a. Thành phần
Những loại chất thải khác nhau đa phần là đất đá có lẫn bụi quặng và các kim loại tạp ở dạng các hợp chất, ngoài ra còn có các loại chất thải phát sinh ngoài quá trình luyện. Quá trình xử lý gồm nghiền, sàng, tuyển rửa quặng làm sinh ra quặng, bụi quặng rơi vãi,cặn đất, đá được sàng, tuyển ra. Thành phần này chứa tỷ lệ kim loại thấp được nhập vào dòng thải đem đi xử lý. Khi nung oxit nhôm ở nhiệt độ cao cần có chất trợ dung
(thường là CaO). Cặn thải của quá trình này chứa oxit silic,oxit nhôm thất thoát, các kim loại nặng, cặn lắng của các chất vô cơ khác…
Với những loại cặn có tỷ lệ kim loại cao sẽ được tái sử dụng để thu hồi kim loại. Oxit nhôm sau khi làm sạch được đem đi điện phân sẽ thu được nhôm thô. Để thu được nhôm sạch ta tiếp tục tiến hành điện phân, số lần điện phân càng nhiều thì nhôm càng tinh khiết. Dung dịch điện phân là muối Criolit không hòa tan các kim loại dương hơn nhôm. Vì vậy bùn điện phân chứa các kim loại dương hơn nhôm. Thành phần này chủ yếu là các kim loại nặng và độc hại. Ngoài ra trong quá trình sản xuất còn phát sinh các nguồn thải khác như bao bì đựng hóa chất có thể còn dính các hóa chất độc hại, rất cần được xử lý kỹ để đảm bảo an toàn đối với sức khỏe cũng như môi trường.
Xỉ bọt
Xỉ bọt là sản phẩm phụ chủ yếu của quá trình nấu chảy nhôm. Xỉ bọt được hình thành ở bề mặt kim loại nóng chảy do kim loại lỏng phản ứng với khí lò. Có tới 5% kim loại nóng chảy chuyển vào xỉ bọt. Xỉ bọt có thể chứa tới 75% nhôm tự do ở dạng các hạt rất nhỏ mắc kẹt trong oxit nhôm và phụ thuộc vào kim loại nấu chảy là thỏi hoặc kim loại vụn. Nó có thể chứa chì, cađimi hoặc crôm. Các công nghệ đã sử dụng phải xử trí một cách an toàn vật liệu này. Nhôm trong xỉ bọt thường được thu hồi bằng cách nấu chảy trong lò quay chạy dầu hoặc chạy khí hoặc trong lò điện hồ quang. Các muối khác nhau được cho them vào có vai trò như lớp bảo vệ chống oxi hóa và do đó tăng số lượng nhôm thu hồi. Việc xử lý này sinh ra xỉ bọt thứ sinh chứa oxit nhôm, các muối, các tạp chất và một lượng nhỏ nhôm.
b. Quy trình xử lý
Đối với chất thải rắn thì hiện nay hai phương pháp phổ biến nhất được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới là chôn lấp và thiêu hủy, trong đó thiêu hủy được cho là sạch hơn. Ngoài ra còn có phương pháp hóa lý hoặc cũng có thể dùng xỉ làm nguyên liệu cho ngành xây dựng như ép gạch viên hoặc làm vật liệu phụ cho sản xuất xi măng. Tuy nhiên có thể không an toàn vì trong xỉ có chứa một lượng nhỏ kim loại nặng có thể gây nguy
hiểm đối với người sử dụng nếu tiếp xúc lâu dài với các sản phẩm này. Chất thải rắn trước tiên sẽ được phân loại và xử lý cơ học gồm: nghiền, sang, tuyển từ…rồi mới được xử lý bằng các phương pháp khác.
- Công nghệ chôn lấp: là biện pháp tiêu hủy được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Theo công nghệ này chất thải rắn được cố định dạng viên hay khối và đem chôn lấp ở bãi chôn lấp, bãi chôn lấp phải đảm bảo cách xa khu dân cư trên 5km, nền đất ổn định, chống thấm tốt, mực nước ngầm thấp,cách xa sông hồ. Để tăng hiệu quả chôn lấp thì chất thải rắn thường được hóa rắn trước khi chôn thông qua việc thay đổi tính chất hóa lý, tăng sức bền, giảm độ hòa tan, giảm độ lan truyền chất thải độc hại.
