹i láng vµ vít ra ngoµi. §ång thêi c¸c khÝ nh­ H2 còng bÞ h¬i AlCl3mang ®i. -§Ó khö ®i mét sè c¸c t¹p chÊt, ta dïng ph­¬ng ph¸p nÊu t¸ch, viÖc nÊu t¸ch ®­îc tiÕn hµnh trong lß ®iÖn trë, khèng chÕ nhiÖt ®é 700-7100C, ®¸y lß cã ®é dèc nhÊt ®Þnh vµ cã chç tËp chung Al.Al sÏ ch¶y láng, vµ tËp trung l¹i, c¸c t¹p chÊt vÉn ë thÓ r¾n hoÆc sÖt n»m l¹i trªn ®¸y lß. IV.Tinh luyÖn b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÖn ph©n ba líp. - Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh trong bÓ ®iÖn ph©n cã ba líp láng, thùc chÊt cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ Al cùc d­¬ng hoµ tan theo ph¶n øng ®iÖn ho¸ sau : Al - 3e ( Al3+ T¹i cùc ©m thu ®­îc Al s¹ch theo ph¶n øng : Al3+ + 3e ( Al - C¸c nguyªn tè d­¬ng h¬n Al (Cu, Fe, Si,...) kh«ng hoµ tan vµ tËp trung l¹i trong hîp kim cùc d­¬ng,c¸c kim lo¹i ©m h¬n Al (Mg, Ca,...) sÏ bÞ hoµ tan ë cùc d­¬ng chuyÓn vµo chÊt ®iÖn ph©n ë c¸c d¹ng ion t­¬ng øng, chóng n»m l¹i trong chÊt ®iÖn ph©n chø kh«ng phãng ®iÖn, bëi v× thÕ ®iÖn thÕ tiÕt ra cña chóng cao h¬n cña Al.Do chªnh lÖch vÒ tØ träng, trong bÓ ®iÖn ph©n tinh luyÖn cã ba líp(tõ d­íi lªn trªn):hîp kim cùc d­¬ng, chÊt ®iÖn ph©n, Al s¹ch. PHẦN IV XỬ LÝ DÒNG THẢI . * * * * * * * * * * Công nghệ sản xuất nhôm gồm rất nhiều quá trình phức hợp, vì vậy mà chất thải của từng quá trình đều khác nhau và các chất chứa trong chúng cũng khác nhau tùy thuộc vào từng quá trình. Một cách tương đói có thể chia dòng thải thành 4 loại: + chất thải rắn. + khí thải. + nước thải. + ảnh hưởng đến vi khí hậu. CHẤT THẢI RẮN I.1 Thành phần Trong từng quá trình đều có những loại chất thải khác nhau đa phần là đất đá có lẫn bụi quặng và các kim loại tạp ở dạng các hợp chất, ngoài ra còn có các loại chất thải phát sinh ngoài quá trình luyện. Quặng đưa vào luyện nhôm còn chứa nhiều tạp chất như đất, đá,các kim loại tạp chất tồn tại ở dạng các hợp chất… Vì vậy trước khi đưa vào lò luyện quặng cần được xử lý sơ bộ.Quá trình xử lý gồm nghiền, sàng, tuyển rửa quặng làm sinh ra quặng, bụi quặng rơi vãi,cặn đất, đá được sàng, tuyển ra. Thành phần này chứa tỷ lệ kim loại thấp được nhập vào dòng thải đem đi xử lý. Quặng sau khi xử lý được đem đi sản xuất nhôm oxit bằng phương pháp Bayer hòa tan rồi hòa tách trong Octola ở áp suất cao. Phương pháp này tiêu tốn nhiều nguyên liệu và hao phí nhiều kim loại vì vậy cặn thải cũng chứa tỷ lệ kim loại cao. Để khắc phục nhược điểm trên người ta sử dụng phương pháp kiềm thiêu kết giảm tỷ lệ kim loại đi vào cặn thải. Tuy nhiên nói chung cả hai phương pháp đều có kim loại thất thoát. Khi nung oxit nhôm ở nhiệt độ cao cần có chất trợ dung(thường là CaO). Cặn thải của quá trình này chứa oxit silic,oxit nhôm thất thoát, các kim loại nặng, cặn lắng của các chất vô cơ khác…Với những loại cặn có tỷ lệ kim loại cao sẽ được tái sử dụng để thu hồi kim loại. Oxit nhôm sau khi làm sạch được đem đi điện phân sẽ thu được nhôm thô.Để thu được nhôm sạch ta tiếp tục tiến hành điện phân, số lần điện phân càng nhiều thì nhôm càng tinh khiết.Dung dịch điện phân là muối Criolit không hòa tan các kim loại dương hơn nhôm. Vì vậy bùn điện phân chứa các kim loại dương hơn nhôm. Thành phần này chủ yếu là các kim loại nặng và độc hại. Ngoài ra trong quá trình sản xuất còn phát sinh các nguồn thải khác như bao bì đựng hóa chất có thể còn dính các hóa chất độc hại, rất cần được xử lý kỹ để đảm bảo an toàn đối với sức khỏe cũng như môi trường. I.2 Qui Trình Xử Lý Đối với chất thải rắn thì hiện nay hai phương pháp phổ biến nhất được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới là chôn lấp và thiêu hủy.trong đó thiêu hủy được cho là sạch hơn. Ngoài ra còn có phương pháp hóa lý hoặc cũng có thể dùng xỉ làm nguyên liệu cho ngành xây dựng như ép gạch viên hoặc làm vật liệu phụ cho sản xuất xi măng. Tuy nhiên có thể không an toàn vì trong xỉ có chứa một lượng nhỏ kim loại nặng có thể gây nguy hiểm đối với người sử dụng nếu tiếp xúc lâu dài với các sản phẩm này. Chất thải rắn trước tiên sẽ được phân loại và xử lý cơ học gồm: nghiền, sang, tuyển từ…rồi mới được xử lý bằng các phương pháp khác. I.2.1 Công Nghệ Chôn Lấp Là biện pháp tiêu hủy được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Theo công nghệ này chất thải rắn được cố định dạng viên hay khối và đem chôn lấp ở bãi chôn lấp. bãi chôn lấp phải đảm bảo cách xa khu dân cư trên 5km, nền đất ổn định, chống thấm tốt, mực nước ngầm thấp,cách xa sông hồ.