Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Công nghệ sản xuất nhôm hydroxit tại nhà máy hóa chất Tân Bình

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Binh11.4.3.4.2 So dé tuyển quặng đổi Thang Lợi: Quang nguyên khai Công nghệ tuyển quặng boxit đồi Thắng Lợi gồm các công đoạn: đánh tơi quặng t

Trang 1

^ò,ĐA!HỌC mr BQ GIÁO DỤC & DAO TẠO

XS SP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM TP.HCM

Trang 2

Khóa luận tốt nghiệp _ GVHD: Th.s Nguyễn Văn Binh

LỜI CẢM ON

Sau thời gian làm việc và học hỏi khi thực tập tại nha máy hóa chất Tân Binh em

đã có thêm nhiều kiến thức thực tế dé củng cố những kiến thức mà trước đây đã được

học trên lớp.

Em xin chân thành cám ơn Ban Giám Đốc nhà máy Hóa Chất Tân Binh đã nhận

em vào thực tập Trong suốt thời gian thực tập em đã nhận được sự chỉ bảo tận tinhcủa các anh chị cô chú kĩ sư và công nhân xin gới lời cảm ơn chân thành đến mọi

người Xin cảm ơn kĩ sư Đặng Văn Vinh là người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ dẫn

cho em mọi công việc va quy trình sản xuất của nha máy.

Xin chúc nhà máy không ngừng phat triển kỹ thuật và công nghệ dé có được những sản phẩm tốt hơn nữa và giữ vững vị trí sản xuất hàng đầu trong nước và mở

rộng thị trường sang các nước trong khu vực vả trên thé giới.

Sau củng, em xin cảm ơn Thầy Nguyễn Van Binh là người đã hướng dẫn em thực hiện dé tải nảy, chi dẫn và định hướng cho em trong suốt quá trình viết khóa luận Chúc Thay luôn mạnh khỏe và công tác tốt.

Một lần nữa xin nhận nơi em lòng biết ơn sâu sắc

SV

Nguyễn Thị Nữ

SVTH: Nguyễn Thị Nữ Trang Ì

Trang 3

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Binh

BEY DO PHONE FAL eeeaeeadareeeieeeeeeeooeeeooseooresa 8

L3 NHIÊM VỤ CORDA ĐỀ TAL ác 6c 0022466c6662666142044i406 9L5 MỤC DICH NGHIÊN COW ssisssisiccenseiessssssnsisessavanasensicstasssensccseaassceassannss 9

1.4 KHACH THE VA BOI] TƯỢNG NGHIÊN CỨU 9

ES PH“M VÌ NGHIÊN Oss ici ccc a aa cc 91.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU uc ỤCHƯƠNG II: TONG QUAN VE SAN XUẤT NHOM HYDROXIT Al(OH); 10

II TAM QUAN TRONG CUA KY NGHỆ ALUMIN: 10

11.2 UNG DỤNG CUA NHOM HYDROXIT ccccszoceee 10

1.3 CONG DỤNG CUA NHỒM 262cc stcisasasassctinesscevavnstonvissihinessnssnnea 10

II.4 SƠ LƯỢT VE QUANG VÀ CAC KHOANG VAT CHUA NHÔM 1

11.4.1 Giới thiệu các khoáng vật chứa nhôm quan trọng Il

LI.4.1.1 Corundum (a-Al;O): SH HH2 64331 56181 xe2 12

11.4.1.2 Điaspo (d-AlsO;H;O), boehmit (y- AlO;.H,O) và gipxit

[.43.1 Sơ lược vỀ quậng bOXĂ is c2 20 <c222022 20012 20C 202, 13

11.4.3.2 Quang boxit va hàm lượng các oxit trong boxit ở các nước trên

SVTH: Nguyễn Thị Nữ Trang 2

Trang 4

H.4.3.3 Tài nguyên boxit ở Việt Nam [3] - - 555 5< << svzcecse> 18

1.4.3.4 Boxit đồi Thắng Lợi Bảo Lộc, Lâm Đồng [3] - L9II.5 CÔNG NGHỆ LAM GIAU, CHE BIEN QUANG BOXIT 24

11.5.1 Công nghệ làm giảu quặng DOXIL cessseessessseeseoeeersesesesnesnesnnes 24

11.5.2 Các phương pháp sản xuất alumin tử quặng boxit 25

1.5.2.1 Phương pháp thiêu kết (phương pháp nhiệt luyén): 25

1.5.2.3 Phương pháp Bayer (phương pháp thủy luyện): 27

FES 2:4 HH pilates [NG TW cases seccsscecrccccersersvnecenmnrmecnssiasieaoees 27

11.5.3 Phương pháp Bayer va các yếu tế ảnh hưởng đến các công đoạn [2] 28

II.5.3.1 Sơ đồ hiện đại sản xuất alumin theo phương pháp Bayer 28

II.5.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến các công đoạn của phương pháp Bayer:

ÀLMINATTU VD ssesssvesitsessonncinsncesscc sree btn ene sinking nae 41

TTA Aggy: csescsssesssvveessnseensoussesnvneessvesennnesannvvenensannesenesnnsssesnnanneceneesnnnnesenenee 41 'L8y E5 | (8) 2))27700097909900372017 7001111101750, 0091 l csel ael 41

12.) `), CIẾẾP NET Ma 42

Pb Bi fe RT Bo 2010116600026 X2SNAANWGG00đ00(006gxwxe 42 117.5 Dùng địch )aWninW CAO D8 dauasukueenoesseoeeooioocejsosese 42

II.8 HƯỚNG PHÁT TRIEN CUA CÔNG NGHỆ ALUMIN 43 CHUONG III: THỰC TE SAN XUẤT TẠI NHÀ MAY HOA CHAT TAN

BÌNH cisco es vss ca eb a Ne i alae msbs 45

II LƯỢC SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIEN NHÀ MAY 45

Trang 5

III.!.! Tên doanh nghiệp: -22-©-ccczeccrzrzcoccczzececrerzrcrcrtecee 45

111.1.2 Lịch sử hình thành va phát triển nhà máy: - 255-5252 45 III.l.3 Địa điểm: 0 22-2 9 CC 922232121721 E217211722711222222272 E2 45111.2 CÁC SAN PHAM TẠI NHÀ MAY - UNG DỰNG VÀ THÀNH PHANsie Ad Sci eS GCA AN SU I i bb 46

11.2.1 Các sản phẩm chính: s0 csescoeecsessseesneeesessnessaveseessneensesnneeseneees 46 FIED Các sản phẩm DÌNG:22t266ác(G2c00022010GGGGGU0AEGGiidESSduải 46111.3 AN TOÀN LAO ĐỘNG VA VỆ SINH CÔNG NGHIỆP 47

IE3.LiAn wVên es ina sas acacia NN aaa 47

IHESz rung cháy COMI GÀ «si ndaaadedoissennesdesseeneossuoie 47

I4 SAN XUẤT NHOM HYDROXIT TẠI NHÀ MAY HOA CHAT TAN

111.4.1 Tình hình sản xuất nhôm hydroXiL: . 5-5555 555552922 47

1.4.1.1 Tinh hình sản xuất trong nước . - 2 55-552sSvs<+ 47111.4.1.2 Tình hình sản xuất trên thế giới - 555-5555: 48HII.4 1.3 Sản xuất nhôm 22-2222 2 S23 521122212721212112 0307 50

IILS NGUYEN LIEU SAN XUAT NHOM HYDROXIT Ở NHÀ MAY HÓA

CHẤT TÂN BOI ss cs sy cess ceca sites caeacanet gna paisa nanan ie 51

III.5.1 Quang boxit Lâm Đồng 47% AljO) s0cssssessvererseeecnsneeenoneeneenneees 51

HE S| eae nd MeN SRR OOO Fete Eo AY Sano peer nT eRe RES 52

12280000 | nc 52

I4 C& nguyên liêu poles bali các 0c 2060 26s 52

IIL6 NGUON NANG LƯỢNG VA TIEN NGHỊ HO TRO SAN XUAT 52

Trang 6

Te i eh rr ete eee eee s4

III.8 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SAN XUẤT NHÓM HYDROXY‘ 55

III.8.1 Nguyên Ly: csscccossoseseesonssssnesennsnnssvenenonnnesennnsnsvennovueveteensunmeseeneeneannnees 57

D052 Thuyền mình quy teats 60062660202 200000022 066ka6 $7

III:82-101ai đen GREG GABA cee copvvvsrns ers sreceerecsrenconsnnspopnemsasepecomenpncass $7

III.8.2.2 Giai đoạn gia nhiệt dong huyền phù -. 5555-52 58

T3 Calis these iia WG ceceEioeeeieeeosesesseeeeizaessuee 58 III.8.2.4 Giai đoạn pha loãng 0.-ccssesecceveecesoeceesneeeeecnsceseossesseenennusseee 60

118.25 Giai doạn lỄNG ¿2:24:22 4040202000002052002600/20yG5609 82g64 65EE 60

III.&.2.6 Giai đoạn lọc aluminat ch sinnierererirdre 60

III.8.2.7 Giai đoạn làm nguội dung dịch aluminat -. - 61

BS BE NK caniceramenssioneenerenmrerenmnneceyege nmenennes 61

III.8.2.9 Giai đoạn lọc thành pham ccsssssscssesteccssssssecssssssssscecessssnvees 62

