Chuong 3 luyen va tai sinh nhom chinh sua

CHƯƠNG 3

LUYỆN VÀ TÁI SINH NHƠM
3.1. Ngun liệu luyện nhơm và phương pháp sản xuất nhôm.
3.1.1. Quặng nhôm
Nhôm là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong thiên nhiên, hàm lượng của
nhôm trong vỏ trái đất là 7,5% (đứng thứ ba, sau oxi và silic). Do hoạt tính hố học cao nên trong
thiên nhiên nhôm chỉ ở trạng thái liên kết. Hiện nay, khoảng 250 khống vật chứa nhơm đã được
biết. Bảng 3.1 nêu lên các khoáng vật chứa nhơm quan trọng nhất.
Bảng 3.1. Các khống vật nhơm quan trọng
Tên khống vật
Cơng thức hố học
Hàm lượng Al2O3, %
Corunđum
Al2O3
100,0
Diaspo, bơmit
Al2O3.H2O
85,0
Hyđragilit, gipxit
Al2O3.3H2O
71,0
Kianit, anđaluzit, silimanit
Al2O3.SiO2
63,0
Caolinit
Al2O3.2SiO2.2H2O
39,5
Alunit
K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)3
37,0

Nefelin
(Na,K)2O.Al2O3.2SiO2
32,3-35,9
Hiện nay, bôxit là quặng nhôm quan trọng nhất, bôxit chứa nhôm ở dạng nhôm oxit
ngậm nước Al2O3.nH2O và chứa cả nefelin, alunit.
Bôxit là nham thạch, chủ yếu chứa các oxit ngậm nước của nhôm, sắt, silic, titan và
vài ngun tố khác. Bơxit có thể chứa canxi cacbonat và mage cacbonat, các hợp chất của lưu
huỳnh, phốtpho, crôm và cả các hợp chất của các nguyên tố hiếm: vanađi, gali, ziriconi, niobi
v.v…Trong thành phần bơxit có 42 ngun tố đã được phát hiện.
Thành phần hố học của bơxit dao động trong phạm vi khá lớn:
Al2O3: 35-60%;
SiO2: vài phần nghìn đến 25%;
Fe2O3: 2-40%;
TiO2: từ vết đến 11%.
Màu sắc từ xám đến đỏ sẫm. Kiến trúc của bôxit từ xốp đến đặc sít, tỷ trọng dao động từ
1,2 đến 3,5; độ cứng (theo thang moos) từ 2 đến 7.
Chỉ tiêu để đánh giá quặng bơxit là mơđun silic. Đó là tỷ số hàm lượng Al2O3 trên hàm
lượng SiO2 trong quặng. Mơđun silic (MSi) càng cao thì quặng nhơm càng tốt.
Ngồi bơxit, một số nước cịn sử dụng các loại quặng khác để sản xuất nhôm, như
nefelin, alunit, caolinit, …
3.1.2. Khái quát về phương pháp sản xuất nhôm.
Năm 1886, Hall (người Mỹ) và Heroult (người Pháp) đồng thời phát minh ra phương
pháp điện phân nhơm trong dung dịch muối nóng chảy. Từ đó, nhơm được sản xuất với quy mơ
cơng nghiệp, sản lượng tăng lên không ngừng, nhôm trở thành kim loại được sử dụng ngày càng
rộng rãi. Có thể nói, phương pháp Hall-Heroult (điện phân nhôm trong môi trường muối nóng chảy)
chiếm địa vị chủ yếu trong cơng nghiệp sản xuất nhơm. Hình 3.1. trình bày lưu trình tổng qt của
phương pháp sản xuất nhôm hiện nay.

1

Quặng nhôm
NaOH
Sảnnhôm oxit
Sản xuất
Al2O3
Điện năng

Điện cực

Muối florua

Điện phân
Nhôm kỹ thuật

Tinh luyện
Nhơm độ sạch cao
Hình 3.1. Sơ đồ lưu trình tổng quát sản xuất nhôm theo phương pháp điện phân
3.2. Sản xuất nhôm oxit
3.2.1. Yêu cầu đối với nhôm oxit dùng để điện phân.
Điện phân nhơm u cầu nhơm oxit có độ sạch cần thiết. Nếu trong nhôm oxit chứa các
nguyên tố có tính điện dương lớn hơn của nhơm thì khi điện phân chúng sẽ tiết ra ở cực âm làm
giảm chất lượng của nhôm và tốn điện. Nếu trong nhơm oxit chứa các ngun tố có tính điện âm
hơn so với nhơm thì khi điện phân sẽ gây nhiều khó khăn phức tạp và tốn nhiều muối florua. Nước
cũng gây phiền phức cho quá trình điện phân và sẽ làm cho tốn muối florua và làm thay đổi thành
phần chất điện phân. Vì vậy nhơm oxit dùng để điện phân chẳng những địi hỏi phải sạch, khơng
chứa nước, mà cịn khơng có khả năng hút nước.
Ngồi ra, nhơm oxit cịn u cầu có độ hạt vừa phải. Độ hạt q lớn sẽ khơng kịp hịa
tan trong chất điện phân, dễ tạo thành kết lắng ở đáy bể. Nếu độ hạt quá nhỏ, khi cho nhôm oxit vào
bể điện phân sẽ bay bụi nhiều, gây tổn thất lớn. Kích thước nhơm oxit vào khoảng 50-80 m là

thích hợp.
3.2.2. Tính chất của nhơm oxit
Tính chất của nhơm oxit có liên quan nhiều đến sản xuất. Nhiều cơng trình nghiên cứu
chứng tỏ rằng, nhơm oxit có nhiều lọai thù hình, nhưng có hai lọai đã xác định chắc chắn và có
giá trị trong sản xuất là -Al2O3 và -Al2O3.
-Al2O3 còn gọi là corunđum, ở dạng không màu hoặc màu của các tạp chất. Nhơm oxit
ngun chất khi nóng chảy cũng tạo thành -Al2O3. tất cả các lọai nhôm hyđroxit khi nung đến
1200oC đều biến thành -Al2O3.
Corunđum có tính bền hóa học rất lớn, khơng hịa tan trong axit cũng như khơng hịa tan
trong kiềm; ngồi ra nó khơng hút ẩm. Chính do tính chất này nên -Al2O3 có giá trị trong điện
phân nhôm.
Không gặp -Al2O3 trong thiên nhiên. Khi khử nước của hyđragilit hoặc của bơmit sẽ
được -Al2O3. -Al2O3 dễ hòa tan trong axit cũng như trong kiềm và dễ hút ẩm.
Nhôm oxit kỹ thuật dùng trong điện phân sản xuất nhôm là bột màu trắng, chủ yếu là
hỗn hợp -Al2O3 và -Al2O3. Các tạp chất có hại nhất trong nhơm oxit là SiO2, Fe2O3, TiO2. Ngồi
ra trong nhơm oxit cịn giới hạn hàm lượng của các chất kiềm (Na2O + K2O) và P2O5.
3.2.3. Phương pháp Bayer
2


Do đặc điểm của nguyên liệu, có thể dùng các phương khác nhau để sản xuất nhôm oxit
như phương pháp kiềm, phương pháp axit, phương pháp điện nhiệt. Trong số các phương pháp đó,
phổ biến hơn cả là phương pháp Baye và phương pháp thiêu kết.
Phương pháp Bayer về thực chất là phương pháp dùng dung dịch NaOH để hòa
tách bôxit ở nhiệt độ và áp suất cao, do Karl Josef Bayer, người Ao, phát minh vào năm 1887.
Hình 3.2. trình bày sơ đồ tóm tắt phương pháp Bayer sản xuất nhơm oxit. Các khâu chủ yếu
của lưu trình này gồm: hịa tách bơxit; khuấy phân hóa dung dịch natri aluminat; nung nhôm
hyđroxit; cô đặc dung dịch cái và costic hóa.
Bơxit
NaOH

(CaO)
Hịa tách trong ơtơcla
Bùn quặng
Lắng lọc

Cặn đỏ

Cơ đặc và costic hóa
Dung dịch NaAlO2
Dung dịch cái

Rửa, thải

Khuấy phân hóa
Al(OH)3

Mầm Al(OH)3

Nung
Al2O3
Hình 3.2. Sơ đồ tóm tắt lưu trình cơng nghệ sản xuất
Nhơm oxit theo phương pháp Bayer
Cơ sở của phương pháp Bayer là phản ứng thuận nghịch:
Al(OH)3 + NaOH ⇄NaAlO2 + 2H2O (3.1)
Trong điều kiện hịa tách quặng bơxit bằng dung dịch natri hyđroxit, phản ứng
xảy ra theo chiều từ trái sang phải, tức là nhôm chuyển vào dung dịch ở dạng natri aluminat.
Khi phân hóa dung dịch thu được, cân bằng phản ứng dịch chuyển theo chiều ngược lại và
xảy ra phản ứng thủy phân dung dịch aluminat tạo thành nhôm hyđroxit kết tủa dạng tinh
thể.

Hịa tách bơxit
Quặng bơxit sau khi nghiền nhỏ trộn với kiềm cho vào ôtôcla (thiết bị hịa tách). Trong
ơtơcla xảy ra tác dụng của dung mơi với các thành phần của bôxit.
Nhôm oxit trong bôxit phần lớn ở dạng ngậm nước (hyđroxit) khi hòa tách sẽ tác dụng
với NaOH để tạo thành natri aluminat theo các phản ứng sau:
Al2O3.H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 2H2O (3.2)
Al2O3.3H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 4H2O (3.3)
Sắt oxit trong bôxit không tác dụng với NaOH nên nằm lại trong bã.
Silic oxit tác dụng với NaOH tạo thành natri silicat hòa tan vào dung dịch theo phản
ứng:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O (3.4)
3


Natri silicat lại tác dụng với natri aluminat tạo thành natri alumosilicat:
2NaAlO2 + 2Na2SiO3 + 4H2O  Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O + 4NaOH (3.5)
Khi hịa tách, caolinit trong bơxit tác dụng với NaOH theo phản ứng:
Al2O3.2SiO2.2H2O + 2NaOH = Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O + H2O (3.6)
Hợp chất natri alumosilicat ngậm nước (Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O) khơng hịa tan trong
dung dịch NaOH, ở dạng rắn, lẫn vào cặn đỏ. Hàm lượng SiO2 trong bơxit càng lớn thì lượng mất
mát kiềm và nhơm càng nhiều. Vì vậy phương pháp Bayer chỉ áp dụng được với các lọai quặng có
hàm lượng SiO2 thấp (thông thường áp dụng khi môđun silic  6-7).
Trong thực tế, q trình hịa tách tiến hành trong thiết bị hịa tách cao áp (ơtơcla). Otơcla
là một thùng hình trụ đứng bằng thép có đường kính 1,6-2,5 m và chiều cao 13,5-17,5 m với các
đáy hình êlip. Otơcla có gắn ống tháo bùn. Người ta nạp bùn vào ôtôcla qua ống nạp ở đầu ơtơcla.
Ngồi ra trên đầu ơtơcla có các ống nối để gắn nhiệt kế, áp kế và để thổi khí khơng ngưng tụ. Trên
phần thân hình trụ và đáy ơtơcla có các cửa để làm sạch và sửa chữa. Otôcla được đặt trên kết cấu
chịu lực nhờ 4 vấu tai hàn vào thân.
Ống cấp hơi nước trực tiếp được đưa vào từ phía dưới ơtơcla.

Hình 3.3. Otơcla dùng để hịa tách bơxit
1- Thùng hình trụ; 2- Ong nạp; 3- Ong tháo; 4Ong để thổi khí; 5- Ong nối để gắn các dụng
cụ đo lường; 6- Cửa để làm sạch và sửa chữa;
7- Ong cấp hơi nước; 8-Vấu tai

Hiệu suất của q trình hịa tách phụ thuộc vào nhiều nhân tố: nhiệt độ, thời gian, nồng
độ dung dịch, tỷ số rắn / lỏng. Bản chất của quặng cũng ảnh hưởng đến điều kiện hòa tách (xem
bảng 3.2).
Trong thực tế sản xuất dùng dung dịch tuần hoàn để hịa tách. Dung dịch aluminat tạo
thành trong q trình hịa tách có xu hướng phân hóa, tức là nhơm hyđrơxit tách ra từ dung dịch. Độ
ổn định của các dung dịch aluminat phụ thuộc vào lượng xút dư. Người ta dùng tỷ số costic để đặc
trưng cho lượng xút dư này. Tỷ số costic là tỷ số mol giữa Na2O và Al2O3, tỷ số này phải bằng 3,54,0 đối với dung dịch tuần hòan. Tỷ số costic càng cao, dung dịch aluminat càng ổn định và q
trình hịa tách xảy ra càng nhanh.
Bảng 3.2. Điều kiện hòa tách
Điều kiện hòa tách
Độ hạt sau khi nghiền
Nhiệt độ hòa tách, oC
Ap suất hòa tách, at
Thời gian hòa tách, giờ
Nồng độ NaOH trong dung dịch, g/l

Lọai bôxit
Hyđragilit
Bơmit – diaspo
-270 mắt sàng chiếm 65%
-270 mắt sàng chiếm 70%
95-105
Bơmit: 150-230
Diaspo:230-245
1

