BTL Hóa công nghệ và môi trường: Công nghệ sản xuất nhôm và ứng dụng

Bauxite là tài nguyên khoáng sản dồi dào trên trái đất Việt Nam là một trong những quốc gia có trữ lượng Bauxite lớn trên thế giới nhờ vậy ngành công nghiệp sản xuất nhôm luôn đóng vai t

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA HỌC

BÀI TẬP LỚN

HỌC PHẦN:HÓA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHÔM VÀ

ỨNG DỤNG

Giảng viên hướng dẫn:

Võ Văn Tân

Sinh viên thực hiện:

Phạm Thị Ngọc Diệp

Mã SV: 18S2011005 Lớp: Hóa 3E

Huế, 5/2021

Lời nói đầu

- Nhôm là kim loại có mặt nhiều trong vỏ trái đất ( chiếm 8 % khối lớp rắn của chất rắn ) Trong đó quặng bauxite chính là quặng chứa nhiều kim loại nhôm nhất Bauxite là tài nguyên khoáng sản dồi dào trên trái đất Việt Nam là một trong những quốc gia có trữ lượng Bauxite lớn trên thế giới nhờ vậy ngành công nghiệp sản xuất nhôm luôn đóng vai trò quan trọng trong nền phát triển kinh tế ở nước ta trong hiện tại và tương lai

- Nhôm có vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống con người và được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như hàng không, thực phẩm sinh hoạt , dược phẩm , ô tô , xây dựng , máy móc , vũ trụ Nhôm cũng được dùng để sản xuất các thiết bị và dụng cụ sinh hoạt như nồi, chảo, các đường dây tải điện, các loại cửa,…

- Sản xuất nhôm là ngành sản xuất mà bất kì quốc gia nào cũng muốn phát triển Đặc biệt là ở Việt Nam với qui trình sản xuất nhôm theo phương pháp điện phân được sử dụng là chủ yếu Tuy nhiên chưa nhiều người hiểu hết được qui trình sản xuất nhôm theo phương pháp này và tầm quan trọng của nó, vậy nên em xin chọn

đề tài “Công nghệ sản xuất nhôm và ứng dụng” để giúp mọi người hiểu sâu sắc

hơn về qui trình sản xuất cũng như ứng dụng của nhôm đối với đời sống và kinh tế Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung

Mục Lục

Trang

Lời nói đầu 2

Nội dung I Tổng quan về nhôm 4

II Công nghệ sản xuất nhôm 1 Nguyên liệu sản xuất nhôm 4

2 Sản xuất nhôm 5

3 Phương hướng phát triển sản xuất nhôm 7

4 Tình hình giá nhôm hiện nay 8

III Ứng dụng của nhôm 9

Kết luận Tài liệu tham khảo.

Nội dung

I Tổng quan về nhôm

- Nhôm (Al) là kim loại nhẹ, ở 20oC có tỷ trọng 2,7 g/cm3 ;

t nc o= 659oC ; t s o= 2500oC

- Nhôm có độ dẫn nhiệt và có độ dẫn điện cao

- Trong môi trường oxy hóa và không khí trên bề mặt

nhôm tạo màng oxít giúp cho nhôm khỏi bị rỉ

- Al bền với axit nitric và axit hữu cơ Khi nấu chảy Al với

các kim loại khác sẽ làm tăng độ bền cơ học, tăng chất

lượng đúc

Hình 1 Kim loại nhôm (Al)

- Rất khó để tìm thấy nhôm trong tự nhiên bởi Al thường kết hợp với oxygen và một số

nguyên tố khác Bởi vậy các nhà khoa học thường gọi là hợp kim nhôm Đặc điểm

chung của nhôm là có màu sáng bạc, mềm khá nhẹ, không độc tính Xét về các

nguyên tố kim loại phổ biến thì nhôm là kim loại có nhiều thành phần nhất Phổ biến

nhất là hợp kim của nhôm với Cu, Mn, Mg gọi là đura

- Al có tính khử rất mạnh và có thể phản ứng với nhiều nguyên tố như: nước, dung dịch

axit, bazo, phi kim, phản ứng nhiệt nhôm… Nhờ vào các phản ứng này Al có thể đem

tới cho chúng ta nhiều ứng dụng đa dạng

II Công nghệ sản xuất nhôm

1 Nguyên liệu sản xuất nhôm

- Nguyên liệu chính để sản xuất nhôm là oxit nhôm (Al2O3) Trong đó oxit nhôm

được lấy từ các nguồn khoáng vật khác nhau

St

t

- Nguyên liệu chính là các boxit có chứa Al(OH)3 hoặc là AlOOH cùng với các

tạp chất oxit sắt, oxit silic,

- Nguyên liệu để sản xuất oxit nhôm đòi hỏi phải có độ sạch cao

- Sản xuất oxit nhôm phức tạp Trong đó gồm các chuyển hóa hóa học kèm theo các quá trình lý học như nghiền mịn nguyên liệu, đun nóng và làm lạnh, để lắng kết tủa, lọc, Tóm lại bản chất của quá trình sản xuất nhôm là tách hiđroxit nhôm khỏi các khoáng khác