IILš2.10 Giai đoạn rổ BA ke ncasocecesnieenaiee 62

II.8.2.| 1 Quá trình cô đặc nước cái #3 - 5-5 S-S-cSc+SS- 64

III.8.2.12 Giai đoạn gia nhiệt hỗn hợp xút 55s 64

111.8.2.13 Giai đoạn tạo hơi -‹ (5 sseeiesrissrirriee 65

111.9 CÁC THIẾT BỊ TRONG PHAN XƯỞNG NHÔM HYDROXIT 67

11.9.1 Cấu tao va chức năng của một số thiết bị chính 67

III.9.1.1 Thiết bị ng N LG C6 L 0002220222100 045 67

IIL0:E2 Thiết bệ phần EGcccccoa+ 2e cea2booesseeé 67

WOU BARE HN" ——mensriessessesesese<s<es=dii 67

IIIL9.1.4 Thiết bị lọc aloniiDMl - : s 260026222 0226200222 6e 68

III.9.1.5 Thiết bị trao đổi nhiệt PHE coseeseeiee 70

ILĐ:H6 THiếI HỆ GỖ: ii sis cai asain cae 70

III.9.1.7 Thiết bị lọc thành phâm 5Í 5S nrerrrrrrrree 71

PET j0 —¡ JANNnnnnsaoesaa 72

SVTH: N Thj N& Trang 5

Trang 7

III.9.2 Bảng đặc tính kỹ thuật một số thiết bị phân xưởng nhôm hydroxit 73

111.10 CÁC SỰ CÓ XAY RA TRONG QUA TRÌNH SAN XUAT VÀ CÁCH

41/7 (0/¡/Wcc:iadđadđađdẳđÂẨÂẲÂaÂẢđaả 75

RET DUAN Gì 00200022101 0600010L2401(0668000A001 es 77

TAT ESTE CETERA A RAG eciiaveieeaeeeeeeaeevoeaeaesee 78

Trang 8

Khóa luận tốt nghiệ GVHD: Th.s Nguyễn Văn Bình

DANH MỤC KHÁI NIỆM

1 a! tỷ số costic hay tỷ số modun kiểm

a, = 6Ì 1.645

AIO,

[Na,O]: hàm lượng Na;O tính theo g/1 hoặc % [4/,0,]: hàm lượng Al;O; tính theo g/1 hoặc % 1,645: tỷ số trọng lượng phân tử Al,O; so với trọng lượng phân tử của Na;O

2 Modun silic: tỷ số trọng lượng của Al;O; vả SiO, có trong quặng

3 Áp suất hơi đốt, áp suất hơi thứ: được nhắc đến trong phan thiết bị cô đặc

Áp suất hơi đốt của E; là áp suất hơi đi vào E,

Áp suất hơi thứ của E; là áp suất hơi khi di ra khỏi E,

4 Otocla: là tên gọi của thiết bị phản ứng trong quy trình sản xuất Alumin

theo phương pháp Bayer

5 Alumin: tên thường gọi của ALO,

6 Xút costic: là cách gọi NaOH trong kỹ thuật

7 Costic hóa: là quá trình cho một chất tác dụng với kiểm tạo NaOH

§ Cấp hạt của quặng + a (hoặc — a)a: là bán kính của các lỗ trên sàng A sử dụng lọc quặngDau “+”: hạt quặng ở phia trên sang A (không lọt qua lỗ của sảng)

Dau “-": hạt quặng ở phía đưới sàng A (bị lọt qua lỗ của sảng) Vd: hạt quặng có cap hạt là -10 +3 mm: nghĩa là hạt quặng bị lọt qua sàng có bán kính lỗ là 10mm nhưng không qua được sảng có bán kính lỗ là 3mm.

9 TTĐN: tháp trao đổi nhiệt

Trang 9

CHƯƠNG I: PHAN MO DAU

ra hàng đầu của ngành hóa chất Việt Nam

Nha máy hóa chat Tân Bình thuộc tổng công ty hóa chat cơ bản miền Nam sản

xuất chủ yếu là axit sunfurie (cơ sở II, Biên Hòa), nhôm hydroxit và phèn nhôm (cơ sở

I, Tân Binh, Tp.HCM) Ngoài ra còn có các sản phẩm phụ như acid tinh khiết, can

nhựa, natrithiosunfat Nha máy cung cấp nguyên liệu cho rất nhiều nhà máy, xi

nghiệp khác trên cả nước như hệ thống lọc nước của Tp.HCM nhà máy sản xuất bột

ngọt A-ji-no-mo-to tat cá các cửa hàng bán hóa chất, các phòng thí nghiệm ở trườngđại học, viện nghiên cứu Nói chung, các sản phẩm của nhà máy được sử dụng phổ

biển trong công nghiệp hóa học vả thực phẩm, cung cắp rộng rai cho nhu cầu sử dụng

trong nước và xuất khẩu sang các nước trong khu vực.

Trong nhả máy, dây chuyển công nghệ đã có từ lâu các trang thiết bị luôn được

đổi mới và sửa chữa đúng lúc theo thời gian Chúng luôn năm trong chu trình khép kin

hoản thiện bảo dam tiết kiệm diện tích tối đa nhưng luôn đảm bảo nang suất và an toàn

khi làm việc.

Do nhu cầu về nhôm ngày một tăng mạnh khiến việc tăng trưởng mạnh mẽ sản lượng nhôm oxit (alumin) làm nguyên liệu đầu trong sản xuất công nghiệp nhôm Từ quặng boxit làm ra nhôm hydroxit - sản phẩm độc quyền cúa nhà máy trong nước.

Việt Nam là một trong một số quốc gia có trữ lượng boxit lớn trén thé giới, nhưngngày nay mới bắt đầu khai thác (thé giới đã làm hàng thé kỷ trước) nên công nghệ sản

xuất nhôm vẫn còn mới lạ với nước ta và là thế mạnh của nhà máy hiện nay Mật khác,

năm 2011 quy trình sản xuất nhôm hydroxit vừa được hoạt động lại sau một năm tam

ngừng dé cải tiền kỹ thuật và thay đổi một số máy móc hiện đại hơn Vi thé em chọn

để tài “CONG NGHỆ SAN XUẤT NHOM HYDROXIT TẠI NHÀ MAY HÓACHAT TAN BÌNH" làm khóa luận tốt nghiệp của em

Trang 10

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Bính

1.2 NHIỆM VỤ CUA DE TAI

> Tim hiểu quy trình sản xuất nhôm hydroxit của nhà máy hóa chất Tân Binh va

những đổi mới mang tinh chiến lược của nha máy năm 2011.

> So sánh quy trình sản xuất nhôm hydroxit thực tế tại nha may hóa chất Tân

Binh với quy trình được giới thiệu trong các giáo trình hóa kỹ thuật đã phát hanh,

1.3 MỤC DICH NGHIÊN CỨU

So sánh kiến thức trén sách vớ với kiến thức thực tế vẻ công nghệ sản xuất hóa

chất.

Thực trạng va triển vọng của nên công nghiệp hóa chất Việt Nam

Kết quả nghiên cửu được dùng làm tư liệu phục vụ cho việc học và giảng dạy về

công nghệ sản xuất hóa chat.

Từ việc so sánh những đổi mới trong quy trình rút ra được những hiệu quả khi

cai tiễn công nghệ trong quy trình.

Đặt ra một số để xuất nhằm tang hiệu quả giảng day để tránh bờ ngờ cho sinh

viên về kiến thức sách vở và thực tế sản xuất.

1.4 KHÁCH THE VÀ DOI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Khách thé nghiên cứu: quá trình sản xuất hóa học

Đối tượng nghiên cứu: quy trình sản xuất nhôm hydroxit từ quặng boxit

1.5 PHAM VI NGHIÊN CỨU

Quy trình thực tế: ở nha máy hóa chất Tân Bình.

Quy trinh lý thuyết: giáo trình hóa kỹ thuật đang được giảng day tại các trưởng

đại học hiện nay.

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tải liệu liên quan đến đẻ tài

Quan sát thực tế tại nhà máy, tài liệu kỹ thuật của nhà máy

Nghiên cứu thực tế tỉnh hình sản xuất nhôm hydroxit trong nước.

Trang 11

CHUONG Il: TONG QUAN VE SAN XUAT NHOM HYDROXIT

Al(OH),

Alumin 1a tên thường gọi của Al;O; và quá trình sản xuất ra nhỏm hydroxit

Al(OH); là một phần của công nghệ sản xuất alumin Chính vi thé trong phan tổng

quan chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu công nghệ sản xuất alumin.

11.1 TAM QUAN TRỌNG CUA KỸ NGHỆ ALUMIN:

Alumin chủ yếu ding dé sản xuất nhôm nguyên sinh nên tam quan trọng của nó

ging liên với nhôm hydroxit và nhôm.

