Như chúng ta đã biết thì Nhôm là một kim loại nhẹ. Việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, trừ sắt. Nhôm đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Hiện nay đã có tới hơn 500 000 sản phẩm được sản xuất từ nhôm và các hợp chất của nó và sử dụng rộng rãi trong cách ngành chế tạo máy móc, máy bay, tên lửa, xây dựng, vận tải, điện và đời sống.. Nhôm là một kim loại chiến lược, theo số lượng sản xuất thì nó chỉ đứng sau sắt. Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhò vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện tử của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp. HỢp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải ( ô tô,máy bay, xe tải, toa xe tàu hỏa….). Do vậy, việc nghiên cứu Nhôm là vấn đề cần thiết cho nền kinh tế cũng như các ứng dụng của Nhôm vào đời sống xã hội. Sau đây sẽ đi tìm hiểu kỹ hơn về Nhôm.
Trang 1Phần II NHÔM (Al)
Mở Đầu
Như chúng ta đã biết thì Nhôm là một kim loại nhẹ Việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, trừ sắt Nhôm đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế thế giới Hiện nay đã có tới hơn 500 000 sản phẩm được sản xuất từ nhôm và các hợp chất của nó và sử dụng rộng rãi trong cách ngành chế tạo máy móc, máy bay, tên lửa, xây dựng, vận tải, điện và đời sống
Nhôm là một kim loại chiến lược, theo số lượng sản xuất thì nó chỉ đứng sau sắt Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhò vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện tử của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp HỢp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải( ô tô,máy bay, xe tải, toa xe tàu hỏa….)
Do vậy, việc nghiên cứu Nhôm là vấn đề cần thiết cho nền kinh tế cũng như các ứng dụng của Nhôm vào đời sống xã hội Sau đây sẽ đi tìm hiểu kỹ hơn
về Nhôm
Trang 2Chương I LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA
Tên tuổi của Frich VoLơ (Friedrich Wohler) được gắn liền với việc phân lập nhôm vào năm 1872 Tuy nhiên, kim loại này đã được sản xuất lần đầutiên trong dạng không nguyên chất hai năm trước bởi nhà vật lý và hóa học Đan Mạch Hán Christian Orsted Dơvil (Henri Saint-Ckaire Deville ) đã hoàn thiện phương pháp của Wohler và cải tiến trong quy trình là thay thế kali thành natri trong cuốn sách năm 1859 Phát minh của quy trình Hol Heron (Hall-Héroult) được thể hiện trong cuốn sách viết năm 1886 đã làm cho việc sản xuất nhôm từ khoáng chất trở thành không đắt tiền và ngày nay nó được sử dụng rộng rãi khắp trên thế giới Nhà hóa học người Nga Beketov.N đã tách nhôm một cách thành công khỏi dung thể criolit – Na3AlF6 (Năm 1865), đã mở ra hướng mới sửdụng nhôm trong công nghiệp ở các nước Đức và Pháp
1886, Saclơ Holl (Charles Martin Hall), nhận được bằng sách chế ( số 400655) về quy trình điện phân để sản xuất nhôm Nước Đức trở thành nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới sau khi Adolf Hitler lên nắm quyền
1.2 Tính chất vật lý
Nhôm ( Al) là một kim loại mềm, nhẹ, màu xám bạc ánh kim loại mờ, vì cómột lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí Nó cũng không nhiễm từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thôngthường Nhôm nóng chảy ở nhiệt độ 659,80C, sôi ở nhiệt độ 20000, tỷ trọng 2,7 g/cm3 Nhôm có độ dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, độ bền vững cơ học và hóa học cao ( đặc biệt là hợp kim với đồng, silic, magiê, mangan, kẽm, niken
1.3 Công dụng
Tính theo cả số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, trừ sắt Nhôm đóng vai trò rất quan trọng trong nền kin tế thế giới HIện nay đã có tới hơn 500 000 sản phẩm được sản xuất từ nhôm và các hợp chất của nó Sau đây là một số lĩnh vực sử dụng của kim loại nhôm và các hợp chất của nó
Nhờ những tính chất vật lý – hóa học quý, nhôm và hợp kim của nó được
sử dụng rộng rãi trong cách ngành chế tạo máy móc, máy bay, tên lửa, xây
Trang 3dựng, vận tải, điện và đời sống Nhôm có hoạt tính hóa học mạnh với oxy nên người ta dùng nhôm để hoàn nguyên các kim loại khác như crom, mangan, niken, canxi, bari và các á kim từ hợp chất oxyt của chúng Nhôm là một kim loại chiến lược, theo số lượng sản xuất thì nó chỉ đứng sau sắt Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của oxyt nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ Trên thực tế, gần như toàn bộ các loại gương hiện đại được sản xuất sử dụng phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy tinh Các gương của kính thiên văn cũng được phủ một lớp mỏng nhôm, nhưng là ở mặt trước để tránh các phản xạ bên trog mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổng thương.
Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhò vào đặc tính hấp thụ bức
xạ điện tử của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp HỢp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải ( ô tô,máy bay, xe tải, toa xe tàu hỏa….) Sau đây liệt kê thêm những ứng dụng của nhôm
- Xây dựng ( cửa sổ, cửa, ván,…) Các hàng tiêu dùng có độ bền
cao( trang thiết bị, đồ nấu bếp…) Các đường dây tải điện ( mặc dù
độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng, nó nhẹ hơn nếu tính theokhối lượng và rẻ tiền hơn
- Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong
théo MKM và nam châm Alnico
- Nhôm siêu tính khiết (SPA) chứa 99,980% - 99,999% nhôm được sử
dụng trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD
- Nhôm dạng bột thông thường được sử dụng để tạo màu bạc trong
sơn Các bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ - khi khô đi, các bông nhôm sẽ tại ra một lớp kháng nước rất tốt
- Nhôm dương cực hóa là ổn định hơn đối với sự oxy hóa và được sử
dụng trong các lĩnh vực xây dựng khác nhau
- Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của máy tính hiện đại được sản
xuất từ nhôm vì nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao
- Oxyt nhôm alumina, được tìm thấy trong tự nhiên được sử dụng
trong sản xuất thủy tinh Ruby và saphia tổng hợp đước ử dụng trongcác ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa
- Sự ô xi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu
rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm và các thành phần của pháo hoa
- Phản ứng nhiệt nhôm dùng để điều chế các kim loại có độ nhiệt nóng
chảy cao ( như Crôm Cr, volfram W…), đóng gói ( can, giấy gói….)
II TÍnh chất địa hóa , thành phần khoáng vật
Trang 42.1 Tính chất địa hóa
Nhôm là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất và xếp vị trí thứ ba sau oxy và silic Trị số Clark của nhôm là 8,05% Hàm lượng trung bình của nhôm trong đá trầm tích là 10,45%, trong đá mafic 0,75%, trong đá trung t ính là 0,85%, trong đá axit là 7,7% và trong đá siêu mafic là 1,7%.
2.2 Thành phần khoáng vật
Tuy nhôm tham gia vào thành phần của hầu hết các khoáng vật tạo đá, nhưng các khoáng vật có giá trị công nghiệp thì lại không nhiều lắm Phổ biến
và có giá trị là bơmit AlO.OH chứa 85% Al2O3, diaspo AlHO2 chứa 85% Al2O3,
hydraginlit (gipxit) Al(OH)3 chứa 64,7% Al2O3, nefelin NaAlSiO4 chứa 34%
Al2O3, silimanit Al2SiO5 chứa 67% Al2O3 , leixit KALSi2O6 chứa 23,5% Al2O3 , caolinit Al4Si4O10(OH)8 chứa 40% Al2O3 Ngoài ra còn có các khoáng vật cao nhôm khác như alunit, andaluzit, disten và kianit
Bauxit là loại quặng chủ yếu của nhôm ( bao gồm các khoáng vật
hydroxyt nhôm, hydroxyt và oxyt của sắt, thạch anh và các khoáng vật sét) Tỷ
lệ giữa oxyt nhôm và oxyt silic thường lớn hơn 2 Vì keo nhôm mang điện tích
âm nên trong các mỏ quặng bauxit thường có chứa các nguyên tố vi lượng quặng như vanadi, titan, canxi
Tài nguyên – trữ lượng quặng baxit của các nước tư bản và đang phát triển khoảng 48 tỷ tấn (90% tập trung ở các nước nhiệt đới, trong đó 75% ở Australia/ Úc Camerun, Brazina, Ấn độ, ghine, Jamaica Việt Nam có t ài nguyên – trữ lượng quặng bauxit khá lớn, độ gần vài chục tỷ tấn quặng Liên Xô(cũ) có trữ lượng quặng nhôm lớn, ngoài ra bauxit còn tập trung ở Trung Quốc, hungari, Rumani, Anbani và một số nước khác
Yêu cầu công nghiệp đối với bauxit ở các nước khác nhau và ngay cả các
mỏ khác nhau cũng rất khác nhau Ở liên xỗ ( Xô cũ) và Liên bang Nga hiện nay, yêu cầu công nghiệp đối với bauxit quy định theo GOST -972-50
Trang 5Bauxit từ loại B-2 trở lên có thể chế biến theo phương pháp thủy hóa Baier ở 2250C, loại B-7 và loại B-8 ở nhiệt độ 1050C Bauxit từ B-3 đến B-5 có thể chế biến theo phương pháp thiêu kết Bauxit B-2 không dùng để sản xuất nhôm Bauxit B-7 và B-8 là loại bauxit giàu gipxit Các loại khác là loại bauxit một hidrat.