- Hiđroxit nhôm khi tác dụng với soda(nung) hay với NaOH( hòa tách) thì sẽ chuyển thành natri aluminat NaAlO2 Sau đó NaAlO2 hòa tan trong nước và sẽ tách được các oxit sắt không hòa tan trong điều kiện này

- Nhưng SiO2 cũng hòa tan phần nào ở dạng Na2SiO2 Có thể kết tủa nó từ dung dịch theo dạng CaO.Al2O3.2SiO2 hoặc Na2O.Al2O3.2SiO2 rồi lọc bỏ

- Từ dung dịch sạch aluminat người ta dùng nhiều cách khác nhau như tiến hành cacbon hóa- sủi bọt đioxit cacbon qua dung dịch aluminat, khi đó CO2 sẽ liên kết với ion Na+ ở dạng soda

- Hiđroxit nhôm sau khi tách khỏi dung dịch đem nung, nhận được sản phẩm chứa đến 99% Al2O3

- Năng suất oxit nhôm thành sản phẩm không quá 60%

2 Sản xuất nhôm

- Sản xuất nhôm được tiến hành từ oxit nhôm hòa tan trong criolit Na3AlF6:

+ Nó hòa tan đủ tốt Al2O3,

+ Không chứa những ion dương điện hơn nhôm,

+ Dẫn điện tốt, đồng thời tăng sự tỏa nhiệt cần thiết để nóng chảy

+ Tạo thành với oxit nhôm hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thất hơn nhiệt độ nóng chảy của oxit nhôm nguyên chất( 2052oC)

- Trên thực tế điện phân được tiến hành trong dung dịch điện ly có chứa 10%Al2O3 ở nhiệt độ 950-1000oC

- Quá trình điện phân được tiến hành với sự tách nhôm lỏng trên catot và cháy anot grafit do oxi hóa tách ra trên đó

Hình 2 Giản đồ trạng thái hệ Al 2 O 3 -Na 3 AlF 6

Hình 3 Sơ đồ bể điện phân với anot tự cháy

1 Tấm lát bằng chì

2 Gạch chịu lửa

3 Vỏ lò

4 Chân cắm bằng

thép

5 Dây dẫn điện

6 Thùng nhôm

7 Anot

8 Khung đỡ

9 Khối bột anot

10 Bệ bằng cacbon

11 Thanh dẫn catot

3 Phương hướng phát triển sản xuất nhôm.

3.1 Trên thế giới

- Công nghệ sản xuất nhôm bằng bất kỳ phương pháp nào cũng tiêu tốn nhiều điện năng Phụ thuộc vào vị trí đặt lò nhôm mà năng lượng điện chiếm khoảng 20-40% giá thành sản xuất

- Tiêu tốn năng lượng cho một vài ngành sản xuất hóa chất

Magie 17500 - 18000

Cacbua canxi 80% 2700 - 3200

- Do tiêu tốn nhiều năng lượng nên các lò luyện nhôm có xu hướng đặt tại các khu vực mà nguồn cung cấp điện dồi dào với giá điện giá rẻ như: Nam Phi, Trung Quốc, Trung Đông, Nga, Quêbec ở Canada, đảo miền Nam New Zealand

- Năm 2004 Trung Quốc là nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới

- Theo Viện Nghiên cứu Nhôm Quốc tế (IAI), sản lượng nhôm kim loại trên thế giới trong tháng 2 năm 2018 giảm 1,2%, so với tháng Giêng năm nay, giảm 177,1 nghìn tấn

3.2 Tại Việt Nam

- 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

- Tổ hợp boxit-nhôm Lâm Đồng nằm ở địa bàn huyện Bảo Lâm (khu khoáng sàng Tân Rai), có tổng vốn đầu tư hơn 667 triệu USD

o Tính đến 4/2013 Tổ hợp đã sản xuất được trên 265.000 tấn quặng tinh bô xít, 28.600 tấn alumin và 16.700 tấn hydrate (là sản phẩm đưa vào nung để

ra alumin) Về chất lượng sản phẩm alumin cơ bản đã đạt chất lượng theo yêu cầu của hợp đồng (hàm lượng AL2O3 > 98,6%,)

o Về công nghệ sản xuất nhôm, tổ hợp boxit- nhôm Lâm Đồng áp dụng công nghệ điện phân tiên tiến của tập đoàn nhôm Pechiney theo phương thức chuyển giao công nghệ, sử dụng điện cực thiêu sẵn, nạp liệu điểm tự động, dòng điện 185 kA, bể điện phân AP-18 Đây là phương pháp điện phân nhôm nóng chảy theo công nghệ Hall-Heroult, tức là điện phân alumin hòa tan trong dung dịch muối nóng chảy criolit ở nhiệt độ 950-960oC Phương pháp này là công nghệ sản xuất nhôm công nghiệp duy nhất, đã tồn tại hơn

