quá trình luyện nhôm

quá trình luyện nhôm phổ biến nhất được dùng trong các nhà máy . .

MSE 441 Luyện nhôm • Nhôm tồn dạng liên kết hoá học Có nhiều loại khoáng nhiều có ý nghĩa kỹ thuật bôxit • Các dạng bôxit là: – Hyđrôxit nhôm: AlOOH, Al(OH)3 – Các ôxit nhôm ngậm nước không ngậm nước Al2O3.3 H2O, Al2O3.2 H2O • Thành phần bôxit chứa thành phần/%/: 3560Al2O3, phần ngàn-25SiO2, 2-40Fe2O3, vết11TiO2 HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY NaOH Bauxite CaO Dissolving in Autocla PAST Deposite and Filteration Solution NaAlO2 Waste Stiring Al(OH)3 Calcination Al2O3 Nuclei Al(OH)3 MSE 441 Bayer Process Hoà tách Ôtôcla Ôtôcla bình thép không gỉ, hình trụ, chịu áp lực cao Bôxit (đã nghiền nhỏ) NaOH đưa vào bình Bình gia nhiệt nước để đạt nhiệt độ 235-2500C nâng áp suất lên 3540bar Trong điều kiện nêu xảy phản ứng sau: Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4 AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4 HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY MSE 441 • Fe2O3 phản ứng với H2O tạo thành Fe(OH)3 ; • SiO2 phản ứng với NaOH NaAl(OH)4 tạo thành Na2OAl2O3.mSiO2 SiO2 + NaOH = Na2SiO3 + H2O • Sản phẩm quặng sau xử lý Ôtôcla hỗn hợp bùn quặng gồm NaAl(OH)4 cặn bã 90% phần tử bùn quặng có kích thước ≈ 300µm HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY MSE 441 • Lắng lọc thùng bốc hơi: Từ Ôtôcla, bùn quặng đưa vào thùng tự bốc Ở đây, bùn quặng bị sôi mãnh liệt nhiệt độ chúng giảm nhanh Khi xảy phản ứng: NaAl(OH)4 → 2H2O + NaAlO2 • Sau pha loãng lắng gạn khử ôxyt sắt khỏi hỗn hợp nêu HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY MSE 441 Khuấy phân hoá dung dịch NaAlO2: NaAlO2 pha loãng khuấy nhiệt độ 55650C 30-40 phút Nhờ trình này, dung dịch trở nên đồng phần tử Al(OH)3 tạo từ phản ứng sau tồn dạng phân tán, lơ lửng: NaAlO2 + 2H2O ⇔ Al(OH)3 + NaOH Hình thành hạt Al(OH)3 có kích thước lớn nhờ hai trình: Tạo mầm Al(OH)3 nhờ phản ứng sử dụng lại chúng sau rửa Tạo tinh thể Al(OH)3 lớn kết tinh chúng vào mầm Al(OH)3 HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Rửa nung dung dịch: • Khi rửa dung dịch, thu tinh thể Al(OH)3 có kích thước lớn, tinh thể kích thước nhỏ quay lại công đọan trước để làm tâm mầm kết tinh Đồng thời, dung dịch lại (chứa NaOH) cô đặc costic hoá để dùng lại thiết bị ôtôcla Khi nung 1200-13000C, ta thu sản phẩm ôxyt nhôm: Al(OH)3 → Al2O3 + H2O Sản xuất nhôm kỹ thuật • Ở thiết bị điện phân, cực dương hồ điện cực tự thiêu, cực âm đáy bể kim loại • Trong bể điện phân, điện áp 4V, dòng điện tới 150.000A Dung dịch điện phân hỗn hợp Al2O3 NaAlF6 Lượng Al2O3 chiếm ≤ 7-10% • Ở đây, ôxyt nhôm cryôlit bị phân ly iôn dương âm: Al2O3 ⇔ 2Al3+ + 3O2NaAlF6 ⇔ 3Na+ + AlF63- MSE 441 Voltage is 4,5V, electric curent is 150 000A HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY • Dưới tác động dòng điện chiều, iôn dương Al3+ Na+ chuyển cực âm Do điện cực khác nhau, có iôn Al3+ phóng điện tạo thành nhôm Tương tự, iôn âm O2- AlF63- di chuyển phía cực dương Tại đây, có iôn O2- phóng điện, đồng thời kết hợp với C điện cực tạo thành khí CO CO2 • Trong trình công nghệ, ôxyt nhôm bổ xung đặn, nhôm lỏng lấy khỏi lò sau thời gian xác định Kết quả, ta nhận nhôm kỹ thuật với %Al = 99,7% Các tạp chất lại nhôm chủ yếu Fe, Si, Ti, loại cryôlith, ôxyt cacbít nhôm lượng khí hiđrô xác định Sản xuất nhôm • Phương pháp nấu tách clorua hoá: cho nhôm có độ tới 99,9%Al • Trong lò điện trở thành dốc nghiêng Nâng nhiệt lò lên tới 700-7100C, nhôm chảy xuống đáy lò, kim loại khó chảy Fe, Si, Ti chưa chảy, tồn trạng thái sệt gạt khỏi lò • Để khử tạp chất kim loại phi kim khác, khí clo thổi sục vào đáy lò, 15 phút nhiệt độ 750-7700C Cl2 + Al → AlCl3 Khí AlCl3 bay lên kéo theo khí hyđrô tạp chất lơ lửng Các tạp Ca, Na bị clorua hoá loại khỏi nhôm · Phương pháp điện phân ba lớp (hình 2.24): phương pháp cho nhôm đạt độ cao (99,995%Al) · Theo phương pháp này, dương cực hợp kim nhôm Al-25%Cu, có tỷ trọng ≈ 6000C ρ = 33,5g/cm3, · chất điện phân hỗn hợp muối có thành phần 60% BaCl2, 23%AlF3 17% NaF, có ρ = 2,7 g/cm3, · cực âm nhôm có ρ = 2,3g/cm3 • Nhiệt độ lò đạt 760-8000C, với điện áp bể điện phân 6-7V Chiều dày lớp Al-25%Cu 20-25 cm, lớp điện phân 12-15cm, lớp nhôm cực âm 10-15cm • Al (trong hợp kim Al-25%Cu) tan: Al - 3e → Al3+ • Al3+ chuyển qua lớp trợ dung tới âm cực phóng điện – Al3+ + 3e → Al • Các kim loại có điện điện cực dương nhôm (Cu, Fe, Si) không tan, dương cực Các kim loại âm nhôm (Mg, Ca ) dạng iôn giữ lại xỉ (vì điện phóng điện cao nhôm)