Để sản xuất 1 tấn nhôm kim loại phải dùng t ới 4,2 – 4,8 tấn bauxit và 0,1tấn muối florua cho dung dịch điện phân và cần khoảng 15 000 đến 17 000 KW/giờ điện
Bảng Al-1: Phân loại quặng bauxit Nga theo lĩnh vực sử dụng ( Nguồn: Tiêu chuẩn Nga – TOCT _972-50)
Loại
lượngbauxit khô
Tỷ lệ trong
Al2O3/SiO2
xi măng
xi măng
trợ dung cho lò mactin
2008, trữ lượng cơ sở của bauxit thế giới là 38.000.000 triệu tấn, trong đó của
15 nước đứng đầu ( có Việt Nam) là 27.000.000 triệu tấn Hai nawm2007, 2008,Australia đứng đầu danh sách các nước khai thác bauxit và chiếm một phần ba lượng khai thác của cả thế giới, theo sau là Trung QUốc, Brazil, Guine, và Jamaica Mặc dù nhu cầu nhôm của thế giới tăng, trữ lượng nhôm với lợi thế là chi phí sản xuất hạ giúp kéo dài thời gian khai thác trữ lượng bauxit Khoảng 80% sản lượng bauxit trên thế giới được khai thác theo phương pháp lộ thiên
Trang 6Bảng Al-2: Trữ lượng và sản lượng khai thác bauxit, dự tính năm 2008, đơn vị: ngàn tấn
Quốc gia Sản lượng khai thác2007 2008 Trữ lượng Trữ lượngcơ sở
a) Chế biến thô: Quặng bauxit sau khi khai thác được đưa đến nhà
máy sơ chế để loại bỏ các thành phần sét, silic và các chất khác được hình thànhtrong quá trình tạo quặng, gồm các bước: *) Nghiền quặng quá cỡ; *) Đưa qua sàng rửa để lấy quặng hạt lớn, quặng hạt nhỏ qua lưới sàng và chất cặn được đưa đến máy lắng ly tâm để thu hồi các hạt bauxit cỡ lớn hơn 1mm; *) Bùn đỏ (sét và các chất hòa tan khác) được dẫn đến hố lắng để xử lý QUặng sau khi sơ chế được đưa đến các nhà máy tinh chế quặng
b) Chế biến tinh quặng:
Bauxit được luyện trong điều kiện nhiệt độ áp suất lớn với dung dịch natri hydroxyt ở nhiệt độ 150 -2000C, qua đó nhôm bị hòa tan ở dạng aluminat Sau khi tiến hành lọc phân tách phần cặn giàu sắt ( được gọi là bùn đỏ, phần chất thải của tiến trình Bayer và là quặng đuôi của bauxit), các khoáng vật quặng gipxit ở dạng tinh được cho lắng đọng ( tách nước) khi bị làm lạnh đột ngột và tọa thành hydroxyt nhôm ở dạng hạt tinh Gipxit được chuyển thành alumina tức oxyt nhôm bằng cách nung nóng lên đến khoảng 10000C Sau đó tinh quặng alumina được bổ xung phụ gia cryolit (Na3AlF6, natri hexa fluo aluminat) và chuyển thành nhôm kim loại Trong quá trình điện phân đòi hỏi một lượng điện năng tiêu thụ rất lớn
Trang 7Bùn đỏ là tên gọi loại quặng đuôi được sinh ra đồi thời với alumina trong tiến trình Bayer và quá trình sơ chế quặng là một chi phí ngoại sinh đối với những nhà kinh doanh mỏ Đây là một dạng chất thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường khó xử lý.