11.2 UNG DUNG CUA NHÔM HYDRONIT

Nhôm hydroxit kỹ thuật được dùng làm nguyên liệu sản xuất các loại muối nhỏm như phèn đơn, phèn kép, nhôm clorua Dùng để chế tạo nhôm kim loại, sản xuất thủy

tinh, đổ sử, mực in, xi mang trắng, gạch chịu lửa Dùng trong công nghệ nhuộm, dược

H.3 UNG DUNG CUA NHOM

Trong công nghiệp điện, nhôm hydroxit nhờ đặc tính nhẹ nên nhôm được sử dung rộng rãi thậm chí một số trường hợp thay thé đồng (VD: day cap, dây cai trong

điện phân nhôm oxit) mặc dù độ din điện của nhôm chi bằng 62 - 65% độ din điện

của đồng.

Hợp kim nhôm nhẹ, chịu được cường độ cao, chịu ăn mòn nên được sử dụng

trong công nghiệp đặc biệt trong trường hợp can vật liệu nhẹ và cường độ lớn dé tăng

tốc độ vận chuyển như quân sự, hàng không, cơ giới Hợp kim quan trọng nhất của

nhôm là Duara.

Nhôm siêu sạch dùng dé chế tạo bán dẫn Al_ Sb chịu nhiệt cao.

Trong kỹ thuật mới, nhôm được sử dụng trong nang lượng hạt nhân, máy tăng

tốc, nhiều bộ phận trong vệ tinh nhân tạo.

Trong kỹ nghệ hóa học, nhôm dùng làm các thủng chứa hóa chat (HNO; đặc, axit

hữu cơ).

Trong luyện kim nhôm ding lam chất hoản nguyên các kim loại khó hoan

nguyễn và khó nóng chảy như crom, mangan, volfram va cả kim loại kiểm thổ như

Trang 12

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Binh canxi, bari, kim loại kiểm như li Các quá trình nhiệt nhôm là ngành đặc biệt quan

trọng trong luyện kim.

Trong xây dựng công nghiệp và dân dụng việc sử dụng nhôm đã hạ thấp trọng lượng cau trúc, kéo dai tuổi thọ công trình va tăng tốc độ thi công.

H.4 SƠ LƯỢT VE QUANG VA CÁC KHOANG VAT CHUA NHÔM

11.4.1 Giới thiệu các khoáng vật chứa nhôm quan trọng

Trong giới tự nhiên, Al là nguyên tế khá phổ biển, độ phổ biến trong đất ding

hàng thứ 4 sau O, H, Si (Al chiếm 6,6% số nguyên tứ, 8,8% khôi lượng)

Do hoạt tính mạnh mà người ta không tìm thấy nhôm ở dạng đơn chất trong tự nhiên Phan lớn nhôm trong tự nhiên tôn tại đưới dang khoáng vật alumosilicat.

Bảng |: Các khoảng vật chứa nhôm quan trọng nhất

Trang 13

Khóa luận tốtnghiệp _ GVHD: Th.s Nguyễn Văn Bính

Giới thiệu một số khoáng vật chứa nhôm quan trọng

11.4.1,1 Corundum (a-Al,Oy:

Quang nay ít gap trong thiên nhiên ở dang sạch Corundum không trong suốt

thông thường bột corundum là vật liệu mai có giá trị 5, có độ cứng 9 Corundum thién

nhiên nguyên sinh tạo được các macma giàu nhôm oxit, còn corundum thiên nhiên thứ

sinh đo kết quả biến chất các sản phẩm phong hóa của alumosilicat,

H412 Điaspoa (a-ALO.H yO), boehmit (- 1:Ó,H:O) và gipxit

(411;0,.1H,;O):

Day là các thành phan cơ bản của quậng boxit quặng quan trọng nhất dé sản xuất

alumin, corundum nhắn tao, xi mang alumin vả gach chịu lửa alumin cao,

11.4.1,3 Kianit, anzaluzit và silimanhit:

La các dạng thủ hình của cùng một loại alumosilicat (Al,O,.Si0,), Các khoáng

vật nay có thé dùng lam nguyên liệu ban đầu chẳng những có giá trị sản xuất gạch chịu

lửa mà còn dùng để nấu luyện thành hợp kim nhôm silic trong lò điện dé tử hợp kimnày thu hỏi alumin và nhôm.

11.4.1.4 Kaolinit:

Khoáng vật nảy phổ biển rộng rai trong tự nhiên, cũng có thé dùng sản xuất

alumin va nấu luyện hợp kim nhôm silic.

11.4.2 Quang nhôm

Trong thiên nhiên các khoáng vật chứa nhôm it gặp ở dang đơn mà chúng thường

nằm trong đắt đá cùng với các khoáng vật không chứa nhôm khác Mặc dù có rất nhiềuloại khoáng vật chứa nhôm nhưng không phải khoáng vật nào cũng dùng dé sản xuấtalumin Chi các đất đá đã khoáng hóa có ham lượng khoáng vật chứa nhôm trong

chúng vượt qua một giới hạn nào đó, loại khoáng vật nó mang phải có thành phản hóa

học vả tinh chất thích hợp đồng thời điều kiện khai thác dé dang và có lợi vẻ mat kinh

tế mới gọi là quặng nhôm và dé sản xuất alumin,

Trên thé giới các loại quặng thường ding dé sản xuất alumin lả boxit, nefelin,alunit, xerixit, cao lanh, tro than nâu Nhưng hiện nay nguyên liệu chủ yếu dé sản xuất alumin vẫn là quặng boxit (chiểm khoảng 95% sản lượng alumin của thế giới).

Trang 14

11.4.3 Quang boxit

1.4.3.1 Sơ lược về quặng boxit

Boxit hay Bauxit là tên gọi theo tên thành phố Baux ở nước Pháp, nơi tìm ra boxit lần đầu tiên vào năm 1821.

Thanh phan chủ yếu của quặng boxit là hydragilit (gipxit), bomit và diaspo —

cùng có công thức hóa học là AIOOH Các nguyên tổ titan, silic, sit thường có trong

boxit với ham lượng đáng kẻ, trong boxit có cả canxi cacbonat, magie cacbonat, ngoài

ra có các tạp chất như crom, vanidi, photpho, gali oxit

Mặc dù hàm lượng gali oxit, vanidi trong boxit rat thấp nhưng đã có nhiễu công trinh nghiên cứu thu hỏi gali va vanidi từ dung dịch kiểm hoản lưu như một sản phẩm

phụ quan trọng Boxit sẽ la nguồn nguyên liệu quan trọng dé sản xuất vanidi trong

tương lai.

Tuổi của boxit phụ thuộc vao ham lượng nước trong quặng Theo thời gian quặng

sẽ bị mat din nước (dạng keo), chuyển sang các các dạng kết tinh bén vững hơn.

Keo nhôm (chứa một lượng nước không xác định) — alumo giả bền — hydragilit

— bơmit — diaspo —+ corundum

Nếu sự chuyển hóa từ cau trúc này sang cấu trúc khác không hoàn tắt thi ta có

boxit hỗn hợp Vì vậy thường gọi tên boxit theo tên khoáng vật chiếm ưu thể.

Thông thường boxit có mau đỏ, khá cứng Đôi khi cũng gặp boxit có màu tring, vàng, xanh sẵm, và các màu khác Màu đỏ chứng tỏ hàm lượng oxit sắt cao, khi hàm

lượng oxit sắt thắp thì boxit có màu xám hoặc trằng

Yếu tố quan trọng quyết định chất lượng của boxit là dạng khoáng nhôm

hydroxit (monohydrate - Al;O;.HạO, Trihydrat - Al,O;.3H,O) và SiO) trong quặng Trong boxit hàm lượng Al;O; cảng cao và modun silic (ty lệ trọng lượng của Al;O; va

SiO;) càng cao thi chất lượng boxit cảng tốt, nếu hàm lượng sắt oxit trong boxit quá

cao, người ta sẽ hạ giá mua Sự khác biệt giữa 2 dạng hydrat là đạng tryhydrat hòa tan

trong dung môi (NaOH hoặc dung địch NayCO ) tốt hơn monohydrate Trong quá trình

hòa tách, silic là nguyên liệu (sử dụng NaOH dé hỏa tách boxit) nó kết hợp với nhôm

và kiểm tao thành hợp chất alumosiica: AlạO,2SiO;2HạO hoặc

Na;O.3Al:O;.SSIO›.SH;O hoặc Na;O.Al;O;.2S¡O;2H;O không tan trong dung dịch

kiểm, làm giảm thực thu nhôm và mắt mát kiểm

SVTH: Nguyễn Thị Nữ Trang l3

Trang 15

Khóa luận tot nghiệ GVHD: Th.s Nguyễn Văn Binh

Bảng 2: Trữ lượng béxit trên thé giới (triệu tén)[6]

1 Bắc Mỹ

Hoa Kỳ

3 Vùng Caribé Giamaica

Haiti

Cộng hòa Dominic

Guyana (thuộc Pháp) Columbia

Trang 16

6 Đông âu Hungari

Cộng đồng các quốc gia

độc lập (CIS) Rumani

7 Chau Phi

Ghiné Ghana Camorun Siralion Môzämbic Zimbabué

Pakistan

lran

A Rap Xẻ-út Philippin

Viét Nam

Dai Loan

Trang 17

Niu Dilan Palau

Chú thích:

