nhôm, vai trò, ứng dụng của nó trong sinh hoạt cũng nhƣ sản xuất, và hiểu rõ hơn kỹ thuật, cách thức, nguyên vật liệu để sản xuất ra nhôm

LỜI MỞ ĐẦU Hóa kỹ thuât là môn khoa học về kỹ thuật và quy trình sản xuất các loại nguyên liệu và sản phẩm kỹ thuật cao trong ngành hóa học.Như vậy, hóa kỹ thuật bao gồm cá phương pháp s

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM 4

1 Khái niệm 4

1.1 Các thuộc tính cơ bản 4

1.2 Các đồng vị của nhôm 5

1.3 Hợp kim nhôm 5

1.3.1 Tính chất của hợp kim nhôm 5

1.3.2 Phân loại hợp kim nhôm 6

1.3.3 Ứng dụng 6

CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM 8

1 Phân bố quặng nhôm 8

2 Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm tại Việt Nam 11

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM 12

1 Nguyên liệu 12

1.1 Khái niệm về Boxit 12

1.2 Quá trình hình thành và phân quặng boxit 13

1.3 Phân loại quặng boxit 14

1.4 Khái niệm Alumin 15

2 Quy trình sản xuất nhôm 15

2.1 Khai thác quặng Boxit 15

2.2 Tuyển rửa boxit 17

2.3 Các công đoạn của quá trình sản xuất Alumin 18

2.3.1 Công đoạn hòa tách 20

2.3.2 Công đoạn kết tủa 21

2.3.3 Công đoạn nung 22

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 25

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI MỞ ĐẦU

Hóa kỹ thuât là môn khoa học về kỹ thuật và quy trình sản xuất các loại nguyên liệu và sản phẩm kỹ thuật cao trong ngành hóa học.Như vậy, hóa kỹ thuật bao gồm cá phương pháp sản xuất, quy trình công nghệ, những biến đổi hóa học trong quá trình sản xuất

Hóa kỹ thuật là một ngành học rất quan trọng, nó đưa ra những qui trình, kỹ thuật sản xuất, tổng hợp các hợp chất vô cơ, hữu cơ, hóa dược, chế biến nhiên liệu…giúp cho chúng ta có thể nắm bắt và hiểu biết cũng như ứng dụng những qui trình đó vào thực tiễn sản xuất và chế biến ra những sản phẩm đáp ứng cho nhu cầu đời sống Như chúng ta đã biết, bất kì một sản phẩm nào mà ta sử dụng đều có một qui trình, kĩ thuật sản xuất nhất định, và thường ta áp dụng những qui trình mang tính chất phổ biến, ứng dụng và mang lại tính hiệu quả kinh tế cao Mỗi một sản phẩm được sản xuất ra đều đựơc sử dụng với những mục đích khác nhau trong từng lĩnh vực như kinh tế, y học, xây dựng, giáo dục,…trong đó, kim loại là một trong những sản phẩm rất cần thiết, không thể thiếu trong bất kì lĩnh vực nào Trong bài tiểu luận này, chúng ta sẽ đựơc đi sâu vào nghiên cứu qui trình, kỹ thuật sản xuất kim loại nhôm Đây là kim loại có tính ứng dụng kinh tế rất cao … và đây cũng là lí do tại sao em chọn đề tài này cho bài tiểu luận của mình Trong bài này sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về nhôm, vai trò, ứng dụng của nó trong sinh hoạt cũng như sản xuất, và hiểu rõ hơn kỹ thuật, cách thức, nguyên vật liệu để sản xuất

ra nhôm

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Kim Triết hướng dẫn em hiểu rõ hơn

về môn học này cũng như giúp em bổ sung thêm kiến thúc để hoàn thành tốt bài tiểu luận này Do kiến thức còn hạn hẹp nên còn nhiều thiếu sót trong bài tiểu luận, em chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM

