Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng

Viện KHCN Mỏ - Luyện kim








Báo cáo tổng kết đề tài:

Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ
tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng


Cnđt: Đỗ Hồng Nga











8427


Hà nội 2010

BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
1
NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN
Họ và tên Chuyên môn Đơn vị công tác
Đỗ Hồng Nga ThS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim
Ngô Ngọc Định KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim
Đinh Quang Hưng KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim
Quản Văn Dũng KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim
Nguyễn Hồng Quân KS luyện kim màu Viện KH&CN Mỏ - Luyện Kim







BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
2
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU 4
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ 5
MỞ ĐẦU 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 7
1.1. VÀI NÉT VỀ TÀI NGUYÊN BAUXIT VIỆT NAM VÀ ĐẶC ĐIỂM
QUẶNG TÁP NÁ, CAO BẰNG 7

1.2. TÌNH HÌNH KHAI THÁC BAUXIT VÀ SẢN XUẤT ALUMIN
TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 9

1.2.1. Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở ngoài nước 9
1.2.2. Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở trong nước 12
1.3. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13
1.3.1. Một số ứng dụng của alumin 13
1.3.2. Bauxit – nguyên liệu chính để sản xuất alumin 14
1.3.3. Lý thuyết quá trình hòa tách bauxit 16
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN
BỊ 18

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18
2.2. CHUẨN BỊ MẪU VÀ THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU 18
2.2.1. Mẫu nghiên cứu 18
2.2.2. Chuẩn bị cấp hạt bauxit 19
2.2.3. Chuẩn bị dung dịch hòa tách 19
2.3. NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT 19
2.4. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 21
2.5. CÔNG TÁC PHÂN TÍCH 22
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 23
3.1. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 23
3.2. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT 23
3.2.1. Thành phần hóa học 24
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
3
3.2.2. Thành phần khoáng vật 24
3.3. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH 26
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 28
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến hiệu suất hòa tách 29

3.3.4. Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 30
3.3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi (CaO) đến hiệu suất hòa tách 32
3.4. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LẮNG BÙN ĐỎ 33
3.5. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HÓA DUNG DỊCH NATRI
ALUMINAT NHẬN NHÔM HYDROXIT 35

3.5.1. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 36
3.5.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mầm đến mức độ phân hóa 37
3.6. LỰA CHỌN NHIỆT ĐỘ NUNG NHÔM HYDROXIT 39
3.7. TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40
3.7.1. Một số chỉ tiêu công nghệ chính 40
3.7.2. Sơ đồ công nghệ kiến nghị 41
3.8. ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 41
3.9. PHÂN TÍCH MỘT SỐ VẤN ĐỀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48






BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
4
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit sa khoáng mỏ Táp Ná 8
Bảng 2. Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit gốc mỏ Táp Ná 8
Bảng 3. Phân bố trữ lượng bauxit ở các Châu lục 9
Bảng 4. Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit 9

Bảng 5. Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới 10
Bảng 6. Những đặc trưng cơ bản của công nghệ Bayer châu Âu và châu Mỹ .11
Bảng 7. Thành phần hóa học của alumin, % 14
Bảng 8. Phân bố cấp hạt tinh quặng bauxit Táp Ná mẫu công nghệ 19
Bảng 9. Thành phần hóa học bauxit Táp Ná, % 24
Bảng 10. Thành phần khoáng vật bauxit Táp Ná, % 24
Bảng 11. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27
Bảng 12. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 28
Bảng 13. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến hiệu suất hòa tách 30
Bảng 14. Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 31
Bảng 15. Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi đến hiệu suất hòa tách 32
Bảng 16. Lắng bùn đỏ bauxit Táp Ná 34
Bảng 17. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 37
Bảng 18. Ảnh hưởng của tỉ lệ mầm đến mức độ phân hóa 38
Bảng 19. Thành phần hóa học của sản phẩm alumin 39
Bảng 20. Tổng hợp một số chỉ tiêu công nghệ chính 40
Bảng 21. Thành phần hóa học của các loại bùn đỏ khác nhau, % 43
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
5
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1. Sơ đồ chuẩn bị cấp hạt bauxit 20

Hình 2. Quy trình chuẩn bị dung dịch luân lưu 21
Hình 3. Thiết bị hòa tách 21
Hình 4. Sơ đồ tóm tắt công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp Bayer 23
Hình 5. Ảnh thạch học bauxit Táp Ná (phóng đại 100 lần) 25
Hình 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 27
Hình 7. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách 29

Hình 8. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch luân lưu đến hiệu suất hòa tách 30
Hình 9. Ảnh hưởng của lượng nạp bauxit đến hiệu suất hòa tách 31
Hình 10. Ảnh hưởng của tỷ lệ vôi đến hiệu suất hòa tách 33
Hình 11. Sự phụ thuộc của tốc độ lắng vào chất trợ lắng 34
Hình 12. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến hiệu suất phân hóa 37
Hình 13. Sự phụ thuộc hiệu suất phân hóa vào tỉ lệ mầm 38
Hình 14. Sơ đồ công nghệ kiến nghị sản xuất alumin từ bauxit Táp Ná, Cao
Bằng 42


BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
6
MỞ ĐẦU
Bauxit là nguyên liệu chính để sản xuất ra alumin (Al
2
O
3
). Hiện tại, trên
thế giới khoảng 90% sản lượng alumin được sản xuất từ quặng bauxit, 10% còn
lại được sản xuất từ quặng nephelin, alunit và từ các nguyên liệu khác.
Khoảng 85% sản lượng alumin trên thế giới dùng để sản xuất ra nhôm
kim loại, 10% dùng cho ngành công nghiệp hóa chất, còn lại 5% dùng cho
ngành công nghiệp khác.
Theo kết quả điều tra, thăm dò địa chất và đánh giá khoáng sản bauxit,
Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồ
n tài nguyên bauxit lớn trên thế
giới. Để đóng góp chung vào công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất
nước, song song với công tác nghiên cứu công nghệ tuyển bauxit thì việc nghiên
cứu công nghệ luyện alumin từ tinh quặng bauxit cũng cần được triển khai.

Nhằm đánh giá khả năng và điều kiện xử lý bauxit từng vùng trên lãnh
thổ Việt Nam, Bộ Công Thương cho phép Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-
Luyện kim triển khai đề tài “Nghiên cứu công nghệ
sản xuất alumin từ tinh
quặng Táp Ná, Cao Bằng” theo hợp đồng số 135.10 RD/HĐ-KHCN ký ngày
02 tháng 03 năm 2010. Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa quan trọng,
làm cơ sở cho việc định hướng công nghệ để xử lý hiệu quả nguồn tài nguyên
quý giá này với mục tiêu:
- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp
Ná, Cao Bằng
- Alumin nhận được đạt hàm lượng Al
2
O
3
98 – 99%, các tạp chất SiO
2
≤
0,1%, Fe
2
O
3
≤ 0,05%.
- Sản phẩm alumin đáp ứng yêu cầu cho công nghệ điện phân nhôm.



BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. VÀI NÉT VỀ TÀI NGUYÊN BAUXIT VIỆT NAM VÀ ĐẶC ĐIỂM
QUẶNG TÁP NÁ, CAO BẰNG
Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn tài nguyên bauxit lớn
trên thế giới. Xét về nguồn gốc thành tạo, bauxit Việt Nam gồm hai loại chính
là trầm tích và phong hóa từ đá bazan.
Các mỏ bauxit trầm tích có thành phần khoáng vật chủ yếu là diaspor
phân bố chủ yếu ở miền Bắc thuộc các tỉnh: Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Giang.
Tổng trữ lượng (quặng bauxit có độ
hạt + 10 mm) xấp xỉ 91 triệu tấn, trong đó
cấp B+C
1
+C
2
là khoảng 84 triệu tấn, cấp P là 7 triệu tấn và hàm lượng các cấu
tử chính là Al
2
O
3
44,65 – 58,84%, Fe
2
O
3
21,32 – 27,35%, TiO
2
2 – 4,5%, M
Si
~
7 [7].
Các mỏ bauxit phong hóa laterit từ đá bazan chiếm trữ lượng lớn nằm ở
miền Nam thuộc các tỉnh: Đắk Nông, Bảo Lộc – Di Linh, Kon Plông – Kon Hà

Nừng…., có thành phần khoáng vật chính là gipxit. Trữ lượng đã được thăm dò
và đánh giá là 5,432 tỷ tấn (tương ứng khoảng 2,3 tỷ tấn tinh quặng). Tinh
quặng bauxit đạt hàm lượng Al
2
O
3
45 - 50%, SiO
2
1,6 – 5%, Fe
2
O
3
17 - 22%,
TiO
2
2,6 - 3% [7].
Mỏ Táp Ná, Cao Bằng được phát hiện từ năm 1960. Công tác tìm kiếm,
thăm dò sơ bộ mỏ này được tiến hành trên cả hai loại quặng gốc và sa khoáng.
Trữ lượng bauxit Táp Ná được Hội đồng xét duyệt trữ lượng Khoáng sản phê
duyệt tại quyết định số 65/QĐHĐ ngày 5 tháng 12 năm 1979 được trình bày
trong bảng 1 và 2.
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
8
Bảng 1. Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit sa khoáng mỏ Táp Ná
Đơn vị: 1000 tấn
TT Khu mỏ Cấp B Cấp C1 Cấp C2
1 Lũng Móc 280,00 927,08 880,27
2 Lũng Xỉa - 687,21 271,93
3 Ke Bao 364,83 538,31 368,75

4 Lũng Giang 1.672,70 1.682,75 293,59
5 Cốc Càng - 1.891,32 1.286,26
6 Cốc Lùng 238,67 1.343,17 494,84
7 Nậm Cốp - 99,91 292,59
8 Nậm Ngũ - 729,83 29,12
Tổng 2.556,20 7.899,58 3.935,36

Bảng 2. Tổng hợp tài nguyên trữ lượng bauxit gốc mỏ Táp Ná
Đơn vị: 1000 tấn
TT Khu mỏ Cấp B Cấp C1 Cấp C2
1 Lũng Móc - - 1.338,11
2 Lũng Xỉa - - 384,897
3 Cốc Càng - - 715,196
Tổng - - 2.476,203

Theo báo cáo kết quả nghiên cứu địa chất, tinh quặng bauxit Táp Ná có
hàm lượng Al
2
O
3
và SiO
2
giữa các khu mỏ có độ biến thiên rất lớn. Tuy nhiên,
hàm lượng trung bình toàn mỏ như sau:
- Hàm lượng Al
2
O
3
trung bình 51,36 %
- Hàm lượng SiO

2
trung bình 6,8 %
- M
Si
~ 7,5
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
9
1.2. TÌNH HÌNH KHAI THÁC BAUXIT VÀ SẢN XUẤT ALUMIN
TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC
1.2.1. Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở ngoài nước
Theo công bố của Cục khảo sát Địa chất Mỹ vào tháng 1/2009 thì tiềm
năng tài nguyên bauxit toàn thế giới khoảng 75 tỷ tấn, phân bố ở các Châu lục
như trong bảng 3.
Bảng 3. Phân bố trữ lượng bauxit ở các Châu lục
STT Châu lục Tỷ lệ phân bố, %
1 Châu Phi 33
2 Châu Đại dương 24
3 Châu Mỹ và Carribe 22
4 Châu Á 15
5 Các nơi khác 6

Trên thế giới có trên 40 nước có bauxit, trong đó những nước có tiềm
năng lớn hàng đầu được trình bày trong bảng 4.
Bảng 4. Các nước có tiềm năng lớn hàng đầu về bauxit
STT Tên nước
Trữ lượng bauxit,
(10
9
tấn)

1 Guinea 8,6
2 Australia 7,8
3 Việt Nam 5,5
4 Brazil 2,5
5 Jamaica 2,5
6 Trung Quốc 2,3
7 Ấn Độ 1,4

Hầu hết các nước có nguồn bauxit lớn đều khai thác để chế biến trong
nước hoặc xuất khẩu. Hiện nay, trên thế giới có khoảng trên 20 nước khai thác
bauxit, 33 nước sản xuất alumin và 45 nước điện phân nhôm [13,15].
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
10
Khai thác bauxit và sản xuất alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu
nhôm của thế giới. Từ những năm 1990, tốc độ phát triển của sản xuất nhôm
cao hơn sản xuất bauxit – alumin. Năm 1999 sản lượng alumin của thế giới là
45,784 triệu tấn, năm 2005 là 60,833 triệu tấn và năm 2010 đã là > 80 triệu tấn.
Bauxit chủ yếu dùng cho ngành luyện kim, trong khi đó bauxit dùng cho các
ngành công nghiệp khác như: vật liệu chịu lửa, vậ
t liệu mài, vật liệu gốm sứ chỉ
dao động khoảng 7 triệu tấn/năm. Hiện nay, trên thế giới có 94 công ty sản xuất
alumin, trong đó một số công ty lớn được trình bày ở bảng 5.
Bảng 5. Các công ty sản xuất alumin chủ yếu trên thế giới
STT Công ty Công suất thiết kế, tấn Sản lượng thực tế, tấn
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
Alcoa
Chalco
Alcan
BHP Billiton
Glencore
Comalco
Rusal
Sual
Nalco
Hydro
Khác
13.497.000
6.915.000
6.183.000
4.289.000
4.005.000
3.381.000
3.359.000
2.071.000
1.580.000
1.389.000
17.673.000
13.409.000
6.915.000

6.173.000
4.217.000
3.957.000
3.381.000
2.944.000
2.071.000
1.580.000
1.363.000
15.668.000
Tổng 64.342.000 61.678.000

