Nhôm là vật liệu bền, nhẹ có thể tái chế cao, đã trở thành yếu tố thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày. Là vật liệu bền vững cho nhiều sự lực chọn khác nhau, các ứng dụng của nó rất đa dạng trong cuộc sống như: vật liệu gia dụng, thiết kế nội thất, bao bì, xe tiết kiệm năng lượng, điện thoại thông minh, hệ thống mạng lưới điện quốc gia,…Theo thống kê của hiệp hội nhôm thế giới, 75% các sản phẩm được sản xuất bằng nhôm từ nhiều năm trước vẫn đang được sử dụng. Và việc tái chế sản xuất nhôm chỉ tốn 8% năng lượng và tạo ra 8% lượng khí thải so với sản xuất nhôm ban đầu. Hiện nay nhôm được coi là một trong những vật liệu được ưu chuộng bởi các tính năng đặc biệt và được coi là kim loại của cuộc sống hiện đại.
Nhóm 10, Lớp 14CH111 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG - - BÁO CÁO KỸ THUẬT BAO BÌ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM LỚP: 14CH111 SINH VIÊN: NGUYỄN THỊ TUYẾT TRÂM VỎ THỊ AN NGUYỄN NHẬT CƯỜNG GVHD: ThS NGUYỄN THÁI THANH TRÚC BIÊN HÒA, THÁNG 4/2017 Nhóm 10, Lớp 14CH111 MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 LỊCH SỬ VỀ NHÔM VÀ BAUXITE 2.2 BAUXITE 2.3 TỔNG QUAN VỀ NHÔM CHƯƠNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM 3.1 GIỚI THIỆU 3.2 TINH CHẾ OXIT NHÔM TỪ QUẶNG BÔ XÍT 3.3 LUYỆN NHÔM TỪ OXIT NHÔM 10 CHƯƠNG ỨNG DỤNG 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 DANH MỤC HÌNH Hình – phân bố trữ lượng quặng bô xit số quốc gia giới Việt Nam Hình 2 – Sản lượng nhôm giới (Nguồn: Hiệp hội nhôm giới) Hình – Sơ đồ quy trình chế tạo nhôm nguyên liệu Hình –Quy trình sản xuất Bayer Hình 3 – Băng tải bô xít tới nhà máy tinh chế oxit nhôm Hình – Sơ đồ thùng điện phân nóng chảy Al2O3 10 Hình – Phương pháp Hall-Héroult 10 Hình – Các sản phẩm từ nhôm in ấn đẹp mắt đa dạng 11 Hình – Ứng dụng nhôm chế biến thực phẩm 11 Hình – Lợi ích bao bì nhôm 12 DANH MỤC BẢNG Bảng – Thành phần hóa học chủ yếu Bảng 2 – Đặc điểm dạng khoáng chứa nhôm quặng bauxite Bảng – Các tính chất chung tính chất vật lý nhôm Nhóm 10, Lớp 14CH111 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nhôm vật liệu bền, nhẹ tái chế cao, trở thành yếu tố thiết yếu sống hàng ngày Là vật liệu bền vững cho nhiều lực chọn khác nhau, ứng dụng đa dạng sống như: vật liệu gia dụng, thiết kế nội thất, bao bì, xe tiết kiệm lượng, điện thoại thông minh, hệ thống mạng lưới điện quốc gia,…Theo thống kê hiệp hội nhôm giới, 75% sản phẩm sản xuất nhôm từ nhiều năm trước sử dụng Và việc tái chế sản xuất nhôm tốn 8% lượng tạo 8% lượng khí thải so với sản xuất nhôm ban đầu Hiện nhôm coi vật liệu ưu chuộng tính đặc biệt coi kim loại sống đại Và lý mà nhóm tìm hiểu đề tài “ Quy Trình Sản Xuất Nhôm” CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 LỊCH SỬ VỀ NHÔM VÀ BAUXITE Năm 1808: Humphrey Davy xác định gốc kim loại phèn chua (alum) đặt tên cho nhôm aluminum Năm 1821: Piere Berthier phát quặng bauxite gần làng les Baux, nước Pháp đặt tên bauxite Năm 1825: Hans Christian Oersted (Đan Mạch) tách lượng nhỏ nhôm từ bauxite Năm 1827 : Freidrich Wohler (Đức) phát triển phương pháp sản xuất bột nhôm thông qua phản ứng hóa học kali clorua khan Năm 1854 : Henri Sainte-Claire Deville (Pháp) sản xuất nhôm công nghiệp nhà máy javel paris Năm 1885: Hamilton Y Cassner (Mỹ) cải tiến quy trình sản xuất nhôm Deville 15 nhôm sản xuất năm Năm 1886 : Charles Hall (Mỹ) Paul Heroult (Pháp) đồng phát minh trình điện phân alumina để sản xuất nhôm kim loại Năm 1889: Karl Bayer (Áo) giới thiệu quy trình Bayer nhằm tách lượng lớn nhôm từ quặng bauxite Nhóm 10, Lớp 14CH111 2.2 BAUXITE Bauxite loại quặng nhôm, đặt tên theo làng Les Baux miền Nam nước Pháp, nơi nhà địa chất Pierre Berthier tìm thấy lần vào năm 1821 Nó hình thành điều kiện khí hậu nhiệt đới nước mưa trôi chất silica đá có chứa nhôm Nó loại đá phún xuất (igneous rock) khoáng chất (mineral); cứng, thường mềm giống đất sét Bauxite chứa nhiều khoáng chất gibbsite, bohmite, diaspore Gibbsite aluminum hydroxide có công thức hóa học Al(OH)3, bohmite diaspore aluminum-oxide hydroxide có công thức hóa học AlO(OH) Nó chứa số tạp chất khác ion oxide (Fe2O3), silicon oxide (SiO2), titanium (TiO2), đất sét Bauxite có nhiều màu, thường có nhiều màu đỏ tùy theo số lượng ion oxide Bauxite diện dạng hạt (rời kết dính) hay dạng khối (tảng đá xốp) Bảng – Thành phần hóa học chủ yếu Bảng 2 – Đặc điểm dạng khoáng chứa nhôm quặng bauxite Nhóm 10, Lớp 14CH111 Quặng bauxite tìm thấy dạng thảm (blanket), túi (pocket), lớp (interlayered), tích tụ (detrital) Thảm bauxite lớp liên tục phẳng, thường gần mặt đất, có bề dày thay đổi từ đến 40 m (trung bình từ đến m) rộng hàng số Túi bauxite túi nằm mặt đất, có chiều sâu thay đổi từ 30 m, nằm cô lập liên kết với Lớp bauxite thảm túi bauxite bị phủ lấp ép xuống, bị nén nhiều thảm túi bauxite trọng lượng lớp đất bên Tích tụ bauxite thấy cấu tạo tích tụ bauxite bị xói mòn từ thảm, túi, hay lớp bauxite nơi khác Hình – phân bố trữ lượng quặng bô xit số quốc gia giới Việt Nam (Nguồn: Hiệp hội nhôm giới Bộ công thương việt nam) 2.3 TỔNG QUAN VỀ NHÔM Nhôm (bắt nguồn từ tiếng Pháp: aluminium, phiên âm tiếng Việt: a-luy-mi-nhôm) tên nguyên tố hóa học bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al số nguyên tử 13 Nguyên tử khối 27 đvC Khối lượng riêng 2,7 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 660oC Nhôm nguyên tố phổ biến thứ (sau ôxy silic), kim loại phổ biến vỏ Trái Đất Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn Trái Đất Kim loại nhôm phản ứng hóa học mạnh với mẫu quặng có mặt hạn chế môi trường khử cực mạnh Tuy vậy, tìm thấy dạng hợp chất 270 loại khoáng vật khác Quặng chứa nhôm bô xít Nhôm có điểm đáng ý kim loại có tỷ trọng thấp có khả chống ăn mòn tượng thụ động Các thành phần cấu trúc làm từ nhôm hợp kim quan trọng cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ quan trọng lĩnh vực Nhóm 10, Lớp 14CH111 khác giao thông vận tải vật liệu cấu trúc Các hợp chất hữu ích nhôm ôxít sunfat Mặc dù có mặt phổ biến môi trường muối nhôm không dạng sống sử dụng Với phổ biến nó, nhôm dung nạp tốt thực vật động vật Nhôm kim loại mềm, nhẹ với màu trắng bạc ánh kim mờ, có lớp mỏng ôxi hóa tạo thành nhanh để trần không khí Tỷ trọng riêng nhôm khoảng phần ba sắt hay đồng; mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) dễ dàng gia công máy móc hay đúc; có khả chống ăn mòn bền vững lớp ôxít bảo vệ Nó không nhiễm từ không cháy để không khí điều kiện thông thường Sức bền nhôm tinh khiết 7–11 MPa, hợp kim nhôm có độ bền từ 200 MPa đến 600 MPa Các nguyên