- Tài nguyên: Là tích tụ tự nhiên của quặng bôxit bên trong hoặc trên bẻ mặt vỏ

trải đất, có hình thái, số lượng và chat lượng đáp img tiêu chuẩn tối thiểu dé khai

thác, sử dung đem lại hiệu quả kinh tế ở thời điểm hiện tại hoặc trong tương lai

- Trữ lượng: Lượng quặng boxit đã được thăm dé qua nghiên cứu khả thi hoặc

với trình độ cong nghệ, giá cả thị trường, các yếu tổ khác có liên quan tại thởi điểm

đánh giá sẽ mang lại hiệu quả kinh tế

11.4.3.2 Quang boxit và ham lượng các oxit trong boxit ở các nước trên thé giới [2]

> Liên xô cũ: có nhiều mỏ boxit trong đó mỏ ở bắc Uran có ham lượng Al;O;

cao, thành phần khoáng phụ thuộc loại diaspo — bomit:

Thành phần hóa học (%)

SVTH: Nguyễn Thị Nữ Trang l6

Trang 18

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Binh

> Trung Quốc: có nhiều mỏ boxit đã được phát hiện (Sơn Đông, Đông Bắc, Cam

Tac, Quế Châu, Vân Nam, ) nhưng các nghiên cứu còn it

Thanh phan hóa học (%) ở mỏ Son Đông

Ngoài ra thành phan hóa học (%) trung bình tại các mỏ của các nước trên thé giới

như sau:

[SiO,(quatz) | | SOOO LALO; | S454 |4 |3 |5 |5 |4$S —_

Trang 19

11.4.3.3 Tài nguyên boxit ở Liệt Nam [3]

Theo kết qua thăm đò địa chất đã phát hiện trên lãnh thô nước ta cỏ trữ lượng boxit phong phú ở cả miễn Bắc và miễn Nam,

Tại miền Bắc: quặng boxit đã được phát hiện & dang diaspo ở các tinh Cao

Bang, Hà Giang, Lang Sơn, Trùng Luu, Sông Da, Nghệ An với trữ lượng dự bao

khoảng | tỷ tắn.

Sau giải phóng miễn Nam, từ năm 1976 - 1980 đã phát hiện nhiều khoáng sảnboxit — laterit dang gipxit ở các khu vực Đắc Nông (Đắc Lắc) Bảo Lộc (Lâm Đông),

Phước Long (Bình Phước), Kong Phong (Pleiku), Vân Hòa (Phú Yên) Theo dự báo

các vùng trên có thé đạt 6 — 7 ty tan quặng nguyên (3 - 4 tỷ tấn quặng tinh).

® Bảo Lộc — Di Linh

BBinh Phước

Ven biển

Phân bố quặng boxit ở Việt Nam

Quang boxit ở miền Nam có chất lượng thuộc loại trung bình, thường phải qua

tuyển rửa mới đảm bảo được chất lượng cho công nghệ Bayer, ham lượng Al;O; trong

quặng tỉnh có thé dat 35 - 55 %, modun silic thường đạt trên 10 - 20,

%SiO;= 0,1 — 15%; % TiO, = 3.2 — 4,9%; % Fe,0; = 13 - 30%.

Ham lượng khoáng trong boxit:

Trang 20

Boxit miền Nam Việt Nam thuộc loại gipxit gotit có ham lượng sắt cao (15

-25 % Fe,O,) Boxit thuộc loại gipxit dé hòa tách nên được xử lý bảng công nghệ Bayer

châu Mỹ, hòa tách khoảng 140°C với kiểm 150 - 160 g/1 Na;O, tuy vậy do boxit cónhiều gơtit nên khả năng lắng kém Nhưng đối với boxit miền Nam Việt nam, sắt trongboxit nằm chủ yếu đưới dạng gơtit Khoáng vật này là một tác nhân gáy tốn thất kiểmlớn khi xử lý quặng ở chế độ nhiệt độ thấp (140 - 150°C) của phương pháp Bayer

Chính do nguyên nhân đó mà các nhà nghiên cửu Việt Nam vẫn chưa đưa ra được một

quy trình xử lý tối ưu cho quặng boxit laterit miền Nam Việt Nam Theo một số nhànghiên cứu Hungary, loại quặng này nên xử lý ở các nhiệt độ cao hơn.

— Tiểm năng phát triển alumin từ quặng boxit ở Việt Nam là rất lớn cắn có thời

gian nghiên cứu và sự đầu tư thích đáng

11.4.3.4 Boxit đổi Thắng Lợi Bảo Lộc Lâm Đông [3]

(Nơi cung cắp nguồn nguyên liệu cho nhà máy hóa chat Tân Bình)

11.4.3.4.1 Kết qua nghiên cửu boxit đổi Thang Lợi Bao Lộc, Lâm Đồng:

a Đặc tinh khoảng vật mẫu quặng boxit đồi Thang Lợi Bảo Lộc Lam Đông:

Boxit khoảng sảng Bảo Lộc được hinh thành do quá trình phong hóa đá bazan.

Một số khoáng vật nguyên sinh như plagio, olaz, penpat trong khối đá bazan trải qua

quá trình phong hóa bị phá hủy thành những khoáng vật thứ sinh như gipxit, kaolinit,

gotit Trong quá trình phong eT IeN sắt, silic bị mang đi, nhóm

khoáng vật chứa nhôm va những khoe xật eq inmenit, thạch anh, được TP HÕ-CHỊ- từng SVTH: Nguyễn Thị Nữ Trang 19

Trang 21

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Binh tập trung lại và giàu lên Hầu như các khoáng vật trong mẫu boxit đều có kích thước

nhỏ bẻ.

Trong thành phần của boxit đồi Thắng Lợi, boxit có 3 dạng chính

e Boxit dạng đá: cứng, xốp cầu tạo vỏ đồng tâm điển hình, mau sắc không

đồng nhất và đa dạng, có chất lượng tốt: hàm lượng Al,O, từ 40 — 50%, SiO»

tử Ì - 5 %.

¢ Boxit dạng tơi: độ bền kém hơn, thành phần độ hạt nhỏ hon, mau sáng hơn,

chất lượng quặng xấu hơn: hàm lượng Al,O, từ 44 - 48%, SiO, từ 3 - 6 % so

với boxit dạng đá.

hàm lượng Al;O; từ 28 - 40%, SiO, từ 6 - 18 %.

b Thành phan độ hạt:

Cấp hạt lớn là loại quặng chất lượng tốt có modun silic cao Trong cap hạt bé tập

trung chú yếu ở cấp hạt - 0,25mm nên tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tán chọn

lọc vật liệu cấp hạt thô chất lượng tốt (SiO;, TiO», FeyO; phân bố chủ yếu trong cap hat

mịn (-0,25mm) còn Al;O; phân bố chủ yếu trong cấp hạt thô (+0,25mm))

e Phan khoáng:

Phin khoáng trong hai mẫu boxit nguyên khai nghèo va boxit nguyên khai giàu:rat giéng nhau, chỉ khác nhau về tỷ lệ thu hoạch các cấp hạt và ham lượng kaolinittrong mẫu.

> Boxit nguyên khai nghèo: hàm lượng Al;O; 37,15%, modun silic 3,64 nên cần

áp dụng phương pháp tuyển nâng cao modun silic

> Boxit nguyên khai giàu: hàm lượng Al;O; 39,69%, modun silic 10,5 nên có

thể dùng trực tiếp để thu hồi Al;O; theo phương pháp Bayer,

Trang 22

11.4.3.4.2 So dé tuyển quặng đổi Thang Lợi:

Quang nguyên khai

Công nghệ tuyển quặng boxit đồi Thắng Lợi gồm các công đoạn: đánh tơi quặng

trong môi trường nước va phân cấp chúng theo độ hạt thành 3 san phẩm:

¢ Quang tinh boxit có modun silic cao

cũng có thẻ trung hòa 2 sản phẩm tuyển quặng này thành một sản phẩm quặng tính

boxit (có chất lượng đáp ứng yêu cầu sản xuất alumin theo phương pháp Bayer)

II.4.3.4.3 Các tap chất trong boxit có ảnh hưởng đến quá trình san xuất nhôm hydroxit

a Oxi! sắt

Trang 23

Oxit sắt thực tế không hòa tan khí hòa tách boxit bằng kiểm song nếu oxit sắt có

nhiều trong boxit thi nó sẽ có ảnh hưởng rõ rệt.

Trong boxit sắt tồn tại trong thành phần của nhiều khoáng vật, mỗi loại thì ảnhhưởng theo một kiểu.

e Hemantit - Fe,O; (thường gập nhất): không tác dụng với dung dịch kiểm khi

hỏa tách trong otocla.

e Hidrohemantit - Fe;O:.nH;O (khử nước ở 100 - 200°C): khi hòa tách trong

otocla chuyển thanh oxit sắt không ngậm nước và kèm theo sự phân rã thành

nhiều hạt rất bé.