Để lựa chọn công nghệ xử lý bauxit phù hợp, người ta chủ yếu dựa vào
dạng tồn tại của khoáng vật chứa nhôm trong bauxit. Hiện nay, trên thế giới
vẫn sử dụng phương pháp Bayer để sản xuất alumin từ bauxit. Trong đó lại chia
thành 2 phương án công nghệ: Công nghệ Bayer châu Âu và công nghệ Bayer
châu Mỹ. Bauxit dạng gipxit (hydragilit) dễ hòa tách thì chỉ cần áp dụng công
nghệ Bayer châu Mỹ (hòa tách ở nhiệt độ thấp). Bauxit khó hòa tách như bơmit
hay diaspor th
ường phải áp dụng công nghệ Bayer châu Âu hoặc phương pháp
khác (thiêu kết hoặc kết hợp). Từ khi được phát minh đến nay, công nghệ
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
11
Bayer vẫn chiếm vị trí chủ đạo trong công nghiệp sản xuất alumin của thế giới.
Hiện nay và dự báo trong tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin của thế giới
vẫn được sản xuất bằng công nghệ này.
Những đặc tính cơ bản của công nghệ Bayer Châu Âu và công nghệ
Bayer Châu Mỹ được nêu trên bảng 6 [17].
Bảng 6. Những đặc trưng cơ bản của công nghệ Bayer châu Âu và châu Mỹ
Các thông số đặc tr

ưng Bayer Châu Âu Bayer Châu Mỹ
Nhiệt độ cuối quá trình hòa
tách,
0
C
200 – 235 (250) 140 - 145
Nhiệt độ sau giảm áp,
0
C 135 - 185 110
Áp lực của thiết bị hòa tách,
kg/cm
2

12 – 30 (50) 4 - 5
Nhiệt độ khuấy phân huỷ,
0
C
Bắt đầu
Kết thúc

50-55
40-45

68-76
58-65
Thời gian khuấy phân huỷ, h 50-70 35-45
Tỷ lệ mồi 2-3 0,5-1,5
Nhiệt độ nung,
0
C 1100-1200 1000-1050

Bauxit diaspor là loại quặng bauxit khó hòa tách nhất trong các loại
bauxit. Có một vài bauxit dạng này đã được xử lý ở điều kiện như sau [14]:
- Nhiệt độ hòa tách cao: 260
0
C
- Nồng độ kiềm cao: >230 g/l Na
2
O
c

- Thời gian hòa tách: > 60 phút
- Cỡ hạt bauxit: > 50% cỡ hạt – 0,063 mm
- Tỷ lệ vôi cao
Phương pháp Bayer chiếm ưu thế trong sản xuất alumin với những
bauxit chứa ít silic. Còn phương pháp thiêu kết thì có thể chế biến thành alumin
chẳng những từ bất kỳ loại bauxit nào mà còn từ cao lanh, đất sét và các loại
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
12
đất đá alumosilicat. Hiện nay, có hai loại phương pháp thiêu kết: phối liệu khô
và phối liệu ướt.
Tuy phương pháp thiêu kết có thể chế biến thành alumin từ các nguồn
nguyên liệu có chứa Al
2
O
3
khác nhau, nhưng với giá nguyên liệu và vật liệu
phụ không đổi thì chi phí cho các công đoạn của phương pháp Bayer thấp hơn
nhiều so với các công đoạn của phương pháp thiêu kết. Hòa tách trong ôtôcla,

sau đó lắng, rửa, tách bùn đỏ, rẻ hơn nhiều lần so với thiêu kết cộng với hòa
tan, lắng, rửa và khử silic. Chi phí cho công đoạn thiêu kết chiếm gần 40% tổng
chi phí cho tất cả các công đoạn của phương pháp thiêu kế
t và chiếm gần 80%
chi phí cho tất cả các công đoạn của phương pháp Bayer [3].
Ngành công nghiệp alumin là một trong những ngành yêu cầu đầu tư lớn.
Trên thế giới đã và đang xây dựng các nhà máy alumin hiện đại. Hiện nay, các
nước phát triển đang có xu hướng tập trung ưu tiên vào một số vấn đề sau:
- Chuyển cơ sở sản xuất alumin đến các vùng có mỏ bauxit nhằm giảm chi phí
vận tải.
- Các nhà máy mới xây dựng thườ
ng có công suất lớn. Toàn thế giới có 15 nhà
máy công suất từ 2 triệu tấn alumin/năm, ví dụ nhà máy Pinjarna (Tây Úc) có
công suất 4,2 triệu tấn alumin/năm. Ngoài ra, còn sử dụng thiết bị hiện đại, tự
động hoá cao.
- Đối với các nhà máy đang vận hành thực hiện tối ưu hoá quá trình công nghệ,
hiện đại hoá thiết bị để giảm chi phí nguyên, nhiên liệu và năng lượng đến mức
thấp nhất, như: bổ sung hệ thố
ng bốc hơi nhiều giai đoạn, dùng lò lớp sôi để
nung Al(OH)
3
thay thế lò ống quay, kết tủa 2 giai đoạn để tạo ra alumin ở dạng
cát, sử dụng chất kết bông tổng hợp trong khâu lắng, lọc bùn đỏ….
1.2.2. Tình hình khai thác bauxit và chế biến alumin ở trong nước
Các công trình nghiên cứu xử lý bauxit chủ yếu tập trung vào đối tượng
phía Nam, việc nghiên cứu xử lý bauxit miền Bắc chưa nhiều. Một số nghiên
cứu về bauxit Lạng Sơn mới chỉ dừng lại ở
mức độ thăm dò xử lý hòa tách
bằng phương pháp Bayer, chưa đưa ra được các chỉ tiêu tiêu hao cơ bản như
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
13
tiêu hao kiềm và tiêu hao bauxit khi sản xuất 1 tấn alumin. Ngoài ra, cũng đã
có nghiên cứu thăm dò nâng cao M
Si
mỏ bauxit Lạng Sơn bằng nung trước khi
hòa tách. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy rằng, việc nung trước làm tăng
Al
2
O
3
trong tinh quặng vì khoáng vật diaspor (Al
2
O
3
.H
2
O) mất phân tử nước
kết tinh duy nhất trở nên corundum hóa. Điều này gây khó khăn cho khâu hòa
tách và làm hiệu suất hòa tách giảm xuống [8].
Về tình hình sản xuất, như trên đã trình bày, tiềm năng bauxit của nước
ta khá lớn (xem bảng 4). Những năm qua, ở nước ta mới chỉ sử dụng một phần
rất nhỏ để sản xuất đá mài dưới dạng corundum (từ bauxit Lỗ Sơn, Hải Dương)
và s
ản xuất phèn nhôm ở nhà máy Cô pha ta (từ bauxit Lâm Đồng).
Hiện nay, có hai dự án đang đi vào xây dựng. Đó là nhà máy alumin Tân
Rai (tỉnh Lâm Đồng) và nhà máy alumin Nhân Cơ (tỉnh Đăk Nông) đều có
công suất 650.000 tấn alumin/năm.
Sau khi xây dựng mang tính thí điểm hai nhà máy trên, nhiều khả năng sẽ
phát triển ngành công nghiệp sản xuất alumin và điện phân nhôm ở nước ta.

