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

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM Khái niệm 1.1 Các thuộc tính 1.2 Các đồng vị nhôm 1.3 Hợp kim nhôm 1.3.1 Tính chất hợp kim nhôm 1.3.2 Phân loại hợp kim nhôm 1.3.3 Ứng dụng CHƢƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM Phân bố quặng nhôm Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm Việt Nam 11 CHƢƠNG III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM 12 Nguyên liệu 12 1.1 Khái niệm Boxit 12 1.2 Quá trình hình thành phân quặng boxit 13 1.3 Phân loại quặng boxit 14 1.4 Khái niệm Alumin 15 Quy trình sản xuất nhôm 15 2.1 Khai thác quặng Boxit 15 2.2 Tuyển rửa boxit 17 2.3 Các công đoạn 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 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN 25 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 LỜI MỞ ĐẦU Hóa kỹ thuât môn khoa học kỹ thuật quy trình sản xuất loại nguyên liệu sản phẩm kỹ thuật cao ngành hóa học.Nhƣ vậy, hóa kỹ thuật bao gồm cá phƣơng pháp sản xuất, quy trình công nghệ, biến đổi hóa học trình sản xuất Hóa kỹ thuật ngành học quan trọng, đƣa qui trình, kỹ thuật sản xuất, tổng hợp hợp chất vô cơ, hữu cơ, hóa dƣợc, chế biến nhiên liệu…giúp cho nắm bắt hiểu biết nhƣ ứng dụng qui trình vào thực tiễn sản xuất chế biến sản phẩm đáp ứng cho nhu cầu đời sống Nhƣ biết, sản phẩm mà ta sử dụng có qui trình, kĩ thuật sản xuất định, thƣờng ta áp dụng qui trình mang tính chất phổ biến, ứng dụng mang lại tính hiệu kinh tế cao Mỗi sản phẩm đƣợc sản xuất đựơc sử dụng với mục đích khác lĩnh vực nhƣ kinh tế, y học, xây dựng, giáo dục,…trong đó, kim loại sản phẩm cần thiết, thiếu lĩnh vực Trong tiểu luận này, đựơc sâu vào nghiên cứu qui trình, kỹ thuật sản xuất kim loại nhôm Đây kim loại có tính ứng dụng kinh tế cao … lí em chọn đề tài cho tiểu luận Trong giúp hiểu nhôm, vai trò, ứng dụng sinh hoạt nhƣ sản xuất, hiểu rõ kỹ thuật, cách thức, nguyên vật liệu để sản xuất nhôm Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Kim Triết hƣớng dẫn em hiểu rõ môn học nhƣ giúp em bổ sung thêm kiến thúc để hoàn thành tốt tiểu luận Do kiến thức hạn hẹp nên nhiều thiếu sót tiểu luận, em chân thành cảm ơn đóng góp ý kiến thầy bạn CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM Khái niệm 1.1 Các thuộc tính Nhôm kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, có lớp mỏng ôxi hóa tạo thành nhanh để trần ngoàikhông khí.Tỷ trọng riêng nhôm khoảng phần ba sắt hay đồng; mềm, dễ uốn dễ dàng gia công máy móc hay đúc Nó có khả chống ăn mòn bền vững lớp ôxít bảo vệ Nó không nhiễm từ không cháy để không khí điều kiện thông thƣờng Hình Kim loại nhôm Nhôm đứng thứ 13 bảng tuần hoàn nguyên tố, có ký hiệu Al Và có cấu hình electron [Ne]3s23p1 Nguyên tử khối 27 đvC Khối lƣợng riêng 2,7 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 660oC 1.2 Các đồng vị nhôm Nhôm có chín đồng vị, số Z chúng từ 23 đến 30 Chỉ có Al-27 đồng vị ổn định Al-26 