® Limonit HFeO¿;.aq và gotit HFeO; được khử nước khi hòa tách trong otocla

nhưng trong điều kiện lăng và rửa bùn đỏ thì xay ra quá trình ngược lại, kèm

hiện tượng nở vả tạo oxit sắt hydrat hóa

e Sanozit 4FeO.Al;O;.3S¡O›.4H;O: khi hòa tách trong otocla, bị phân hủy tạo

natrialumosilicat, macnetit mịn phần tán (do đó có màu đen) vả một lượng H;

3FeO + HạO = Fe:O, + H; (1)

vao dung dịch tạo macnitit mịn phân tán và Hạ

3FeCO; + 6NaOH = Fe;O¿ + NayCO; + 2H;O + H; (2)

(1), (2) — gây tăng áp suất đột ngột trong otocla

Ở nhiệt độ lớn hơn 200°C một số dạng oxit sắt trong otocla sẽ hap thụ nhiều kiểm

tir các dung dịch Na)O đặc (300g/1)

Cảng nhiều khoáng vật sắt trong boxit thì càng nhiều bin đỏ, tổn thất kiểm va

alumin cảng lớn Do rửa không hoản toàn mặc đủ ting suất nước rửa nên lượng nước

cần bốc hơi tăng lên làm tăng giả thành alumin và tăng vốn đầu tư (do các thiết bị có

dung tích lớn)

—+ Hạn chế hàm lượng Fe;O; trong boxit

b Các tạp chất hữu cơ (ở dang các humin và bitum)Các tạp chất humin chủ yếu là axit humin để tác dụng với dung dịch NaOH Còn

bitum không tan trong dung dịch kiểm

Hàm lượng tạp chất hữu cơ trong boxit vào dung dịch kiềm sau mỗi lần hòa

tách này rất ít nhưng do sử dụng dung dich kiểm tuần hoàn nên sẽ tích lũy một lượnglớn chất nảy

Trang 24

Theo Smimov, boxit chứa nhiều tạp chất hữu cơ hòa tan trong benzen là

nguyên nhân làm cho chúng khó hòa tách va điều nay được khử bằng cách thiêu boxithoặc thêm vôi với liều lượng cao (khoảng 10% va cao hơn nữa).

Ngoài ra, ham lượng các chất hữu cơ cao thi độ nhớt của dung địch aluminat

tang lén rd rệt sẽ có một sO ảnh hướng sau:

e Gây khó khăn cho việc phân cắp khí nghiên ướt boxit.

e Làm chậm quá trình Ling và rửa bùn đỏ, qua trình lăng trong dung dịch trên

thiết bị lọc.

thu được có độ hạt bé hơn.

e Các chất hữu cơ còn ảnh hưởng xấu đến hoạt động của các thiết bị cô đặc,

bay hơi va quá trình kết tinh NayCO; từ các dung dich tuần hoàn.

e Thiêu vả rửa boxit có thé làm giảm nồng độ tới hạn của các chất hữu cơ trong

dung dịch aluminat.

c Silic oxit

Trong dung dịch kiểm, mức độ và tốc độ hòa tan silic oxit tự do phụ thuộc vào kích thước của hạt, vào nông độ và nhiệt độ của dung dịch.

SiO) + 2NaOH = Na)SiO; + H;O

Silic oxit vô định hình trong boxit dưới dang gel SiO;.nH;O tan tốt trong dung

địch NaOH nóng.

Theo Lunge Milberg thi thạch anh nghiên mịn hòa tan khá nhanh trong dung dịch

kiểm costic (dung dịch NaOH) nóng vả cả trong dung dịch natricacbonat.

Trong dung dịch aluminat, các hợp chất alumosilicat được tạo thành có thé là:

NazO.Al;O›.35/O;.9HyO Hoặc Na;O.Al;O;.4SiO;2H;O

Hoặc 2Na;O.2Al;O;.3S¡O;.2H;O

Hoặc Na;O.Al;O;.2SiO;2H;O

Để tránh làm tốn thất kiểm trong ba rắn alumosilicat, sau khi hòa tách boxit

trong thiết bị otocla, người ta tiễn hành rửa cặn đó với nước nóng Thực tién chứng

minh rằng hòa tách boxit với sự có mặt của canxi hydroxit thực sự làm giảm rõ rệt that

thoát kiểm do xảy ra phản ứng:

Na/(Al,Si,H,O›;) + 3Ca(OH); === Ca¡(Al,Si,H;zO») + 6NaOH

Trang 25

Khóa luận tốt nghiệ GVHD: Th.s Nguyễn Văn Bình

Ở đây một phần kiểm Na;O được thay thế bởi CaO trong cặn đỏ.

d Titan dioxit

Khoáng vật về titan dioxit trong boxit chưa được nghiên cứu day đủ Đã có nhiều

tác giả đưa ra hướng giải thích cho việc làm tốn thất kiểm của titan khi cỏ mặt trong boxit Và họ đều đưa ra kết luận chung là nếu cho thêm vôi vào quá trình sẽ giảm được

tồn thất kiềm.

Ngoài các cấu tử trên, còn có các cabonat, các sunfua, các tạp chất có hàm lượng bé (các oxit của photpho, vadini, crom, gali) cũng có ảnh hướng đến quá trình

sản xuất Al(OH):

11.5 CÔNG NGHỆ LAM GIAU, CHE BIEN QUANG BOXIT

11.5.1 Công nghệ lam giau quặng boxit

Hơn 90% sản lượng boxit của thé giới được sản xuất bằng công nghệ Bayer,nhưng công nghệ này đòi hỏi boxit có hàm lượng SiO; thấp Boxit có hàm lượng

SiO, hoạt tinh > 5% không thẻ xử lý kính tế bằng phương pháp Bayer vi gây mat mát

kiềm rất lớn theo bùn đỏ Nhưng ngược lại, nếu xứ lý bằng công nghệ thiêu kết hoặc

thiêu kết - Bayer (hỗn hợp) thì tiêu hao năng lượng lớn, thường gấp 2 - 4 lan công nghệ Bayer đơn thuần Vì lẽ đó, boxit ở một số nước (Braxin, An Độ, Trung Quốc,

Việt Nam ) cần phải được làm giàu để giảm hàm lượng SiO;, nâng tỉ lệ Al,O,/

SiO, lên > 7, thích hợp cho công nghệ Bayer.

Trên thế giới, các phương pháp làm giàu đơn giản và phổ biến để giảm hàm

lượng SiO, trong boxit là :

- Đập nghiền kết hợp với sàng khô

- Đập nghiền kết hợp với sàng ướt (tuyển rửa), là phương pháp phê biến hơn

Bằng phương pháp tuyển rửa, phan lớn SiO, trong hạt mịn được loại bỏ theo

quặng thải (quặng đuôi), có khi loại bỏ 50% như boxit ở Braxin Boxit vùng

Arkansas (Mỹ) có thành phần Al;O;: 50.4% và SiO;: 15,4%, khi xử lý bảng phương

pháp tuyển rửa thu được các sản phẩm như sau:

[mm | sa J ø——Mesh (sang tiêu chuẩn) thường được dùng dé xác định độ phân bố theo thước hạt (Imesh =

0,17mm).

Trang 26

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Văn Binh

Tương tự, boxit latenit Việt Nam cũng có thé được loại bỏ đáng kể lượng SiO, bằng công nghệ tuyển rửa đơn giản.

Từ boxit nguyên khai có hàm lượng Al;O:: 36 - 39%; SiO»: 6 - 13%, sau khi

tuyển rửa loại bỏ cấp hạt < Imm, thu được tỉnh quậng có ham lượng Al;O;: 44 - 58%;

SiO): 1.6 - 4% với thực thu 44 - 50%.

Trong một số trường hợp, nếu ham lượng SiO, cao nhưng tổn tại trong dang kết

tinh bên ving, hạt thô (thạch anh: quarzt) thì có thé cải tiến công nghệ xử lý bằng cách

hòa tách ở nhiệt độ thấp (áp suất thường, 105 - 107°C), thời gian ngắn với nòng độ

kiểm cao (~ 200 g/l Na;O),

Ngoài phương pháp làm giảu quặng boxit để giảm hàm lượng SiO; trong một số vùng boxit có ham lượng sắt cao và có tử tính (như boxit latenit ở vùng thêm lục địa đông An Độ) người ta dùng phương pháp tuyển ướt gradien cao, từ quặng boxit

nguyên khai có thành phan : Al;O;: 42,6 %; FeyO;: 29,9%; TiO»: 2,5% thu được sản phẩm (với thực thu 80%) có thành phần : Al;O; :58 - 60%, Fe;O;: 9 - 12%, TiO):

0.75%

11.5.2 Các phương pháp san xuất alumin từ quặng boxit

Có nhiều phương pháp sản xuất alumin khác nhau tủy theo thành phan quặng

boxit và các điều kiện ở từng địa phương.

HH.S.2.1 Phương pháp thiêu kết (phương pháp nhiệt luyện):

Phương pháp thiêu kết dùng dé xử lý quặng bôxit có chất lượng trung bình hoặckém (hàm lượng SiO, cao) mà nếu xử lý bằng công nghệ Bayer (phương pháp thủyluyện) thì không có hiệu quả kinh tế.