1,3
1
3-3,5
200-300
290-300
4


Sau khi hòa tách, tháo bùn quặng vào
thiết bị phân ly (tự bốc hơi). Thiết bị phân ly
(xem hình 3.4) có dạng hình trụ, tương tự như
ơtơcla, nhưng kích thước nhỏ hơn. Khi vào thiết
bị phân ly (qua ống 2), bùn quặng sôi rất mạnh,
nhiệt độ giảm xuống do nước bốc hơi thu nhiệt.
Để thu hồi các giọt dung dịch do nước bốc hơi
mang đi, trong thiết bị phân ly bùn ơtơcla có bộ
phận ngưng đọng dung dịch (5).
Đem bùn quặng đã nguội pha lỗng,
với mục đích cho q trình lắng tốt hơn và khử
SiO2 được hồn tồn. Sau đó đi lắng gạn.
Bã đem rửa, rồi đưa ra bãi thải; cịn
dung dịch natri aluminat đem khuấy phân hóa.
Khuấy phân hóa dung dịch natri
aluminat
Q trình khuấy phân hóa dựa
Hình 3.4. Thiết bị phân ly bùn ôtôcla
trên phản ứng (3.1):
1. Vỏ thiết bị; 2. Ống nạp bùn; 3. Ống tháo bùn;
NaAlO2 + 2H2O ⇄ Al(OH)3 + NaOH
Mục đích khuấy phân hố là kết 4. Ống thóat hơi; 5. Bộ phận ngưng đọng dung

dịch; 6. Bộ phận chắn
tinh Al(OH)3 từ dung dịch.
Để thực hiện q trình khuấy phân hóa dung dịch aluminat, tức là dịch chuyển phản ứng
trên từ trái sang phải, cần pha loãng, làm nguội dung dịch, cho thêm “mầm kết tinh” (tinh thể
nhôm hyđrôxit nhận được từ trước) vào dung dịch và khuấy trộn dung dịch trong vòng 50-90 giờ để
các tinh thể tăng trưởng đủ lớn. Khi pha loãng dung dịch cần tính đến chi phí cơ đặc sau đó và
dung tích của thiết bị. Chế độ làm nguội phải được quy định chặt chẽ. Giảm nhiệt độ quá trình
phân hóa xảy ra nhanh, nhưng các hạt Al(OH)3 kết tinh sẽ nhỏ, khơng có lợi cho việc lọc rửa sau
này. Ở đầu quá trình, nhiệt độ khoảng 52-56oC, cuối q trình nhiệt độ cịn 44-46oC.

Hình 3.5. Thiết bị khuấy phân hóa cơ học
1. Trục khuấy; 2. Cánh khuấy; 3. Xích
khuấy; 4. ván lết; 5. Ống xiphơng

Hình 3.6. Thiết bị khuấy phân hóa bằng khơng khí
nén
1. Thùng thép; 2. Ống vận nâng bằng khơng khí nén
để khuấy trộn; 3. Ống vận nâng để vận chuyển bùn;
4. Ống sủi bọt bên hông; 5. Áo nước; 6. Cửa; 7. Van
tháo; 8. Ống hút khí

Khuấy phân hóa dung dịch aluminat được thực hiện trong các thiết bị khuấy phân hóa cơ
học hay khuấy phân hóa bằng khơng khí nén.
5


Thiết bị khuấy phân hóa cơ học (hình 3.5) là thùng bằng thép có chiều cao và đường
kính bằng 8m, bên trong thùng có cơ cấu khuấy gồm trục khuấy có gắn cánh khuấy và trên các cánh
khuấy treo các dây xích , đầu các dây xích gắn với các tấm ván lết.
Máy khuấy trộn bằng khơng khí nén (hình 3.6) là thiết bị lớn và hồn thiện hơn, dung

tích máy đến 3000 m3. Để khuấy trộn bùn, đảm bảo luân chuyển tốt mầm kết tinh, máy có trang bị
ống vận nâng bằng khơng khí nén. Ong vận nâng này gồm hai ống đứng đặt đồng tâm. Người ta
thổi không khí nén vào ống trung tâm, khơng khí thổi từ trên xuống phần cơn của máy khuấy phân
hóa, ở phần này có nhơm hyđrơxit kết tinh lắng xuống. Khơng khí đi ra từ ống trung tâm tạo khả
năng hình thành thể lơ lửng khơng khí – bùn, có tỷ trọng nhỏ, dồn vào khe hở vòng giữa hai ống,
dâng lên, tràn ra đầu hở bên trên của ống ngoài.
Ngoài ống vận nâng bằng khơng khí nén để khuấy trộn, máy cịn có ống vận nâng bằng khơng khí
nén để vận chuyển bùn từ máy này sang máy khác.
Nung nhôm hyđrôxit
Mục đích của nung là làm mất nước của nhơm hyđrơxit và thu được nhôm oxit
thực tế không hút nước. Nhôm hyđroxit bị khử nước ở 550oC nhưng chỉ được -Al2O3 :
2Al(OH)3  -Al2O3 + 3H2O (3.7)
Vì vậy phải nâng nhiệt độ lên 1200oC để có chuyển biến sau:
-Al2O3  -Al2O3 (3.8)
-Al2O3 không hút ẩm, đáp ứng yêu cầu thực tế của q trình điện phân nhơm.
Thiết bị nung là lị ống quay, đường kính 3-4 m, chiều dài 35-110 m, độ nghiêng của lò
so với mặt phẳng nằm ngang 2,5-3%, tốc độ quay 1-2 vòng / phút. Sau khi nung, cho Al2O3 vào
thiết bị làm nguội đưa đi điện phân thu hồi nhơm. Hình 3.7 trình bày lị ống quay dùng để nung
nhơm hyđroxit.

Hình 3.7. Lị ống quay để nung nhơm hyđroxit
1. Thân lị; 2. Bánh đai; 3. Ổ lăn; 4. Cữ chặn; 5. Cơ cấu dẫn động; 6. Đầu nạp liệu;
7. Đầu tháo liệu; 8. Mỏ đốt; 9, 10. Đệm kín; 11. Máng nạp liệu
Cơ đặc dung dịch cái và costic hóa
Sau khi lọc, lấy Al(OH)3 ra, dung dịch cái còn lại chủ yếu chứa NaOH nhưng nồng độ
thấp (khỏang 130-140 g/l), không đáp ứng yêu cầu của dung dịch tuần hồn. Vì vậy phải đem cơ
đặc để nâng nồng độ lên 300 g/l để dùng lại. Trong quá trình vận hành, một số CO2 trong khơng
khí tác dụng với NaOH trong dung dịch, tạo thành Na2CO3. Khi cô đặc sẽ kết tinh ra Na2CO3. Đem
lọc, tách Na2CO3 ra. Sau đó dùng Ca(OH)2 để costic hóa, tái sinh NaOH. Q trình costic hóa xảy
ra theo phản ứng sau:

Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3 (3.9)
Sau khi lọc, thải bã, dung dịch đem dùng lại (cùng với dung dịch đã cơ đặc).
Phương pháp Bayer được dùng rộng rãi vì có nhiều ưu điểm: lưu trình đơn giản, chất
lượng sản phẩm tốt, giá thành hạ. Nhưng có nhược điểm là chỉ sử dụng bôxit phẩm vị tốt (môđun
silic từ 6-7 trở lên) thì mới có lợi về mặt kinh tế.

6


Đá vôi
Xay nghiền

Quặng bôxit

Xô đa

Xay nghiền
Phối liệu

Thiêu kết

Nghiền thiêu kết phẩm

Hịa tách

Lắng lọc
Cặn đỏ
Khử silic

Lắng lọc

Dung dịch natri
Aluminat sạch

Cacbonat hóa

Dung dịch cái

Cơ đặc

Al(OH)3
Nung
Al2O3
Hình 3.8. Lưu trình sản xuất nhơm oxit theo phương pháp thiêu kết.
3.2.4. Phương pháp thiêu kết.
Khi hàm lượng silic oxit trong quặng cao, dùng phương pháp Bayer để sản xuất nhơm
oxit thì khơng có lợi, bởi vì cứ 1 kg SiO2 trong quặng sẽ làm mất 0,85 kg Al2O3 và 0,67 kg NaOH.
Phương pháp thiêu kết bôxit cho phép chế biến một cách hợp lý các lọai quặng bôxit hàm lượng
silic cao.
7


Thực chất của phương pháp thiêu kết là đem hỗn hợp bôxit- Na2CO3- đá vôi nung
ở nhiệt độ cao (xem hình 3.8). Kết quả là nhận được sản phẩm thiêu kết (thiêu kết phẩm)
chứa natri aluminat. Sau đó hịa tách thiêu kết phẩm trong nước, natri aluminat hòa tan ở
dạng dung dịch, các hợp chất khác nằm lại trong bã. Lọc tách bã thu được dung dịch natri
aluminat thô. Sau khi khử silic sẽ thu được dung dịch aluminat sạch. Đem cacbonat hóa, bằng
cách dùng khí CO2 tác dụng với dung dịch aluminat sạch, sẽ được Al(OH)3. Sau khi nung
Al(OH)3 ở 1200oC sẽ được Al2O3. Lưu trình sản xuất nhơm oxit bằng phương pháp thiêu kết
gồm các khâu chủ yếu sau: Thiêu kết; hòa tách thiêu kết phẩm; khử silic; cacbonat hóa; nung.

Khâu nung tương tự như trong phương pháp Baye, các khâu còn lại là đặc thù của phương
pháp thiêu kết.
Thiêu kết phối liệu bơxit-xơđa-đá vơi
Mục đích của thiêu kết là biến nhơm oxit có trong bơxit thành natri aluminat
(Na2O.Al2O3) dễ hòa tan trong dung dịch nước, Còn SiO2 trong bơxit tạo thành canxisilicat
(2CaO.SiO2) khó hịa tan. Để đạt mục đích đó trong phối liệu cần đảm bảo tỷ lệ mol như sau:
Na 2 CO3
CaCO3
 1;
2
Al 2 O3  Fe2 O3
SiO2
Quặng bôxit, dung dịch Na2CO3 và CaCO3 cùng hồi liệu cho vào máy nghiền. Sau khi
phân tích thành phần hóa học liệu đã nghiền, điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu cần thiêu kết. Bùn
quặng này chứa khỏang 40% nước, dùng mỏ phun phun vào lò thiêu kết. Lị thiêu kết thường dùng
là lị ống quay đường kính 3-5 m và chiều dài 50-185 m. Bùn liệu sau khi vào lò được gia nhiệt, trải
qua các vùng khử nước, nung nóng, thiêu kết và làm nguội. Ở vùng thiêu kết, phối liệu trải qua các
bước sau:
- Bước 1: Thiêu kết ở nhiệt độ thấp hơn 900oC, xảy ra các phản ứng sau:
Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O.Fe2O3 + CO2 (3.10)
Na2CO3 + SiO2 = Na2O.SiO2 + CO2 (3.11)
Na2CO3 + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + CO2 (3.12)
Về mặt tốc độ, các phản ứng (3.10), (3.11) xảy ra nhanh hơn phản ứng (3.12); đồng thời
ở nhiệt độ thấp có thể tạo thành Na2O.Al2O3.2SiO2.
- Bước 2: Thiêu kết ở nhiệt độ cao, xảy ra các phản ứng sau:
Na2O.Fe2O3 + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + Fe2O3 (3.13)
Na2O.SiO2 + 2CaO + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + 2CaO.SiO2 (3.14)
Na2O.Al2O3.2SiO2 + 4CaO = Na2O.Al2O3 + 2(2CaO.SiO2) (3.15)
Nhiều cơng trình nghiên cứu chứng tỏ rằng khi thiêu kết ở nhiệt độ cao (1200-1300oC),
đại bộ phận nhôm oxit kết hợp thành natri aluminat. Sản phẩm thiêu (cịn gọi là liệu chín) ở dạng

cục, xốp, màu xám tro. Thành phần chủ yếu của liệu chín là Na2O.Al2O3, 2CaO.SiO2 và một ít hợp
chất khác như CaO.Al2O3, 2CaO.Fe2O3, Na2O.Fe2O3,…Liệu chín được đưa vào thiết bị làm nguội,
sau đó đưa đi xay nghiền và hịa tách.
Khí lò mang theo khá nhiều bụi. Sau khi khử bụi, khí lị được dùng để cacbonat hóa
dung dịch aluminat, cịn bụi dùng làm hồi liệu.
Hịa tách thiêu kết phẩm
Liệu chín (sản phẩm thiêu kết) sau khi nghiền nhỏ được đưa đi hịa tách. Mục đích của
hịa tách là chuyển hợp chất natri aluminat từ pha rắn (liệu chín) vào dung dịch nước, còn các tạp
chất khác vẫn ở thể rắn, tách khỏi dung dịch. Dung mơi hịa tách có thể là nước, dung dịch kiềm
loãng, hoặc dung dịch natri aluminat lỗng.
Khi hịa tách thiêu kết phẩm xảy ra các q trình sau:
- Natri aluminat hịa tan vào dung dịch
- Natri ferit bị thủy phân theo phản ứng:
Na2O.Fe2O3 + H2O = Fe2O3 + 2NaOH (3.16)

