tổng quan về bauxit và công nghệ chế biến bauxite của Việt Nam

 



Công nghệ chế biến khoáng sản đang dần trở thành một trong những ngành
kinh tế mũi nhọn của nước ta, trong đó công nghệ chế biến bauxit, là một trong các
nghành công nghệ chủ lực trong tương lai.
Nước ta có nguồn bauxit dồi dào đặc biệt là vùng tây bắc và tây nguyên.
Có rất nhiều công ty khia thác khoáng sản khác nhau nhưng tất cả vì mục
đích chung là chế biến tinh quặng, tăng giá trị khoáng sản việt nam đáp ứng nhu
cầu ngay càng cao của công nghiệp và đảm bảo sự phát triển kinh tế
Nhiệm vụ của tiểu luận này là cung cấp cho moi người nhũng kiến thức mới
nhất về bauxit và công nghệ chế biến bauxite của Việt Nam.
Nội dung của bài tiểu luận gồm 4 phần:
Phần I: Tổng quan chung.
Phần II: cơ sở phương pháp bayer
Phần III: Kết luận.
Mặc dù nhóm đã rất cố gắng hoàn thiện đề tài một cách trọn vẹn nhất, nhưng
cũng khó có thế không mắc những sai sót nhất định. Vì vậy nhóm chúng Em mong
Thầy góp ý để bài làm của nhóm chúng em thêm hoàn thiện hơn.
 !"#
1
 
Thành Phố Hồ Chí Minh, Ngày 10 Tháng 02 Năm 2012
 !"#
2
 
$%&'()*
""+, /.012,3/4
"""+, /.01
Bô xít là nham thạch có màu từ trắng đến đen, chủ yếu là hỗn hợp các hợp chất

vô cơ và nhôm hydoxit. Loại boxit thường gặp có màu đỏ. Các loại hình quặng
boxit quan trọng là bơsmit, gipsit (hydragilit), diaspo, alumogel.
""5,6/,7,8/2,9:;<=/4>62-2?@/4:A/:@.:BC/4:D/,.E/
a. Thành phần hóa học
Boxit có thành phần tương đối phức tạp, nhưng chủ yếu là hỗn hợp các khoáng
nhôm hydroxit, thường bị nhiễm bẩn bởi sắt oxit (tạo ra màu đỏ cho quặng)
hoặc silic oxit. Thành phần hóa học của boxit dao động giữa 50-63% Al
2
O
3
,
12-32 % H
2
O, 15-25 % Fe
2
O
3
, 2-10 % SiO
2
và 2-5 % TiO
2
.
Hàm lượng nhôm oxit và silic oxit là những yếu tố quyết định chất lượng của
quặng boxit.
Nhôm oxit trong quặng boxit chủ yếu ở trong thành phần của hydroxit như
diaxpo, bơmit, gipsit hoặc bayerit. Ngoài ra, nhôm oxit trong boxit còn có thể
ở dạng corundum và trong thành phần khoáng của nhóm caolinit.
Gibbsit Boehmit Diaspore
Thành phần Al(OH)
3

α-AlO(OH) γ-AlO(OH)
Hàm lượng alumina tối đa (%) 65,4 85,0 85,0
Hệ tinh thể Đơn tà Trực thoi Trực thoi
ĐHHO6BLT # NHÓM 21
 