1.3. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.3.1. Một số ứng dụng của alumin
Alumin được ứng d
ụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau
như: sơn, gốm, sứ, hóa chất Tuy nhiên, phần lớn alumin sản xuất ra được
dùng để điện phân thành nhôm kim loại. Một số thông số chính của alumin
(tiêu chuẩn Nga) được chỉ ra trong bảng 7 [3].
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
14
Bảng 7. Thành phần hóa học của alumin, %
Tạp chất, %, không lớn
hơn
Ký
hiệu
Mất khi
nung, %,
không lớn
hơn
SiO
2
Fe
2
O
3
Oxit kim
loại kiềm
Hàm lượng
α-Al
2

O
3
, %
Phạm vi ứng dụng
chủ yếu
ГА85 1 0,03 0,035 0,5
ГА8 1 0,08 0,055 0,6
Không dưới
25
ГА6
ГА5
1,0
1,2
0,15
0,20
0,06
0,08
0,6
0,6
Không dưới
15
Sản xuất nhôm
thô (phương pháp
điện phân)
ГЭБ 1,2 0,20 0,06 0,3 Không xác
định
Sản xuất
corundum nhân
tạo trắng
ГО 1,2 0,50 0,1 0,6 Không xác

định
Sản xuất gạch
chịu lửa alumin
cao
ГК 0,3 0,50 0,07 0,3 85-95 Sản xuất vật phẩm
cách điện
ГЭВ 0,4 0,06 0,035 0,1 Không dưới
95
Công nghiệp điện
chân không
1.3.2. Bauxit – nguyên liệu chính để sản xuất alumin
Bauxit là loại quặng nhôm có thành phần rất khác biệt. Ngoài thành phần
chính là Al
2
O
3
thì chúng còn chứa các khoáng vật của sắt, titan, silic và các oxit
có hàm lượng nhỏ như V
2
O
5
, Ga
2
O
3
…
Hàm lượng nước kết tinh với nhôm oxit quyết định cấu trúc tinh thể
khoáng vật chứa nhôm và khả năng hòa tan của chúng trong dung dịch kiềm.
Khả năng hòa tan xếp theo thứ tự dưới đây (từ cao xuống thấp).
Al

2
O
3
.3H
2
O (gipxit, hydragilit) → γ - Al
2
O
3
.H
2
O (bơmit) → α - Al
2
O
3
.H
2
O
(diaspor) → α - Al
2
O
3
(corundum).
Chất lượng của bauxit không chỉ được đánh giá bằng dạng tồn tại khoáng
vật có ích Al
2
O
3
và hàm lượng của nó mà còn căn cứ vào tạp chất có hại như SiO
2

,
Fe
2
O
3
…Thực tế, chất lượng của bauxit được đánh giá bằng môđun silic M
Si
.
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
15