đồng vị phóng xạ, với chu kỳ bán hủy 7,2 × 10 năm đƣợc tìm thấy tự nhiên, nhiên Al-27 có phổ biến tự nhiên 100% Al-26 đƣợc sản xuất từ agon khí va chạm sinh tia vũ trụ proton Các đồng vị nhôm có ứng dụng thực tế việc tính tuổi trầm tích dƣới biển, vết mangan, nƣớc đóng băng, thạch anh đá lộ thiên, thiên thạch Al-26 nguồn gốc vũ trụ đƣợc sử dụng để nghiên cứu Mặt Trăng thiên thạch Các thành phần thiên thạch, sau thoát khỏi nguồn gốc chúng, chu du không gian bị công tia vũ trụ, sinh nguyên tử Al-26 Sau rơi xuống Trái Đất, chắn khí bảo vệ cho phần tử không sinh thêm Al-26, phân rã sử dụng để xác định tuổi trái đất thiên thạch này.Các nghiên cứu thiên thạch cho thấy Al-26 tƣơng đối phổ biến thời gian hình thành hệ hành tinh Có thể lƣợng đƣợc giải phóng phân rã Al-26 có liên quan đến nấu chảy lại sai biệt số tiểu hành tinh sau chúng hình thành cách 4,6 tỷ năm 1.3 Hợp kim nhôm Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhƣng tạo hợp kim với nhiều nguyên tố nhƣ đồng,kẽm,magiê,mangan silic 1.3.1 Tính chất hợp kim nhôm Khối lƣợng riêng nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm hợp kim nhôm nặng 1/3 thép Tính chống ăn mòn khí quyển: Do đặc tính ôxy hoá biến lớp bề mặt nhôm thành ôxít nhôm (Al2O3) xít chặt chống ăn mòn cao khí quyển, chúng dùng đa ngành mà không cần sơn bảo vệTính dẫn điện: Tính dẫn điện nhôm 2/3 đồng, nhƣng nhôm nhẹ nên chúng đƣợc sử dụng nhiều hơn, bị nung nóng Tính dẻo: Rất dẻo, nên thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng, màng, ép chảy thành có biên dạng đặc biệt Nhiệt độ nóng chảy: Tƣơng đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy đúc, nhƣng làm nhôm hợp kim nhôm không sử dụng đƣợc nhiệt độ cao 300-400 độ C 1.3.2 Phân loại hợp kim nhôm Đƣợc chia làm hai loại chinh:  Hợp kim nhôm biến dạng: - Hợp kim nhôm biến dạng hoá bền đƣợc nhiệt luyện - Hợp kim nhôm biến dạng không hoá bền đƣợc nhiệt luyện  Hợp kim nhôm đúc: Là loại hợp kim với khoảng Si rộng (5-20%) có thêm Mg (0,3-0,5%) để tạo pha hoá bền Mg2Si nên hệ Al-Si-Mg phải qua hoá bền.Cho thêm Cu (3-5%) vào hệ Al-Si-Mg để cải thiện tính có tính đúc tốt có thành phần gần với tin Al-Si-Cu nên đƣợc sử dụng đúc piston, nắp máy động đốt 1.3.3 Ứng dụng Tính theo số lƣợng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vƣợt tất kim loại khác, trừ sắt, đóng vai trò quan trọng kinh tế giới.Khi đƣợc gia công cơ-nhiệt, hợp kim nhôm có thuộc tính học tăng lên đáng kể - Các hợp kim nhôm tạo thành thành phần quan trọng máy bay tên lửa tỷ lệ sức bền cao khối lƣợng - Khi nhôm đƣợc bay chân không, tạo lớp bao phủ phản xạ ánh sáng xạ nhiệt Các lớp bao phủ tạo thành lớp mỏng ôxít nhôm bảo vệ, không bị hƣ hỏng nhƣ lớp bạc bao phủ hay bị Trên thực tế, gần nhƣ toàn loại gƣơng đại đƣợc sản xuất sử dụng lớp phản xạ nhôm mặt sau thủy tinh Các gƣơng kính thiên văn đƣợc phủ lớp mỏng nhôm, nhƣng mặt trƣớc để tránh phản xạ bên điều làm cho bề mặt nhạy cảm với tổn thƣơng - Hợp kim nhôm, nhẹ bền, đƣợc dùng để chế tạo chi tiết phƣơng tiện vận tải - Chế tạo máy móc, hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp…) CHƢƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM Phân bố quặng nhôm Kết thăm dò địa chất phát lãnh thổ nƣớc ta có trữ lƣợng quặng boxit phong phú Miền Bắc Miền Nam Việt Nam Tổng trữ lƣợng quặng boxit Việt Nam ƣớc tính khoảng tỷ tấn, có 7,6 tỷ tỉnh Tây Nguyên Với trữ lƣợng nhƣ vậy, nƣớc ta đứng số nƣớc có trữ lƣợng boxit lớn giới Quặng boxit nguồn tài nguyên lớn nƣớc ta, sở để hình thành ngành công nghiệp luyện nhôm, nguồn lực quan trọng trình công nghiệp hóa, đại hóa đất nƣớc Mặc dù nhôm kim loại sản phẩm quan trọng cho ngành kinh tế quốc dân nƣớc ta có sẵn nguồn nguyên liệu nhƣ điều kiện khác để sản xuất nhôm kim loại (thuỷ điện, nhân lực ) nhƣng chƣa sản xuất đƣợc nhôm kim loại Vì vậy, mục tiêu mà phủ đề xây dựng ngành công nghiệp nhôm Việt Nam, đáp ứng nhu cầu nhôm nƣớc, tranh thủ xuất phần sản phẩm sang nƣớc xung quanh, tạo sở vật chất kỹ thuật ban đầu 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 sản phẩm alumin nhôm Ở Việt Nam có hai loại hình quặng boxit:  Loại quặng bơsmit diaspo, tập trung chủ yếu Miền Bắc Việt Nam, phân bố tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang) Tổng trữ lƣợng dự đoán khoảng 350 triệu tấn, hàm lƣợng nhôm dao động khoảng 39-65 %.Modul silic (Al2O3 /SiO2) 5-8 Cụ thể, quặng boxit phân bố nhƣ sau: - Nhóm tụ khoáng Hà Giang: tài nguyên ƣớc đoán khoảng 60 triệu - Nhóm tụ khoáng Cao Bằng: tài nguyên ƣớc đoán khoảng 240 triệu - Nhóm tụ khoáng Lạng Sơn: tài nguyên đƣợc thăm dò ƣớc đoán khoảng 50 triệu - Mỏ Lỗ Sơn (Hải Dƣơng) có trữ lƣợng cấp B 97.000 tấn, trữ lƣợng cấp C1 24.000 , với hàm lƣợng nhƣ sau: Al2O3 52 % SiO2 6,4 % Fe2O3 26 % TiO2 % CaO 0,53 % MgO 0,24 % Hàm lƣợng bị nung khoảng 12 % Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu Tây Nguyên Miền Nam Việt Nam, với tổng trữ lƣợng ƣớc tính khoảng7,6 tỷ Trữ lƣợng quặng boxit đƣợc thăm dò chứng minh Tây Nguyên Miền Nam Việt Nam khoảng 2772 triệu Trong cụ thể khu vực nhƣ sau: - Tài nguyên vùng Đắc Nông - Phƣớc Long khoảng 1.570 triệu - Tài nguyên boxit vùng Lâm Đồng tập trung hai tụ khoáng Tân Rai Bảo Lộc Hàm lƣợng: Al2O3 44,69% SiO2 2,61% Fe2O3 23,35% TiO2 3,52% Hàm lƣợng bị nung khoảng 24,3% Nói chung, quặng boxit nguyên khai Lâm Đồng có chất lƣợng không cao, hàm lƣợng Al2O3 khoảng 35 - 37% Ngƣời ta phải tuyển rửa quặng nguyên khai để thu đƣợc tinh quặng giàu nhôm Sau tuyển, tinh quặng boxit tụ khoáng Lâm Đồng đạt hàm lƣợng 45 - 49% Al2O3 Ngoài ra, quặng boxit miền Nam có vùng Kon Plong, Phú Yên, Quảng Ngãi, với trữ lƣợng khoảng 106 triệu Nhìn chung, boxit Việt Nam hầu hết vùng khai thác lộ thiên Tuy nhiên, trừ khu mỏ lớn Lâm Đồng, trữ lƣợng quặng lại đƣợc phân bố dàn trải, vỉa quặng không dày hầu hết nằm vùng canh tác nông, lâm nghiệp, nên có khó khăn định trình khai thác để sản xuất nhôm quy mô lớn, đụng chạm trực tiếp đến việc sử