Mật độ (g.cm
-3
) 2,42 3,01 3,44
Nhiệt độ tách nước (°C) 150 350 450
b. Các dạng tồn tại
Quặng bauxite có thể tìm thấy dưới dạng thảm (blanket), túi (pocket), lớp
(interlayered), và tích tụ (detrital). Thảm bauxite là các lớp liên tục và bằng
phẳng, thường ở gần mặt đất, có bề dày thay đổi từ 1 đến 40 m (trung bình từ 4
đến 6 m) và có thể rộng hàng cây số. Túi bauxite là các túi nằm dưới mặt đất,
có chiều sâu thay đổi từ dưới 1 cho đến 30 m, nằm cô lập hoặc liên kết với
nhau. Lớp bauxite là thảm hoặc túi bauxite bị phủ lấp và ép xuống, cho nên nó
bị nén nhiều hơn thảm hoặc túi bauxite do trọng lượng của lớp đất bên trên.
Tích tụ bauxite rất hiếm thấy vì nó được cấu tạo do sự tích tụ của bauxite bị
xói mòn từ thảm, túi, hay lớp bauxite ở nơi khác.
"5D7,F/GHI3J/4K3L.:MN.0:K1
Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện trên lãnh thổ Việt nam được đánh giá là
một quốc gia có trữ lượng quặng boxit phong phú ở cả Miền Bắc và Miền Nam
Việt Nam. Tổng trữ lượng quặng boxit của Việt Nam ước tính khoảng 8 tỷ tấn,
trong đó có 7,6 tỷ tấn ở các tỉnh Tây Nguyên. Với trữ lượng như vậy, nước ta
đứng trong số các nước có trữ lượng boxit lớn trên thế giới.
Việt Nam có hai loại hình quặng boxit:
a. Loại quặng bơsmit và diaspo, tập trung chủ yếu ở Miền Bắc Việt Nam, phân
bố ở các tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang). Tổng trữ lượng dự
đoán khoảng trên 350 triệu tấn, hàm lượng nhôm dao động trong khoảng 39-65
%. Modul silic (Al

2
O
3
/SiO
2
) bằng 5-8.
b. Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên và Miền Nam Việt Nam,
với tổng trữ lượng ước tính khoảng 7,6 tỷ tấn.
ĐHHO6BLT O NHÓM 21
 
Trữ lượng quặng boxit đã được thăm dò và chứng minh ở Tây Nguyên và
Miền Nam Việt Nam là khoảng 2772 triệu tấn. Trong đó cụ thể các khu vực
như sau:
* Tài nguyên vùng Đắc Nông - Phước Long khoảng 1.570 triệu tấn
* Tài nguyên boxit vùng Lâm Đồng tập trung ở hai tụ khoáng là Tân Rai và
Bảo Lộc.
- Trữ lượng vùng khoáng Tân Rai khoảng 57 triệu tấn cấp C
1
, 120 triệu tấn
cấp C
2
, hàm lượng như sau:
Al
2
O
3
44,69 %
SiO
2
2,61 %

Fe
2
O
3
23,35 %
TiO
2
3,52 %
MKN 24,3 %
- Trữ lượng vùng tụ khoáng Bảo Lộc khoảng 378 triệu tấn.
Nói chung, quặng boxit nguyên khai ở Lâm Đồng đều có chất lượng không
cao, hàm lượng Al
2
O
3
chỉ khoảng 35 - 37%. Người ta phải tuyển rửa quặng
nguyên khai để thu được tinh quặng giàu nhôm hơn. Sau khi tuyển, tinh quặng
boxit ở các tụ khoáng Lâm Đồng cũng chỉ đạt hàm lượng 45 - 49% Al
2
O
3
.
Hình 1.2: Mặt cắt địa chất Bauxite ở Cao Nguyên miền trung.
ĐHHO6BLT P NHÓM 21
 
"#$,F/;C@.
Ba dạng cấu trúc khác nhau của bauxite có thể phân loại thành 2 nhóm dựa vào
hàm lượng nước khác nhau đó là: monohydrates và trihydrates.
Trihydrates bao gồm gibbsite và böhmite được tìm thấy ở châu Mỹ Latinh và
vùng Caribê