1 Khái niệm

1.1 Các thuộc tính cơ bản

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 ngoàikhông khí.Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm,

dễ uốn 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

Hình 1 Kim loại nhôm

Nhôm đứng thứ 13 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, có ký hiệu Al Và

có cấu hình electron [Ne]3s23p1

Nguyên tử khối bằng 27 đvC

Khối lượng riêng là 2,7 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy là 660oC

1.2 Các đồng vị của nhôm

Nhôm có chín đồng vị, số Z của chúng từ 23 đến 30 Chỉ có Al-27 là đồng vị

ổn định và Al-26 là đồng vị phóng xạ, với chu kỳ bán hủy 7,2 × 105

năm được tìm thấy trong tự nhiên, tuy nhiên Al-27 có sự phổ biến trong tự nhiên là 100% Al-26 được sản xuất từ agon trong khí quyển do va chạm sinh ra bởi các tia vũ trụ proton Các đồng vị của nhôm có ứng dụng thực tế trong việc tính tuổi của trầm tích dưới biển, các vết mangan, nước đóng băng, thạch anh trong đá lộ thiên, và các thiên thạch

Al-26 nguồn gốc vũ trụ đầu tiên được sử dụng để nghiên cứu Mặt Trăng và các thiên thạch Các thành phần của thiên thạch, sau khi thoát khỏi nguồn gốc của chúng, trong khi chu du trong không gian bị tấn công bởi các tia vũ trụ, sinh ra các nguyên tử Al-26 Sau khi rơi xuống Trái Đất, tấm chắn khí quyển

đã bảo vệ cho các phần tử này không sinh ra thêm Al-26, và sự phân rã của nó

có thể sử dụng để xác định tuổi trên trái đất của các thiên thạch này.Các nghiên cứu về thiên thạch cho thấy Al-26 là tương đối phổ biến trong thời gian hình thành hệ hành tinh của chúng ta Có thể là năng lượng được giải phóng bởi sự phân rã Al-26 có liên quan đến sự nấu chảy lại và sự sai biệt của một số tiểu hành tinh sau khi chúng hình thành cách đây 4,6 tỷ năm

1.3 Hợp kim nhôm

Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhưng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố như đồng,kẽm,magiê,mangan và silic

1.3.1 Tính chất của hợp kim nhôm

Khối lượng riêng nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm và hợp kim nhôm chỉ nặng bằng 1/3 thép

Tính chống ăn mòn trong khí quyển: Do đặc tính ôxy hoá của nó đã biến lớp

bề mặt của nhôm thành ôxít nhôm (Al2O3) rất xít chặt và chống ăn mòn cao trong khí quyển, do đó chúng có thể dùng trong đa ngành mà không cần sơn bảo vệTính dẫn điện: Tính dẫn điện của nhôm bằng 2/3 của đồng, nhưng do nhôm nhẹ hơn nên chúng được sử dụng nhiều hơn, ít bị nung nóng hơn Tính dẻo: Rất dẻo, nên rất thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng, màng, ép chảy thành các thanh có biên dạng đặc biệt

Nhiệt độ nóng chảy: Tương đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy khi đúc, nhưng cũng làm nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng được ở nhiệt

độ cao hơn 300-400 độ C

1.3.2 Phân loại hợp kim nhôm

Được chia làm hai loại chinh:

 Hợp kim nhôm biến dạng:

- Hợp kim nhôm biến dạng hoá bền được bằng nhiệt luyện

- Hợp kim nhôm biến dạng không hoá bền được bằng nhiệt luyện

 Hợp kim nhôm đúc:

Là các loại hợp kim với khoảng Si rộng (5-20%) và có thêm Mg (0,3-0,5%)

để tạo pha hoá bền Mg2Si nên các hệ Al-Si-Mg phải qua hoá bền.Cho thêm

Cu (3-5%) vào hệ Al-Si-Mg để cải thiện cơ tính và có tính đúc tốt do có các thành phần gần với cùng tin Al-Si-Cu nên được sử dụng trong đúc piston, nắp máy của động cơ đốt trong

1.3.3 Ứng dụng

Tính theo cả số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, trừ sắt, và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới.Khi

