Tiểu luận Các quá trình sản xuất cơ bản 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

1

Mục lục

PHẦN I.......................................................................................................................4

I. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TRÊN THẾ GIỚI HIỆN NAY ...........4

I.1 Giới thiệu chung về nhôm.................................................................................4

I.2 Lịch sử ngành Sản xuất nhôm .........................................................................6

I.3 Tình hình sản xuất và sử dụng nhôm hiện nay trên thế giới .......................8

II. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY............11

II.1 Phân bố quặng nhôm và tình hình sản xuất trong nước..........................11

II.2 Một số nhà máy luyện nhôm và sản xuất thành phẩm nhôm l ớn ở Việt

Nam...........................................................................................................................12

PHẦN II ...................................................................................................................14

phẦN III...................................................................................................................15

PHẦN IV..................................................................................................................34

XỬ LÝ DÒNG THẢI ............................................................................................34

I. CHẤT THẢI RẮN...........................................................................................34

I.2.1 Công Nghệ Chôn Lấp..................................................................................36

II.2.3 Công Nghệ Hóa Lý. ..................................................................................38

II- KHÍ THẢI..........................................................................................................39

II.1 Thành Phần Hỗn Hợp Khí..............................................................................39

II.1.1 Qui Trình Xử Lý Bụi. ..................................................................................40

III NƯỚC THẢI ...................................................................................................43

2

IV ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI KHÍ HẬU ..............................................................46

3

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

4

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^-6m³/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

5

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.

6

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

7

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

8

Tình hình sản xuất nhôm từ năm 2000 đến hết năm 2007 trên

thế giới: ( Số liệu của IAI )

9

Tình hình sản xuất 8 tháng đầu năm 2008 :

10

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

11

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

12

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 :

- http://www.world-aluminium.org

13

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 Al₂O₃trong 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

(%)

100

85

Corundum

Al₂O₃

Diaspo, bơmit

Spinel

Al₂O₃. H₂O (AlOOH)

Al₂O₃. MgO

71

Hydraogilit, ghipxit

Kianit, antalunit, silimanit

Al₂O₃. 2H₂O; Al(OH)₃

Al₂O₃. SiO₂

65,4

63

14

Caolinit

Alunit

Al₂O₃. 2SiO₂.2H₂O

K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.4Al(OH)₃37

(Na,K)₂O.Al₂O₃. 2SiO₂32,3 – 35,9

39,5

Nephelin

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:

Fe₂O₃:

35-60%

2-40%

SiO₂:

0,5-25%

vết – 11%

TiO₂:

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

15

-N¨m 1886, Hall ng-êi Mü vµ Heroult ng-êi 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 l-îng 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 tr-êng nãng ch¶y chiÕm ®Þa vÞ chñ yÕu trong

c«ng nghÖ s¶n xuÊt nh«m. Sau ®©y lµ l-u tr×nh s¶n xuÊt nh«m hiÖn nay:

16

17

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 ng-êi 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 :

18

Boxit

Hoµ t¸ch ¤t«cla

Bïn

CaO

NaOH

L¾ng läc

C« ®Æc vµ

costic ho¸

dd

Dung

KhuÊy ph©n ho¸

Al(OH)₃

Nung

dÞch c¸i

MÇm

Al₂O₃

19

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 n-íc(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

20

- Hîp chÊt Natri alumosilicat ngËm n-íc kh«ng tan trong NaOH ë d¹ng r¾n,

lÉn vµo cÆn ®á.

- Ph¶n øng trªn cã Ých lµ khö SiO₂trong dung dÞch nh-ng cã h¹i lµ g©y mÊt

m¸t KiÒm vµ Al. Hµm l-îng SiO₂trong b«xit cµng lín th× hµm l-îng mÊt m¸t

kiÒm vµ Al cµng nhiÒu => ph-¬ng ph¸p Baye chØ ¸p dông cho c¸c lo¹i

quÆng cã hµm l-îng SiO₂thÊp.

- 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 ng-îc 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

21

ho¸ sÏ x¶y ra nhanh, nh-ng c¸c h¹t Al(OH)₃kÕt tinh sÏ nhá, kh«ng cã lîi cho

viÖc läc röa sau nµy.

- Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, cÇn cho thªm Al(OH)₃vµo ®Ó lµm mÇm. Sè mÇm

Al(OH)₃cho vµo b»ng kho¶ng 1,5-2,5 lÇn träng l-îng Al₂O₃cã 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)₃cã 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 n-íc cña Al(OH)₃®Ó thu ®-îc

Al₂O₃theo 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)₃ra, dung dÞch c¸i cßn l¹i chñ yÕu chøa NaOH,

nh-ng nång ®é thÊp, kh«ng ®¸p øng ®-îc yªu cÇu cña dung dÞch tuÇn hoµn.