dụng đất canh tác, vấn đề cân nƣớc mặt, vấn đề quặng thải, vấn đề nƣớc thải nói chung vấn đề sinh thái Hình 2.Biểu đồ phân bố hàm lƣợng quặng Boxit Việt Nam 10 1.2Quá trình hình thành phân quặng boxit Bô xít hình thành loại đá có hàm lƣợng sắt thấp sắt bị rửa trôi trình phong hóa Quá trình hình thành trải qua giai đoạn: phong hóa nƣớc thấm lọc vào đá gốc tạo ôxít nhôm sắt, làm giàu trầm tích hay đá bị phong hóa rửa trôi nƣớc ngầm, cuối giai đoạn xói mòn tái tích tụ bô xít Quá trình chịu ảnh hƣởng vài yếu tố nhƣ đá mẹ chứa khoáng vật dễ hòa tan khoáng vật bị rửa trôi để lại nhôm sắt, độ lổ hổng có hiệu đá cho phép nƣớc thấm qua, lƣợng mƣa cao xen kẽ đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nƣớc tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn Theo mô hình mô trình giá trị pH thích hợp đạt khoảng 3,5-4,0 Ở Việt Nam, boxit phân bố phổ biến tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn Tây nguyên Ở tỉnh phía Bắc, boxit ổ, phễu dạng cột xuyên lên vào giao điểm đứt gẫy địa chất (chủ yếu giao điểm đứt gãy, lấp đầy hang động karsto, phủ bất chỉnh hợp lên đá cổ (ngƣời ta nhầm boxit trầm tích)dƣới dạng lớp dăm, cuội dung nham 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 dạng dòng chảy phủ lên đá bazan trầm tích cổ Phần mặt lộ mặt đất mực nƣớc tĩnh, lớp dăm cuội dung nham bị laterit hóa rắn chắc; nhƣng dƣới lớp laterit đá cổ hơn, dƣới mực nƣớc tĩnh gặp "cuội, sỏi, cát, sét - kaolin chứa bauxite quặng đa khoáng" giống quặng sa khoáng 13 Từ quan sát phân tích thực tế, kết luận: boxit Việt Nam, nói riêng, giới nói chung, có nguồn gốc nội sinh kiểu núi lửa Quặng có vùng họng núi lửa vùng phụ cận quy mô núi lửa địa hình núi lửa phun trào quặng boxit Quy mô boxit phụ thuộc vào quy mô núi lửa mang quặng Thân quặng có dạng cột (khoáng trụ), dạng phễu dạng lấp đầy hang, hốc, thung lũng Chiều dày thân quặng phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách tới họng núi lửa mà phun lên địa hình mà lớp dung nham mang quặng boxit lấp vào.Phần mặt đất, thân quặng bị laterit hóa Hàm lƣợng quặng boxit Tây nguyên thấy nghèo ([...]... chất khác, ví dụ nhƣ: trong quặng boxit, đất sét, mica… Oxit nhôm còn xuất hiện gần nhƣ nguyên chất dƣới dạng tinh thể.Alumin có công dụng quan trọng và rộng rãi trong đời sống Ngoài công dụng lớn nhất là nguyên liệu để sản xuất nhôm kim loại, nó còn đƣợc dùng để sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chịu lửa nhƣ bột mài, đá mài, gạch chịu lửa gốm sứ, thủy tinh… 2 Quy trình sản xuất nhôm 2.1Khai thác... nhôm thanh, 2 hệ thống mạ hoàn thiện sản phẩm, hệ thống đúc nhôm để nấu lại toàn bộ dƣ 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. .. loại Sản xuất nhôm yêu cầu tiêu hao một lƣợng điện năng khá lớn.Song đem so sánh tỷ trọng của nó trong giá thành sản xuất thì chỉ vào khoảng 25% .Trong khi đó tỷ trọng giá thành rơi vào công đoạn tinh chế nguyên liệu. Al2O3 là khoảng 32% vào cryolit là 4% và vào hao mòn điện