Loại bauxite do độ tuổi của đá xác định. Bauxite diaspo là loại già nhất, còn
loại trẻ nhất là hydragilit, các loại bauxite còn lại nằm giữa bauxite diaspo sạch
và hydragilit sạch. Khi phong hóa alumosilicat trong điều kiện thiên nhiên sẽ
tạo thành tất cả các khoáng vật nhôm oxít ngậm nước – keo nhôm- chứa lượng
nước không xác định Al
2
O
3
.xH
2
O. Sự mất nước của keo nhôm theo thời gian sẽ
làm biến đổi thành phần khoáng vật, với hydrahgilit x=3, diaspo và bơmit x=1.
Keo nhômalumo giả bềnhydragilitbơmitdiaspocorundum.
Theo Maliavkin, tùy theo tỉ số trọng lượng của Al
2
O
3
và SiO
2
, tất cả đá nhôm
được chia làm 3 loại:
-
Sialit Al
2
O
3
: SiO
2
1
-

Alit Al
2
O
3
: SiO
2
>1
-
Boxit Al
2
O
3
: SiO
2
>2
Nhìn bề ngoài bauxite có thể khác nhau. Thông thường bauxite có màu đỏ, khá
cứng. Đôi khi cũng gặp bauxite có màu trắng vàng, xanh thẫm và các màu
khác. Màu đỏ chứng tỏ hàm lượng sắt oxít cao, khi hàm lượng sắt oxít thấp thì
bauxite có màu xám hoặc trắng.
ĐHHO6BLT NHÓM 21
 
Diaspore
Hình 1.3a: So sánh các loại Bauxit
Hình 1.3c: Một mẫu đất đỏ bazan chứa quặng bô xít tại Dự án tổ hợp Bô xít
Nhôm Lâm Đồng.
ĐHHO6BLT Q NHÓM 21
 
Hình 1.3d: Mẫu quặng nguyên khai tại Đăk Nông, nguồn nguyên liệu phục vụ
cho Nhà máy Alumin Nhân Cơ.
Hình 1.3e: Mẫu quặng tinh tại mỏ bô xít Đăk Nông.

ĐHHO6BLT R NHÓM 21
 
Hình 1.3f: Sulfat Nhôm kỹ thuật, sản phẩm đầu tiên sau quá trình xử lý quặng
bô xit tinh.
"O,9:;<=/4I3J/4SLT:>6U,V/W/4-7?X/42S/4/4,0GKYMBN.0:
K1
Chất lượng quặng bô-xít có ảnh hưởng rất quyết định đến tính khả thi về mặt
kinh tế cũng như tính cạnh tranh của công nghệ được lựa chọn.
Nhìn chung, công nghệ Bayer được áp dụng cho loại bô-xít có chất lượng cao,
có hàm lượng SiO
2
thấp. Chỉ số “Modunsilic” (mSi) của bô-xít có ý nghĩa đặc
biệt quan trọng khi lựa chọn công nghệ và có ảnh hưởng quyết định đến hiệu
quả của công nghệ. Chỉ số này được xác định bằng tỷ lệ giữa thành phần
Al
2
O
3
và SiO
2
trong quặng bô-xít. Chỉ số này càng cao càng tốt (thành phần
Al
2
O
3
càng cao, và SiO
2
càng thấp càng tốt).
Theo đánh giá chung, chất lượng bô-xít của VN thuộc loại thấp, chứ không
phải là cao như nhiều người lầm tưởng. So với bô-xít của các nước trên thế

giới, bô-xít của Tây Nguyên thuộc loại chất lượng thấp nhất, đòi hỏi phải có
thêm công đoạn tuyển rửa quặng nguyên khai để tăng modun silic, vì vậy tính
cạnh tranh khi sử dụng công nghệ Bayer cũng là thấp.
Chỉ số mSi của bô-xít Tân Rai và Nhân Cơ chỉ có 3,5-7,8 (trung bình 4,93)
trong khi của Indonesia 14-18; Jamaica 15-25; Úc 11-20, Ấn Độ 20-25; Pháp
11-18; Nam Tư (cũ) 10-20; Hungary 10-13; Suriman 18-23; Hy Lạp 10-19 v.v.
ĐHHO6BLT Z NHÓM 21
 