Chương II PHÂN LOẠI CÁC KIỂU NGUỒN GỐC MỎ NHÔM Ở THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1 Mỏ phong hóa
Mỏ bauxit phong hóa tàn dư được thành tạo do quá trình phong hóa các
đá giàu nhôm như nefelin sienit, đá bậc thang (trap), đá bazan, đá phiến trong điều kiện khí hậu nhiệt đới và á nhiệt đới Do sự rửa lũa lâu dài và mạnh mẽ củanước mưa ấm và thành phần kiềm, silic bị mang đi, còn oxyt tụ do của nhôm, sắt, titan thì được giữ lại
Thân quặng có dạng lớp phủ, dạng viawr, hoặc thấu kính Bauxit thuộc loại hydracgilic, chứa ít oxyt sắt và oxyt silic ( Fe2O3 thường cao hơn 7%), chất lượng quặng thuộc trung bình và tốt, quy mô lớn Các mỏ này phát triển rộng rãi
và có ý nghĩa công nghiệp, tuổi thành tạo trẻ, phân bố Brazil, Australia, Ấn độ, Congo, Camerun, Liên bang Nga và một số nước trong Cộng đồng các quốc gia độc lập ( thuộc Liên Xô cũ).v.v.vv
Riêng đối với vùng lục địa ổn định nhưng có hoạt hóa kiến tạo, người ta còn tìm thấy các thấu kính hoặc vỉa quặng có chứa một số kết hạch của sắt và nhôm, thành phần quặng không đồng nhất Bauxit thuộc loại hydroxyt,
hydragilit lẫn sắt, silic và khoáng vật sắt Các mỏ bauxit ở những vùng này thường có quy mô trung bình, phát triển ở Mỹ, Australia, Indonexia,
Bé QUặng bauxit nằm trong vỏ phong hóa laterit của các đá magma phun trào mafic có tuổi Đệ Tứ (Q) Thân quặng có dạng lớp phủ, giả tầng hay giả lớp với chiều dày thay đổi tùy thuộc vào độ dốc của địa hình và t hay đổi từ 0,3 đến vài
ba mét, có khi chục mét
Trang 8Hiện nay bauxit kiểu laterit vùng Tây Nguyên đã được nghiên cứu, điều tra, thăm dò và bắt đầu khai thác ( mỏ Tân Rai, mỏ Nhân Cơ) Theo tài liệu lưu trữ của Liên Xô ( cũ) để lại, vùng Tây Nguyên có trữ lượng bauxit khoảng 8 tỷ tấn Theo tài liệu của Liên đoàn địa chất Trung Trung Bộ - Cục Địa Chất và Khoáng sản Việt Nam ( Nay là Tổng cục Địa Chất và Khoáng sản), tài nguyên trữ lượng bauxit đã được thăm dò khu vực Tây Nguyên khoảng 2.258 triệu tấn,
dự báo 6,75 tỷ tấn Ngày 1/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định 167phê duyệt quy hoạch phân vùng, thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng bauxit từ giai đoạn 2007-2015, có xét đến năm 2025 Trong bòng gần chục năm qua cho đến hiện nay, Tập đoàn Than – Khoáng sản Việt Nam cũng đã thăm dò,đầu tư một số công trình khai thác bauxit, luyện alumina tại Tây Nguyên các mỏbauxit Tân Rai, huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng ( tài nguyên – trữ lượng quặng bauxit 975 triệu tấn) và mỏ Nhân cơ, huyện Đăk R’Lấp, tỉnh Đắc Nông ( tài nguyên – trữ lượng bauxit 3,4 tỷ tấn, chiếm 63% tổng tài nguyên – trữ lượng khu vực Tây Nguyên)
Trang 102 Mỏ trầm tích
a) Mỏ trầm tích lục địa