- Thiêu đốt: là quá trình oxi hóa chất thải ở nhiệt độ cao phù hợp để xử lý chất thải rắn ( thường từ 1200oC đến 1300oC ) và cung cấp đủ oxi. Phương pháp này chỉ hiệu quả khi các vật liệu khó cháy trong chất thải dưới 30%. Có hai phương pháp thiêu đốt . Công nghệ này có nhiều ưu điểm : khả năng tận dung nhiệt, xử lý triệt để khối lượng, tương đối sạch, không tốn đất chôn. Tuy nhiên, nhược điểm của công nghệ này là chi phí lớn, dễ tạo ra sản phẩm phụ nguy hiểm.
- Công nghệ hóa lý: là công nghệ xử lý sử dụng các quá trình biến đổi hóa lý . Công nghệ này chỉ có hiệu quả với những nhà máy có qui mô lớn, phù hợp để thu hồi các chất thải rắn có chứa các kim loại nặng hay các dung môi hữu cơ. Một số biện pháp hóa lý cơ bản sau.
+ Trích ly: là quá trình tách các cấu tử ra khỏi hôn hợp nhờ dung môi có khả năng hòa tan chọn lọc một số chất có trong hỗn hợp đó, các sản phẩm trích ly được tái sử dụng cho các mục đích khác.
+ Chưng cất: Là quá trình hỗn hợp chất lỏng bay hơi thành từng pha cấu tử từ đó tách được các chất cần tách.
+ Oxi hóa khử: Sử dụng các tác nhân oxi hóa khử để tiến hành các phản ứng oxi hóa khử chuyển chất thải độc hại thành các chất không độc hoặc ít độc hơn.Thường sử dụng một số chất oxi hóa sau: Na2S2O4, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2,… để xử lý một số kim loại đa hóa trị.
3.5.3. Nước thải
Nguồn nước thải chưa nhiều tạp chất vô cơ. Nước rửa ở các khâu tuyển quặng chưa các oxit kim loại, muối aluminat, muối silicat, các tạp chất khác, chất rắn lơ lửng. Nước từ các quá trình hòa tan, rửa sản phẩm lắng gạn đều có chứa kiềm, kim loại, một số chất như As, F,…
Dung dịch điện phân chứa nhiều kim loại đã tan. Nước rửa sạch khí và xỉ có thể chứa kim loại nặng và thậm trí cả lưu huỳnh,…
Trong công nghiệp người ta dùng các bể lọc với nhiều lớp vật liệu lọc khác nhau như: thạch anh, than cốc, sỏi nghiền,…Tùy thuộc nước thải mà ta chọn vật liệu cho phù hợp.
Kim loại trong nước thải được xử lý bằng nhiều cách: kết tủa, điện hóa, sinh học, trao đổi ion. Trong đó kết tủa là phương pháp sử dụng nhiều nhất.
Phương pháp kết tủa hóa học dựa trên sự thay đổi giá trị pH trong dung dịch làm các kim loại đó kết tủa được dưới dạng hydroxit. Với mỗi kim loại khác nhau thì giá trị pH của nó cũng sẽ khác nhau. Kết tủa sẽ tự tách ra khỏi nước thải.
Rất ít kim loại kết tủa được ở giá trị pH = 7 hoặc môi trường axit. Thường kết tủa trong kiềm yếu hoặc kiềm. Điều chỉnh pH thường dùng vôi sữa, xút hoặc soda.
Nước thải chứa kim loại cao cần xử lý tại nguồn để thu hồi kim loại và tuần hoàn lại nước nhằm giảm thiểu kim loại và nước thải ra môi trường bên ngoài.
Hóa chất điều chỉnh Hóa chất khử Nước sau xử lý Nước thải Bể chứa
nước thải Bể ủ
Thiết bị lắng
Hình 3.5. Sơ đồ xử lý nước thải bằng phương pháp kết tủa hóa học
Bùn Xử lý bùn
KẾT LUẬN
Nhôm là kim loại có nhiều ứng dụng trong đời sống. Chính vì nhu cầu thiết yếu ấy mà có rất nhiều các nghiên cứu về quy trình sản xuất nhôm. Sau bài tiểu luận “Luyện và tinh chế nhôm”, chúng em đã có thêm hiểu biết về kim loại nhôm, các phương pháp sản xuất và quy trình công nghệ sản xuất hiện nay. Kiến thức đó sẽ giúp chúng em hoàn thành tốt môn học “Điện phân thoát kim loại” và là hành trang cho chúng em khi đi làm.