8


Sắt oxit nằm lại trong cặn
làm cho cặn có màu đỏ. Natri ferit
thủy phân làm cho hàm lượng NaOH
trong dung dịch (cũng tức là tỷ số
costic) tăng lên, có lợi cho q trình
hịa tách.
- Canxi silicat (2CaO.SiO2)
thực tế khơng tan, nhưng nếu thời gian
hòa tách kéo dài, nồng độ dung dịch
đậm đặc và nhiệt độ hịa tách cao thì
canxi silicat cũng bắt đầu phản ứng
với dung dịch kiềm và quá trình thêm

phức tạp.
Hình 3.9. Thùng khuếch tán hịa tách thiêu kết phẩm
Một số natri silicat được
1. Vỏ thép; 2. cửa nạp liệu có nắp; 3. Nắp tháo liệu lật
tạo thành cũng hòa tan trong dung
được; 4. Lưới thép; 5. Thiết bị thủy lực để điều khiển
dịch; vì vậy cần đem dung dịch đi khử
nắp tháo liệu; 6. Vịng lót cao su
SiO2.
Về mặt phương pháp, tùy theo điều kiện có thể chọn một trong hai phương pháp sau đây
để hòa tách thiêu kết phẩm: Phương pháp khuếch tán (lớp liệu đứng im) và phương pháp khuấy
(liệu chuyển động trong dung môi). Khi hòa tách theo phương pháp khuếch tán, thiêu kết phẩm ở
dạng cục, liệu rắn nằm cố định trong thùng khuếch tán (xem hình 3.9), cịn dung mơi chảy từ dưới
lên trên, vào thiết bị từ ống nối với đáy, và ra khỏi thiết bị qua ống ở phía trên. Thùng khuếch tán có
kích thước như sau: đường kính 1,5 m, chiều cao 5 m. Trong thực tế vận hành, việc hòa tách thường
tiến hành liên tục, trong một dãy gồm 12-15 thùng khuếch tán đặt nối tiếp với nhau.
Khử silic
Sau khi hịa tách nhận được dung dịch aluminat thơ, vì trong dung dịch cịn nhiều SiO2.
Silic oxit trong dung dịch sẽ làm bẩn nhơm oxit. Vì vậy phải khử SiO2 trước khi cho kết tinh
Al(OH)3.
Thực chất của quá trình khử SiO2 là làm cho SiO2 tạo thành hợp chất khó hịa tan tách
khỏi dung dịch natri aluminat.
Q trình khử silic của dung dịch natri aluminat tiến hành trong ôtôcla tương tự như
ơtơcla dùng để hịa tách bơxit theo phương pháp Baye. Nhiệt độ khử SiO2 vào khoảng 170oC.
Phản ứng chủ yếu của quá trình khử SiO2 như sau:
Na2O.Al2O3 + 2(Na2O.SiO2) + 4H2O = 4NaOH + Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O (3.17)
Kết tủa Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O có màu trắng nên cặn nhận được sau khi khử silic gọi là
cặn trắng.
Quá trình khử silic sẽ nhanh hơn khi cho thêm cặn trắng (natri alumosilicat) hoặc cặn đỏ,
tạo ra các mầm kết tinh, hoặc một lượng nhỏ CaO. Khi cho thêm vơi vào q trình khử silic sẽ tốt

hơn vì tạo ra canxi alumosilicat khó hịa tan hơn natri alumosilicat. Trong trường hợp này phản ứng
xảy ra như sau:
Na2O.Al2O3 + 2(Na2O.SiO2) + Ca(OH)2 + 4H2O = 6NaOH + Ca2O.Al2O3.2SiO2.2H2O (3.18)
Mức độ khử silic phụ thuộc vào nồng độ natri aluminat, nhiệt độ và thời gian. Dung dịch
đậm đặc có khả năng hịa tan nhiều alumosilicat và làm giảm tác dụng khử silic, cho nên trước khi
khử silic phải pha loãng dung dịch. Nhiệt độ cao, thời gian lâu có lợi cho q trình khử silic cho
nên việc khử silic được tiến hành trong ôtôcla ở nhiệt độ khoảng 150-170oC, gia nhiệt bằng hơi
nước quá nhiệt, thời gian khỏang 2-4 giờ. Cũng lưu ý là dù sao SiO2 cũng khơng khử hết hồn tồn.
Mơđun silic của dung dịch (tỷ số hàm lượng Al2O3/SiO2 của dung dịch) sau khi khử càng lớn càng
tốt.
Sau khi khử SiO2 đưa dung dịch đi lắng lọc. Cặn trắng đưa về trộn cùng quặng và đem
thiêu kết. Dung dịch cái đem cacbonat hóa.
Cacbonat hóa dung dịch natri aluminat.

9


Tác dụng của cacbonat hóa là làm cho dung dịch natri aluminat bị phân hủy, kết tủa
nhôm hyđroxit theo các bước sau:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O (3.19)
Do NaOH bị trung hòa, tỷ số costic của dung dịch giảm xuống, hợp chất natri aluminat
trở nên không “vững bền” mà phân hủy tạo ra nhôm hyđroxit:
Na2O.Al2O3 + H2O ⇄ 2Al(OH)3 + 2NaOH (3.20)
NaOH được sinh ra lại tác dụng với CO2, do đó càng thúc đẩy phản ứng phân hóa natri
aluminat tiến hành theo chiều thuận (từ trái qua phải).
Quá trình cacbonat hóa khác với q trình khuấy phân hóa ở chỗ, tốc độ phản ứng của
q trình cacbonat hóa xảy ra nhanh và có khả năng phân hóa hết aluminat trong một thời gian
tương đối ngắn (khoảng 7-8 giờ). Song trong thực tế, để đảm bảo chất lượng nhôm oxit thu được,
tránh SiO2 kết tủa, thường chỉ kết tủa khoảng 50% nhơm oxit có trong dung dịch, nghĩa là chỉ
cacbonat hóa khỏang 4 giờ.

Q trình cacbonat tiến hành ở nhiệt độ 75-80oC. Nhiệt độ thấp nhôm hyđroxit kết tủa
quá bé không lợi cho việc lọc rửa sau này. Dùng khí lị chứa 12-14% CO2 đã làm sạch để cacbonat
hóa. Sau khi lắng lọc, đem nhơm hyđroxit nung trong lị ống quay, cịn dung dịch cái đem cơ đặc rồi
quay về phối liệu thiêu kết.
Thiết bị cacbonat hóa (hình 3.10) có đáy hình cơn, đường kính phần hình trụ 11 m, tổng
chiều cao 16 m và dung tích 600 m3. Khí đi vào phần cơn qua 8 ống thổi khí đặt cách đều theo vòng
tròn. Bùn được khuấy trộn với khí nhờ ống vận nâng bằng khơng khí nén.

Hình 3.10. Thiết bị cacbonat hóa
1. Thân thiết bị; 2. Ong sục khí; 3. Bơm dâng bằng
khơng khí nén để khuấy trộn; 4. Bơm dâng bằng
khơng khí nén để vận chuyển bùn; 5. Van điều tiết;
Ong hút khí; 7. Cửa dưới; 8. Van tháo bùn.

3.3. Sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân.

Hình 3.11. Sơ đồ nguyên lý bể điện phân
1- Cực dương; 2- Cực âm; 3- Al2O3; 4- Chất điện phân; 5- Nhôm lỏng
6- Chất điện phân đông cứng; 7- Dây dẫn
10


Sơ đồ ngun lý bể điện phân nhơm trình bày trên hình 3.11. Bể thường hình chữ nhật
(có khi hình vuông). Đáy bể nối với cực âm (2). Khối than ở phía trên là cực dương (1). Giữa hai
cực là chất điện phân criolit-alumin nóng chảy (4). Dưới tác dụng của dịng điện một chiều nhơm
trong dung dịch điện phân tiết ra và tập trung ở đáy bể, còn oxi bay ra về phía cực dương, oxi hóa
cực than, tạo hỗn hợp khí CO + CO2 thốt ra ngồi. Trên mặt dung dịch điện phân và xung quanh
bể, tạo ra lớp vỏ cứng (6). Cho nhôm oxit (3) trên lớp này, cứ một thời gian nhất định lại đập lớp
vỏ cứng cung cấp nhôm oxit vào trong bể điện phân.
Cho đến nay, criolit (Na3AlF6) vẫn được coi là dung môi tốt hơn cả để điện phân nhôm.

Do trong criolit không tồn tại kim lọai dương hơn so với nhôm cho nên nhơm thu được trong q
trình điện phân tương đối sạch.
Chất điện phân được dùng chủ yếu là hệ criolit - nhôm oxit (Na3AlF6 – Al2O3), các thành
phần này của hệ nóng chảy ở nhiệt độ tương ứng là 1009-2050oC. Cùng tinh của hệ chứa 10,6%
Al2O3 (nhiệt độ nóng chảy 961oC). Tăng hàm lượng nhôm oxit từ 0% đến điểm cùng tinh sẽ làm
giảm nhiệt độ nóng chảy của chất điện phân. Nhưng nếu tiếp tục tăng, ngay cả với một lượng nhôm
oxit không lớn lắm, cũng làm tăng mạnh độ nóng chảy của chất điện phân hai thành phần.
Chất điện phân được sử dụng hiện nay là thể nóng chảy criolit – nhơm oxit được làm
giàu nhơm florua, có tỷ số criolit (tỷ số mol giữa NaF và AlF3) vào khoảng 2,5-2,9. Để giảm nhiệt
độ nóng chảy của chất điện phân, tăng độ dẫn điện, cải thiện độ thấm ướt của chất điện phân lên cực
dương và tạo cho chất điện phân có một số tính chất khác, người ta thêm vào các chất như: CaF2,
LiF, MgF2 và NaCl, với tổng hàm lượng của các chất này không vượt quá 6-10%. Cần giới hạn hàm
lượng của các chất thêm vào là do các chất này làm giảm độ hòa tan của Al2O3.
Hàm lượng của các thành phần chủ yếu trong chất điện phân dao động trong phạm vi,
%: Na3AlF6 75-90; AlF3 5-12; CaF2 2-10; Al2O3 1-10.
Chất điện phân nóng chảy ở trạng thái làm việc là chất có thành phần phức tạp, gồm
nhiều ion tạo thành khi điện ly các thành phần của chất điện phân. Tương ứng với các giá trị thế
điện cực, trong quá trình điện phân, các ion Al3+ và O2- được tạo thành khi điện ly nhơm oxit hịa
tan trong criolit, phóng điện trên các điện cực. Q trình điện hóa có thể xảy ra theo các phản
ứng sau:
Criolit phân ly theo sơ đồ sau:
Na3AlF6 ⇄ 3Na+ + AlF63- (3.21)
Nhôm oxit bị phân ly thành các ion Al3+ và O2-:
Al2O3 ⇄ 2Al3+ + 3O2- (3.22)
Như vậy, khi có tác dụng của dịng điện một chiều thì các ion Al3+ và Na+ dịch chuyển
về phía cực âm. Nhưng vì thế điện cực khác nhau cho nên chỉ có các ion Al3+ được phóng điện
và tiết ra nhôm kim lọai:
2Al3+ + 6e  2Al (3.23)
Các ion âm AlF63-, O2- di chuyển về cực dương nhưng chỉ có ion oxi phóng điện tạo ra
oxi nguyên tử :

3O2- -6e  3O (3.24)
Oxi nguyên tử giải phóng trên cực dương lại tác dụng với than của cực dương để tạo
hợp chất trung gian cacbon oxit (CxO) không bền vững, sau đó phân hóa tạo thành CO và CO2.
Nhiệt độ tối ưu của chất điện phân khi bể hoạt động bình thường vào khoảng 950-970oC.
Ở nhiệt độ này, độ hòa tan tối đa của Al2O3 trong chất điện phân vào khoảng 8-10%.
Trong q trình điện phân, hàm lượng nhơm oxit trong chất điện phân giảm liên tục đến
giới hạn cho phép (gần 1%). Hàm lượng nhôm oxit giảm làm cho độ sệt, tỷ trọng của chất điện phân
giảm và làm giảm độ thấm ướt của chất điện phân lên cực dương. Khi hàm lượng Al2O3 giảm đến
giới hạn cho phép, chế độ công nghệ sẽ phá hủy.
Tỷ trọng của criolit, nhôm và nhôm oxit ở trạng thái rắn tương ứng 2,95; 2,7 và 3,9
3
g/cm . Ở nhiệt độ làm việc của bể điện phân, tỷ trọng nhơm nóng chảy giảm đến 2,3 g/cm3, còn của
chất điện phân giảm đến 2,0 g/cm3. Mặc dù sự khác biệt của các tỷ trọng này không nhiều (gần
10%), nhưng cũng đảm bảo giữ được nhôm thu được khi điện phân nằm ở đáy bể điện phân, dưới
lớp chất điện phân. Việc giảm nhiệt độ và giảm hàm lượng Al2O3 trong chất điện phân nóng chảy,
11


có thể làm giảm sự khác biệt tỷ trọng của chất điện phân và của nhôm. Khi giảm nhiệt độ, có thể
làm nhơm nổi lên bề mặt bể, dẫn đến phá hủy quá trình điện phân.
Khi sản xuất bình thường, chất điện phân phải có tỷ số criolit ổn định, thường giữ bằng
2,7. Nhưng trong thực tế, thành phần criolit nóng chảy thay đổi liên tục do các nguyên nhân sau:
1) Nhơm florua bị than lót bể điện phân hấp phụ, nhất là trong các tháng làm việc đầu
tiên của bể
2) Tiêu hao AlF3 và NaF do bay hơi
3) Tương tác giữa criolit và các tạp chất (SiO2, Na2O, H2O) đi vào chất điện phân theo
nhôm oxit và các muối florua, dẫn đến phân hủy chất điện phân và làm tăng hàm lượng natri florua:
2Na3AlF6 + 3Na2O = Al2O3 + 12 NaF (3.25)
4Na3AlF6 + 3SiO2 = 2Al2O3 + 12 NaF + 3SiF4 (3.26)
2Na2AlF6 + 3H2O = Al2O3 + 6NaF + 6HF (3.27)

