SẢN XUẤT NHÔM TỪ QUẶNG BOXIT

2. Thành phần chủ yếu của quặng boxit: Gồm có Hidragilit(gipxit), Bơmit, Diaspo, khoáng vật Sắt, Silic dạng thạch anh, Hydroxit và Alumosilicat, keo ngậm nước, Titan oxyt dạng keo, Rutin, Canxi và Magie Cacbonat, tạp Crom, Vanadi và các nguyên tố khác… Thành phần hóa học của Boxit dao động trong một giới hạn rộng, kể cả hàm lượng Al oxyt cũng như hàm lượng tạp và nước hydrat. Trong Boxit có hàm lượng Nhôm oxyt càng lớn và module Silic càng cao thi Boxit càng tốt. Boxit thiên nhiên chứa khoảng 40% 60% oxyt Nhôm, 1822% oxyt Sắt, oxyt Silic nhỏ hơn 5%, độ ẩm khoảng 12%.

SẢN XUẤT NHÔM TỪ QUẶNG BOXIT SV: CAO THỊ KIM SANG MSSV: 60502347 I Tổng quan Quặng Bôxit: Sự phân bố Việt Nam: • • • Trữ lượng quặng Boxit nước ta lên đến tỉ tấn, tập trung chủ yếu khu vực Tây Nguyên, địa phận tỉnh Lâm Đồng, Gia Lai, Đắc Nông 20% trữ lượng quặng Boxit giới Đắc Nông với trữ lượng 5.48 tỉ Trữ lượng Bôxit Tân Rai, Lâm Đồng 700 triệu tấn, khai thác 67 triệu quặng tinh Hiện nước ta khai thác lượng nhỏ boxit để sản xuất Al(OH)3 phèn Nhôm I Tổng quan Quặng Bôxit: Thành phần chủ yếu quặng boxit: • • Gồm có Hidragilit(gipxit), Bơmit, Diaspo, khoáng vật Sắt, Silic dạng thạch anh, Hydroxit Alumosilicat, keo ngậm nước, Titan oxyt dạng keo, Rutin, Canxi Magie Cacbonat, tạp Crom, Vanadi nguyên tố khác… Thành phần hóa học Boxit dao động giới hạn rộng, kể hàm lượng Al oxyt hàm lượng tạp nước hydrat Trong Boxit có hàm lượng Nhôm oxyt lớn module Silic cao thi Boxit tốt Boxit thiên nhiên chứa khoảng 40% - 60% oxyt Nhôm, 18-22% oxyt Sắt, oxyt Silic nhỏ 5%, độ ẩm khoảng 12% II Tính chất lý hóa nhôm, Nhôm oxyt Nhôm hydroxyt: 1.Tính chất lý hóa Nhôm: • • • o o Nhôm kim loại màu trắng bạc, nhiệt độ nóng chảy 660 C, nhiệt độ sôi 2500 C, dẫn điện nhiệt cao Phổ biến thứ vỏ trái đất sau Oxy Silic đứng hàng đầu kim loại Là nguyên tố lưỡng tính điển hình, tan tốt dung dịch axit kiềm không tan HNO3 H2SO4 đặc nguội có tính khử mạnh dùng luyện kim để điều chế kim loại Sắt, Mangan: 3Fe3O4 + 8Al = Al2O3 + 9Fe II Tính chất lý hóa nhôm, Nhôm oxyt Nhôm hydroxyt: Tính chất lý hóa Nhôm oxyt: • Al2O3 chất rắn tinh thể có nhiệt độ nóng chảy cao, chịu lửa tốt, cứng, không màu không tan nước Là oxit lưỡng tính: • • Al2O3 + 6NaOH +3H2O = 2Na3[Al(OH)6] Al2O3 + 3H2SO4 +9H2O = [Al(H2O)6]2 (SO4)3 II Tính chất lý hóa nhôm, Nhôm oxyt Nhôm hydroxyt: Tính chất lý hóa Nhôm hydroxyt: • Thường kết tủa dạng keo có màu trắng.Là hợp chất lưỡng tính điển hình Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6] Al(OH)3 + 3HCl +3 H2O=[Al(OH)6]Cl3 • o Khi nung nóng 1200 C thu Al2O3 o 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O (1200 C) • Được dùng làm phèn lọc nước, thủy tinh, vật liệu