2
32
SiO
OAl
M
Si
=
(tỷ số % trọng lượng)
- M
Si
> 7: bauxit loại tốt, thích hợp với phương pháp Bayer
- M
Si
= 4 - 7: bauxit loại trung bình, thích hợp cho phương pháp thiêu kết
và phương pháp kết hợp
- M
Si
< 4: không phù hợp để sản xuất alumin

Ngoài cách đánh giá chung như trên, còn có cách đánh giá riêng khi xét
về một phương diện nào đó. Theo Solymar K, giá trị công nghiệp của bauxit
được tính theo công thức:
bauxit
ONaconst
bx
G
CC
V
c2
−
=

Trong đó: C
const
– Chi phí cố định
C
Na2O
– Chi phí mất mát kiềm/tấn alumin
G
bauxit
– Tiêu hao bauxit khô/tấn alumin
Từ công thức trên cho thấy, giá trị công nghiệp của bauxit và hiệu quả sản
xuất alumin chủ yếu xác định bằng các chi phí mất mát kiềm và tiêu hao bauxit
cho một tấn alumin. Chi phí này càng thấp thì hiệu quả sản xuất càng cao.
Các công thức tính các chỉ tiêu tiêu hao cơ bản:
- Tiêu hao bauxit:
100.
.
99

tt
bx
a
Q
η
=
Trong đó: Q
bx
– tiêu hao bauxit cho một tấn alumin (t/t)
99 – tính theo độ sạch của alumin
a – hàm lượng Al
2
O
3
trong bauxit, (%)
η
tt
– hiệu suất hòa tách thực tế, (%)
%100 1
32
32
32
32
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝

⎛
−=
bd
bx
bx
bd
tt
OFe
OFe
OAl
OAl
η

Trong đó:
bx
OAl
32
- hàm lượng Al
2
O
3
trong bauxit
bd
OAl
32
- hàm lượng Al
2
O
3
trong bùn đỏ

bx
OFe
32
- hàm lượng Fe
2
O
3
trong bauxit
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
16
bd
OFe
32
- hàm lượng Fe
2
O
3
trong bùn đỏ
- Tiêu hao kiềm:

100.
.
.990
ttSi
k
M
h
Q
η

=
Trong đó: Q
k
– tiêu hao kiềm, kg Na
2
O/t Al
2
O
3

h – tỷ số Na
2
O/SiO
2
trong bùn đỏ
M
Si
– modun silic
Các giá trị η
tt
và h trong công thức trên chỉ có thể xác định bằng thực
nghiệm công nghệ.
Ngày nay, khi sản xuất alumin từ bauxit bằng phương pháp thiêu kết,
hiệu suất hòa tách Al
2
O
3
đạt khoảng 80 – 82%, tiêu hao kiềm cho 1 tấn alumin
từ 105 – 115 kg Na
2

O
c
. Vì vậy, đối với những trường hợp các chỉ tiêu đó không
xấu hơn các chỉ tiêu đã nêu thì bauxit được xử lý hoàn toàn thích hợp cho
phương pháp Bayer [9].
Tikhonop N.N và Lapin A.A chia bauxit xử lý được bằng phương pháp
Bayer thành 3 loại [19]:
Loại Chất lượng Tiêu hao bauxit t/t
Al
2
O
3

Tiêu hao kiềm kg Na
2
O/t
Al
2
O
3

I Tốt < 2,2 < 40
II Trung bình 2,2 – 2,9 40 – 80
III Xấu > 2,9 >80
1.3.3. Lý thuyết quá trình hòa tách bauxit
Al
2
O
3
là hợp chất lưỡng tính nên có thể sản xuất từ quặng bằng cả hai

phương pháp kiềm và axit, phổ biến hơn cả là phương pháp kiềm và phương
pháp Bayer luôn đóng vai trò chủ đạo.
Thực chất của quá trình hòa tách bauxit diaspor bằng phương pháp Bayer
là hòa tan Al
2
O
3
vào dung dịch kiềm theo phản ứng:
AlOOH + NaOH = NaAlO
2
+ H
2
O (1)
Ôxit silic cũng tham gia các phản ứng sau:
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
17
SiO
2
+ 2NaOH = Na
2
SiO
3
+ H
2
O (2)
SiO
2
.H
2

O + Na
2
CO
3
= Na
2
SiO
3
+ H
2
O + CO
2
(3)
Sau đó, chúng kết hợp với dung dịch natri aluminat tạo thành hợp chất
không hòa tan natri alumosilicat (hay còn gọi là Bayer sodalit) theo phản ứng:
2Na
2
SiO
3
+ 2NaAlO
2
+ 4H
2
O =

Na
2
O.Al
2
O

3
.2SiO
2
.2H
2
O↓ + 4NaOH (4)
Ôxit titan cũng phản ứng với kiềm:
TiO
2
+ NaOH = NaHTiO
3
(5)