22

tr×nh vËn hµnh, mét l-îng CO₂trong 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

Na₂CO₃ra. 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 nh-îc ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p nµy:

-¦u ®iÓm: L-u tr×nh ®¬n gi¶n, chÊt l-îng s¶n phÈm tèt, gi¸ thµnh h¹.

-Nh-îc ®iÓm: ChØ thùc hiÖn víi quÆng b«xit cã hµm l-îng SiO₂thÊp míi cã

lîi vÒ mÆt kinh tÕ.

II.2. Ph-¬ng ph¸p KiÒm thiªu kÕt

Khi hµm l-îng SiO₂trong 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 l-îng

Silic cao.

Thùc chÊt cña ph-¬ng ph¸p lµ ®em hçn hîp B«xit - Na₂CO₃vµ ®¸ 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 n-íc, natri aluminat hoµ tan ë d¹ng dung dÞch,

23

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 CO₂sÏ thu ®-îc Al(OH)₃. Sau khi nung Al(OH)₃ë 1200⁰C sÏ ®-îc

chÝnh sau: Thiªu kÕt, hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm, khö silic, cacbonat ho¸, nung.

24

§¸ v«i

B«xit

Xay

X« ®a

Xay nghiÒn

Phèi liÖu

Thiªu kÕt

NgiÒn thiªu kÕt

Hoµ t¸ch

CÆn ®á

L¾ng läc

Khö silic

L¾ng läc

dd

dd c¸i

C« ®Æc

Cacbonat

Al(OH)₃

Nung

Al₂O₃

25

II.2.1.Thiªu kÕt:

- Môc ®Ých: biÕn nh«m oxit trong quÆng boxit thµnh natri aluminat

(NaAlO₂) dÔ tan trong dung dÞch n-íc, cßn l¹i SiO₂trong b«xit t¹o canxisilicat

(2CaOSiO₂) khã tan.

tÝch thµnh phÇn ho¸ häc cña nguyªn liÖu ®· nghiÒn ®iÒu chØnh cho phï

hîp víi yªu cÇu thiªu kÕt,bïn quÆng nµy chøa 70% n-íc, dïng má phun vµo lß

thiªu kÕt.Bïn liÖu sau khi vµo lß ®-îc gia nhiÖt, tr¶i qua c¸c vïng khö n-íc,

nung nãng, lµm nguéi.T¹i vïng thiªu kÕt,phèi liÖu tr¶i qua c¸c b-íc sau:

B-íc 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

B-íc 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

26

- 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 n-íc, cßn t¹p chÊt

kh¸c vÉn ®Ó ë pha r¾n t¸ch khái dung dÞch,dung m«i hoµ t¸ch cã thÓ lµ

n-íc,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

Na₂O.Fe₂O₃+ H₂O = Fe₂O₃+ 2NaOH

lîi cho qu¸ tr×nh hoµ t¸ch.

- 2CaO.SiO₂thùc tÕ kh«ng hoµ tan, nh-ng 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 SiO₂tr-íc khi kÕt tinh Al(OH)₃.

27

- 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 SiO₂kho¶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

Al(OH)₃theo c¸c b-íc sau:

+Tr-íc tiªn, cho CO₂trong 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

Na₂O.Al₂O₃+ H₂O  2Al(OH)₃+ 2NaOH

aluminat tiÕn hµnh theo chiÒu thuËn.Sau khi cã ®-îc Al(OH)₃ta ®em nung

thu ®-îc Al₂O₃theo ph¶n øng:

Al(OH)₃Al₂O₃+ H₂O

28

vµ tËp trung ë ®¸y bÓ,cßn oxit bay ra vÒ phÝa cùc d-¬ng, oxi ho¸ cùc than, t¹o

xung quanh bÓ tËo ra líp vá cøng (6).Cho Al₂O₃(3) trªn líp nµy, cø mét thêi gian

- ph-¬ng ph¸p cã mét nh-îc ®iÓm lµ cùc d-¬ng tèn ®iÖn n¨ng, chÊt ®iÖn

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.

29

III.2.Thao t¸c cùc d-¬ng

vµo cùc d-¬ng.

nh-ng sau mét thêi gian kh«ng bÞ hÊp thô n÷a, lóc ®ã AlF₃bÞ mÊt ®i do bay

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:

30