Mỏ trầm tích bauxit phân bố ở phần rìa của các hố sụt, lòng chảo thung lũng và nằm trong các trầm tích lục địa, tướng đầm hồ và liên quan với các thành tạo chứa than, Kiểu mỏ trầm tích bauxit này phát triển ở một số nước vùng Đông Âu, Liên xô cũ ( Mỏ Nam Timan), Trung Quốc, Bắc Mĩ,.v.vv
Trang 11Mỏ Nam Timan bao gồm các thành tạo đá phiến và carbonat bị biến chất, tuổi Devon Nằm bất chỉnh hợp góc lên các thành tạo này là các trầm tích
carbonat, sét kết – cát kết tuổi Devon, Carbon Thế nằm của các đá rất thoải, gần như nằm ngang QUặng bauxit thuộc loại bơmit-gipxit và bơ mit –gipxit-caolinit, hàm lượng SiO2 dao động 12-18% Fe2O3 từ 4 đến 13%, lưu huỳnh 0,4 đến 3%, modun silic dao động từ 2,6-3,2%
b) Mỏ trầm tích biển
Bauxit được thành tạo trong điều kiện nước nông, có sự gián đoạn trầm tích và thường nằm trên bề mặt bào mòn của đá vôi Đá vôi dưới quặng thường
có màu xám tới hồng, dạng khối chứa nhiều san hô Đá vôi trên quặng thường
có màu xám đen, phân lớp, chứa vật chất hữu cơ Bauxit và các thành tạo chứa bauxit thường bị ô nhiễm, uốn nếp và biến chất phức tạp
Nguồn cung cấp vật chất để tạo bauxit là từ vỏ phong hóa của các đá phun trào mafic và trung tính, đá phiến và cá loại đá khác Hoạt động phun trào dưới biển cũng có thể là nguồn cung cấp vật chất bổ sung để thành tạo bauxit Thân quặng có dạng vỉa kéo dài nằm trên bề mặt bào mòn của đá vôi do đó chiều dầy không ổn định
Bauxit có màu đỏ, đôi khi màu xanh, cấu tạo lỗ hổng, hạt đậu, đặc sít hoặc phân lớp Thành phần bauxit tương đối ổn định, thuộc loại hydragilip - bơmit – diaspo hoặc đơn thuần chỉ có diaspo Chất lượng quặng tốt Al2O3 từ 48 đến 70% SiO2 từ 4 đến 15%, Fe2O3 -30% Quy mô mỏ thường lớn Các mỏ này thành tạo bằng phương thức trầm tích hóa học và phân bố rất rộng rãi ( Liên Xô (cũ), Ấn Độ, Trung Quốc, Pháp, Serbia ( Nam tư cũ)… và một số mỏ điểm quặng ở Miền Bắc Việt Nam,vvv)
Về địa tầng, nói chung bauxit Miền bắc Việt Nam phân bố trên bề mặt bào mòn của đá vôi tuổi Carbon – Pecmi dạng khối, màu xám sáng; một ít nằm trên bề mawawtjj bào mòn của đá vôi Devon Ở Việt Nam Thuộc loại hình này
đã biết được khoảng 75 mỏ và điểm quặng lớn nhỏ khác nhau, chủ yếu tập trung
ở Lạng Sơn, Cao Bằng, Hà Giang, Nghệ An Có thể chia thành một số vùng quặng:
a) Vùng quặng bauxit Hà Giang bao gồm các khu Khao Lộc, Mèo Vạc, Đồng Văn.
b) Vùng quặng bauxit Lạng Sơn gồm các khu Lạng Sơn (Mima Mèo, Đồng Đăng, Tam Lung, Khuôn Pich, Bản Lóng,) khu Bằng Mạc ( Nơ Nám Lân,
Y Tịnh, Nam mèo, Vạn Linh, Gia Lộc), khu Bắc Sơn (Paceng, ĐÔng Y, Lân Bạt,
Na Pán, Vũ Sơn, Hướng Cốc) và các mỏ ở Đông Nam tỉnh Bắc Kạn ( Na Đông,
LA Chế).
c) Vùng quặng bauxit Cao bằng bao gồm khu Táp Ná ( Phu Luông, Bô Rách, Táp Ná, Lũng Giang, Pác Thảy, Tĩnh túc) khu Hà Quãng ( Sóc Giang), Tông Cang, Nà Giàng, Chăm Che, Nà Thang, Lũng Luông, Tông Pô, Ma lip,)
và khu Quảng Hòa ( phục Hòa, Quảng Uyên).