TiO
2
+ 2NaOH = Na
2
O.TiO
2
.H
2
O (6)
Sắt ôxit thực tế không hòa tan trong kiềm. Tuy nhiên, nếu hàm lượng sắt
lớn sẽ không có lợi, đặc biệt gây khó khăn cho việc lắng tách và rửa bùn đỏ.
Để tính hiệu suất hoà tách lý thuyết cần dựa trên cơ sở phân tích hoá và
phân tích pha (dạng tồn tại của khoáng vật chứa nhôm). Tuy nhiên, để đơn giản
hóa, hiệu suất hoà tách lý thuyết thường được tính theo công thức sau:
,%100.
32
232

OAl
SiOOAl
lt
−
=
η

Trong đó: η
lt
- hiệu suất hoà tách lý thuyết
Al
2
O
3
- hàm lượng nhôm ôxit trong tinh quặng bauxit
SiO
2
- hàm lượng silic ôxit trong tinh quặng bauxit


BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
18
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC
CHUẨN BỊ
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Việc lựa chọn đúng phương pháp nghiên cứu là điều rất quan trọng. Đề
tài chọn phương pháp nghiên cứu là:
- Nghiên cứu lý thuyết, tổng quan các vấn đề liên quan;
- Đánh giá chọn lựa phương pháp tiếp cận;

- Kế thừa các công trình nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước;
- Thực nghiệm trên thiết bị sẵn có của đơn vị để tìm ra các thông số công
nghệ c
ủa toàn bộ quá trình. Qua đó, đề xuất quy trình công nghệ luyện
alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná, Cao Bằng.
Ta biết rằng, Al
2
O
3
là hợp chất lưỡng tính nên có thể thu hồi Al
2
O
3
từ
bauxit bằng hai phương pháp: kiềm và axit.
Khi dùng phương pháp axit, trong quá trình hòa tách, ngoài cấu tử có ích
là Al
2
O
3
tan vào trong dung dịch thì hợp chất của sắt (chiếm hàm lượng lớn thứ
2 sau Al
2
O
3
) cũng bị hòa tan. Điều này làm cho quá trình làm sạch dung dịch
vô cùng phức tạp và tốn kém. Trên thế giới cũng chưa có nhà máy sản xuất
alumin từ bauxit nào sử dụng phương pháp axit.
Phương pháp kiềm bao gồm: Bayer, thiêu kết và kết hợp Bayer – thiêu
kết. Như đã trình bày ở trên, toàn mỏ bauxit Táp Ná có M

Si
> 7 nên có thể áp
dụng phương pháp Bayer để sản xuất alumin. Đây cũng là phương pháp chủ
đạo được các nhà máy sản xuất alumin từ bauxit trên thế giới áp dụng vì tính
hiệu quả kinh tế cũng như quy mô áp dụng.
2.2. CHUẨN BỊ MẪU VÀ THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU
2.2.1. Mẫu nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là 100 kg tinh quặng bauxit Táp Ná, tỉnh Cao
Bằng được cung cấp bởi Phòng Công nghệ Tuyển khoáng.
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
19
Mẫu nghiên cứu tuyển được Đoàn địa chất 116 thi công lấy theo
“phương án lấy mẫu công nghệ đại diện tại mỏ bauxit Táp Ná thuộc vùng
quặng bauxit tỉnh Cao Bằng” do Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - luyện kim
lập. Toàn bộ khối lượng mẫu công nghệ tuyển là 11,67 tấn kèm theo bảng
thống kê các mẫu đơn của đề án.
Để có mẫu tinh quặng phù hợp với công nghệ luyện kim, toàn bộ khố
i
lượng mẫu được giản lược theo phương pháp hình nón chia tư, sau đó tiến hành
chuẩn bị cỡ hạt mẫu công nghệ.
2.2.2. Chuẩn bị cấp hạt bauxit
Theo kết quả nghiên cứu tuyển, quặng bauxit Táp Ná có độ xâm nhiễm
mịn [7]. Vì vậy, để có thể tách trần các hạt khoáng vật có ích, mẫu cần được
nghiền đến cỡ hạt -0,074 mm để nghiên cứu công nghệ. Sơ đồ chuẩn bị c
ấp hạt
bauxit và sự phân bố cấp hạt được trình bày trong hình 1 và bảng 8.
Bảng 8. Phân bố cấp hạt tinh quặng bauxit Táp Ná mẫu công nghệ
Cấp hạt, mm %
- 0,1 + 0,074

- 0,074 + 0,045
- 0,045
0,5
83,6
15,9

2.2.3. Chuẩn bị dung dịch hòa tách
Dung dịch hòa tách (còn gọi là dung dịch luân lưu) được chuẩn bị như
trên sơ đồ hình 2.
2.3. NGUYÊN VẬT LIỆU, HÓA CHẤT
Một số nguyên vật liệu chính phục vụ cho quá trình nghiên cứu là:
- NaOH,