100 năm nay Sản xuất alumin được thực hiện theo phương pháp hoà tách ở 105oC và áp suất khí quyển

4 Tình hình giá nhôm hiện nay

4.1 Thị trường nhôm quốc tế

- Trong 3 tháng đầu năm 2021, giá nhôm giao dịch trên thị trường quốc tế

tăng mạnh và liên tiếp lập đỉnh

- Trên sàn giao dịch kim loại London, giá nhôm đã tăng khoảng 12% trong

năm nay lên $2.218/tấn – mức cao nhất kể từ giữa năm 2018 Đáng chú ý, ngày 16/03, giá nhôm giao tháng 4 trên sàn Thượng Hải đạt mức cao nhất trong vòng 9 năm qua, lập đỉnh ở mức 17.980 Nhân dân tệ/tấn, tương đương $2.766/tấn

Hình 4 Giá nhôm trên sàn chứng khoán London liên tục tăng cao (Nguồn: Bloomberg)

4.2 Thị trường Nhôm trong nước

- Thị trường Nhôm trong nước phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu nên giá

nhôm và các loại hàng hóa từ nhôm tiếp tục tăng mạnh trong những tháng qua

 Ứng dụng trong y học

- Với tính chất trơn nhẵn nhôm oxit

được chế tác che chắn các bề mặt tiếp xúc của các bộ phận giả trên cơ thể (hông, vai, chân, tay ), rất an toàn không ảnh hưởng tới sức khỏe

 Ứng dụng trong công nghiệp

- Khung xe máy, khung xe ô tô

- Thùng xe tải, một số chi tiết khác

- Thanh tản nhiệt…

- Đặc biệt Al được ứng dụng trong sản xuất

của ngành hàng không Thân và cánh máy bay được làm từ Al – đây là ứng dụng dựa vào đặc tính khối lượng riêng của nhôm nhẹ

và bền rất cần thiết để máy bay có thể giảm trọng lượng tối đa khi bay trên bầu trời

Hình 5 Ứng dụng của Al trong chế tác chân tay giả

 Ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày

- Nhôm vừa có khả năng chống rỉ lại rất bền đẹp đạt độ thẩm mỹ cao

- Tủ quần áo, tủ kệ, tủ bếp…

- Thanh treo màn, mắc áo, mắc treo đồ…

- Chậu nhôm, mâm nhôm, thìa nhôm…

- Thang nhôm, bàn ghế, giường nhôm…

Hình 6 Ứng dụng của kim loại nhôm trong lĩnh vực công nghiệp.

Hình 7 Ứng dụng của kim loại nhôm trong lĩnh vực

hàng không.

Hình 8 Ứng dụng của nhôm trong đời sống

 Ứng dụng trong ngành xây dựng

- Cửa sổ, cửa chính, cửa phụ, cửa nhà vệ sinh…

- Khung sườn nhôm, tủ kệ

- Mái hiên, mặt tiền, mặt dựng, vách ngăn…

 Ứng dụng trong ngành chiếu sáng

- Thanh nhôm định hình LED, hay đèn làm từ chất liệu Al trở thành các khái niệm quen thuộc trong ngành chiếu sáng Được làm từ chất liệu Al nên các thiết bị chiếu sáng sẽ giảm được giá thành đáng kể so với các dòng đèn làm

từ đồng hay hợp kim Đồng thời với khả năng chịu nhiệt tốt Al sẽ giúp bạn

Hình 9 Ứng dụng của nhôm trong thiết kế cửa sổ

có được 1 sản phẩm thiếu sáng có tuổi thọ dài, hoạt động ổn định.

Kết luận

- Thông qua bài chúng ta biết được sơ lược về công nghệ sản xuất nhôm và hiểu rõ được tình hình nhôm trên thị trường Việt Nam và Quốc tế, những ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau

- Đồng thời nắm rõ được vai trò vô cùng quan trọng của nhôm đối với đời sống và kinh tế đặc biệt trong tình trạng biến đổi khí hậu như hiện nay việc

sử dụng nhôm để thay thế cho các vật liệu khác dễ bị gỉ như sắt, là vô cùng cần thiết

Tài liệu tham khảo:

1 Kỹ thuật hóa học đại cương – TS Nguyễn Thị Diệu Vân

2. Các bài báo, tạp chí, phóng sự