chịu lửa… III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng boxit: Làm làm giàu nguyên liệu thô: Trên giới có công nghệ tinh chế:  Công nghệ kiềm: Dựa nguyên lý tạo Aluminat, sau thủy phân tạo Nhôm Hyroxyt sau sấy, nung tách nước thu Nhôm oxyt Có hai quy trình:  Nấu quặng Boxit dung dịch xút hỗn hợp CaO Na2CO3 áp suất cao, pha loãng thủy phân thu Nhôm hydroxyt Việc thủy phân dùng CO2 pha loãng dùng Nhôm hydroxyt vào làm mầm để thúc đẩy trình phân hủy Aluminat: Al2O3.xH2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O Al2O3 +2OH + 3H2O = [Al(OH)4] [Al(OH)4] = Al(OH)3 + OH o 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O(1200 C) III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng Boxit:  Đơn giản hơn: cho dung dịch xút chảy qua tầng Boxit xếp tháp cao thay nấu áp suất cao Xút hòa tan Nhôm oxyt, cuối tháp thu dung dịch Aluminat Quy trình thu dung dịch đậm đặc tốn đầu tư lượng Trong công nghệ sản phẩm phụ Na2CO3 III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng boxit:  Công nghệ axit: Thường dùng HNO3, thu hồi tái sử dụng Fe (III) Silic lại bã, thu Nhôm Nitrat tạp chất muối kim loại kiềm kiềm thổ Sau kết tinh thu Nhôm nitrat sạch, đem nhiệt phân thu Nhôm oxyt NO2, thu hồi NO2 để tạo HNO3 đem tái sử dụng  Công nghệ Sunfua: Nấu hỗn hợp Al2O3 Al2S3 với tỷ lệ định hỗn hợp có nhiệt độ nóng chảy thấp tỷ trọng nhẹ Nấu Bôxit, than Sunfua sắt với tỷ lệ phù hợp, thu hỗn hợp dễ nóng chảy Al2O3 Al2S3 tạo dạng lỏng lên tách khỏi lớp Ferosilic nóng chảy phía Lấy lớp để nguội thu khối vật chất có 80%Al2O3 20%Al2S3 Đem xử lý công nghệ axit kiềm thu Al2O3 tinh khiết III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng boxit: Phương pháp đại sản xuất Nhôm theo phương pháp Baye (phương pháp thủy luyện): (được sử dụng phổ biến nay): Phương pháp có đặc điểm NaOH chuyển động thao chu trình khép kín,bao gồm công đoạn chủ yếu sau:  Nghiền  Phản ứng hòa tách  Pha loãng  Lắng  Kết tinh(phân hóa)  Lọc hydrat thành phẩm  Nung  Điện phân nóng chảy III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng Boxit: Sản xuất theo phương pháp hỏa luyện (phương pháp thiêu kết): • Hiện phương pháp Baye chiếm ưu sản xuất Nhôm – tiện lợi với Boxit chứa Silic Phương pháp thiêu kết sản xuất Nhôm từ loại Boxit nào, từ đất sét, cao lanh, loại đất đá chứa Alumosilicat khác trữ lượng chúng lớn Phương pháp áp dụng độc lập kết hợp với phương pháp Baye Hiện có phương pháp thiêu kết: phối liệu khô phối liệu ướt III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng Boxit:  • • Thiêu kết phối liệu khô: Boxit, đá vôi nghiền nhỏ Natricacbonat trộn kỹ với đem thiêu kết Bôxit thường hút ẩm nên sau xay thô phải sấy nghiền o Thông thường thiêu kết phối liệu