Do sự thay đổi thành phần chất điện phân bởi các nguyên nhân trên, cần phải điều chỉnh
thành phần chất điện phân bằng cách thêm các muối florua tương ứng.
Hiệu suất dòng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng chủ yếu phụ thuộc mật độ dòng
điện, nhiệt độ và thành phần chất điện phân (điện trở của chất điện phân) và khoảng cách giữa các
điện cực.
Tăng mật độ dòng điện, hiệu suất dòng điện giảm.
Khi lệch khỏi giá trị nhiệt độ tối ưu, hiệu suất dòng điện sẽ giảm. Khi nhiệt độ tăng,
lượng nhôm tiêu hao cũng tăng do độ hịa tan nhơm trong chất điện phân tăng, còn khi nhiệt độ
giảm, điện trở của chất điện phân tăng do độ sệt của chất điện phân tăng.
Hiệu suất dịng điện của q trình điện phân phụ thuộc rất nhiều vào thao tác bể điện
phân và các chế độ công nghệ. Trong các nhà máy nhôm hiện nay, hiệu suất dòng điện dao động
trong phạm vi 80-92%.
Thao tác bể điện phân gồm những vấn đề chính sau: cho nhơm oxit vào bể; thao tác
cực dương; điều chỉnh chất điện phân; ra nhôm và đúc thỏi.
Cho nhôm vào bể
Trong quá trình điện phân, nhơm oxit là ngun liệu tiêu hao chủ yếu, thu được nhơm ở
cực âm và khí oxi thốt ra ở cực dương. Vì vậy phải cung cấp nhơm oxit vào bể để q trình điện
phân được liên tục.
Cứ một thời gian nhất định lại cho nhôm vào bể, bằng cách đập vỡ vỏ chất điện phân đã
hình thành trên mặt bể, sau đó lại rải nhơm oxit lên trên lớp vỏ.
Thao tác này có thể tiến hành thủ công hoặc trên máy chuyên dùng.
Thao tác cực dương
Quá trình điện phân được tiến hành với điều kiện khoảng cách giữa cực dương và cực
âm (thực tế là bề mặt nhôm lỏng) vào khỏang 4-6 cm. Nếu khoảng cách quá lớn bể điện phân sẽ bị
quá nhiệt. Cực dương bị ăn mịn dần dần trong q trình điện phân cho nên phải định kỳ hạ cực
dương xuống, cho thêm hồ cực dương vào.
Việc rút cọc cực dương để đưa lên vị trí cao hơn thực hiện bằng các máy móc và thiết bị
chuyên dùng.
Điều chỉnh thành phần và khối lượng chất điện phân
Thành phần và khối lượng chất điện phân ảnh hưởng đáng kể đến q trình điện phân

nhơm. Để giữ được thành phần chất điện phân theo quy định, người ta lấy mẫu thử và phân tích.
Trong trường hợp, NaF hay AlF3 không đạt, người ta bổ sung các muối thiếu hụt bằng cách thêm
chúng vào trong lượng nhôm oxit bổ sung thuờng kỳ. Tương tự, người ta đo mực chất điện phân
nóng chảy bằng cách nhúng thanh thép vào bể và bổ sung lượng hao hụt chung của chất điện phân
do bay hơi.
Ra nhơm
Nhơm tích lũy dần dần ở đáy bể trong q trình điện phân. Ví dụ, bể điện phân 100 kA
mỗi ngày đêm sản xuất ra 700 kg nhôm. Cứ 3-4 ngày tháo nhôm một lần. Có thể tháo nhơm bằng
ống xiphơng hoặc bằng thùng rót chân khơng. Để đảm bảo cân bằng nhiệt, khơng nên tháo hết nhôm
ở bể ra và thường để lại một lượng nhôm lỏng ứng với chiều cao nước nhôm khỏang 15 cm.
12


Các bể điện phân được sử dụng trong công nghiệp sản xuất nhôm hiện nay, thực ra chỉ
khác nhau về cấu tạo anôt, về hệ thống cung cấp điện và cơng suất riêng, thường được thể hiện bằng
giá trị dịng điện đi vào bể điện phân
Theo cấu tạo cực dương, bể điện phân được phân thành: bể có cực dương tự thiêu,
được cấp điện từ bên hông hay bên trên cực dương và bể có cực dương thiêu trước.
Xem xét các bể điện phân có cấu tạo khác nhau, có thể thấy rằng tất cả các bể hầu như có
các bộ phận tương tự: Vỏ bể bằng kim loại, bên trong được lót bằng các tấm, các khối than và có
lớp gạch samơt cách nhiệt; cực âm và cực dương; hệ thống cung cấp điện (các thanh cái) và hệ
thống hút khí thải.
Cực âm là đáy bể. Đáy bề được lót bằng các khối than liên kết với các tấm than lót thành
bể. Phía trong các khối than có các thanh thép dẫn điện vào bể. Khe hở giữa thanh thép và các khối
than được đổ đầy gang.
Bên ngoài cực dương tự thiêu là vỏ nhơm hình hộp. Bên trong vỏ nhôm, người ta nạp hồ
cực dương ở dạng bánh. Ở phần bên trên của vỏ nhôm, các bánh hồ chuyển sang trạng thái mềm.
Theo mức độ hạ xuống của các cực dương, hồ cực dương được đưa vào vùng có nhiệt độ cao hơn,
dẫn đến việc bay hơi các chất bốc và cốc hóa hồ cực dương. Phần dưới của cực dương, khối than
được cốc hóa hồn tồn và cực dương trở thành một khối rắn chắc. Vỏ nhôm sẽ được nối dài theo

mức độ cháy của anôt.
Việc cung cấp điện cho anôt tự thiêu được thực hiện nhờ các cọc bằng thép nối với thanh
cái bằng các dây dẫn mềm.
Ở bể cực dương tự thiêu cọc xiên (hình 3.12 a), người ta đóng các cọc qua lớp vỏ anôt
vào khối than chưa thiêu kết, thành vài hàng, mỗi hàng khoảng 16-25 cọc. Người ta chỉ nối các dây
dẫn mềm với hai hàng cọc thấp nhất. Theo mức độ cháy và hạ xuống của cực dương, người ta nối
lại các dây dẫn mềm với các cọc ở hàng cao hơn và rút các cọc thấp ra đóng vào ở phía trên. Cơng
suất riêng của các bể cực dương tự thiêu vào khoảng 60-140 kA.

Hình 3.12. Các dạng bể điện phân
a- Bể cực dương tự thiêu cọc xiên; b- Bể cực dương tự thiêu cọc đứng;
c- Bể nhiều cực dương thiêu trước; d- Bể cực dương thiêu trước liên tục;
1- Cực âm; 2- Cực dương; 3- Cọc cực dương;
4- Thanh cái dẫn điện; 5- Chụp hút khí
Hệ thống cấp điện hoàn thiện hơn là cấp điện cho cực dương nhờ các cọc đứng được
thiêu kết trong các khối cực dương (hình 3.12 b). Hệ thống này cho phép tăng cơng suất riêng của

13


bể điện phân đến 155 kA, thao tác trên bể điện phân được đơn giản hơn nhiều và tăng được năng
suất lao động.
Bể cực dương thiêu trước có cụm cực dương gồm vài cực dương là các khối than có
kích thước lớn. Các bể điện phân cực dương thiêu trước cho phép tăng cơng suất riêng của bể, giảm
lượng khí độc hại thốt ra mơi trường xung quanh, tạo khả năng cải thiện nhiều chỉ tiêu kinh tế – kỹ
thuật của quá trình.
Trước những năm 30 của thế kỷ 20, người ta chỉ sử dụng các bể có cực dương thiêu
trước với công suất nhỏ. Bắt đầu những năm 30, người ta sử dụng cực dương tự thiêu liên tục.
Nhưng hiện nay nhờ tiến bộ của kỹ thuật, cực dương thiêu trước đang có khuynh hướng phục hưng.
Lý do ở chỗ từ nhiều cực dương thành một cực dương, từ cực dương từng khối trở thành cực dương

liên tục (hình 3.12 d). Cực dương liên tục trong các bể như vậy được lắp ráp từ vài khối cực dương
thiêu trước, đặt chồng lên nhau và giữa các khối được dán bằng hồ than đặc biệt. Theo mức độ cháy
của anôt, người ta nối tiếp các khối cực dương đã thiêu ở phía trên. Việc cung cấp điện cho cực
dương được thực hiện nhờ các cọc đóng vào các ổ đặc biệt ở bên hông cực dương.
3.4. Tinh luyện nhôm.
Dùng phương pháp điện phân criolit-alumin nóng chảy chỉ thu được nhơm có độ sạch
99,50-99,70% Al, có khi đạt 99,80-99,85%Al, gọi là nhơm kỹ thuật.
Nhơm thơ từ bể điện phân cịn chứa nhiều tạp chất, làm giảm chất lượng của nhơm, vì
vậy phải tiến hành tinh luyện.
Các tạp chất trong nhôm gồm ba lọai.
- Tạp chất phi kim lọai, như chất điện phân, nhôm oxit, nhôm cacbit, lẫn vào nhôm khi
tháo nhôm từ bể điện phân.
- Tạp chất kim lọai, ví dụ Fe, Si, Ti từ nguyên liệu vào nhôm trong quá trình điện
phân.
- Tạp chất thể khí, hịa tan vào nhơm, chủ yếu là hyđro
Hai quá trình tinh luyện thường được áp dụng trong sản xuất là: clorua hóa; điện phân ba
lớp.
3.4.1. Tinh luyện theo phương pháp clorua hóa
Mục đích của q trình tinh luyện clorua hóa là khử tạp chất phi kim lọai (lẫn lộn cơ
học) và tạp chất thể khí. Khi tinh luyện bằng clorua hóa, nhơm tháo ở bể điện phân ra cho ngay vào
thùng chứa dung tích khoảng 1200-1300 kg, khống chế nhiệt độ ở 750-770oC, sục khí clo vào nhơm
lỏng (qua ống sứ). Khi đó, một phần nhơm bị clorua hóa tạo thành AlCl3 dạng hợi. Hơi nhôm clorua
bao quanh các hạt rắn phi kim lọai, làm cho chúng nổi lên trên mặt kim lọai lỏng và vớt ra ngoài.
Đồng thời, các kim lọai như Ca, Na cũng bị clorua hóa được khử khỏi kim lọai. Các chất khí như
hyđro cũng bị hơi AlCl3 mang đi.
Thời gian thổi khí clo khoảng 10-15 phút. Tốn khoảng 1 kg clo cho 1 t nhôm. Mất mát
nhôm 1%.
3.4.2. Tinh luyện bằng phương pháp điện phân ba lớp
Nhơm chứa ít tạp chất (99,9% Al và cao hơn) có những tính chất rất qúy, cho phép mở
rộng phạm vi ứng dụng của nhơm.

Q trình tinh luyện nhơm bằng phương pháp điện phân tiến hành trong bể điện
phân có ba lớp lỏng, thường gọi là phương pháp điện phân ba lớp. Thực chất của phương
pháp này là nhôm ở cực dương (tạo hợp kim với kim lọai khác, gọi là hợp kim cực dương) hịa
tan theo phản ứng điện hóa sau:
Al – 3e  Al3+ (3.28)
Ở cực âm thu được nhôm sạch theo phản ứng:
Al3+ + 3e  Al (3.29)
Các nguyên tố dương hơn so với nhôm (như đồng, sắt, silic…) không hòa tan và tập
trung lại trong hợp kim cực dương. Các kim lọai âm hơn so với nhôm (như mage, can xi…) sẽ bị
hòa tan ở cực dương chuyển vào chất điện phân ở các dạng ion tương ứng, chúng nằm lại trong chất
điện phân chứ khơng phóng điện bởi vì điện thế tiết ra của chúng cao hơn của nhôm.

14


Hợp kim cực dương thường là hợp kim của nhôm đối với đồng, chứa 25% Cu, có tỷ
trọng 3-3,5. Chất điện phân thường dùng chứa 60% BaCl2, 23% AlF3, 17% NaF. Ở nhiệt độ tinh
luyện, tỷ trọng của chất điện phân là 2,7, của nhôm sạch là 2,3. Do chênh lệch về tỷ trọng, trong bể
điện phân tinh luyện có ba lớp (từ dưới lên trên): hợp kim cực dương; chất điện phân; nhơm sạch
(cực âm).
Trong q trình tinh luyện, hàm lượng nhôm trong hợp kim cực dương giảm liên tục, cịn
lượng nhơm cực âm tăng lên. Để giữ chế độ làm việc bình thường của bể điện phân tinh luyện,
người ta đưa thêm lượng nhôm lỏng cần tinh luyện vào bể điện phân qua túi chất liệu và tháo nhơm
sạch được tích tụ trên bề mặt bể ra rồi đúc thỏi. Để tránh tích tụ nhiều tạp chất trong hợp kim cực
dương và chất điện phân, người ta thay các chất này theo định kỳ.
Sơ đồ cấu tạo của bể điện phân ba lớp dùng để tinh luyện nhôm được trình bày trên hình
3.13.