Đặc điểm của phương pháp này là các phổi liệu boxit và soda được phối trộn và

nung ở nhiệt độ cao 1200°C, các sản phẩm được thu theo phương trình sau:

Na)CO, + Al;O; = Na;O.Al;O; + CO;

CaCO, + SiO; = CaO SiO) + CO;

Na;CO; + Fe;O; = Na;O.Fe;O; +CO;

Dem hòa tan các sản phẩm này thu được dung dich aluminat

2NaAlO; + 4H;O = Al;O;.3H;O + 2NaOH

Thực chất phương pháp nay la chuyển oxit nhôm thành natrialuminat rắn do tác dụng tương hỗ với nước và liên kết các oxit silic thành dicanxisilicat không hòa tan

Trang 27

hoặc các hợp chất khác ít tan Sau đó, aluminat được hòa tan chuyển vào dung dich va

tách khỏi phần thiêu kết phẩm không hỏa tan.

Bảng 4: Dinh mức tiêu hao dé sản xuất 1 tan alumin bằng phương pháp thiêu kết

như sau:

Na;CO; 0.18 - 0.185 tắn

Nhiên liệu 1,1 - 1,2 tan

Dién ning ~ 800 KWh

Nhìn chung, phương pháp thiêu kết đòi hỏi vốn đầu tư và chi phí nang lượng cao

hơn nhiều so với phương pháp Bayer đơn thuần, do đó thưởng chỉ được áp dụng ởnhững nước có nguồn boxit chất lượng kém (hoặc trung bình kém).

H.S.2.2 Phuong pháp axit:

Ban chất của phương pháp này : đựa trên các phan ứng cơ bản sau:

Al,O; + 6H” = 2AI”" + 3H;O

Al’* + 30H" = Al(OH);

Thường dùng H;SO¿ để hòa tan, một lượng lớn Fe;O; cũng hòa tan theo Dé hạn

chế khả năng hòa tan trong H;SO, của Fe;O;, cần phải nung trước quặng boxit ở nhiệt

độ lớn hơn 700°C Dưới tác dung của nhiệt độ: 300 — 500°C xảy ra phản ứng phân hủy

các tạp chất hữu cơ trong boxit thành CO; và H;O, ở nhiệt độ cao (>700°C) có sự

chuyển dạng của hợp chất sắt thành các hợp chất mới rất khó tan trong axit

Tuy nhiên trong quá trình phản ứng giữa axit và boxit vẫn còn một lượng nhỏoxit sắt FeyO hòa tan, nên trước khi tạo tủa Al(OH), cần phải tạo tủa Fe(OH); vả lọc

bỏ kết tủa này ra khỏi dung dịch aluminat

e Ưu điểm: hiệu suất hòa tách nhôm cao, phản img xảy ra để dàng

e© Nhược điểm: vi là axit mạnh nên ngoài nhôm oxit, nó còn hỏa tan nhiều tạp

chất khác Tùy theo yêu cầu chất lượng sản phẩm phải loại các tạp chất nảy ra

khỏi dung dịch aluminat trước khi kết tỉnh Al(OH); Hơn nữa phương phápcần phải đầu tư thiết bị hòa tách không bị ăn mòn bởi axit

Trang 28

11.5.2.3 Phương pháp Bayer (phương pháp thay tuyện):

Công nghệ Bayer do nha hóa học người Ao Karl Josef Bayer phát minh ra năm

1888 va 1894.

Quy trình Bayer là một chu trình kin, bán chất của phương pháp nay là dùng dung dich NaOH đẻ hỏa tan các khoáng nhôm trong boxit.

Al,O).nH,O + 2NaOH = 2NaAlO; + (n+l)H;O

Các khoáng còn lại không tan hoặc chuyển sang dạng không tan trong kiêm sẽ ra khỏi chu trình theo bã thai, Dung dịch aluminat tách ra khỏi bã thải được pha loãng

đến pH xác định ở điều kiện nhất định, Al(OH); tách ra khỏi dung dịch theo phương

” trình sau:

NaAlO; + 2HạO = Al(OH); + NaOH

Dung dịch sau khi tach nhôm được cô đặc, bo sung lượng NaOH tổn that và lại

được dùng cho quá trình hòa tách quặng boxit (dung dịch kiểm được tải sử dụng trong một chu trinh kín).

e Uu điểm: phương pháp này có sản xuất alumin sạch sắt hơn tuy rằng các

thảnh phần như kiểm silic, canxi thi lại khó tách

e© Nhược điểm: phải tuần hoàn một lượng lớn dung dich vả hydrat làm mam,

tiêu hao nhiều nâng lượng, hàm lượng các chất hữu cơ tích tụ ngảy cảngnhiều

1I.5.3.4 Phương pháp liên hgp

Hiện nay phương pháp Bayer chiếm ưu thế trong sản xuất alumin, chỉ tiện đối

với boxit chứa ít silic, còn phương pháp thiêu kết thì có thể biến thành alumin chẳngnhững từ bất kỷ loại boxit mả còn từ đất sét và cao lanh

Để khắc phục nhược điểm, tận dụng ưu điểm của các phương pháp thiêu kết,

phương pháp Bayer, người ta có khuynh hướng kết hợp cả 2 phương pháp trên theo dang nồi tiếp va song song.

Trang 29

Khóa luận tốt nghiệp = GVHD: Th.s Nguyén Van Binh

Bảng Š:Các nhà máy alumin của TQ áp dung công nghệ thiêu kết hoặc kết hợp

Tên nhà máy đến | Năm vận | Công suất thực

năm 2005,

năm

Kết hợp

Bayer

Trong các phương pháp sản xuất alumin, phương pháp Bayer được xem lả

phương pháp mang tính thực tế và được áp dụng nhiễu nhất (sản xuất hơn 90% alumin

trong tổng sản lượng alumin trên thế giới) và đây cũng là phương pháp mà nhà máy

hóa chất Tân Binh đang áp dụng dé sản xuất Al(OH); Chính vi thé ma chúng ta đi sâu vao tìm hiểu phương pháp Bayer của thế giới và các yếu tố ảnh hưởng đến các khâu

của phương pháp Bayer.

1.5.3.1 Sơ đô hiện đại sản xuất alumin theo phương pháp Bayer.

Gồm các giai đoạn sau:

a Nghién: boxit sau khi xay, đập thô, vừa, được trộn với vôi va cho vào máy

nghiền ướt cùng với dung dich tuần hoàn Sau đó chuyển sang máy phân cấp

kiểu răng cưa hoặc kiểu guéng xoắn hay máy xoáy thủy lực

b Giữ huyền phù sống: huyển phù được tập hợp trong bể chứa, đun nóng bằng

hơi đến 100°C và giữ trong vài giờ, diéu kiện khuấy trộn để phần lớn SiO,

chuyến thành kết tủa alumosilicat

c Phản ứng: (thực hiện trong vòng 7-8 otocla) huyền phù được bơm qua thiết bị

đun nóng để đi vào otocla đầu Từ otocla cudi huyền phù được chảy vảo thiết

Trang 30

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Văn Bình

bị tách hơi, ở đây hơi tạo thành được dùng để dun nóng sơ bộ huyền phủ

trong các thiết bị đun nóng.

d Pha loãng: tử thiết bj tách hơi, huyền phủ chảy vào các bé khuấy dé pha loãng

bằng nước rửa.

e Lang vả rửa ba: trong các thiết bị lắng và rửa bã ngược dong (xí nghiệp hiện

đại thường kết cấu theo kiểu nhiều ting) cặn đó được tách và rửa khỏi dung dịch aluminat Cặn đỏ sau khi rửa được thải di, còn nước rửa từ thiết bị rửa I

được ding dé pha loãng huyền phù trong otocla.

f Lọc kiểm tra (lọc tách cặn): dung địch chảy ra từ thiết bị lắng được qua lọc để

tách hoàn toàn các van cặn đỏ còn sót lại.

g Phân hóa và kết tinh: sau khí tách cặn, dung địch được làm nguội đến gắn

70°C (thiết bị trao đổi nhiệt) rồi đưa qua các thiết bị phân hóa Người ta cho

hydrat môi (mam kết tinh) vảo quá trình khuấy phân hóa với lượng phụ thuộc

ham lượng Al;O; trong dung dịch (thường (Al;O;) trong mỗi /AlạO; trong

dung địch ) * 1,4 - 1,8).