lò ống quay với nhiệt độ khoảng 1100-1200 C để thực phản ứng sau đây: Al2O3 +Na2CO3 = 2NaAlO2 + CO2 SiO2 + 2CaCO3 = CaO.SiO2 + 2CO2 • • • NaAlO2 dễ tan nước, CaO.SiO2 không tan nước vào cặn thải Khi Natricacbonat tác dụng với phần Canxi tạo xút costic làm cho dung dịch aluminat vững bền nên làm giảm mát Al2O3 dung dịch bị phân hóa Sau tách cặn đem dung dịch khử Silic áp suất khoảng at Khi khuấy trộn khoảng phần lớn Silic lắng tách khỏi dung dịch dạng Natri alumosilicat Nếu cho thêm 10g/l CaO việc khử Silic tiến hành hoàn toàn Alumosilicat lắng tách (cặn trắng), thông thường lắng tách rửa máy lọc, có công thức gần sau: Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O Vì cặn trắng chứa nhiều Na2O Al2O3 nên phải đưa cặn trắng quay phối liệu • o Đem phân hóa dung dịch aluminat khí cacbonic nhiệt độ thấp 70 C, kiềm costic bị CO2 trung hòa: 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O • Độ bền dung dịch giảm xuống kết tủa Nhôm hydroxyt: 2NaAlO2 + 4H2O = 2Al(OH)3 + 2NaOH • • Phần lớn dung dịch đem cô để kết tinh Na2CO3 , phần lại nước rửa hydrat dùng để hòa tan thiêu kết phẩm Na2CO3 đem khử nước quay phối liệu Na2CO3 để bù vào tổn thất Lò quay đắt hiệu suất sử dụng nhiệt nhỏ -khoảng 35% việc thay đá vôi vôi tạo khả nâng cao suất lò thiêu kết phân hóa CaCO3  • • • Thiêu kết phối liệu ướt: Dung dịch Natri cacbonat nhận cacbonat hóa không đem cô để tạo thành Natri cacbonat kết tinh, mà đưa trở lại phối liệu Boxit đá vôi xay đem nghiền ướt với dung dịch Natri cacbonat tuần hoàn Natri cacbonat để bù đắp tổn thất Sau nghiền máy nghiền ta bùn , cho bùn vào bể chứa Trong bể chứa phải khuấy trộn tốt để đảm bảo tính đồng bùn nghiền nhỏ việc lấy mẫu tương đối đơn giản Khi có số bể chứa đầy bùn có thành phần thể loại khác nhiều dễ dàng tính thể tích bùn từ bể chứa cần phải lấy để trộn với bể chứa để thành phần cần thiết Các bể chứa bùn gọi bể điều chỉnh • • • Bùn điều chỉnh cho vào thiêu kết qua vòi phun áp suất 10-15 at Nhiệt độ khí thải phương pháp thiêu kết phối o liệu ướt thấp phương pháp phối liệu khô khoảng 200 C, nghĩa phương pháp phối liệu ướt sử dụng nhiệt tốt Khi thiêu kết phối liệu ướt cần giảm tối đa hàm lượng nước phối liệu, cần đảm bảo độ chảy loãng cần thiết để cung cấp liệu qua vòi phun, nước dư thừa làm giảm suất lò làm tiêu tốn phí nhiên liệu Khi thiêu kết muốn có hàm lượng nước thích hợp phải đem cô lượng nước dư từ dung dịch cái.Dung dịch hòa tan có hàm lượng khoảng 250g/l Al2O3 dẫn tới cân nước bùn thích hợp mà không cần cô dung dịch  • • • • • So với phương pháp thiêu kết phối liệu khô phương pháp thiêu kết phối liệu ướt có ưu điểm sau đây: Đơn giản hóa việc phối liệu, không cần trộn Thay nghiền khô – có suất thấp phải sấy Boxit – nghiền ướt Không cần cô dung dịch đến kết tinh Natri cacbonat khử nước Natri cacbonat Khử nước ẩm phối liệu thiêu kết , điều giảm tất phần phụ tải cảu giai đoạn cô Nâng cao hiệu suất nhiệt có ích lò giảm bay bụi • • • • • Cải thiện điều kiện lao động khâu nghiền ướt bụi, giảm tổn thất học phối liệu Đơn giản hóa việc vận chuyển vật liệu: thay băng tải gầu nâng bơm ống dẫn bùn Khuyết điểm lớn phương pháp suất lò thiêu kết bị giảm nhiều phải làm bay nước phối liệu tốn nhiệt lượng Vì gần người ta sử dụng phương pháp phối liệu ướt Phương pháp thiêu kết áp dụng độc lập kết hợp với phương pháp Baye III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng Boxit: Điện phân nóng chảy: • • • • o Nhôm oxyt nóng chảy nhiệt độ cao gần 2000 C, dễ phân li dung dịch muối nóng chảy khác Clorua Florua kim loại kiềm kiềm thổ nên tạo dung dịch nóng chảy Nhôm oxyt nhiệt độ thấp nhiều so với nhiệt độ nóng chảy Dung dịch muối nóng chảy thưòng dùng làCryolit Cryolyt tổng hợp cách hòa tan Nhôm Hidroxyt Natricacbonat dung dich axit Flohidric 2Al(OH)3 + 2Na2CO3 + 12HF = 2Na3[AlF6] + 3CO2 + 9H2O o Quá trình điện phân thực 950 C, điện áp 5V, cường độ dòng điện khoảng 100000A • • Thiết bị điện phân thùng vỏ sắt bên lót gạch chịu nóng Trên lớp có bọc lớp than dùng làm cực âm, cực dương thỏi than cấm vào thùng điện phân Mỗi buồng có kích thước m chiều rộng 10 m chiều dài Buồng xây gạch Cacbon tạo điện cực âm Al lắng đọng Lơ lửng phía buồng nhúng vào hỗn hợp muối nóng chảy 18 khối điện cực C (cực dương) bị oxy hóa điện phân từ ion oxyt • • Bề mặt chất lỏng lò phủ lớp rắn chất điện ly khối nóng chảy khỏi bị nguội trình điện phân có Oxy bay anot, tác dụng với C tạo CO CO2 đồng thời có khí F2 tạo CF4, cực dương bị ăn mòn dần, nên trình điện phân phải hạ thấp dần cực duơng xuống Quá trình điện phân tiến hành liên tục sau thời gian người ta cho thêm Nhôm oxyt Cryolyt cách tuần hoàn, Nhôm tụ lại catot tháo Al nóng chảy đựoc tập hợp điện cực âm tháo với tốc độ o o khoảng ngày Nhôm nóng chảy 660 C Nhôm oxyt nóng chảy 2050 C Nhôm oxyt tan Cryolyt o nóng chảy hạ nhiệt xuống 1000 C • • • • • Năng lượng điện sử dụng vào việc sinh nhiệt dòng điện phóng qua dung dịch muối nóng chảy có điện trở lớn Việc cần thiết để trì trạng thái nóng chảy muối, phần nhỏ lượng điện để điện phân hoàn nguyên Nhôm Khi nồng độ Nhôm oxyt giảm, điện cực tăng lập tức, nên phải bổ sung Nhôm oxyt để tránh phản ứng phụ khác điện cực xảy Các phản ứng xảy trình điện phân: 3+ 2Al2O3 = 2Al + 3O 3+ 2Al + 6e = 2Al 23O - 6e = 3O Tinh chế Nhôm sau điện phân: Clo Nitơ : • • • Thổi Clo qua Nhôm nóng chảy, kim loại nhẹ Nhôm chuyển thành Clorua lên bề mặt kim loại nóng chảy, oxyt, Nitrua, Cacbit phân tán nhờ ngưng tụ lại Thổi