Trong công nghệ Bayer chỉ số mSi sẽ quyết định (ảnh hưởng tới) tỷ lệ thu hồi
hóa học của alumina. Như ta đã biết, theo lý thuyết, khi áp dụng công nghệ
Bayer cho bô-xít của Tây Nguyên có modun silic mSi=4,93, tỷ lệ thu hồi Al
2
O
3
(trên cơ sở hóa học) tối đa (chưa tính đến các yếu tố khác) là (1-1:4,93) x
100% = 79,71%. Modun silic càng thấp, tỷ lệ thu hồi này càng thấp, và tính
hiệu quả càng thấp.
Trong quá khứ, chúng ta đã có các nghiên cứu cụ thể để lựa chọn công nghệ.
Kết quả cho thấy, cần có quy trình cụ thể đối với bô-xít của từng mỏ. Mỏ “1
tháng 5” và mỏ Tân Rai cần có hai quy trình khác nhau, với các thông số công
nghệ khác nhau (áp suất và nhiệt độ hòa tách, nồng độ kiềm trung bình, thời
gian hòa tách, tốc độ hòa tách, yêu cầu khử silic v.v.).
"P[/4?X/4
Ứng dụng chủ yếu của boxit là làm nguyên liệu cho công nghiệp luyện nhôm.
Ngành công nghiệp sản xuất nhôm kim loại tiêu thụ 85% quặng boxit trên toàn
thế giới. Phần boxit còn lại được sử dụng trong hai lĩnh vực là sản xuất alumin
chuyên dụng (10%), bao gồm alumin nung và alumin hoạt hóa, và sản xuất vật
liệu chịu lửa (5%), ví dụ gạch chịu lửa, ximăng chịu lửa và các vật liệu mài.
ĐHHO6BLT "\ NHÓM 21
 

$5]^$_]$`$ab(caa*&d
efg
5".h.:,.032,3/4&3Y:Bi/,jV/L39:/,S1
Hiện nay trên thế giới quy trình sản xuất nhôm được thực hiện theo 3 giai
đoạn chính đó là: Khai thác bauxite, chế biến alumina và luyện nhôm. Trong
đó giai đoạn chế biến alumina và luyện nhôm được thực hiện theo 2 quy trình:
quy trình Bayer-chế biến bauxite thành alumina và quy trình Hall-Heroult-
điện phân alumina thành nhôm.
Hình 2.1: Quy trình sản xuất nhôm.
55.h.:,.03jk;<=2>l7,<k/47,-7KYMB
55".h.:,.03
Công nghệ Bayer được Karl Bayer phát minh vào năm 1887. Khi làm việc
ở Saint Petersburg, Nga ông đã phát triển từ một phương pháp ứng dụng
alumina cho ngành công nghiệp dệt (nó được dùng làm chất ăn mòn trong việc
nhuộm sợi bông), vào năm 1887 Bayer đã phát hiện rằng nhôm hydroxit kết
tủa từ dung dịch kiềm ở dạng tinh thể và có thể tách lọc và rửa dễ dàng, trong
ĐHHO6BLT "" NHÓM 21
 
khi nó kết tủa bởi sự trung hòa dung dịch trong môi trường axít thì ở dạng sệt
và khó rửa sạch.
Công nghệ này trở nên rất quan trọng trong ngành luyện kim cùng với những
phát minh về điện phân nhôm vào năm 1886. Cùng với phương pháp xử lý
bằng xyanua được phát minh vào năm 1887, công nghệ Bayer khai sinh ra lĩnh
vực luyện kim bằng nước hiện đại.
Ngày nay, công nghệ này vẫn không thay đổi và nó tạo ra hầu hết các sản
phẩm nhôm trung gian trên thế giới.
Công nghệ KYMB là phương thức sản xuất chính tinh luyện quăng thô bauxit
để sản xuất ra quặng tinh alumina.
Trong bauxit có đến 30-54% là alumina, Al
2

