Công nghệ luyện nhôm part 3 potx

III.1.Cho Al oxit vào bể điện phân -Trong quá trình điện phân, Nhôm oxit là nguyên liệu tiêu hao chủ yếu thu được Al ở cực âm và khí thoát ra ở cực dương.. - Các tạp chất có trong Al th

Na2O.Al2O3 + H2O  2Al(OH)3 + 2NaOH

mà NaOH sinh ra lại tác dụng với CO2  thúc đẩy phản ứng phân hoá natri aluminat tiến hành theo chiều thuận.Sau khi có được Al(OH)3 ta đem nung thu

được Al2O3 theo phản ứng:

Al(OH)3Al2O3 + H2O

III.Sản xuất Nhôm bằng phương pháp điện phân

- Khi đã có nhôm oxit, cần dùng Na3AlF6 và các muối fluorua để điện phân

nhôm.Ta có sơ đồ điện phân Nhôm:

-Bể thường là hình hộp chữ nhật, đáy nối cực âm (2), khối than ở phía trên là cực dương(1).Giữa hai cực là chất điện phân Criolit-aluminat nóng chảy(4) Dưới tác dụng của dòng điện một chiều, Al trong dung dịch điện phân tiết ra và tập trung ở

đáy bể,còn oxit bay ra về phía cực dương, oxi hoá cực than, tạo hỗn hợp khí CO +CO2 thoát ra ngoài Trên bề mặt dung dịch điện phân và xung quanh bể tậo ra lớp vỏ cứng (6).Cho Al2O3(3) trên lớp này, cứ một thời gian nhất định lại đậy lớp

vỏ để cung cấp Al2O3 vào trong bể điện phân

- phương pháp có một nhược điểm là cực dương tốn điện năng, chất điện phân

dễ bị bốc hơi

III.1.Cho Al oxit vào bể điện phân

-Trong quá trình điện phân, Nhôm oxit là nguyên liệu tiêu hao chủ yếu thu

được Al ở cực âm và khí thoát ra ở cực dương Vì vậy phải cung cấp nhôm oxit vào bể để quá trình điện phân được liên tục.Cứ một thời gian nhất định lại cho nhôm oxit vào bể, bằng cách đập vỡ lớp vỏ điện phân đã hình thành trên bề mặt bể, sau đó lại rải nhôm oxit lên trên lớp vỏ đó.Thao tác này có thể làm thủ công hoặc máy chuyên dùng

III.2.Thao tác cực dương

-Quá trình điện phân tiến hành ở 9500C, cực dương bị ăn mòn dần dần trong quá trình điện phân nên phải định kì lại cực dương xuống, cho thêm hồ vào cực dương

III.3.Điều chỉnh thành phần chất điện phân

Thực tế, do bị cực than hấp phụ, do bị bay hơi, bị các tạp chất khác phân ly,tỉ

lệ thành phần chất điện phân không ổn định vì vậy cần điều chỉnh thành phần chất

điện phân

Khi mới cho chạy bể điện phân, NaF trong Criolit bị cực than hấp phụ, nhưng sau một thời gian không bị hấp thụ nữa, lúc đó AlF3 bị mất đi do bay hơi và phân

li bởi phản ứng:

2Na3AlF6 + 3Na2O = Al2O3 + 12NaF

2Na3AlF6 + 3H2O = Al2O3 + 6NaF + 6HF

Vì vậy, cần cho thêm AlF3 để giữ ổn định tỷ số Criolit

III.4.Ra Al:

Al lỏng tích lũy dần ở đáy bể trong quá trình điện phân Cứ 3-4 ngày tháo Al một lần Để đảm bảo cân bằng nhiệt, không nên tháo hết nhôm ở bể ra và thường

để lại một lượng Al lỏng ứng với chiều cao nước nhôm khoảng 15cm

IV.Tinh luyện Nhôm

-Phương pháp điện phân Criôlit-alumin nóng chảy chỉ thu được Al có độ sạch 99,5-99,7%Al gọi là Al kỹ thuật

-Al thô từ bể điện phân còn chứa nhiều tạp chất giảm chất lượng nhôm nên phải tinh luyện