Hình 3.13. Bể điện phân tinh luyện nhôm.
1. Cực dương; 2. Vỏ thép; 3. Thể xây của bể; 4. Túi chất liệu

5. Cực âm; 6. Dây dẫn; 7. Nhôm đã tinh luyện; 8. Chất điện phân
9. Hợp kim cực dương; 10. Gạch manhezit.
Điều kiện kỹ thuật tinh luyện như sau:
Nhiệt độ:
760-800oC;
Chiều dày lớp hợp kim cực dương: 20-25 cm;
Chiều dày lớp chất điện phân:
12-15 cm;
Chiều dày lớp nhơm cực âm:
10-15 cm;
Điện áp bể:
6-7 V.
Câu hỏi:
1) Trình bày bản chất của phương pháp Bayer; cơ sở lý thuyết của q trình hịa tách;
khuấy phân hóa dung dịch; nung nhơm hyđrơxit; cơ đặc và costic hóa dung dịch.
2) Trình bày bản chất của phương pháp thiêu kết, cơ sở lý thuyết của q trình thiêu kết
phối liệu, hịa tách thiêu kết phẩm, khử silic và cacbonat hóa dung dịch.
3) Trình bày sơ đồ nguyên lý bể điện phân. Thành phần và tính chất của chất điện phân?
Các phản ứng của q trình điện phân?
4) Các chế độ cơng nghệ và thao tác trên bể điện phân?

15


3.5. Nguồn phế liệu chứa nhôm
Sản xuất nhôm
từ quặng
Nhôm nguyên sinh
Chế tạo chi tiết
Phế liệu thải

Mất mát hẳn
Tiêu hao mất hẳn

Chi tiết
Sử dụng

Phế liệu quay vịng
Phế liệu hàng hóa
Phế liệu

Hình 3.14. Sơ đồ quay vịng nhơm trong nền kinh tế quốc dân
Trên hình 3.14 trình bày sơ đồ rút gọn về vịng quay của nhơm trong nền kinh tế quốc
dân. Trong quá trình chế tạo và sử dụng các chi tiết làm bằng nhơm, có một lượng kim lọai bị mất
hẳn khơng trở lại quỹ kim lọai màu. Đó là phế liệu thải, lượng nhôm mất mát hẳn và lượng nhơm
tiêu hao có ích nhưng mất hẳn. Phế liệu thải là lọai phế liệu mà hàm lượng nhôm và dạng tồn tại của
nhơm trong đó khơng cho phép xử lý chúng một cách kinh tế. Hàm lượng nhôm trong phế liệu thải
ngày càng thấp theo đà phát triển của kỹ thuật luyện kim. Công nghệ xử lý phế liệu càng hồn thiện,
thì những phế liệu thải xưa kia sẽ trở thành nhửng phế liệu dùng lại được để tận thu kim lọai màu.
Trong q trình chế biến, sử dụng nhơm và các kim lọai màu, không sao tránh khỏi việc mất mát
hẳn một lượng kim lọai như bay hơi theo khí lị, tạo xỉ, tác dụng với lớp lót lị. Do mất mát phoi,
mài mòn, ăn mòn. Dạng mất mát hẳn này cũng sẽ giảm đi, nếu công nghệ và thiết bị ngày càng được
hoàn thiện, kết cấu và chất lượng hợp kim được bảo đảm. Một lượng nhôm khá lớn nằm trong dạng
tiêu hao mất hẳn. Đó là nhơm dùng trong q trình nhiệt nhơm, dùng để khử oxi trong luyện thép,
trong kỹ thuật thuốc nổ, sơn…Nhôm càng rẻ, càng dễ mua thì dạng mất mát (có ích) này càng tăng
lên.
Phía bên phải sơ đồ 3.14 chỉ rõ vịng quay của phế liệu nhôm trong sản xuất. Cần phân
biệt phế liệu quay vòng (dùng làm hồi liệu ngay tại cơ sở có sinh phế liệu) và phế liệu hàng hóa
(chuyển cho cơ sở khác để tái sinh). Trên quan điểm nguồn gốc sinh thành, chia các lọai phế liệu
chứa nhơm ra các nhóm, các loại theo điều kiện kỹ thuật phân loại, căn cứ vào đặc điểm chất lượng.
Lượng phế liệu chứa nhơm nhóm a rất lớn, phải tìm mọi cách tận thu (ít ra là 75%) các chi tiết, phụ

tùng cũ để đưa về chế biến lại.
Để hiểu rõ thêm nguồn gốc sinh thành phế liệu nhóm b, có thể dùng sơ đồ xử lý kim loại
thỏi thành các chi tiết (hình 3.15). Quá trình chế tạo chi tiết bắt đầu từ nấu chảy nhôm thỏi (hay nấu
luyện hợp kim có thành phần hố học cần thiết), đến đúc tạo phơi cho các q trình gia cơng áp lực
(cán, rèn, dập) và đúc tạo hình. Tiếp đó là q trình gia cơng cơ khí, nguội và lắp ráp, các chi tiết
thành phẩm. Từ sơ đồ này thấy rõ, một lượng nhơm mất hẳn khi nấu, đúc rót (bay hơi theo khí lị,
oxi hóa thành nhơm oxit là hợp chất khơng thể tái sinh bằng hồn ngun trong điều kiện nhiệt độ
dưới 2100oC, tạo xỉ…) trong quá trình gia công áp lực (vẩy rèn, vẩy cán) và khi gia cơng cơ khí
(phoi bào, tiện, nguội…). Đồng thời ở tất cả các khâu nói trên cũng tạo thành loại phế liệu có thể tái
sinh được (phế liệu nhóm b) như màng xỉ, đậu ngót, hệ thống rót, rẻo thừa, mẫu thử, phế phẩm
v.v…Lượng nhôm mất mát hẳn và lượng phế liệu nhóm b phụ thuộc vào mức độ hồn thiện của
công nghệ, thiết bị và tay nghề của công nhân.

16


Kim loại thỏi
Nấu
Mất mát
hẳn

Xỉ
đậu ngót
phế phẩm
Đúc phơi

Cán

Đúc rót
tạo hình

Rèn dập

Rẻo thừa
Mẫu phế phẩm

Tấm
lá

Vật cán Sản phẩm
định hình
rèn

Gia cơng nguội và lắp ráp

Phoi rẻo thừa
phế phẩm

Chi tiết thành phẩm
Hình 3.15. Sơ đồ xử lý, chế tạo các chi tiết từ nhôm thỏi
3.6. Đặc điểm của phế liệu chứa nhôm, xử lý sơ bộ trước khi nấu luyện.
Về mặt công nghệ tái sinh, thì dù là phế liệu nhóm a hay nhóm b, đều có thể xử lý theo
phương pháp tương tự, tùy theo trạng thái vật lý của nguyên liệu. Vì vậy, trên quan điểm công nghệ
tái sinh, chỉ cần chia phế liệu chứa nhơm ra làm bốn nhóm:
1. Phế liệu nhóm a và nhóm b dạng cục.
2. Phoi.
3. Xỉ giàu nhôm.
4. Các loại phế liệu khác
3.6.1. Phế liệu dạng cục, tấm, lá.
Tùy theo nguồn gốc sinh thành (công nghiệp, giao thơng, vận tải, quốc phịng…), phế
liệu chứa nhơm bao gồm các chi tiết máy, động cơ, máy bay, đồ dùng gia đình (nhóm a) và nhiều

loại phế liệu nhóm b, vốn là sản phẩm của các quá trình đúc, cán, rèn dập gia cơng cơ khí, được chế
tạo từ nhiều mác hợp kim khác nhau, có độ lẫn tạp khác nhau.
Phế liệu máy bay bao gồm thân máy hỏng hoặc các bộ phận cần thay thế như cánh,
buồng lái, đuôi… Vỏ máy bay chế tạo bằng đuara (có khi là kết cấu thép bọc dura). Trong thân có
các thùng nhiên liệu, ống dẫn, dây dẫn điện, nhiều loại chi tiết phức tạp chứa kim loại màu. Khi
phân tách phế liệu máy bay, trước tiên cần loại các vật dễ gây nổ, như đạn, vũ khí, các bình kín, sau
đó loại riêng các kim loại và hợp kim có khả năng làm nhiễm bẩn nhơm khi nấu luyện. Loại bỏ tồn
bộ các kết cấu gỗ, chất dẻo, thép, vì loại này làm tăng bay hơi nhơm, giảm năng suất lị, tăng độ lẫn
tạp khi nấu luyện. Trong số các kim loại lẫn, có các chi tiết đồng thanh, đồng thau, dây điện, bộ tản
nhiệt, ống dẫn bằng đồng, hợp kim mage, các chi tiết nhơm đúc, rèn dập có thành phần hoá học khác
hẳn đura. Các loại này dễ tan vào nhôm lỏng. Để tiện chuyên chở, nấu luyện, cần phân tách ra từng
cụm chi tiết. Cần ép, cắt những chi tiết quá cỡ.
Phế liệu dạng tấm, ống thường gặp trong các mặt hàng thơng dụng như đồ dùng gia
đình, giường xếp, tủ, bàn…Rẻo thừa khi rèn dập, cắt (kể cả phế phẩm) là loại phế liệu sạch thường
chỉ lẫn nhôm oxit, dầu bơi trơn, sơn. Về thành phần hố học, phế liệu dạng lá, tấm thường là nhôm,
hoặc hợp kim nhôm biến dạng như đura, các mác AlCu4,3Mg1,5Mn0,6 (D16),
17


AlCu4,3Mg0,6Mn0,6 (D1), AlZn6,0Mg2,3Cu1,7 (B95) hoặc AlCu2,2Mg1,6Ni1,0Fe1,0 (AK4). Để
giảm cháy hao và rút ngắn thời gian nấu luyện (chất liệu), cần ép để đạt khối lượng riêng khoảng
400-500 kg/m3.
Phế liệu trong sản xuất và sử dụng dây nhôm, chủ yếu là dây và cáp điện làm từ nhôm
sạch. Một lượng nhỏ dây nhôm làm bằng đura để phục vụ yêu cầu đinh tán, que hàn (dây đura dễ
phân biệt với dây nhơm, vì cứng và khó uốn). Dây cáp nhơm có thể là dây trần bọc cách điện. Dây
trần cao thế có thể là dây nhơm hoặc dây nhơm lõi thép.
Phế liệu dạng đúc, rèn, bao gồm cà hai nhóm a và b, thường có gắn với các chi tiết làm
bằng kim loại đen hoặc kim loại màu khác. Vì vậy, khi nấu luyện dạng phế liệu này, hàm lượng tạp
chất như Cu, Fe, Sn, Pb, Zn trong nhôm khá cao. Trong nhôm phế liệu này, quý nhất là loại phế liệu
phụ tùng động cơ ôtô, máy kéo, máy bay như pittơng, xilanh, cacte, vỏ hộp số, nắp cacte…

Ngồi ra cịn có một lượng nhơm phế liệu khá lớn từ các dụng cụ, thiết bị vô tuyến điện
tử (vỏ, khung máy, các chi tiết). Loại phế liệu này chứa nhiều tạp chất đồng (dây dẫn, mạch) và chì,
thiếc (hợp kim hàn).
Giấy nhôm ngày càng được sử dụng rộng rãi để làm tụ điện, vật liệu bao gói trong cơng
nghiệp thực phẩm và nhiều ngành khác. Phế liệu giấy nhôm chủ yếu là phế phẩm của q trình cán
nhơm, hoặc là các chi tiết hỏng. Đây là một dạng khó xử lý, vì bề mặt phản ứng rất lớn, mỏng dễ bị
oxi hóa.
Để phân loại phế liệu chứa nhơm dạng cục, tấm cịn có thể dùng dấu hiệu bề ngồi. Bằng
màu sắc, khối lượng riêng, độ cứng, từ tính… có thể phân biệt nhôm với sắt thép và nhiều kim loại
màu. Cần tránh nhầm lẫn khi bề mặt nhôm đã qua xử lý điện hố, như nhuộm, anốt hố (nhơm sau
khi nhuộm bề mặt có thể có màu đồng thau). Để phân nhóm hợp kim nhơm có thể căn cứ một phần
vào dạng chi tiết, hoặc dựa vào ký hiệu mác kim loại, hợp kim có trên một số loại chi tiết. Trong
thực tế, để phân loại các nhóm hợp kim cơ sở nhôm thường dùng phương pháp thử giọt, hoặc hiện
đại hơn, nhanh chóng hơn là dùng stilơscơp (quang phổ nghiệm nhìn trực tiếp).
Phần lớn phế liệu chứa nhơm tập trung về xử lý ở dạng hỗn tạp, chứ không phải là những
lô hàng đồng nhất, nên việc phân loại tiến hành khá phức tạp. Ở các nước, phần lớn công tác phân
loại đã được cơ khí hố.
3.6.2. Xử lý phoi trước khi nấu luyện.
Phoi nhơm là nhóm phế liệu rất lớn, trong nhiều trường hợp chiến tới 40% tổng số phế
liệu chứa nhôm hoặc hơn nữa. Tùy theo thành phần hóa học, dạng gia cơng nhiệt và dạng dụng cụ
cắt, hình dáng và kích thước phoi có thể rất khác nhau. Khi gia công phoi nhôm thường lẫn kim loại
đen, do bụi cắt tạo ra từ dao cắt (dao bị mịn) và phoi sắt, thép lẫn vào. Vì vậy, trong phoi nhơm có
khi lẫn tới 30% sắt, nhất là khi khơng có máy gia cơng chun dùng cho kim loại màu, biện pháp
quản lý vật tư thiếu chặt chẽ, kiên quyết. Trong phoi nhơm cịn lẫn nhiều dầu mỡ, dung dịch làm
nguội lúc cắt gọt, nước bụi… Lượng dầu mỡ, độ ẩm trong phoi nhơm có khi lên tới 20-30%. Trong
q trình bảo quản, phoi ẩm bị ăn mịn rất nhanh. Với độ ẩm 12%, sau 8 tháng để trong kho, hiệu
suất thu hồi nhơm, khi cơ phoi trong lị nồi có trợ dung, giảm đi tới 37%. Dung dịch huyền phù (làm
nguội lúc cắt gọt) có tính kiềm, nên thúc đẩy mạnh q trình ăn mịn nhơm. Cùng một loại phoi
nhôm, nếu thật khô, hiệu suất thu hồi khi cơ phoi có thể đạt 90-92%, cịn với độ ẩm 20%, hiệu suất
thu hồi chỉ cịn 68-70%. Ngồi ra, nếu cơ phoi ẩm, lượng hyđro hồ tan trong nhơm lỏng tăng lên,