O
3
, phần còn lại là các silica, nhiều
dạng ôxít sắt, và điôxít titan. Alumina phải được tinh chế trước khi có thể sử
dụng để điện phân sản xuất ra nhôm kim loại. Trong tiến trình Bayer, bauxit bị
chuyển hóa bởi một luồng dung dịch natri hydroxit (NaOH) nóng lên tới
175°C để trở thành hydroxit nhôm, Al(OH)
3
tan trong dung dịch hydroxit theo
phản ứng sau:
Al
2
O
3
+ 2 OH
−
+ 3 H
2
O → 2 [Al(OH)
4
]
−
Các thành phần hóa học khác trong bauxit không hòa tan theo phản ứng trên
được lọc và loại bỏ ra khỏi dung dịch tạo thành bùn đỏ, quặng đuôi hay đuôi
quặng của loại quặng bauxit. Chính thành phần bùn đỏ này gây nên vấn nạn
môi trường về vấn đề đổ thải giống như các loại quặng đuôi của các khoáng
sản kim loại màu nói chung. Tiếp theo, dung dịch hydroxit được làm lạnh và
hydroxit nhôm ở dạng hòa tan phân lắng tạo thành một dạng chất rắn, bông, có
màu trắng. Khi được nung nóng lên tới 1050°C (quá trình canxit hóa), hydroxit
nhôm phân rã vì nhiệt trở thành alumina và giải phóng hơi nước:

2 Al(OH)
3
→ Al
2
O
3
+ 3 H
2
O
ĐHHO6BLT "5 NHÓM 21
 
555$,F/;C@.
Hiện nay và trong tương lai, khoảng 90% alumina trên thế giới vẫn được sản
xuất bằng công nghệ Bayer. Để chuyển từ bô xít thành alumina, người ta
nghiền quặng và trộn với đá vôi và soda cốt tích, rồi bơm hỗn hợp này vào
bình chứa áp lực cao, rồi nung lên. Ô xít nhôm bị phân giải bằng soda cốt tích,
rồi kết tủa, rửa, và nung để tách nước ra. Thành phẩm là bột màu trắng mịn
hơn muối ăn mà ta gọi là alumina.
Trong quá trình sản xuất alumina bằng phương pháp Bayer, tùy theo thành
phần khoáng vật của bô xít mà công nghệ Bayer được chia thành 2 giải pháp
khác nhau:
a. Công nghệ Bayer châu Mỹ
Được áp dụng nếu Al
2
O
3
của bô xit ở dạng gippsite (trihydrate Al
2
O
3

. 3H
2
O),
có thể được hoà tách dễ dàng. Bô xít này thường được hòa tách ở nhiệt độ tối
đa 140-145
o
C trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm thấp (120-140g/l
Na
2
O).
b. Công nghệ Bayer châu Âu
Được áp dụng nếu Al
2
O
3
của bô xít ở dạng boehmite và diaspore (monohydrate
Al
2
O
3
.H
2
O), phải hòa tách ở nhiệt độ cao hơn 200
o
C (240-250
o
C trong các nhà
máy hiện đại và có chất xúc tác đối với quặng diaspore) và trong dung dịch hòa
tách có nồng độ kiềm cao hơn (180-250g/l Na
2

O).
55#S/4/4,02,mG.m/I3J/4GSLT:N.0:K1
Bô xít ở Tây Nguyên là loại bô xít gippsite, mỏ lộ thiên dễ khai thác. Bô xít
này thuộc loại gippsite-goethite, chất lượng trung bình, thường phải qua tuyển
rửa mới đảm bảo chất lượng để sử dụng công nghệ Bayer Bắc Mỹ (nhiệt độ,
nồng độ kiềm hoà tách thấp). Tuy nhiên bô xít này có chứa nhiều goethite nên
khả năng lắng kém
ĐHHO6BLT "# NHÓM 21
 