Na
2
CO
3
loại P
- Nhôm kim loại, Al(OH)
3
loại P
- Vôi kỹ thuật: CaO 98%
- Chất trợ lắng
- Ống đong, bình tam giác chịu nhiệt…
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
20

Hình 1. Sơ đồ chuẩn bị cấp hạt bauxit
Quặng tinh cấp hạt trung bình +10mm
Đập lần 1
Phân cấp hạt

-5mm
Đập lần 2
Phân cấp hạt
-
2mm
+5m
m
+2m
m
Nghiền ướt
Mẫu đại diện cho phân
tích thành phần vật chất
Hòa tách
Phân cấp hạt
-0,074mm
+0,074mm
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
21

Hình 2. Quy trình chuẩn bị dung dịch luân lưu
2.4. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong bể hòa tách (hình 3) gồm 6
otocla dung tích mỗi chiếc 200 ml, ổn nhiệt bằng không khí nóng.
- U = 220V
- P = 4,5 kW
- Dung tích: 6 x 200 ml
- Tốc độ quay 35 v/phút
Hình 3. Thiết bị hòa tách
Ngoài ra, đề tài còn sử dụng máy li tâm có tốc độ quay 3000-4000 v/phút
để tách dung dịch ra khỏi bùn đỏ. Hệ thống lắng bùn đỏ (gồm 6 ống bằng thủy
Hòa tan
Kiềm NaOH 99% Al(OH)
3

Ly tâm
N
ước cất
Dung dịch
Phân tích
Điều chỉnh nồng độ
Na
2
O
c

NaOH và nước cất
Dung dịch luân lưu
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim

22
tinh chịu nhiệt, có chia vạch) có bộ khống chế nhiệt độ ± 1
0
C. Máy khuấy phân
hóa nhiệt độ 0-100
0
C. Lò nung (Anh) nhiệt độ max 1400
0
C.
2.5. CÔNG TÁC PHÂN TÍCH
Công tác phân tích được thực hiện tại Trung tâm phân tích Hóa- lý Viện
Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim, Trung tâm phân tích khoáng sản Cục
địa chất khoáng sản.
BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
23
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Sơ đồ công nghệ tóm tắt sản xuất alumin được trình bày trên hình 4.


Hình 4. Sơ đồ tóm tắt công nghệ sản xuất alumin theo phương pháp Bayer

3.2. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT
Do được thành tạo ở những điều kiện khác nhau, bauxit thường có thành
phần vật chất bao gồm thành phần hóa học, thành phần khoáng vật và những
tính chất vật lý rất khác nhau. Thành phần vật chất của bauxit l
ại tác động rất rõ
rệt đến công nghệ xử lý bauxit để sản xuất ra alumin. Việc nghiên cứu chi tiết

Tinh quặng
bauxit
NaOH
Hòa tách
Lắng tách
Dung dịch natri aluminat

Phân hóa
Al(OH)
3

Nung
Dung dịch cái
Cô đặc
Bùn đỏ
Al
2
O
3

BCTKĐT: Nghiên cứu công nghệ sản xuất alumin từ tinh quặng bauxit Táp Ná,Cao Bằng.
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
24
thành phần vật chất của bauxit khi muốn đưa vào sử dụng là điều không thể
thiếu vì biết thành phần vật chất sẽ cho phép định hướng trong nghiên cứu công
nghệ, giải thích các hiện tượng và có thể rút ngắn quá trình nghiên cứu này.
3.2.1. Thành phần hóa học
Các mẫu nghiên cứu được xác định 5 cấu tử chính là: Al
2
O

3
, SiO
2
,
Fe
2
O
3
, TiO
2
, MKN và một số cấu tử khác (Chi tiết xem phần Phụ lục).
Bảng 9. Thành phần hóa học bauxit Táp Ná, %
Al
2
O
3
SiO
2
Fe
2
O
3
TiO
2
MKN
49,54 7,0 25,23 3,75 12,38

3.2.2. Thành phần khoáng vật
Sử dụng 2 phương pháp phân tích khoáng vật phổ biến là: phân tích
nhiễu xạ tia X và phân tích nhiệt nhằm xác định dạng tồn tại của các khoáng

vật có ích và có hại để có hướng công nghệ xử lý phù hợp.
Bảng 10. Thành phần khoáng vật bauxit Táp Ná, %
Phương pháp phân tích
Tên khoáng vật
Rơnghen Nhiệt
Diaspor 38 - 40 39
Gipxit 2 - 4 3
Kaolinit 11 - 13 12
Hêmatit 9 - 11
Clorit 7 - 9 8
Mica giòn (Cloritoid) 6 - 8
Gơtit 5 - 7 6
Monmorillonit 3 - 5 < 5

(Xem giản đồ nhiễu xạ Rơnghen và nhiệt phần Phụ lục)