Clo khoảng 10 phút, gây hao tổn Nhôm tạo Nhôm Clorua từ 2-3% Sau thổi khí Nitơ để đuổi hết Clo khỏi bể tinh chế Để sản xuất Nhôm cần Boxit(50% Nhôm oxyt) tức vào khoảng 1,9 Nhôm oxyt, 70kg Cryolyt, 450kg graphit làm anot, lượng 56x109 J(15,5x10 Kwh) Giá thành công đoạn tinh chế nguyên liệu Nhôm oxyt 32%, vào Cryolit 4%, hao mòn điện cực 12%, điện phân 25% tổng giá thành sản xuất Yêu cầu kỹ thuật Nhôm: • • Nhôm xuất xưởng không chứa nước Hydrat không hút ẩm nhiều Cỡ hạt Nhôm không thô không nhỏ IV Ứng dụng Nhôm: Phần lớn Nhôm khai thác dùng để điều chế hợp kim: Duyara, Silumin dùng công nghiệp, máy bay, ô tô, tàu thủy… [...]...III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng boxit: 3 Các điều kiện ảnh hưởng đến hòa tách Boxit: • • • • • • Độ nghiền mịn của Boxit Sự khuấy trộn huyền phù Nồng độ kiềm hoạt tính trong dung dịch tuần hoàn Nhiệt độ hòa tách Sự có mặt của vôi Quá trình khuấy phân hóa… III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng Boxit: 4 Sản xuất theo phương pháp hỏa luyện (phương pháp thiêu... trong sản xuất Nhôm – chỉ tiện lợi với Boxit chứa ít Silic Phương pháp thiêu kết có thể sản xuất Nhôm từ bất kỳ loại Boxit nào, từ đất sét, cao lanh, các loại đất đá chứa Alumosilicat khác và trữ lượng của chúng rất lớn Phương pháp này có thể áp dụng độc lập hoặc kết hợp với phương pháp Baye Hiện nay có 2 phương pháp thiêu kết: phối liệu khô và phối liệu ướt III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng Boxit: ... hao tổn Nhôm do tạo Nhôm Clorua từ 2-3% Sau đó thổi khí Nitơ để đuổi hết Clo ra khỏi bể tinh chế Để sản xuất 1 tấn Nhôm cần 4 tấn Boxit( 50% Nhôm oxyt) tức vào khoảng 1,9 tấn Nhôm oxyt, 70kg Cryolyt, 450kg graphit 3 làm anot, năng lượng là 56x109 J(15,5x10 Kwh) Giá thành của công đoạn tinh chế nguyên liệu Nhôm oxyt là 32%, vào Cryolit là 4%, hao mòn điện cực 12%, điện phân 25% tổng giá thành sản xuất 7... kết có thể áp dụng độc lập hoặc kết hợp với phương pháp Baye III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng Boxit: 5 Điện phân nóng chảy: • • • • o Nhôm oxyt nóng chảy ở nhiệt độ cao gần 2000 C, dễ phân li trong dung dịch muối nóng chảy khác như Clorua hoặc Florua của kim loại kiềm hoặc kiềm thổ nên có thể tạo dung dịch nóng chảy của Nhôm oxyt ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của nó Dung dịch... để điện phân hoàn nguyên Nhôm Khi nồng độ Nhôm oxyt giảm, thế điện cực tăng ngay lập tức, nên phải bổ sung ngay Nhôm oxyt để tránh các phản ứng phụ khác điện cực xảy ra Các phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân: 3+ 2Al2O3 = 2Al + 3O 3+ 2Al + 6e = 2Al 23O - 6e = 3O 6 Tinh chế Nhôm sau điện phân: bằng Clo và Nitơ : • • • Thổi Clo qua Nhôm nóng chảy, các kim