- Các tạp chất có trong Al thường là:chất điện phân, nhôm oxit, nhôm cacbit, than lẫn vào Al từ bể điện phân,Fe,Si,Ti từ nguyên liệu vào Al trong quá trình

điện phân, tạp chất thể khí do hoà tan Al chủ yếu là Hiđrô

- Hai quá trình tinh luyện Al thường được áp dụng cho sản xuất:

+ Clorua hoá và nấu tách

+ Điện phân 3 lớp

IV.1.Tinh luyện theo phương pháp clorua hoá, nấu tách( thiên tích)

-Mục đích :Khử tạp chát phi kim loại và tạp chất thể khí

-Khi tinh luyện bằng clorua hoá, Al tháo ở bể điện phân ra cho ngay vào thùng chứa, khống chế nhiệt độ 7500C-7700C, sục khí Clo vào Al khuấy lỏng,khi đó một phần Al bị clorua hoá tạo AlCl3 dạng hơi Hơi AlCl3 bao quanh các hạt rắn phi kim loại, làm chúng nổi lên trên mặt kim loại lỏng và vớt ra ngoài Đồng thời các khí như H2 cũng bị hơi AlCl3mang đi

-Để khử đi một số các tạp chất, ta dùng phương pháp nấu tách, việc nấu tách được tiến hành trong lò điện trở, khống chế nhiệt độ 700-7100C, đáy lò có độ dốc nhất

định và có chỗ tập chung Al.Al sẽ chảy lỏng, và tập trung lại, các tạp chất vẫn ở thể rắn hoặc sệt nằm lại trên đáy lò

IV.Tinh luyện bằng phương pháp điện phân ba lớp

- Quá trình tiến hành trong bể điện phân có ba lớp lỏng, thực chất của phương pháp này là Al cực dương hoà tan theo phản ứng điện hoá sau :

Al - 3e  Al3+

Tại cực âm thu được Al sạch theo phản ứng :

Al3+ + 3e  Al

- Các nguyên tố dương hơn Al (Cu, Fe, Si, ) không hoà tan và tập trung lại trong hợp kim cực dương,các kim loại âm hơn Al (Mg, Ca, ) sẽ bị hoà tan ở

cực dương chuyển vào chất điện phân ở các dạng ion tương ứng, chúng nằm lại trong chất điện phân chứ không phóng điện, bởi vì thế điện thế tiết ra của chúng cao hơn của Al.Do chênh lệch về tỉ trọng, trong bể điện phân tinh luyện

có ba lớp(từ dưới lên trên):hợp kim cực dương, chất điện phân, Al sạch

PHẦN IV

XỬ LÝ DÒNG THẢI

* * * * * * * * * * Công nghệ sản xuất nhôm gồm rất nhiều quá trình phức hợp, vì vậy mà chất thải của từng quá trình đều khác nhau và các chất chứa trong chúng cũng khác nhau tùy thuộc vào từng quá trình Một cách tương đói có thể chia dòng thải thành 4 loại:

+ chất thải rắn

+ khí thải

+ nước thải

+ ảnh hưởng đến vi khí hậu

I CHẤT THẢI RẮN

I.1 Thành phần

Trong từng quá trình đều có những loại chất thải khác nhau đa phần là đất đá

có lẫn bụi quặng và các kim loại tạp ở dạng các hợp chất, ngoài ra còn có các loại chất thải phát sinh ngoài quá trình luyện

Quặng đưa vào luyện nhôm còn chứa nhiều tạp chất như đất, đá,các kim loại tạp chất tồn tại ở dạng các hợp chất… Vì vậy trước khi đưa vào lò luyện quặng cần được xử lý sơ bộ.Quá trình xử lý gồm nghiền, sàng, tuyển rửa quặng làm sinh ra quặng, bụi quặng rơi vãi,cặn đất, đá được sàng, tuyển ra Thành phần này chứa tỷ lệ kim loại thấp được nhập vào dòng thải đem đi xử lý