được gia công cơ-nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể

- Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng

- 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 ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị Trên thực tế, gần như toàn bộ các loại gương hiện đại được sản xuất sử dụng lớp 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 trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổn thương

- Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải

- Chế tạo máy móc, các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp…)

CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM

1 Phân bố quặng nhôm

Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện trên lãnh thổ nước ta có trữ lượng quặng boxit phong phú ở cả Miền Bắc và Miền Nam Việt Nam Tổng trữ lượng quặng boxit của Việt Nam ước tính khoảng 8 tỷ tấn, trong đó có 7,6 tỷ tấn ở các tỉnh Tây Nguyên Với trữ lượng như vậy, nước ta đứng trong số các nước có trữ lượng boxit lớn trên thế giới

Quặng boxit là nguồn tài nguyên lớn của nước ta, là cơ sở để hình thành ngành công nghiệp luyện nhôm, là nguồn lực quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Mặc dù nhôm kim loại là sản phẩm quan trọng cho ngành kinh tế quốc dân và nước ta có sẵn nguồn nguyên liệu cũng như các điều kiện khác để sản xuất nhôm kim loại (thuỷ điện, nhân lực ) nhưng hiện nay chúng ta vẫn chưa sản xuất được nhôm kim loại Vì vậy, một trong mục tiêu mà chính phủ đã đề ra là xây dựng mới ngành công nghiệp nhôm Việt Nam, đáp ứng nhu cầu nhôm trong nước, tranh thủ xuất khẩu một phần sản phẩm sang các nước xung quanh, tạo cơ sở vật chất kỹ thuật ban đầu và đội ngũ quản lý, kỹ thuật, đồng thời tích luỹ vốn để phát triển công nghiệp nhôm lâu dài với quy mô lớn, nhằm khai thác nguồn boxit sẵn có để xuất khẩu các sản phẩm alumin và nhôm

Ở Việt Nam có hai loại hình quặng boxit:

 Loại quặng bơsmit và diaspo, tập trung chủ yếu ở Miền Bắc Việt Nam, phân bố ở các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang) Tổng trữ lượng

dự đoán khoảng trên 350 triệu tấn, hàm lượng nhôm dao động trong khoảng 39-65

%.Modul silic (Al2O3 /SiO2) bằng 5-8 Cụ thể, quặng boxit phân bố như sau:

- Nhóm tụ khoáng Hà Giang: tài nguyên ước đoán khoảng 60 triệu tấn

- Nhóm tụ khoáng Cao Bằng: tài nguyên ước đoán khoảng 240 triệu tấn

- Nhóm tụ khoáng Lạng Sơn: tài nguyên đã được thăm dò và ước đoán khoảng

Hàm lượng bị mất khi nung khoảng 12 %

Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên và Miền Nam Việt Nam,

với tổng trữ lượng ước tính khoảng7,6 tỷ tấn

Trữ lượng quặng boxit đã được thăm dò và chứng minh ở Tây Nguyên và Miền Nam Việt Nam là khoảng 2772 triệu tấn Trong đó cụ thể các khu vực như sau:

- Tài nguyên vùng Đắc Nông - Phước Long khoảng 1.570 triệu tấn

- Tài nguyên boxit vùng Lâm Đồng tập trung ở hai tụ khoáng là Tân Rai và Bảo Lộc

Nói chung, quặng boxit nguyên khai ở Lâm Đồng đều có chất lượng không cao, hàm lượng Al2O3 chỉ khoảng 35 - 37% Người ta phải tuyển rửa quặng nguyên khai để thu được tinh quặng giàu nhôm hơn Sau khi tuyển, tinh quặng boxit ở các tụ khoáng Lâm Đồng cũng chỉ đạt hàm lượng 45 - 49% Al2O3 Ngoài ra, quặng boxit miền Nam còn có ở các vùng Kon Plong, Phú Yên, Quảng Ngãi, với trữ lượng khoảng 106 triệu tấn Nhìn chung, boxit Việt Nam