Khuấy phân hóa kéo dai 70 - 100h Sau đó, lắng huyền phù hydrat (bột nhôm hydroxit) và tach dung dịch cái.

h Lọc thu thành phẩm và phân loại cỡ hạt: sau khi lọc tách nước khỏi bột nhôm

hydroxit chúng được đi phân loại cỡ hạt va phân ra thành 2 phan:

¢ Phần | (cờ lớn) được rửa kỹ khỏi kiểm và đưa đi nung.

thành phẩm)

i Cô đặc dung địch cái và lọc kết tủa tách kết tủa natricacbonat, thu hồi xút:

dung dịch cái và nước rửa hydrat được đưa đi bay hơi trong thiết bị chânkhông nhiều buông, làm nồng độ (Na;O) tăng lên = 300g/1 và lọc tách kết tha

natricacbonat ngậm 1 nước (Na;CO;.H;O) Để giảm tiêu tốn NaOH mới, sau

khi tách Na;CO:.H;O khỏi dung dich tuần hoản được hòa tan trong nước vàkiêm hóa bang sữa vôi

j Nung hydrat (nhôm hydroxit): nhôm hydroxit thành phẩm được khử bằng

nước vả nung ở nhiệt độ 1200°C trong các lò dng quay thu alumin (Al;O)

Trang 31

Khóa luận tốt nghiệp GVHD; Th.s Nguyễn Văn Binh

Sơ đỗ hiện đại sản xuất alumin theo phương pháp Bayer

Vôi Boxit Xút costic Nước

Cô bay hơi Kady phân hóa Lọc lần?

= Lắng huyền pho kyớrat Lọc lắn 3

Trang 32

11.5.3.2 Các yếu th anh hướng đến các công đoạn của phương pháp

Bayer:

Phương pháp Bayer tuy nhiều giai đoạn nhưng thực chất gồm 4 công đoạn:

- Boxit được hòa tách với dung dịch NaOH

- - AlO; được tách trong dang hòa tan dung dịch aluminat.

- Dung địch aluminat được khuây phân hóa dé thu kết tủa nhôm hydroxit.

- _ Al(OH); được lọc, rửa, nung dé tạo thành phẩm alumin (Al;O:

Trong đó, 2 công đoạn được xem là mang tinh quyết định đến chất lượng sảnphẩm và lượng sản phẩm thực thu đó là: hỏa tách quặng boxit và khuấy phân hóa dungdịch aluminat nên sẽ đi sâu tìm hiểu 2 công đoạn này.

a Hòa tách boxit:

- Tham ướt bẻ mặt hạt boxit với dung dịch kiểm NaOH

- Phan ửng giữa NaOH với nhôm oxit trong quặng tạo natrialuminat

- Bão hỏa alumin vả nghèo NaOH, trong lớp bẻ mặt của dung dịch Lượng

natrialuminat trong bề mat dung dịch và quặng chuyển vào dung dịch đồng

thời kiềm trong dung dich chuyển tới bẻ mặt hạt boxit

- _ Độ nghiền mịn của boxit

- Sy khuấy trộn huyền phù trong otocla

- _ Nông độ của kiểm hoạt tính trong dung địch tuần hoàn (Na;O hòa tan)

- Ty số costic của dung dịch tuần hoàn vả dung dịch alumin

- _ Nhiệt độ và thời gian hòa tach

Trang 33

Khỏa luận tổtnghệp — — GVHD; Th.s Nguyễn Văn Binh

C: nông độ của chất hòa tan vào thời điểm đã cho

K: hệ sé hỏa tan, tỉ lệ thuận với hệ số Khuéch tán D va tí lệ nghịch với chiều day

của lớp khuéch tán.

Như vậy, tốc độ hòa tách tỉ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc của boxit với dung dichNghiễn mịn boxit làm tăng điện tích tiếp xúc giữa boxit va dung dich nên lam

tăng tốc độ hòa tách.

Ngoài ra khi nghiền quặng sẽ phá vỡ các liên kết hạch giữa các hạt của các

khoán sản khác nhau, bóc tran các khoán sản hòa tan, tức là tang bẻ mat tiếp xúc giữa

chúng và dung dịch tuần hoàn

Độ nghién mịn ảnh hưởng khác nhau đến qua trình hòa tách, phụ thuộc vào cấutrúc, thành phần hóa học và thành phần khoáng của boxit nên độ nghiên tối ưu đối với

các loại quặng không giống nhau.

> Sự khuấy trộn huyền phù

Trong các giai đoạn của quá trình hòa tách, thường thì giai đoạn khuếch tán là

giai đoạn chậm nhất nên quyết định đến tốc độ của giai đoạn hòa tách boxit.

Khuấy trộn huyền phù làm giảm độ dày của lớn khuếch tán chung quanh các hạt

boxit và hỗ trợ sự đồng đều hóa nông độ của Al,O; và Na,O,, trong lớp nay, dẫn đến

> Néng độ kiềm hoạt tính Na;O,, trong dung dịch tuần hoàn

Tang nồng độ kiểm hoạt tính thi ting tốc độ hòa tach, giảm tiểu tốn hơi để nấu boxit và giảm tiêu tốn lao động, thể tích thiết bị hỏa tách cũng yêu cầu bé hơn Song

nông độ kiểm hoạt tinh quả cao sẽ dẫn đến: otocla bằng thép bị ân mon, nước rửa cận

yêu cầu phải nhiều hơn làm ting phụ tải cho công đoạn bốc hơi, làm cho điều kiện làm

việc xâu đi.

> Nhiệt độ và thời gian hòa tách

Nhiệt độ là nhân t6 quan trọng thúc đây phản ứng tương tác giữa Al(OH); và

NaOH.

Trang 34

Hằng số tốc độ của phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình Arenius:

A: đặc trưng cho năng lượng hoạt hóa, là | đại lượng âm do đó tăng nhiệt độ sẽ

tăng loga của hằng số phản ứng

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hòa tách còn có thể hình dung từ phươngtrình tốc độ của phản ứng nhị thẻ, trong đó hằng số khuếch tản có thể biểu thị bằngbiểu thức sau:

R: hằng số khiN: hằng số Avogaro

u: độ nhớt của dung dịch aluminat

d: đường kính hạt

Độ nhớt của dung dịch giảm nhanh khi đun nóng — tăng tốc độ khuếch tán —

tăng hệ số khuếch tán D — tăng tốc độ của phản ứng nhị thể

Bảng 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhới tương đối của dung dịch aluminat

Độ nhớt tương đôi của — cm orc

Dun nóng làm tăng tốc độ hỏa tan, do đó làm tăng hiệu số (Cy, — C) và điều nàylàm tăng tốc độ hòa tách

Thời gian hòa tách càng lâu thì quá trình hỏa tách cảng triệt để Tuy nhiên, cũng

không thể kéo dai quá lâu thời gian hòa tách vì như thé sẽ giảm năng suất của cả quátrình dẫn đến ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm

Trang 35

> Ty số costic của dung dịch aluminat

Tỷ số costic của dung dịch aluminat ảnh hưởng lớn đến hỏa tách.

Giảm tỷ số costic của dung dịch aluminat làm tăng năng suất của otocla, tăngnăng suất của các công đoạn khác, giảm tiêu tốn hơi, giảm chỉ phí lao động và khấu

hao,

Khi hòa tan boxit, để chọn tý số costic tối ưu của dung dịch aluminat, cỏn phải

biết trước trị số a, tới hạn, mà thấp hơn thì không thé thu hồi đầy đủ Al;O; Theo lýthuyết, tỷ số costic tới hạn là tỷ số của các dung dịch trong điều kiện hòa tách nhất

định về nỗng độ Na;O và nhiệt độ

Trong thực tế sản xuất, lượng dung dịch tuần hoàn được tính toán để dung dịchaluminat ra khỏi otocla cỏ a, cao hơn cân bằng Điều này là cần thiết, một mặt dé tốc

độ khỏi giảm đột ngột, mặt khác để đảm bảo độ bên vững của dung dịch aluminat sau

khi pha loãng huyén phù.

> Sự có mặt của vôi

Qua nghiên cứu và thực nghiệp cho thấy khi có mặt của vôi trong quá trình hòa

tách thì thực thu Al(OH); tăng lên rd rệt so với trường hợp không cho thêm vôi.

Bang 7: Các số liệu về ảnh hướng của vôi đến thực thu alumin khi hòa tách boxit ở Nam

Uran:

Cot CHOC | Ri&gs@&0 | TT TT T7 ———

Tie | ĐH ] ø— † mg —

Đã có nhiều nhà khoa học đưa ra những lý thuyết giải thích hiện tượng này

nhưng vẫn chưa đi đến thống nhất

Vôi rẻ, không làm ban dung dịch aluminat, không làm giảm a, và còn làm giảm

mat mát Na;O với cặn 46 Lượng vôi tối ưu đối với các quặng boxit khác nhau được xác định bằng thực nghiệm cho từng trường hợp riêng biệt vì nó đồng thời phụ thuộc

vào nhiều nguyên nhân: dạng và thành phần boxit, các tạp chất trong boxit, các điều

kiện hòa tách Nhưng thường hàm lượng CaO tổng (lượng cho vào và lượng sẵn có

trong quặng dưới dạng cacbonat) không được quá 4%.

> Tính liên tục và chu kỳ của quá trình hòa tách

Ưu việt của phương pháp hòa tách liên tục boxit trong otocla so với phương pháp

gián đoạn là:

Trang 36

Khóa luận tốt nghiệ Pp GVHD: Th s Nguyễn Văn Bình

Không có thời gian chết của otocla.

- Sử dụng dung tích của otocla tốt hơn (trong phương pháp hòa tách liên tục.

otocla được điển day hoan toản, côn phương pháp gián đoạn thi chỉ điển day

70-80% otocla vi hơn nữa sẽ có nguy cơ tang áp suất tự phát do sắt protoxit

trong boxit gây ra),

- Thao tác dãy otocla đơn giản hơn và có năng suất cao hơn.