Quặng sau khi xử lý được đem đi sản xuất nhôm oxit bằng phương pháp Bayer hòa tan rồi hòa tách trong Octola ở áp suất cao Phương pháp này tiêu tốn nhiều

nguyên liệu và hao phí nhiều kim loại vì vậy cặn thải cũng chứa tỷ lệ kim loại cao Để khắc phục nhược điểm trên người ta sử dụng phương pháp kiềm thiêu kết giảm tỷ lệ kim loại đi vào cặn thải Tuy nhiên nói chung cả hai phương pháp đều có kim loại thất thoát Khi nung oxit nhôm ở nhiệt độ cao cần có chất trợ dung(thường là CaO) Cặn thải của quá trình này chứa oxit silic,oxit nhôm thất thoát, các kim loại nặng, cặn lắng của các chất vô cơ khác…Với những loại cặn

có tỷ lệ kim loại cao sẽ được tái sử dụng để thu hồi kim loại

Oxit nhôm sau khi làm sạch được đem đi điện phân sẽ thu được nhôm thô.Để thu được nhôm sạch ta tiếp tục tiến hành điện phân, số lần điện phân càng nhiều thì nhôm càng tinh khiết.Dung dịch điện phân là muối Criolit không hòa tan các kim loại dương hơn nhôm Vì vậy bùn điện phân chứa các kim loại dương hơn nhôm Thành phần này chủ yếu là các kim loại nặng và độc hại

Ngoài ra trong quá trình sản xuất còn phát sinh các nguồn thải khác như bao

bì đựng hóa chất có thể còn dính các hóa chất độc hại, rất cần được xử lý kỹ để

đảm bảo an toàn đối với sức khỏe cũng như môi trường

I.2 Qui Trình Xử Lý

Đối với chất thải rắn thì hiện nay hai phương pháp phổ biến nhất được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới là chôn lấp và thiêu hủy.trong đó thiêu hủy được cho là sạch hơn Ngoài ra còn có phương pháp hóa lý hoặc cũng có thể dùng xỉ làm nguyên liệu cho ngành xây dựng như ép gạch viên hoặc làm vật liệu phụ cho sản xuất xi măng Tuy nhiên có thể không an toàn vì trong xỉ có chứa một lượng nhỏ kim loại nặng có thể gây nguy hiểm đối với người sử dụng nếu tiếp xúc lâu dài với các sản phẩm này

Chất thải rắn trước tiên sẽ được phân loại và xử lý cơ học gồm: nghiền, sang,

tuyển từ…rồi mới được xử lý bằng các phương pháp khác

I.2.1 Công Nghệ Chôn Lấp

Là biện pháp tiêu hủy được áp dụng rộng rãi trên thế giới

Theo công nghệ này chất thải rắn được cố định dạng viên hay khối và đem chôn lấp ở bãi chôn lấp bãi chôn lấp phải đảm bảo cách xa khu dân cư trên 5km, nền đất ổn định, chống thấm tốt, mực nước ngầm thấp,cách xa sông hồ

Để tăng hiệu quả chôn lấp thì chất thải rắn thường được hóa rắn trước khi chôn thông qua việc thay đổi tính chất hóa lý, tăng sức bền, giảm độ hòa tan,giảm độ lan truyền chất thải độc hại Vật liệu đóng rắn chủ yếu là xi măng hoặc có thể trộn thêm một vài chất vô cơ khác để tăng độ ổn định và kết cấu Tỷ

lệ phối trộn phụ thuộc vào từng loại chất thải cụ thể Thường sau khi đóng rắn người ta kiểm tra khả năng hòa tan rồi phân tích mẫu nước lọc để xác định các chỉ tiêu đặc trưng rồi so sánh với tiêu chuẩn Nếu đạt tiêu chuẩn sẽ được chôn ở bãi rác công nghiệp, nếu không đạt tiêu chuẩn phải tăng tỷ lệ xi măng Ở Việt Nam hiện nay chưa có tiêu chuẩn này Theo tiêu chuẩn Nhật Bản chất thải rắn sau khi hóa rắn đem ngâm và khuấy liên tục trong 6h trong nước cất sau đó đem lọc và phân tích Tuy nhiên ở nước ta hiện nay việc đóng rắn chưa được thực hiện và các tiêu chuẩn về chôn lấp sạch chất thải công nghiệp chưa đạt được