ở hầu hết các vùng đều có thể khai thác lộ thiên

Tuy nhiên, trừ những khu mỏ lớn ở Lâm Đồng, trữ lượng quặng còn lại được phân bố dàn trải, vỉa quặng không dày và hầu hết đều nằm trong các vùng canh tác nông, lâm nghiệp, nên sẽ có những khó khăn nhất định trong quá trình khai thác để sản xuất nhôm quy mô lớn, do đụng chạm trực tiếp đến việc

sử dụng đất canh tác, vấn đề cân bằng nước mặt, vấn đề quặng thải, vấn đề nước thải và nói chung là vấn đề sinh thái

Hình 2.Biểu đồ phân bố hàm lượng quặng Boxit tại Việt Nam

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

2 Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm tại Việt Nam

Nhà 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 đạt 600.000 tấn/năm.Đưa vào hoạt động năm 2009

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

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

1 Nguyên liệu

1.1 Khái niệm về Boxit

Boxit là một loại quặng nhôm (aluminium ore) có thành phần chính là hydroxit nhôm Al(OH)3 hoặc oxit hydroxit nhôm AlO(OH) và các loại oxit khác như oxit sắt (hematite Fe2O3 và goethite HFeO2), oxit silic SiO2, oxit titan TiO2, caolinit Al2Si2O5(OH)4, sét và các tạp chất khác Boxit được đặt theo tên làng Le Baux nằm ở phía Nam nước Pháp, nơi mà boxit được tìm thấy đầu tiên vào năm 1821 bởi nhà địa chất Piere Berthier

Hình 3 Boxit với phần lõi còn nguyên mảnh đá mẹ chưa phong hóa

Boxit có màu hồng, nâu được hình thành từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi quá trình xói mòn Quặng boxit phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạo đặc biệt trong môi trường nhiệt đới Từ boxit có thể tách ra alumina (Al203), nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân, chiếm 95% lượng bôxít được khai thác trên thế giới

1.2 Quá trình hình thành và phân quặng boxit

Bô xít hình thành trên các loại đá có hàm lượng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi trong quá trình phong hóa Quá trình hình thành trải qua các giai đoạn: đầu tiên là phong hóa và nước thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt, tiếp theo là làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nước ngầm, và cuối cùng là giai đoạn xói mòn và tái tích tụ bô xít Quá trình này chịu ảnh hưởng của một vài yếu tố chính như đá mẹ chứa các khoáng vật dễ hòa tan và các khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và sắt, độ lổ hổng có hiệu của đá cho phép nước thấm qua, lượng mưa cao xen

kẽ các đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nước tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn Theo một mô hình mô phỏng quá trình này thì giá trị pH thích hợp đạt khoảng 3,5-4,0

Ở Việt Nam, boxit phân bố phổ biến ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn và Tây nguyên Ở các tỉnh phía Bắc, boxit là các ổ, các phễu và dạng cột xuyên lên vào giao điểm các đứt gẫy địa chất (chủ yếu là giao điểm của 4 đứt gãy, lấp đầy các hang động karsto, và phủ bất chỉnh hợp lên các đá cổ hơn (người ta nhầm boxit trầm tích)dưới dạng các lớp dăm, cuội dung nham đã phong hóa thành sét-kaolin chứa quặng boxit dạng bom núi lửa, dạng dăm - cuội

Ở Tây nguyên, boxit có thân quặng dăm, cuội dung nham chứa boxit dạng cột, dạng phễu và dạng dòng chảy phủ lên đá bazan và các trầm tích cổ hơn Phần trên mặt lộ ra trên mặt đất và trên mực nước tĩnh, lớp dăm cuội dung nham này bị laterit hóa rất rắn chắc; nhưng ngay dưới lớp laterit sẽ là đá cổ hơn, hoặc nếu dưới mực nước tĩnh sẽ gặp "cuội, sỏi, cát, sét - kaolin chứa bauxite và quặng đa khoáng" giống quặng sa khoáng