- Suất tiêu thụ hơi nước ít hơn do huyền phù được đun nóng trước khi vào

otocla bằng hơi của quá trình tự bốc hơi của huyền phủ otocla

- _ Vốn đâu tư ít hơn vi giảm số lượng otocla va thể tích nhà xưởng.

- Giá thành của nguyên công it hon nhiều.

Chính vì những điều này mà phương pháp hòa tách liên tục được chọn cho các xí

nghiệp mới.

b Khuấy phân hóa cho các dung dịch aluminat

¢ Cac tiêu chuẩn cơ bản của quá trình khuấy phân hóa:

- Tốc độ phân hóa của dung địch hay là thực thu nhôm hydroxit trong | thời

gian nhất định.

- Độ hạt của AKOH),

- Nang suất của thiết bị khuấy phân hóaThông thường diéu kiện thuận lợi cho việc khuấy phân hóa aluminat thi cũng

thuận lợi cho việc tạo ra nhôm hydroxit độ hạt bé và độ hạt lớn thì ứng với điều kiệm

chậm quá trình phân hóa dung địch aluminat.

Khi chọn chế độ khuấy phân hóa tối ưu cần chú ý là thành phần của dung dịch

nước cái ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản của các công đoạn bay

hơi và hòa tách.

¢ Các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình khudy phân hóa dung dịch aluminat.

- _ Nhiệt độ của dung địch aluminat: khi tăng nhiệt độ thì giảm tốc độ phân hóa

vả với thời gian đã chọn thi lượng thực thu Al;O; sẽ giảm | cách tương ứng,

làm nguội thi xảy ra quá trình ngược lại.

- Nông độ của dung dịch aluminat: khi chọn nồng độ của dung dich aluminat

để tiến hành khuấy phân hóa can xuất phát tử những suy tính sau đây:

+ Tỷ số costic của dung dịch nước cái phải = 3,4 và cao hơn, ở ty số costic nay

thực thu Al;O; dat 50% và cao hơn.

Trang 37

+ Nhôm hydroxit gồm chủ yếu các hạt kích thước 50 - 60 pm

+ Năng suất thiết bị > 15 — 20 kg

Bang 8: Ảnh hướng của nâng độ dung dich aluminat ban đầu đến năng suất thiết bị và

+ Tỷ số costic trước và sau khi khuấy phân hóa:

Giảm tỷ số costic làm cho tốc độ phân hóa của dung dịch tăng tăng thực thuAl,O,, năng suất thiết bị phân hóa và lượng dung dịch cái, các dung dịch này ra khỏithiết bị phân hóa có tỷ số costic dung dịch nước cái cao hơn

Giảm ty số costic của dung dịch thì kết tủa nhôm hydroxit có độ hạt bé hơn(không rõ lắm) Có thể ngăn ngừa điều này bằng cách bắt đầu phân hóa với những

dung dịch nóng hơn với nhiệt độ ban đầu của dung dịch sẽ giúp cho sự phát triển của

các hạt nhôm hydroxit.

Như vậy ty số costic có ảnh hưởng ngược nhau đến thiết bị phân hóa vả của

otocla Nhưng năng suất của thiết bị tăng nhanh hơn sự giảm năng suất của thiết bị

otocla nếu thời gian hòa tách không được nhanh vì lý do giảm nhiệt độ hòa tách Điều

này có thé được tránh bang cách tăng nhiệt độ hòa tách:

@, = 3,5 và 3,0 thì nhiệt độ hòa tách t°= 220 - 225°Ca,=4,3 thi nhiệt độ hòa tách t°= 195°C

Do đó tăng nang suất của công đoạn khuấy phân hóa mà không làm hại đến công

đoạn hỏa tách có thể đạt được bằng cách tăng nhiệt độ

+ Độ nhớt tương đối

Trang 38

Tang độ nhớt lam ting tốc độ tạo các tâm mim nhưng lại làm giảm tốc độ phát trên ching và giảm độ nhớt thì xảy ra ngược lại Như vậy có thé điều khiển độ hạt Al(OH); và tốc độ phân hóa bằng cách thay đổi độ nhớt của dung dịch.

+ Chất lượng và số lượng của mỗi

Hoạt tính mỗi của Al(OH); phụ thuộc vào thời gian, phương pháp bảo quản mỗi,

ciu trúc và độ hạt hay bẻ mặt riêng của mỏi vả vào những điều kiện kết tủa môi trong

đó có nhiệt độ.

Hoạt tính của Al(OH); mới kết tủa ding làm mỗi lớn hơn so với Al(OH); đã kết

tủa lầu.

Khi tỷ số môi cao, Al(OH); kết tinh có độ hạt lớn, còn khi tỷ số mỗi thấp thì kích

thước trung bình của hạt Al(OH), giảm.

Tỷ số môi tới hạn: khí trộn mỗi không rửa với dung dịch thi ngoài Al(OH)3 mỗi

con mang theo một thé tích nao đó dung dịch nước cái làm thay đổi thành phan củadung dịch ban đầu: nồng độ Al;O; trong dung địch giảm con tỷ số costic tăng Ty lệmỗi cảng lớn thi thành phần dung dịch cảng thay đổi rõ rệt.

Trong những điều kiện khác nhau, tang tỷ lệ môi làm tang tốc độ phân hóa dungdịch, nhưng tăng tỷ số costic lại làm giảm tốc độ nảy Như vậy thật là không chính xáckhi cho rằng tốc độ phân hóa dung dịch luôn tăng với lượng mồi dư

+ Thời gian và tốc độ khuấy

Tốc độ khuấy trộn thi ít ảnh hưởng

Cường độ khuấy trộn làm tăng phần nào tốc độ phân hóa Người ta khuấy trộnhuyền phù chỉ là để làm nguội Al(OH); lắng đọng

+ Các tạp chất hữu cơ và các tạp chất khác

Ảnh hưởng của các tạp chất đã được dé cập ở phan trên Trong đó, tạp chất hữu

cơ là có ảnh hưởng lớn nhất Khử các tạp chất hữu cơ sẽ làm chậm tốc độ phân hóa và

làm mịn các hạt Al(OH);, có thé đạt được bằng cách cacbonat hóa từng phần của dung

dịch Hiện nay ở các xí nghiệp theo phương pháp Bayer, các chất hữu cơ từ dung dịch

tuần hoàn được khử theo natricacbonat mau hung Khi nung nóng natricacbonat này

đến 400°C thi các tạp chất hữu cơ chảy đi va do lượng natricacbonat trong dung dịchtuần hoản không nhiều nên không đòi hỏi tốn kém

Na;S trong dung địch thì thực thu Al,O; càng thấp thi làm tăng tính bén vững củadung dịch do no thủy phân trong dung dich nước, sự thủy phân nay dẫn đến tăng d.:

Trang 39

‘Nays + H,O = NaHS + NaOH

Các tạp chat photphat, vanadi, gali, molipdat và sunfat không ảnh hướng gi đến

thực thu Al;O),

c Phương pháp phân hóa

Phương pháp phân hóa liên tục chiếm ưu thé hơn Tuy nhiên nhược điểm lớn nhat của phương pháp nay là làm chậm quá trình phân hóa dung địch aluminat.

11.5.3.3 So sảnh những đặc tinh cơ ban của công nghệ Bayer Chau âu và

Châu Mỹ: [6]

Bang 9- Những đặc trưng cơ ban của công nghệ Bayer Châu âu và Chau My

Kiem costic Na:O, g/t 180 - 220,

khi hỏa tách đường ống :

Hàm lượng Na;yOtrong cá dây

Tiêu đề	Công Nghệ Sản Xuất Nhôm Hydroxit Tại Nhà Máy Hóa Chất Tân Bình
Tác giả	Nguyễn Thị Nữ
Người hướng dẫn	Th.s Nguyễn Văn Binh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Tp.HCM
Chuyên ngành	Hóa Học
Thể loại	khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	79
Dung lượng	22,47 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] Nguyễn Thị Kim Hạnh - giáo trình Hóa nguyên tổ - ĐHSP Tp.HCM- tai liệulưu hanh nội bộ	Khác
[2] Pham Thị Thanh Tản - khóa luận tốt nghiệp - 2002 - DHSP Tp.HCM- tailiệu lưu hành nói bộ	Khác
[3] Đặng Văn Vinh — chuyên dé tốt nghiệp CEO68 — 2010 - nha máy Hóa chấtTân Binh	Khác
[4] IU.V.KARIAKIN và - Hóa chất tinh khiết - NXB khoa học& kỹ thuật - Hà Nội -1976 - (người dich: Tran Ngọc Mai. Hoàng Nhâm. Nguyễn Đức Thạch. Nguyễn Dinh Soa, Lê Chí Kiên)	Khác
[5] R.A. LIDIN. V.A.MOLOSCO, L.L.ANĐREEEVA - Tinh chất lý hóa họccác chất vô cơ - NXB khoa học & kỹ thuật - Hà Nội — 2001 - (người dịch: Lẻ KimLong, Hoàng Nhuận)	Khác