loại nhẹ đi cùng Nhôm chuyển thành Clorua... Nhôm oxyt là 32%, vào Cryolit là 4%, hao mòn điện cực 12%, điện phân 25% tổng giá thành sản xuất 7 Yêu cầu kỹ thuật của Nhôm: • • Nhôm xuất xưởng không được chứa nước Hydrat và không được hút ẩm nhiều Cỡ hạt của Nhôm không quá thô cũng không được quá nhỏ IV Ứng dụng của Nhôm: Phần lớn Nhôm khai thác được dùng để điều chế hợp kim: Duyara, Silumin dùng trong công nghiệp, máy bay, ô tô, tàu thủy… ... hành liên tục sau một thời gian người ta cho thêm Nhôm oxyt và một ít Cryolyt một cách tuần hoàn, Nhôm tụ lại ở catot và được tháo ra ngoài Al nóng chảy sẽ đựoc tập hợp trên điện cực âm và được tháo ra với tốc độ o o khoảng 1 tấn trên 1 ngày Nhôm nóng chảy ở 660 C nhưng Nhôm oxyt nóng chảy ở 2050 C khi Nhôm oxyt tan trong Cryolyt o nóng chảy đã hạ nhiệt xuống 1000 C • • • • • Năng lượng điện được sử... đem cô lượng nước dư từ dung dịch cái.Dung dịch hòa tan có hàm lượng khoảng 250g/l Al2O3 sẽ dẫn tới cân bằng về nước trong bùn thích hợp mà không cần cô dung dịch cái  • • • • • So với phương pháp thiêu kết phối liệu khô thì phương pháp thiêu kết phối liệu ướt có những ưu điểm sau đây: Đơn giản hóa việc phối liệu, không cần trộn Thay nghiền khô – có năng suất thấp hơn và phải sấy Boxit – bằng nghiền... từ ion của các oxyt • • Bề mặt chất lỏng trong lò được phủ một lớp rắn chất điện ly để cho khối nóng chảy khỏi bị nguội quá trình điện phân có Oxy bay ra ở anot, tác dụng với C tạo ra CO và CO2 đồng thời có một ít khí F2 tạo CF4, do đó cực dương bị ăn mòn dần, nên trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần cực duơng xuống Quá trình điện phân tiến hành liên tục sau một thời gian người ta cho thêm Nhôm. .. thiêu kết vì không phải phân hóa CaCO3  • • • Thiêu kết phối liệu ướt: Dung dịch Natri cacbonat nhận được khi cacbonat hóa không đem cô để tạo thành Natri cacbonat kết tinh, mà đưa trở lại phối liệu Boxit và đá vôi đã xay đem nghiền ướt cùng với dung dịch Natri cacbonat tuần hoàn và Natri cacbonat mới để bù đắp tổn thất Sau khi nghiền trong máy nghiền ta sẽ được bùn , cho bùn vào bể chứa Trong các ... hóa… III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng Boxit: Sản xuất theo phương pháp hỏa luyện (phương pháp thiêu kết): • Hiện phương pháp Baye chiếm ưu sản xuất Nhôm – tiện lợi với Boxit chứa Silic Phương... Đem xử lý công nghệ axit kiềm thu Al2O3 tinh khiết III Phương pháp sản xuất nhôm từ quặng boxit: Phương pháp đại sản xuất Nhôm theo phương pháp Baye (phương pháp thủy luyện): (được sử dụng phổ... khoảng 10 phút, gây hao tổn Nhôm tạo Nhôm Clorua từ 2-3% Sau thổi khí Nitơ để đuổi hết Clo khỏi bể tinh chế Để sản xuất Nhôm cần Boxit( 50% Nhôm oxyt) tức vào khoảng 1,9 Nhôm oxyt, 70kg Cryolyt,