làm giảm chất lượng nhôm tái sinh. Hàm lượng ẩm trong phoi quá cao là điều nguy hiểm, không an
toàn khi đưa phoi vào nồi kim loại lỏng. Phoi, bụi sắt, thép rất dễ hịa tan vào nhơm lỏng, làm giảm
giá trị sử dụng của nhôm tái sinh và giảm hiệu suất thu hồi kim loại.
Từ đó thấy rằng, nấu phoi nhôm không qua bước chuẩn bị, sơ chế là không hợp lý.
Trước hết, cần sấy khô phoi nhôm ngay sau khi có phoi, bảo quản tại kho có mái khô ráo. Để khử
được triệt để sắt tạp chất và tiện cho xử lý tiếp theo, người ta thường nghiền gãy phoi (dùng máy
nghiền búa) rồi khử dầu mỡ, sàng (khử đất đá) và tuyển từ để loại sắt.
Khử dầu mỡ trong phoi nhôm là một nguyên công bắt buộc trước khi cô phoi. Nếu hàm
lượng dầu mỡ tới trên 6%, nên dùng máy ly tâm. Dùng loại máy ly tâm tốt kết hợp với hơi nước trực
tiếp thổi vào, có thể giảm hàm lượng dầu mỡ trong phoi xuống tới 0,5%. Dầu mỡ tách ra có thể đem
tái sinh dùng lại. Có thể khử khá triệt để dầu mỡ bằng cách dùng dung dịch nước, chứa 6% nước
18


thủy tinh, 4% natri fotfat, 1% xút và 0,5% kali crômat để rửa phoi, sau khi đã quay sơ bộ trong máy
ly tâm. Có thể dùng các dung mơi hữu cơ tách nhờn rất tốt như đicloêtan, tricloêtan.
Để sấy phoi, thường dùng lị sấy kiểu ống quay đốt phía trong bằng khí hoặc mazut. Sau
khi sấy dùng sàng để loại đất đá lẫn. Mắt sàng không nên lớn hơn 1-2 mm. Vì độ giịn của phoi phụ
thuộc vào thành phần hóa học của hợp kim, nên khi sàng phân cấp, ta có thể tách bớt một số tạp chất
trong phoi hỗn tạp. Ví dụ, phoi hợp kim Al-Zn thường rất nhỏ, nên có thể tách phần lớn kẽm tạp
chất nằm trong loại phoi hỗn tạp vào phoi cỡ hạt nhỏ.
Để tiện bảo quản, vận chuyển, tăng năng suất thiết bị nấu luyện (giảm thời gian chất liệu,
nấu chảy) người ta thường dùng các loại máy ép để đóng bánh phoi đã xử lý sơ bộ. Với các loại máy
ép thủy lực lớn có thể nhận được phoi cục có khối lượng riêng tới 2000 kg/m3.
Tuy vậy, phương pháp đóng bánh chỉ phát huy được tác dụng với loại phoi rất mới (ít bị
oxi hóa) đã qua sấy, sàng, lọc sắt cẩn thận, còn các loại phoi cũ, bẩn, bị oxi hố nhiều nếu đem đóng
bánh sẽ nấu chảy rất chậm, vì màng oxit dày, dẫn nhiệt kém, bánh phoi như là một khối các hạt cách
nhiệt với nhau và lúc từng sợi phoi đã chảy lỏng, chúng cũng khó tụ lại thành giọt lớn để lắng xuống
đáy nồi. Nhờ chế tạo được các loại lị điện thích hợp, cơ khí hóa được khâu chất liệu, nên ngày nay
người ta có thể nấu phoi khá nhanh, cháy hao ít mà khơng cần đóng bánh. Để tăng hiệu quả nấu

luyện, thường dùng trợ dung khi nấu chảy phoi nhôm.
Đối với loại phoi xoắn, rối, nhất thiết phải nghiền, đập gãy. Nếu không có điều kiện
nghiền đập thì nên ép đóng bánh trước khi nấu.
3.6.3. Xử lý sơ bộ xỉ giàu nhôm trước khi nấu luyện.
Xỉ giàu nhôm tạo ra khi nấu luyện nhơm và hợp kim mà khơng có trợ dung che phủ, bao
gồm các màng oxit kim loại, tạp chất phi kim loại có trong liệu và rất nhiều nhơm kim loại (lẫn vào
khi hớt xỉ trên mặt nhơm lỏng). Nhóm xỉ này bao gồm cả những tảng đóng ở đáy thùng rót, màng
nhơm tạo ra khi rót nhơm lỏng.
Xỉ giàu nhơm có dạng cục và dạng bột. Xỉ dạng cục là loại giàu nhơm (tới 45-80% nhơm
kim loại), khó đập vỡ, cịn xỉ loại bột nghèo hơn (10-20% nhơm kim loại ở dạng các hạt nhôm lẫn).
Cấu tạo của xỉ rất xốp (vì có các lớp nhơm oxit), nên tốc độ ăn mịn rất nhanh, đặc biệt là khi có lẫn
muối tinh luyện. Trong quá trình bảo quản, nhất là để ngồi trời, nhơm trong xỉ bị oxi hóa rất nhanh,
nếu để lâu, hàm lượng nhơm kim loại có thể giảm tới 0%.
Tại các phân xưởng đúc, xỉ bị coi là phế liệu thải và thường tập trung xử lý ở các cơ sở
chuyên tái sinh kim loại màu.
Nấu xỉ để thu hồi trực tiếp kim loại, khi chưa qua xử lý sơ bộ, thường không đạt được
hiệu suất thu hồi đáng kể, nhất là khi hàm lượng nhôm kim loại trong xỉ dưới 50%, vì vậy, xỉ
thường phải qua các khâu xử lý trước khi nấu luyện. Công nghệ xử lý xỉ bao gồm các nguyên công
chủ yếu sau:
- Chọn riêng các cục lớn thuần nhất, loại xỉ không chứa nhôm kim loại;
- Đập, nghiền;
- Sàng rung để loại xỉ dạng bột, chủ yếu chứa nhôm oxit, đất đá lẫn;
- Loại sắt và các tạp chất phi kim loại khác;
- Thử mẫu đại diện để phân nhóm phế liệu.
Đơi khi người ta dùng máy nghiền bi để xử lý xỉ. Sau khi nghiền, đem sấy khô, rồi sàng
để loại bớt xỉ nghèo ở dạng bột.
3.7. Những yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi khi tái sinh nhôm.
Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của quá trình luyện kim là đạt được mức thu
hồi kim loại tối đa. Đây là một nhiệm vụ khó khăn khi tái sinh phế liệu nhơm, vì nhơm rất dễ bị oxi
hóa, nhôm oxit lại rất bền, nên khi đã bị oxi hóa thì coi như bị mất hẳn, chứ khơng thể tái sinh nhơm

từ oxit dễ dàng như thiếc oxit, chì oxit, đồng oxit. Phế liệu nhôm luôn bị lẫn đất đá, dầu mỡ, hơi ẩm,
sắt thép…là những chất gây khó khăn. Khi nấu luyện và trực tiếp làm giảm hiệu suất thu hồi.
Lúc tái sinh, nhơm có thể bị mất mát ở hai dạng chủ yếu là mất mát hóa học (do tác dụng
với oxi, hơi nước, khí CO2, CO…) và mất mát cơ học (theo xỉ, bám vào các vật lẫn lúc vớt ra khỏi
nhôm lỏng).
19


Tốc độ và mức độ oxi hóa phế liệu nhơm phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian nấu luyện,
kích thước và tình trạng bề mặt phế liệu, vào thành phần hợp kim và độ lẫn tạp. Mức độ oxi hóa
nhơm tăng tỷ lệ thuận với nhiệt độ và thời gian. Vì vậy, chế độ nấu luyện chỉ được coi là hợp lý, nếu
bảo đảm được nguyên tắc: nấu chảy nóng và nhanh, nghĩa là chỉ chất liệu khi nhiệt độ trong lò đã
đạt tới 800-850oC và giữ nhiệt độ này trong quá trình nấu chảy. Nấu phế liệu ở nhiệt độ thấp thì cả
hiệu suất thu hồi và năng suất lị đều thấp, vì nhơm bị oxi hóa mạnh nhất chính là lúc sắp nóng chảy,
ở nhiệt độ cao và có bề mặt phát triển. Ở nhiệt độ 800-850oC có thể nhanh chóng tạo được nồi kim
loại lỏng, bề mặt phản ứng giảm đi nhanh, quá trình nấu chảy phần liệu rắn cịn lại thuận lợi hơn và
khi đó trợ dung che phủ phát huy được tác dụng bảo vệ.
Nhôm lỏng, nếu không được che phủ sẽ dễ bị oxi hóa. Chỉ vừa hớt gạt màng xỉ, trên bề
mặt sáng bạc lại tạo ra lớp oxit mới che phủ. Nhôm oxit (Al2O3) hơi nặng hơn so với nhôm lỏng,
nhưng nhờ có sức căng bề mặt, nên vẫn được giữ lại ở lớp bề mặt. Tuy nhiên, khi lớp màng oxit dày
lên, nặng hơn, thì lớp dưới có thể chìm vào nhôm lỏng và được nhôm thấm ướt. Một số mảng nhơm
oxit có thể tách khỏi màng oxit, tùy theo kích thước hạt và tình trạng bề mặt, nhơm oxit có thể lẫn
trong nhơm lỏng ở trạng thái lơ lửng, hoặc lắng xuống đáy nồi (làm giảm dung lượng lò, tắc kênh
của lò cảm ứng).
Thực tế sản xuất đã cho thấy: kích thước và tình trạng bề mặt phế liệu ảnh hưởng rất lớn
đến hiệu suất thu hồi. Với bề mặt sáng, bóng, phế liệu nhơm cán bị oxi hóa chậm hơn so với phế
liệu dạng đúc. Nếu lớp bề mặt đã bị oxi hóa nhiều, dù có làm sạch trước khi nấu, nhơm vẫn bị oxi
hóa nhanh hơn so với bề mặt sạch ít bị oxi hóa. Chính vì vậy, hiệu suất thu hồi, khi tái sinh phoi, xỉ
chứa nhôm, là thấp nhất.
Khi nấu phoi và phế liệu nhôm quá vụn, các vỏ oxit cản trở việc tụ lại, lắng tách của các

giọt hợp kim lỏng và trên mặt nồi nhôm lỏng tạo ra lớp váng thể nhũ tương bao gồm các hạt rắn
(oxit, đất đá lẫn…) và các giọt kim loại lỏng. Nếu hớt màng này ra khỏi lị, thì trong khơng khí các
hạt nhơm sẽ bị oxi hóa rất mãnh liệt, tỏa ra nhiều nhiệt, màng xỉ sẽ được nung tới sáng trắng và
đóng cục lại. Các điểm trắng thấy trên mặt gãy của màng xỉ đã nguội, chính là những hạt Al2O3 vừa
tạo ra, do oxi hóa các hạt nhơm lẫn.
Các loại rẻo thừa, phế liệu cán, rèn dập, tuy có bị oxi hóa ít hơn so với phoi, nhưng để
đạt được mức thu hồi cao cũng cần ép lại. Các lớp sơn, phủ bề mặt, anơt hóa, đều làm giảm suất thu
hồi vì làm tăng mất mát theo xỉ và cháy hao.
Hiệu suất thu hồi cao chỉ đạt được nếu trước khi nấu luyện, phế liệu đã được xử lý sơ bộ
chu đáo nhằm giảm tới mức thấp nhất độ lẫn tạp và giảm bề mặt tiếp xúc tới mức cho phép. Các
nguyên công khử nhờn, ẩm, loại đất đá lẫn, sắt thép…tuy đòi hỏi nhiều nhân công, làm tăng giá
thành phế liệu trước khi tái sinh, nhưng lại rất có lợi, vì lượng kim loại nhận được thêm, do đỡ hao
cháy và chất lượng hợp kim tái sinh tốt lên, thừa để bù đắp những hao phí trong khâu chuẩn bị liệu.
Đối với phế liệu chứa nhơm, thà chịu chi phí nhiều cho khâu chuẩn bị liệu, còn hơn là để bị hao
cháy và nhận loại hợp kim tái sinh chất lượng thấp, vì phần nhơm đã bị oxi hóa biến thành phế liệu
thải mất hẳn và q trình tinh luyện khử khí, các tạp chất phi kim loại và sắt thực hiện rất khó khăn,
địi hỏi cơng nghệ và thiết bị khá phức tạp.
Ngay với loại phoi nhôm mới, hiệu suất thu hồi phụ thuộc rõ rệt vào độ ẩm:
Hàm lượng ẩm trong phoi, %
0
5,0
7,5
10
Hiệu suất thu hồi, %
98,0 97
96
95
Tỷ lệ thu hồi nhôm trong màng xỉ chứa 50% nhôm chỉ đạt 50%, cịn nếu qua đập, sàng
để đưa hàm lượng nhơm lên 70%, thì hiệu suất thu hồi đạt tới 80%. Bằng biện pháp đóng bánh các
rẻo thừa loại tấm có thể nâng hiệu suất thu hồi lên thêm 5-7% và làm tăng hiệu suất nấu luyện của

thiết bị.
Để giảm cháy hao (nhất là đối với phoi và phế liệu dạng mỏng) có thể dùng nhiều biện
pháp kỹ thuật khác hiện đại hơn như tạo môi trường bảo vệ, chân không. Cần lưu ý một đặc điểm là
trong trường hồn ngun có thể giảm cháy hao một phần, nhưng lại làm tăng độ bão hịa hyđrơ
trong nhơm. Tốt nhất và thuận lợi nhất là dùng lò nồi hoặc lò điện để làm thiết bị tái sinh, cịn về
mặt cơng nghệ, dùng phương pháp nấu chảy trong nồi kim loại lỏng hay trợ dung nóng chảy.