tử nhôm xếp thành cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) Nhôm có lượng xếp lỗi vào khoảng 200 mJ/m2 Nhôm phản ứng với nước tạo hydro lượng: Al + H2O → Al(OH)3 + H2 Tính chất dùng để sản xuất hydro, nhiên phản ứng mau chóng dừng lại tạo lớp kết tủa keo lắng xuống,ngăn cản phản ứng xảy Khi ngâm dung dịch kiềm đặc, lớp màng bị phá hủy theo phản ứng Al(OH)3+NaOH → NaAlO2 + 2H2O Tiếp tục Al lại tác dụng với nước phản ứng Quá trình lại diễn đến Al không bị hòa tan hết Bảng – Các tính chất chung tính chất vật lý nhôm Nhóm 10, Lớp 14CH111 Hình 2 – Sản lượng nhôm giới (Nguồn: Hiệp hội nhôm giới) CHƯƠNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM 3.1 GIỚI THIỆU Quy trình sản xuất nhôm: Giai đoạn 1: Tinh chế oxit nhôm từ quặng bô xít Giai đoạn 2: Luyện nhôm từ oxit nhôm Dựa phương pháp: Phương pháp Bayer: phương pháp tốn để chế biến nhiều oxit nhôm từ quặng bô xít Phương pháp Hall-Héroult: Là phương pháp điện phân oxit nhôm thành nhôm phương pháp công nghiệp để luyện nhôm Nhóm 10, Lớp 14CH111 Hình – Sơ đồ quy trình chế tạo nhôm nguyên liệu 3.2 TINH CHẾ OXIT NHÔM TỪ QUẶNG BÔ XÍT Oxit nhôm hay gọi Alumina sản xuất từ bauxite, quặng khai thác từ đất mặt vùng nhiệt đới cận nhiệt đới khác Quá trình Bayer, phát năm 1887, trình mà alumina chiết xuất từ bauxite Phương pháp Bayer: phương pháp dùng NaOH để hòa tách bô xít áp suất nhiệt độ cao Với bôxit oxit nhôm Hình –Quy trình sản xuất Bayer Nhóm 10, Lớp 14CH111 Khai thác bauxite Phá lớp phủ thực vật Bóc lớp đất phủ ( lưu giữ gần nơi khai thác) Bô xít đào xúc máy xúc sau chuyển xe tải băng tải tới phân xưởng tuyển rửa Sau tuyển rửa bô xít vận chuyển băng tải nhà máy tinh luyện oxit nhôm Hình 3 – Băng tải bô xít tới nhà máy tinh chế oxit nhôm Rửa nghiền Bô xít sau khai thác đưa đến nhà máy sàng tuyển rửa nước, bùn sét hoàn tan nước quặng có độ hạt nhỏ khe hở lưới sàng thải hồ chứa Bô xít sau trình tuyển rửa lắng hồ chứa nước thu hồi để tái chế sử dụng lại Theo kết nghiên cứu tính khả tuyển bô xít ỏ Giai Nghĩa, với lưới sàng có đường kính lỗ mm, độ thu hồi trình tuyển rửa 51,13%, hàm lượng oxit nhôm tăng từ 40,3% (của quặng nguyên khai) lên 50,51% (của quặng tinh) Nhóm 10, Lớp 14CH111 Quá trình tuyển rửa cần thiết giảm chi phí vật tư (đặc biệt xút NAOH) chi phí vận hành công đoạn hòa tiasch đồng thời giảm lượng bùn đỏ thải công đoạn hòa tách Hòa tách Quặng bô xít nghiền nhỏ trộn với xút ( NaOH) thùng chứa nhiệt độ áp suất cao Ở nhiệt độ áp suất cao hydroxit nhôm hòa tan xút thành NaAl(OH)4 lên thành phần khác không bị hòa tan oxit sắt, oxit silic, oxit tian tạp chất khác lắng xuống thải qua đáy thùng Chất thải rắng gọi quặng bô xít thải hay bùn đỏ có chứa oxit sắt có dạng sền sệt Bùn đỏ rửa nước để thu hồi xút trước thải bãi Bùn đỏ thải dạng lỏng gọi thải ướt dạng cô đặc gọi thải khô Phản ứng hóa học trình hòa tách: Gibbsite: 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 + 𝑁𝑎+ + 𝑂𝐻 − → 𝐴𝑙(𝑂𝐻)4 − + 𝑁𝑎+ Bohmite Diaspore: 𝐴𝑙𝑂(𝑂𝐻) + 𝑁𝑎+ + 𝑂𝐻 − + 𝐻2 𝑂 → 𝐴𝑙(𝑂𝐻)4 − + 𝑁𝑎+ Kết tủa Dung dịch 𝑁𝑎𝐴𝑙𝑂2 đưa qua bồn kết tủa, làm nguội thêm mầm kết tủa oxit nhôm vào để giúp Al(OH)3 kết tủa lắng xuống đáy dung dịch nguội Công đoạn kết tủa thực chất trình ngược trình hòa tách Phản ứng hóa học trình kết tủa: _ Al (OH) + + + Na → Al (OH) + Na + OH _ Nung Al (OH) từ công đoạn kết tủa đưa sang lò nung nhiệt độ lên đến 1100 ° C để tách nước thu oxit nhôm rắn Phản ứng hóa học trình nung: 2Al (OH) → Al O + 3H O 3 Nhóm 10, Lớp 14CH111 3.3 LUYỆN NHÔM TỪ OXIT NHÔM Nhôm tinh luyện từ oxit nhôm phương pháp điện phân Hall-Héroult Với oxit nhôm nhôm Hình – Sơ đồ thùng điện phân nóng chảy Al2O3 Oxit nhôm hòa tan dung dịch cryolite (Na AlF ) nhôm florua (𝐴𝑙𝐹3 ) nóng chảy nồi điện phân, trì nhiệt độ khoảng 960 - 980𝑜 𝐶 Cung cấp dòng điện chiều có cường độ cao (200.000 – 350.000 Ampere) truyền qua chất điện phân từ cực dương sang cực âm Nhôm dung dịch điện phân tiết ra, lắng tụ đáy trích ra, oxy bay phía cực dương, oxi hóa cực than tạo thành 𝐶𝑂2 Hình – Phương pháp Hall-Héroult Phương trình điện phân: 10 Nhóm 10, Lớp 14CH111 2Al O + 3C → 4Al + 3CO CHƯƠNG ỨNG DỤNG Kết cấu kim loại có màu trắng bạc ánh kim mờ nhôm cộng với tính tương thích với tất công nghệ in ấn giúp cho việc thiết kế tạo sản phẩm bao bì, vật dụng, thiết bị… với thiết kế đồ họa tuyệt vời, tạo nên thương hiệu ấn tượng, bắt mắt Hình – Các sản phẩm từ nhôm in ấn đẹp mắt đa dạng Nhôm truyền nhiệt nhanh 2,4 lần sơ với sắt, sản xuất thành mỏng nhiệt thu thông qua nhôm nhanh Do đó, dụng cụ nấu ăn nhôm ưu chuộng, giúp giảm thiểu thời gian lượng chế biến, làm lạnh hâm nóng thực phẩm Hình – Ứng dụng nhôm chế biến thực phẩm 11 Nhóm 10, Lớp 14CH111 Bao bì nhôm giải pháp đóng gói bền bảo vệ sản phẩm bên trong, ngặn chặn ánh sáng, oxy, vi sinh vật, giảm thiểu chi phí vận chuyển tái chế sau sử dụng Hình – Lợi ích bao bì nhôm TÀI LIỆU THAM KHẢO Đống Thị Anh Đào (2012) Giái Trình Kỹ Thuật Bao Bì Thực Phẩm Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh Nguyễn Minh Quang (2010, May 25) Khai Thác Bauxite Luyện Nhôm Việt Nam Được truy lục từ VietThaoNew: http://www.swsdevsite.com/vietthucnew/khai-thacbauxite-va-luy%E1%BB%87n-nhom-%E1%BB%9F-vi%E1%BB%87t-nam/ The Aluminum Association (không ngày tháng) Bauxite Được truy lục từ The Aluminum Association: http://www.aluminum.org/industries/production/bauxite The Aluminum Associations (không ngày tháng) Alumina Refining Được truy lục từ The Aluminum Associations: http://www.aluminum.org/industries/production/aluminarefining Wikipedia (2017, February 8) Nhôm Được truy lục từ Bách khoa toàn thư mở Wikipedia: https://vi.wikipedia.org/wiki/Nh%C3%B4m Word Aluminum (không ngày tháng) Hall-Héroult process Được truy lục từ Aluminum For Future Generations: http://primary.world-aluminium.org/index.php?id=286&L=0 Word Aluminum (không ngày tháng) The Bayer Process Được truy lục từ Aluminum Future Generations: http://bauxite.world-aluminium.org/index.php?id=208&L=0 12 ... chung tính chất vật lý nhôm Nhóm 10, Lớp 14CH111 Hình 2 – Sản lượng nhôm giới (Nguồn: Hiệp hội nhôm giới) CHƯƠNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM 3.1 GIỚI THIỆU Quy trình sản xuất nhôm: Giai đoạn 1:... sản xuất nhôm kim loại Năm 1889: Karl Bayer (Áo) giới thiệu quy trình Bayer nhằm tách lượng lớn nhôm từ quặng bauxite Nhóm 10, Lớp 14CH111 2.2 BAUXITE Bauxite loại quặng nhôm, đặt tên theo làng... Hình 2 – Sản lượng nhôm giới (Nguồn: Hiệp hội nhôm giới) Hình – Sơ đồ quy trình chế tạo nhôm nguyên liệu Hình Quy trình sản xuất Bayer Hình 3 – Băng tải bô xít tới nhà máy