cực khoảng 12% Nhôm sản xuất bằng con đƣờng điện phân nhƣ đã nêu thƣờng có độ tinh khiết khoảng 99,5% Các tạp chất chủ yếu trong. .. và tính ứng dụng của nhôm cũng nhƣ qui trình sản xuất của nó, chúng ta cần phải luôn trau dồi tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng, củng cố nên nhiều qui trình sản xuất các kim loại, cũng nhƣ các hợp chất vô cơ, hữu cơ, hóa dƣợc …khác với mục đích mang lại tính nâng cao hiệu quả kinh tế và tăng năng suất nhằm góp phần phát triển đất nƣớc 25 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu 1: Kết quả quá trình làm sạch nguyên liệu. .. phút sẽ gây ra hao tổn nhôm do tạo thành AlCl3 chỉ vào khoảng từ 2 đến 3 % Tiếp theo ngƣời ta tiến hành thổi nito để đuổi hết khí clo ra khỏi không gian bể tinh chế Trên thế giới một lƣợng lớn nhôm đƣợ sản xuất ra từ nhôm phế liệu. Nhiều khi lƣợng nhôm tái sinh chiếm tới khoảng 50% lƣợng nhôm khai thác từ mỏ.Việc nấu lại nhôm phế liệu khác với sản xuất nhôm từ oxit.Thông thƣờng ngƣời ta sử dụng phƣơng... nhôm. Hoàn nguyên oxit nhôm Cấu tạo thùng điện phân: Hình 5.Sơ đồ cấu tạo thùng điện phân Thùng đƣợc làm bằng vật liệu chịu nhiệt, bên trong đƣợc lót bằng một lớp grafit dầy để làm catot.Anot đƣợc làm bằng các thỏi grafit và đƣợc đặt cách đáy một khoảng thích hợp nhằm tạo ra sự phóng điện qua lớp muối nóng chảy.Hỗn hợp muối nóng chảy và nhôm oxit đƣợc trộn đều và cấp vào bể điện phân từ trên xuống .Trong. .. triển năng lƣợng 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 chƣa có ngành công nghiệp nhôm riêng với quy mô lớn Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm tại Việt 2 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... pháp điện phân ba lớp Nhôm nóng chảy là lớp trên cùng đƣợc cách lớp đáy lớp muối nóng chảy (dung dịch điện ly) nặng hơn do đƣợc bổ sung them thành phần BaF2 hay BaCl2 Lớp đáy thƣờng dùng là hợp kim nặng của nhôm và đồng 24 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN Với qui trình sản xuất nhôm trong công nghiệp ở trên, đó là phƣơng pháp duy nhất để luyện nhôm từ boxit bằng cách điện phân Al2O3 sạch (sản xuất từ boxit theo qui... qui trình Baye) khan, tan trong cryolit Na3AlF6 nóng chảy, ở nhiệt độ 9500C, với điện cực graphit Chúng ta có thể tạo ra một số lƣợng lớn sản phẩm cung cấp cho nhu cầu đời sống Nhôm là một trong những kim loại đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực Với những tính chất vật lí, hóa học đặc trƣng mà nó đựơc ứng dụng rất nhiều Việc tinh luyện, điều chế nhôm, phần lớn dùng để chế tạo hợp kim Còn lại... chứa Lƣợng nƣớc cần có cho quá trình tuyển rửa cũng là một vấn đề cần phải xem xét trong việc thu xếp nguồn cung cấp nƣớc cho sản xuất 2.3 Các công đoạn của quá trình sản xuất Alumin Bản chất của quá trình sản xuất alumin là việc tách oxit nhôm ra khỏi quặng boxit Quy trình công nghệ để tách oxit nhôm ra khỏi quặng boxit đƣợc phát minh bởi Karl Bayer năm 1887 và do vậy quy trình này đƣợc đặt tên là quy