20


Để tăng hiệu suất thu hồi, cần phát huy vai trị của trợ dung, nhằm giảm bớt oxi hóa và
tạo điều kiện tụ lại, lắng tách tốt cho các giọt kim loại có lớp vỏ Al2O3 bao bọc. Khi cơ phoi, khuấy
cơ học không đủ để các giọt nhôm lắng tách tốt. Ngay ở điều kiện thí nghiệm tốt nhất, hiệu suất thu
hồi chỉ đạt 55,4% (không khuấy trộn) hoặc 69% (khuấy trộn tốt); cịn khi dùng trợ dung có thể nâng
lên tới 89%. Lượng trợ dung cho vào càng lớn thì hiệu suất thu hồi càng cao và chất lượng nhôm tái
sinh càng tốt (tạp chất phi kim loại càng ít). Cùng một loại phoi, khi cho 5% trợ dung thì hiệu suất
thu hồi là 86,7%, cho 10% thì hiệu suất thu hồi đạt 92,5%, còn khi cho tới 15% trợ dung, hiệu suất
thu hồi đạt tới 96,2%. Trong từng trường hợp cụ thể cần chọn lượng trợ dung hợp lý cả về mặt kinh
tế-kỹ thuật và điều kiện lao động, vì khi tăng tỷ lệ trợ dung thì tuy hiệu suất thu hồi có tăng lên
nhưng hiệu quả tăng tuyệt đối về hiệu suất thu hồi giảm dần. Tăng tỷ lệ trợ dung còn làm giảm năng
suất lò và lượng khí thải bốc hơi trong phân xưởng tăng lên. Thơng thường lấy tỷ lệ trợ dung như
sau: lị điện trở kiểu nồi 2%; lò quay đốt nhiên liệu 10-18%; lị cảm ứng kiểu nồi (dùng cơ phoi) 210%; lò phản xạ đốt nhiên liệu 15-25%. Trợ dung thường dùng là NaCl-KCl kỹ thuật, lấy theo tỷ lệ
1:1 rồi pha thêm 8-10% Na3AlF6. Trợ dung được chế tạo sẵn bằng cách nấu chảy hỗn hợp muối
KCl-NaCl-Na3AlF6 ở 850oC. Sau khi tạo được hỗn hợp cùng tinh, nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp
trợ dung chỉ vào khoảng 631-640oC. Đổ hỗn hợp nóng chảy vào khn, làm nguội, rồi đập vụn và
bảo quản trong bình kín (tránh hút ẩm) để dùng lần.
3.8. Thiết bị và công nghệ tái sinh các phế liệu chứa nhơm
Phế liệu chứa nhơm có thể tái sinh trong các lị vẫn dùng để nấu nhơm thỏi và hợp kim
nguyên sinh. Tuy nhiên, do đặc điểm của phế liệu chứa nhôm, để đạt được hiệu suất thu hồi cao, chỉ
nên dùng một số loại thiết bị phù hợp với công nghệ tái sinh. Căn cứ để chọn thiết bị và công nghệ

là dựa vào quy mô sản xuất, đặc điểm nguyên liệu, yêu cầu chất lượng hợp kim và điều kiện năng
lượng của xí nghiệp.
Lị luyện có thể chia làm nhiều loại. Theo dạng năng lượng chia ra: lị điện, lị nhiên liệu;
theo kết cấu khơng gian làm việc chia ra: lò phản xạ, lò nồi; theo phương pháp rót kim loại lỏng chia
ra: lị tĩnh, lị quay… Sau đây ta xét một số thiết bị và công nghệ thông dụng trong lĩnh vực luyện
nhôm thứ sinh.
3.8.1. Tái sinh phế liệu chứa nhơm trong lị phản xạ và các loại lị nhiên liệu khác.
Trên hình 3.16 trình bày sơ đồ lị phản xạ kiểu tĩnh. Nhơm trong lị được nung bằng nhiệt
của khí thải (sản phẩm cháy) chuyển động trong khơng gian giữa kim loại và vịm lò, nhưng chủ yếu
là do nhiệt bức xạ từ vòm lị, tường lị. Các kích thước chủ yếu của lị phản xạ được chọn theo
những nguyên tắc sau:

Hình 3.16. Sơ đồ lò phản xạ kiểu tĩnh
Đáy lò (hay còn gọi là nồi lò) là phần quan trọng nhất của lò. Thể xây phải tốt để không
cho kim loại chảy thấm qua và chịu được áp suất tĩnh của cả khối kim loại. Mặt đáy lị phải phẳng,
nghiêng về phía lỗ tháo. Dựa vào năng suất lị mà chọn kích thước đáy. Chiều sâu đáy càng nhỏ,
kim loại càng dễ nung nhanh, nhưng độ bay hơi kim loại tăng lên, vì tỷ số mặt thống so với thể tích
21


nồi tăng lên. Tăng độ sâu của nồi lò, kim loại đỡ bị oxi hóa, nhưng tốc độ nấu lại giảm. Với loại lò
12-20 tấn, chiều sâu của nồi lò là 500-700 mm. Chiều rộng của nồi lò phải nằm trong giới hạn cho
phép để khuấy trộn được liệu, làm sạch được tường lị qua các nồi, khi tính tốn dựa vào điều kiện
vận hành, bảo đảm chất liệu, khuấy trộn thuận lợi, khơng có “vùng chết”. Cần nhớ rằng một lượng
nhiệt rất lớn thường mất mát qua cửa sổ. Chiều cao của cửa sổ vào liệu phải tính tốn để cơng nhân
dễ thao tác.
Chiều cao của vịm lị quyết định thể tích khơng gian làm việc của lị, trong đó xảy ra các
q trình trao đổi nhiệt giữa khí lị, vịm và tường với kim loại. Các tính tốn cụ thể về lị phản xạ
được trình bày trong nhiều tài liệu chuyên khảo.
Khâu chất liệu vào lò và đúc thỏi tại lị phản xạ có thể dễ dàng cơ khí hóa.

Lị phản xạ có cấu tạo đơn giản, năng suất khá cao, tốn ít nhiên liệu, nhưng nhược điểm
cơ bản là khí lị tiếp xúc với nhơm lỏng nên kim loại dễ bị oxi hóa và hàm lượng khí trong nhôm
lỏng thường cao.
Để giảm độ lẫn tạp trong nhôm tái sinh (đặc biệt là sắt), giảm cháy hao bay hơi và cơ khí
hóa những ngun cơng chủ yếu, ngày nay người ta đang sử dụng một số kiểu lò phản xạ cải tiến
chuyên dùng để nấu phế liệu nhôm. Phần lớn các lị này đều có hai buồng.
Ngun tắc làm việc của lò phản xạ hai buồng như sau: liệu được chất vào buồng (ngăn)
nấu chảy, buồng này có cấu tạo như lị phản xạ một buồng thơng thường, sau khi nấu chảy, kim loại
lỏng được chuyển sang buồng lắng (lị tiền), tiếp đó lại chất liệu và nấu chảy mẻ liệu tiếp theo, cịn ở
phần lị tiền có thể tiến hành tinh luyện và điều chỉnh thành phần hóa học của hợp kim, rồi đúc thỏi.
Trên hình 3.17 trình bày sơ đồ lị phản xạ hai buồng dung lượng khoảng 15t chạy bằng mazut (hoặc
khí đốt). So với lị phản xạ một buồng, loại lị này có những ưu điểm sau:
1. Thời gian tiếp xúc trực tiếp giữa sắt vụn lẫn với nhôm lỏng ngắn hơn. Khi nhôm chảy
lỏng hết, được tháo ngay xuống lò tiền, sắt còn lại trên đáy lò được đưa ra khỏi lò dễ dàng hơn so
với trường hợp chúng nằm dưới nhôm lỏng (ở nhiệt độ 800-850oC sắt hòa tan khá dễ theo cơ chế
khuếch tán trong nhôm, qua việc tạo thành các hợp chất liên kim loại dạng FexAly, có nhiệt độ nóng
chảy thấp hơn nhiều so với sắt.
2. Năng suất lị tăng 20-25%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm. Thành phần hóa học của hợp
kim tái sinh ổn định hơn.
3. Có thể rót đúc thỏi ngay từ lị tiền vào máy đúc, khơng cần qua thùng rót, khơng cần
vận chuyển kim loại lỏng.

Hình 3.17. Sơ đồ lị phản xạ hai buồng
Phoi nhôm chiếm tới 30-50% trong phối liệu sản xuất nhôm thứ sinh. Phoi nhôm là vật
liệu rời, dễ cho vào lị, nhưng lại rất dễ bị oxi hóa. Vì vậy, để giảm cháy hao, khi tái sinh phoi cần
dùng thiết bị và cơng nghệ phù hợp. Trên hình 3.18 trình bày sơ đồ một kiểu lò chuyên dùng tái sinh
phoi nhơm. Về kết cấu, đây là một lị phản xạ thơng thường có hai buồng, một kín (2), một hở (4).
Hai buồng này thơng nhau bằng hai cửa (5) có tấm chắn điều tiết được khe hở. Buồng kín (2) được
22

đốt nóng bằng mỏ phun dầu, hoặc khí đốt (1). Buồng hở khơng dùng mỏ đốt, nhưng nhờ tuần hồn
cưỡng bức kim loại lỏng giữa hai buồng (tạo ra nhờ bơm ly tâm cảm ứng (3) đặt tại buồng hở), nên
vẫn đảm bảo được nhiệt độ cần thiết. Ưu điểm cơ bản của loại lò này là kim loại rất ít bị cháy hao.
Ơ buồng kín, kim loại lỏng được phủ kín dưới lớp trợ dung, mặt gương kim loại ln được bảo vệ,
khơng tiếp xúc trực tiếp với khí lị. Tỷ lệ cháy hao khi cơ phoi nhơm ở loại lò này, chỉ vào khoảng 45%, còn khi nấu các loại phế liệu cỡ lớn khác, chỉ độ 2%. Ngồi ra dùng loại lị này ta dễ dàng cơ
khí hóa khâu chất liệu. Để thúc đẩy q trình nấu chảy, có thể đặt thêm máy khuấy (6). Nhược điểm
của lò này là mất mát nhiệt qua buồng hở khá lớn và cần có máy bơm để tạo tuần hồn cưỡng bức
nhôm lỏng.
Về mặt công nghệ nấu luyện, việc
tái sinh nhơm trong các kiểu lị nhiên liệu có
nhiều điểm tương tự bao gồm các ngun cơng
sau:
1. Chuẩn bị lị luyện. Làm sạch nồi lò,
cào hết xỉ, bướu, sắt vụn còn lại trên mặt đáy
lò, làm sạch máng tháo vá lắp lỗ tháo. Trước
khi cho liệu, nhiệt độ dưới vòm lò phải đạt
1000-1100oC. Nếu nhiệt độ cịn thấp đã cho
liệu thì đáy lị sẽ nguội nhanh, nhơm sẽ lâu
chảy.
2. Nấu luyện. Trước hết cho các phế
liệu dạng cục, phế liệu đúc, chi tiết có thành
dày vào nồi lị. Phế liệu đưa vào lò qua các cửa
nạp liệu, cố gắng đưa phần lớn mẻ liệu vào
vùng có nhiệt độ cao. Trong khi nạp liệu khơng
Hình 3.18. Sơ đồ lị chun dùng
tắt quạt, nhưng giảm bớt áp suất gió.
tái sinh phoi nhơm
Chất liệu xong đóng cửa chất liệu, đưa cơng suất mỏ đốt lên mức tối đa để cường hóa q trình nấu
chảy. Khi một phần liệu đã chảy, cho trợ dung vào bề mặt liệu. Trợ dung này sẽ tạo lớp bảo vệ kim

