quá trình luyện nhôm

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

Luyện nhôm

• Nhôm chỉ tồn tại ở dạng liên kết hoá học Có nhiều loại khoáng nhưng nhiều nhất và có ý nghĩa kỹ thuật nhất là bôxit.

• Các dạng bôxit cơ bản là:

– Hyđrôxit nhôm: AlOOH, Al(OH)3.

– Các ôxit nhôm ngậm nước và không ngậm nước Al2O3.3 H2O, Al2O3.2 H2O.

• Thành phần của bôxit chứa thành phần/%/:

35-60Al2O3, phần ngàn-25SiO2, 2-40Fe2O3,

vết-11TiO2

MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

CaO

NaOH

Dissolving in Autocla

PAST

Deposite and Filteration

Solution NaAlO2

Stiring

Al(OH)3

Calcination

Al 2 O 3

Waste

Nuclei Al(OH)3

Bayer Process

Hoà tách trong Ôtôcla.

Ôtôcla là bình thép không gỉ, hình trụ, chịu áp lực cao Bôxit (đã nghiền nhỏ) và NaOH được đưa vào bình Bình được gia nhiệt bằng hơi nước để đạt nhiệt độ 235-2500C và nâng áp suất lên 35-40bar

Trong điều kiện đã nêu sẽ xảy ra phản ứng sau: Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4

AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4

MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

• Fe2O3 phản ứng với H2O tạo thành Fe(OH)3 ;

• SiO2 phản ứng với NaOH và NaAl(OH)4 tạo thành

Na2OAl2O3.mSiO2

hoặc SiO2 + NaOH = Na2SiO3 + H2O

• Sản phẩm quặng sau khi được xử lý ở Ôtôcla là hỗn hợp bùn quặng gồm NaAl(OH)4 và cặn bã 90% các phần tử trong bùn quặng có kích thước

≈ 300 µ m.

MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

• Lắng lọc trong thùng bốc hơi: Từ Ôtôcla, bùn quặng

được đưa vào thùng tự bốc hơi Ở đây, bùn quặng bị sôi mãnh liệt và nhiệt độ của chúng giảm đi rất nhanh Khi

đó sẽ xảy ra phản ứng:

NaAl(OH)4 → 2H2O + NaAlO2

• Sau khi pha loãng và lắng gạn sẽ khử được các ôxyt sắt

ra khỏi hỗn hợp đã nêu.

MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Khuấy phân hoá dung dịch NaAlO2:

NaAlO2 được pha loãng và khuấy ở nhiệt độ 55-650C trong 30-40 phút Nhờ quá trình này, dung dịch trở nên đồng đều và các phần tử Al(OH)3

được tạo ra từ phản ứng sau tồn tại ở dạng phân tán, lơ lửng:

NaAlO2 + 2H2O ⇔ Al(OH)3 + NaOH

Hình thành các hạt Al(OH)3 có kích thước lớn

nhờ hai quá trình:

Tạo mầm Al(OH)3 nhờ phản ứng trên và sử dụng lại chúng sau khi rửa

Tạo tinh thể Al(OH)3 lớn do sự kết tinh của

chúng vào các mầm Al(OH)3

Rửa và nung dung dịch:

• Khi rửa dung dịch, sẽ thu được các tinh thể

Al(OH)3 có kích thước lớn, các tinh thể kích

thước nhỏ sẽ được quay lại công đọan trước để làm tâm mầm kết tinh Đồng thời, dung dịch còn lại (chứa NaOH) sẽ được cô đặc và costic hoá

để dùng lại trong thiết bị ôtôcla Khi nung ở

nhôm:

Sản xuất nhôm kỹ thuật.

• Ở thiết bị điện phân, cực dương là hồ điện cực tự thiêu, còn cực âm là đáy bể kim loại.

• Trong bể điện phân, điện áp 4V, dòng điện tới

150.000A Dung dịch điện phân là hỗn hợp Al2O3

và NaAlF6 Lượng Al2O3 chiếm ≤ 7-10%.

• Ở đây, ôxyt nhôm và cryôlit bị phân ly ra các iôn dương và âm:

Al2O3 ⇔ 2Al3+ +

NaAlF6 ⇔ 3Na+ +

AlF63-MSE 441

HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Voltage is 4,5V, electric curent is 150 000A.

• Dưới tác động của dòng điện một chiều, các iôn dương Al3+ và Na+ chuyển về cực âm Do thế điện cực khác nhau, chỉ có iôn Al3+ phóng điện tạo thành nhôm Tương tự, các iôn âm O2- và AlF63- di chuyển về phía cực dương Tại đây,

chỉ có iôn O2- phóng điện, đồng thời kết hợp

với C ở điện cực tạo thành khí CO và CO2

• Trong quá trình công nghệ, ôxyt nhôm được bổ xung đều đặn, còn nhôm lỏng được lấy ra khỏi

lò sau thời gian xác định Kết quả, ta nhận được nhôm sạch kỹ thuật với %Al = 99,7% Các tạp

chất còn lại trong nhôm chủ yếu là Fe, Si, Ti, các loại cryôlith, ôxyt và cacbít nhôm cùng lượng khí hiđrô xác định

Sản xuất nhôm sạch

• Phương pháp nấu tách và clorua hoá: cho nhôm

có độ sạch tới 99,9%Al.

• Trong lò điện trở thành dốc nghiêng Nâng nhiệt

trong lò lên tới 700-7100C, nhôm sẽ chảy xuống

đáy lò, còn các kim loại khó chảy như Fe, Si, Ti chưa chảy, còn tồn tại ở trạng thái sệt được gạt ra khỏi lò

• Để khử các tạp chất kim loại và phi kim khác, khí clo được thổi sục vào đáy lò, 15 phút ở nhiệt độ

750-7700C Cl2 + Al → AlCl3

Khí AlCl3 bay lên sẽ kéo theo khí hyđrô và các tạp chất lơ lửng Các tạp Ca, Na cũng bị clorua hoá

và được loại ra khỏi nhôm.

· Phương pháp điện phân ba lớp (hình 2.24): là

phương pháp cho nhôm đạt độ sạch cao nhất (99,995%Al)

· Theo phương pháp này, dương cực là hợp kim nhôm Al-25%Cu, có tỷ trọng ở ≈ 6000C là ρ = 3-3,5g/cm3,

· chất điện phân là hỗn hợp muối có thành phần 60% BaCl2, 23%AlF3 và 17% NaF, có ρ = 2,7 g/cm3,

· còn cực âm là nhôm sạch có ρ = 2,3g/cm3

• Nhiệt độ trong lò đạt 760-8000C, với điện áp bể điện

phân là 6-7V Chiều dày lớp Al-25%Cu là 20-25 cm, lớp điện phân 12-15cm, còn lớp nhôm cực âm là 10-15cm.

• Al (trong hợp kim Al-25%Cu) tan:

Al - 3e → Al3+.

• Al3+ chuyển qua lớp trợ dung tới âm cực sẽ phóng điện.

– Al3+ + 3e → Al.

• Các kim loại có điện thế điện cực dương hơn nhôm (Cu,

Fe, Si) không tan, vẫn ở dương cực Các kim loại âm

hơn nhôm (Mg, Ca ) ở dạng iôn nhưng được giữ lại ở trong xỉ (vì điện thế phóng điện cao hơn nhôm).