Bãi chôn lấp rác thải rắn :

I.2.2 Thiêu Đốt

Đây là quá trình oxi hóa chất thải ở nhiệt độ cao phù hợp để xử lý chất thải rắn ( thường từ 1200oC đến 1300oC ) và cung cấp đủ oxi Phương pháp này chỉ hiệu quả khi các vật liệu khó cháy trong chất thải dưới 30%

Có hai phương pháp thiêu đốt

+ Đốt tự nhiên là trực tiếp đốt chất thải trong môi trường tự nhiên ở xa khu dân cư, cách này lại gây ô nhiễm không khí,không tận dụng được nhiệt và chỉ áp dụng với chất dễ cháy

+ Đốt trong lò thiêu sử dụng các lò đốt chuyên dụng để đốt Các lò đốt này sử dụng qui trình đốt khép kín và có hệ thống tận dụng nhiệt Phương pháp này sạch và an toàn được sử dụng ở nhiều các nước phát triển Tuy nhiên ở nước

ta phương pháp này mới chỉ được áp dụng để đốt chất thải y tế ở những cơ sở lớn Còn các nhà máy luyện kim thì chưa có điều kiện tiếp cận công nghệ này Công nghệ này có nhiều ưu điểm : khả năng tận dung nhiệt, xử lý triệt để khối lượng, tương đối sạch, không tốn đất chôn Nhược điểm của công nghệ này là chi phí lớn, dễ tạo ra sản phẩm phụ nguy hiểm

II.2.3 Công Nghệ Hóa Lý

Là công nghệ xử lý sử dụng các quá trình biến đổi hóa lý Công nghệ này chỉ có hiệu quả với những nhà máy có qui mô lớn, phù hợp để thu hồi các chất thải rắn có chứa các kim loại nặng hay các dung môi hữu cơ.Một số biện pháp hóa lý cơ bản sau

+ Trích ly : là quá trình tách các cấu tử ra khỏi hôn hợp nhờ dung môi có khả năng hòa tan chọn lọc một số chất có trong hỗn hợp đó, các sản phẩm trích ly được tái sử dụng cho các mục đích khác

+ Chưng cất : Là quá trình hỗn hợp chất lỏng bay hơi thành từng pha cấu

tử từ đó tách được các chất cần tách

+ Oxi hóa khử : Sử dụng các tác nhân oxi hóa khử để tiến hành các phản ứng oxi hóa khử chuyển chất thải độc hại thành các chất không độc hoặc ít độc hơn.Thường sử dụng một số chất oxi hóa sau : Na2S2O4 , KmnO4 , K2Cr2O7 , H2O2 … để xử lý một số kim loại đa hóa trị

II- KHÍ THẢI

II.1 Thành Phần Hỗn Hợp Khí

Khí thải của quá trình sản xuất nhôm chứa nhiều loại khí và bụi Trong đó nhiều nhất là bụi quặng từ khâu nghiền và tuyển quặng CO2, CO từ quá trình điện phân, đốt nhiên liệu và một lượng nhỏ từ các thiết bị vận chuyển trong nhà máy , hơi nước thoát ra từ octola có tính kiềm , ngoài ra còn có các khí Cl2, F2, H2 từ quá trình điện phân và tinh luyện nhôm Một lượng nhỏ hơi kim loại thoát

ra từ các lò luyện và tinh luyện

Ở các nước SNG, oxit nhôm được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau do đó lượng khí thoát ra rất lớn và chứa hàm lượng bụi cao Nếu sử dụng Alunit để sản xuất nhôm oxit thì khí ra còn chứa cả SO2

Bụi thoát ra từ quá trình nung vôi, thiêu kết, nung oxit nhôm và gia công chuẩn bị nguyên liệu Các hợp chất sunphua thoát ra khi ủ và hoàn nguyên Alunit

…

Sau đây là bảng thống kê hàm lượng bụi từ một số thiết bị :