loại lỏng. Để thúc đẩy quá trình nấu chảy, từng giai đoạn nên khuấy đảo, đẩy những khối chưa chảy
tới những vùng có nhiệt độ cao hơn. Lúc đã tạo ra nồi hợp kim lỏng thì đẩy phế liệu chưa chảy vào
chỗ nhôm lỏng. Khi thao tác, cửa chỉ mở tới mức cần thiết để tránh bớt mất mát nhiệt và tránh bớt
nhiệt bức xạ vào công nhân nấu luyện. Khi phần lớn liệu cho vào đã chảy lỏng, cho thêm liệu mới
(trước mỗi lần cho liệu phải vớt hết phế liệu kim loại đen), thêm trợ dung. Khi toàn bộ phế liệu của
mẻ nấu đã chảy hết, cho thêm trợ dung để tạo được xỉ loãng. Lượng trợ dung cần khi tái sinh phế
liệu nhôm, tùy thuộc vào độ lẫn tạp trong nguyên liệu và thường lấy theo tỷ lệ sau:
Độ lẫn tạp, %
2
2-5
5-10
>10
Tiêu hao trợ dung kg/t nhơm
60
100
140
160
Sau khi tạo được xỉ lỗng, vớt hết sắt cịn lại trong nồi lị. Để đỡ mất mát nhơm, lúc đầu
cào sắt ra ngưỡng cửa sổ lị để nhơm lỏng kịp thoát đi, rồi mới gắp sắt vào thùng dành sẵn cho loại
phế liệu này.
Nếu phối liệu chỉ là loại dạng cục, thì sau khi vớt sắt, hớt màng xỉ, ta tháo nhơm lỏng
xuống lị tiền hoặc vào thùng rót (thông thường phế liệu dạng cục chỉ đủ để tạo nồi kim lỏng cần
thiết cho q trình cơ phoi hoặc nấu phế liệu vụn tiếp theo).
Phoi nhôm nên cô trong nồi kim loại lỏng (chiếm 30-40% dung lượng của lò). Trước khi
cho phoi, nhiệt độ nồi kim loại phải đạt 750-800oC và có phủ một lớp trợ dung bảo vệ. Mỗi đợt chỉ
nên cho một lượng phoi bằng ¼ lượng kim loại lỏng có sẵn trong lị ở thời điểm đó. Cố gắng, nhúng
chìm phoi vào trong lịng khối kim loại lỏng.
Các loại phoi rất cần đóng bánh trước khi nấu. Nếu bánh phoi nhơm chứa nhiều dầu mỡ,
thì khi cho vào nồi lị chứa nhơm lỏng, cần tắt mỏ đốt, mở hồn tồn tấm chắn kênh khói. Lượng
phoi bánh cho vào lị cần vừa phải để khơng xả khói dầu vào xưởng.

Khi nấu phoi phải luôn giữ xỉ bề mặt cho loãng bằng cách tăng nhiệt độ và bổ sung trợ
dung mới. Nếu nấu loại phoi bị oxi hóa nhiều, có lớp xỉ sệt và dày làm giảm khả năng truyền nhiệt
23


thì phải hớt bớt xỉ. Để tránh mất mát kim loại theo xỉ phải làm loãng xỉ, đánh xỉ rồi để lắng trước
khi hớt. Mức tiêu hao trợ dung phụ thuộc vào mức độ oxi hóa của phoi nhơm
Hàm lượng kim loại trong phoi,%
50
60
70
80
90
(suất thu hồi luyện kim)
Tiêu hao trợ dung, %
100
75
60
50
40
(tính theo khối lượng phoi)
3. Điều chỉnh thành phần hợp kim. Khi một phần hoặc toàn bộ liệu của mẻ nấu đã chảy,
cần lấy mẫu phân tích nhanh. Trước khi lấy mẫu cần khuấy trộn để có được mẫu đại diện, muỗng
lấy mẫu cần hơ nóng trước khi nhúng vào kim loại lỏng.
Theo kết quả phân tích nhanh, tùy theo yêu cầu của sản xuất, phải cho thêm nhôm thỏi
nguyên sinh hoặc thứ sinh (để hạ bớt hàm lượng tạp chất) và các nguyên tố hợp kim cần thiết như
silic, đồng…
Silic được đưa vào nhôm ở dạng kim loại (silic tinh thể nhận được trong lò hồ quang ở
nhiệt độ 2100-2300oC hoặc ferosilic với hàm lượng sắt không quá 5-7%). Trước khi cho silic, đưa
nhiệt độ lên 800-850oC và giữ nhiệt độ này trong q trình hịa tan silic. Cần hớt hết xỉ trên bề mặt

kim loại. Phải dùng silic dạng cục cỡ 6-12 mm. Cục to quá khó hịa tan, cịn nhỏ q dễ bị oxi hóa
tạo xỉ. Ferosilic cũng cho vào nhơm lỏng ở dạng cục kích thước nhỏ hơn 70-90 mm. Khi nhúng
ferosilic vào nhôm lỏng, các cục fero thường bị lớp màng oxit có sẵn trên mặt nhơm lỏng bao bọc,
làm giảm khả năng hịa tan silic, gây cháy hao silic, có khi tới 20-30%. Để giảm mất mát phải nhấn
chìm silic dưới lớp nhơm lỏng. Để bảo đảm sự đồng đều thành phần hợp kim, giảm cháy hao silic,
có thể dùng hợp kim trung gian Al-Si, hoặc hợp kim dạng silumin.
Đồng có thể đưa vào nhôm lỏng ở dạng tấm mỏng, dây dẫn trần khơng bị oxi hóa, nhưng
tốt nhất nên dùng hợp kim trung gian đồng-nhơm tỷ lệ 50/50 là loại có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn
so với nhơm kim loại, rất giịn và đồng nhất về thành phần hóa học.
Sau đó là các ngun cơng tinh luyện, biến tính (nếu cần) và đúc rót hợp kim tái sinh.
Ở quy mơ nhỏ có thể tiến hành tái sinh phế liệu chứa nhơm trong lị nồi. So với lị phản
xạ, lị nồi có những ưu điểm như tính cơ động cao, có thể chuyển dễ dàng từ nấu mác hợp kim này
sang nấu mác hợp kim khác, vốn đầu tư rất thấp, có thể tổ chức sản xuất ở quy mô bất kỳ. Diện tích
mặt gương kim loại trong lị nồi nhỏ, nên ít bị oxi hóa và dễ dàng dùng trợ dung che phủ. Kim loại
trong nồi không tiếp xúc trực tiếp với khí lị, nên giảm được cháy hao và lượng khí hịa tan trong
nhơm lỏng ít hơn. Nhưng lị nồi cũng có nhiều nhược điểm rất khó khắc phục. Đó là năng suất thấp,
suất tiêu hao nhiên liệu lớn, rất khó lấy kim loại đen ra khỏi nồi khi tái sinh phế liệu nhôm lẫn nhiều
sắt, không thể dùng phế liệu có kích thước lớn, kể cả các phế liệu đúc dạng cục.
3.8.2. Tái sinh phế liệu chứa nhôm trong lò điện
Gần đây lò điện được sử dụng ngày càng rộng rãi trong nấu luyện và tái sinh nhôm. Tùy
theo cách biến đổi điện năng thành nhiệt năng, người ta chia lị điện thành ba nhóm: lị hồ quang, lị
điện trở và lò cảm ứng. Trong lò hồ quang, nhiệt độ đạt tới 3000oC ở vùng hồ quang nên không thể
dùng để nấu nhơm, vì kim loại bị q nhiệt cục bộ, bị cháy hao nhiều, chất lượng không đảm bảo.
Lị điện trở được dùng nhiều để nấu nhơm. Có lò điện trở kiểu nồi và lò điện trở kiểu
phản xạ. Thanh nung có thể là kim loại, grafit hoặc silic cacbit. Vì trong q trình tái sinh nhơm
phải dùng nhiều trợ dung, mà các halogenua trong trợ dung dễ làm hỏng thanh (dây) nung, nên
khơng thể dùng lị điện trở để nấu nhôm phế liệu, mà chỉ dùng để nấu nhơm và hợp kim thỏi ngun
sinh.
Lị cảm ứng có thể dùng để tái sinh phế liệu. Trên quan điểm cơng nghệ mà xét, lị cảm
ứng có nhiều ưu điểm:

+ Quá trình nung kim loại thực hiện ngay từ trong kim loại, cho phép nấu luyện ở nhiệt
độ tương đối thấp, khơng sợ q nhiệt.
+Khơng có khí lị, dạng khơng gian làm việc của lò thuận tiện cho việc bảo vệ nhơm, đỡ
bị oxi hóa.
+ Tốc độ nấu nhanh, nên trong lị cảm ứng có thể nấu ngay cả giấy nhôm, lá nhôm, mạt
cưa mà không sợ cháy hao quá nhiều (như lò nhiên liệu).
+ Lượng tiêu hao trợ dung rất nhỏ, trợ dung ít bị bay hơi.
24


+ Lượng khí hịa tan nhỏ, chất lượng kim loại bảo đảm hơn.
+ Dưới tác dụng của lực điện động, kim loại luôn chuyển động, khuấy trộn tốt.
+ Nhiệt độ lị dễ điều chỉnh, dễ tạo mơi trường bảo vệ (chân khơng, khí trơ).
Để tái sinh phế liệu chứa nhơm, thường dùng lị cảm ứng tần số cơng nghiệp loại có kênh
hoặc khơng có kênh. Đặc tính kỹ thuật của một số kiểu lị tần số cơng nghiệp dùng để nấu luyện
nhơm trình bày trên bảng 3.3.
Bảng 3.3. Đặc tính kỹ thuật của lị cảm ứng tần số cơng nghiệp dùng nầu nhơm
Thơng số thiết bị
Dung lượng có ích, t
Dung lượng phần kênh, t
Dung lượng tồn phần, t
Cơng suất định mức, kW
Suất tiêu hao điện năng kWh/t
Thời gian nấu luyện, giờ

IA-0,5
0,5
0,3
0,8
125

450-475
2

Kiểu lị
IA-1
1
250
450-475
2

IA-6
6
3
9
750
450-475
3.5

Nhược điểm cơ bản của lị cảm ứng có kênh là: do nhơm oxit lắng đọng, kênh có thể bị
tắc, nhất là khi nấu luyện các phế liệu lẫn nhiều tạp chất. Trong các loại lò khác, nồi kim loại lỏng
tương đối yên tĩnh nên phần lớn nhôm oxit giữ lại trên bề mặt thống, cịn trong lị cảm ứng có kênh
do kim loại bị xáo động, nhơm oxit trộn lẫn trong nhơm lỏng, lại khó bị thấm ướt, nên khi lọt vào
kênh dễ bám chặt vào tường, làm giảm dần diện tích mặt cắt, dẫn tới sự cố. Để tránh tắc kênh phải
thường xuyên làm sạch kênh bằng dụng cụ chun dùng.
Lị cảm ứng tần số cơng nghiệp loại khơng có kênh là thiết bị nấu rất tiện lợi và kinh tế
đối với nhơm phế liệu. Trong lị này có thể tái sinh nhiều phế liệu tạp, dễ dàng tiến hành tinh luyện.
Để tăng hiệu quả nung chảy lúc đầu chỉ dùng nhơm dạng cục có kích thước không nhỏ hơn 80 mm,
phế liệu dạng tấm cần xếp đứng dọc thành lị để luồng từ đi vng góc với bề mặt liệu. Các phế liệu
dạng phoi, dây chỉ cho vào nấu trong nồi kim loại lỏng. Tỷ lệ thu hồi kim loại đạt tới 96-98% đối
với liệu sạch; 96-97% đối với loại rẻo thừa sạch, nấu trong nồi kim loại lỏng; 92,5-94,5% đối với

phoi; 76-90% đối với giấy, lá nhôm. Tiêu hao điện năng khoảng 560 kWh (phế liệu dạng cục) tới
800 kWh (phoi) cho một tấn nhôm tái sinh.
3.9. Tinh luyện nhôm và hợp kim
3.9.1. Khử các tạp chất phi kim loại trong nhôm và hợp kim
Cơ sở của các phương pháp tinh luyện khử tạp chất phi kim loại trong nhơm (chủ yếu là
Al2O3 và khí hyđro) là sự phân chia pha của hỗn hợp nóng chảy. Vì vậy, trong tinh luyện cần giải
quyết hai nhiệm vụ là tách tạp chất (hoặc nhôm) vào pha mới riêng rẽ và phân chia được hoàn toàn
các pha ấy.
Các tạp chất phi kim loại và khí có thể đưa ra khỏi kim loại lỏng ở thể khí hoặc thể rắn
bằng cách thay đổi nhiệt độ, áp suất, hoặc dùng chất hoạt tính đưa vào để tạo thành hợp chất hóa
học mới dễ tách ra khỏi nhơm lỏng. Ngồi ra có thể dùng phương pháp điện hóa.
1. Lắng và làm nguội.
Độ hịa tan hyđro trong nhơm lỏng giảm theo nhiệt độ. Lượng hyđro hịa tan giảm đột
biến khi nhơm chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Vì vậy, giữ nhôm tại nhiệt độ gần nhiệt
độ chảy dưới lớp trợ dung, có thể khử bớt hyđro trong nhơm. Có thể làm nguội nhôm lỏng rất chậm
tới trạng thái sệt, rồi nung chảy thật nhanh tới nhiệt độ rót.
2. Thổi nitơ vào nhôm lỏng
Từ định luật Đanton thấy rằng các chất khí lan truyền trong khơng gian do các khí khác
chiếm chỗ, như trong chân khơng. Vì vậy, khi bọt khí nitơ chuyển dịch trong kim loại lỏng, áp suất
riêng phần của khí hyđro trong bọt khí nitơ lúc đầu bằng khơng và hyđro dễ khuếch tán vào trong
bọt khí nitơ, rồi cùng nitơ chuyển lên bề mặt thoát ra ngồi nhơm lỏng. Ngồi ra, trong q trình
chuyển động lên bề mặt, nitơ kéo theo các bọt hyđro nhỏ, vốn khơng đủ sức thốt ra do độ sệt của
25