Cho tới nay đã có hai nghiên cứu sản xuất alumina từ mỏ Tân Rai, tỉnh Lâm
Đồng, và mỏ “1/5”, tỉnh Đắk Nông để phục vụ cho việc lập Nghiên cứu khả thi
phát triển 2 mỏ này.
a) Tinh quặng bô xít mỏ “1/5” thuộc loại bô xít tốt (Al
2
O
3
~ 50,23%; SiO
2
~
2,09%), thành phần khoáng vật chủ yếu là gippsite dễ hoà tách, do đó có thể áp
dụng công nghệ Bayer để sản xuất alumina từ bô xít gippsite của Tây Nguyên,
cụ thể:
- Bùn quặng được khử silic sơ bộ trước khi hoà tách để cải thiện việc khử silic
và khả năng lắng tách bùn đỏ với hàm lượng chất rắn 1.000-1.050 g/l. nồng độ
kiềm hoạt tính là 160±3 g/l, lượng vôi thêm vào 2-2,2 % (quặng bô xít khô),
nhiệt độ 95-100
o
C, thời gian 5-6 phút.
- Hoà tách với bùn quặng sau khi tiền khử silic ở nhiệt độ 145
o

C, thời gian 60-
75 phút, áp suất 12-14 ata, bùn hoà tách ra có ỏc = 1,36.
b) Trong khi đó, một nghiên cứu khác đối với bô xít Tân Rai cho kết luận như
sau:
- Bùn quặng qua tiền khử silic trước khi hoà tách để cải thiện việc khử silic và
khả năng lắng tách bùn với hàm lượng chất rắn 900-1.100g/l, trong dung dịch
đã qua sử dụng, nhiệt độ 95-100
o
C , thời gian từ bay hơi cô đặc 6-10 giờ; hậu
khử silic ở nhiệt độ 100
o
C, thời gian tối ưu là 6 giờ.
- Hoà tách với bùn quặng sau khi tiền khử silic ở nhiệt độ 105
o
C đến 107
o
C,
trong dung dịch có nồng độ kiềm cốt tích 210 g/l (hoặc cao hơn) với RP cần
đạt 1,10-1,12, thời gian: 2,5 giờ, áp suất khí quyển, bùn hoà tách ra có ỏc =
1,45 – 1,50.
Tóm lại, công nghệ Bayer chế biến bô xít gippsitic thuộc loại công nghệ phổ
biến nhưng cũng có một số công đoạn của công nghệ này cần có những chuyên
gia có kinh nghiệm về thiết kế, vận hành và chế biến thì mới sản xuất ra được
alumina. Trong tất cả mọi trường hợp liên quan đến bô xít gippsitic và alumina
cát, điều cần chú trọng đầu tiên là phải dựa vào kết quả phân tích của phòng thí
nghiệm, mô hình toán học, tiếp cận được những kinh nghiệm vận hành nhà
máy và có một đội ngũ kỹ thuật và công nhân lành nghề.
ĐHHO6BLT "O NHÓM 21
 
5#kjN;n:,3Ym:

Nhiệt động học
Phn ng ha tan bauxit
 Al(OH)
3
+ NaOH = Na[Al(OH)
4
] = NaAlO
2
+ 2H
2
O
 AlOOH+ NaOH +H
2
O =Na[Al(OH)
4
] = NaAlO
2
+2H
2
O
Aluminat natri : 2NaAlO
2
= Na
2
O.Al
2
O
3

Các tạp chất

 Fe
2
O
3
: không tác dụng với NaOH "Bùn đỏ.
 SiO
2
: SiO
2
(cát thạch anh) : không tan "Bùn đỏ.
 Caolinit

:
Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O +2NaOH = Na
2
O.Al
2
O
3
.2SiO
2
.3H

2
O $
Natri alumosilicat Na
2
O.Al
2
O
3
.2SiO
2
.3H
2
O"Bùn đỏ
 TiO
2
:
TiO
2
+ NaOH = $NaHTiO
3
(hoặc Na
2
O.3TiO
2
.2.5H
2
O)

Natri metatitanat NaHTiO
3

"Bùn đỏ
5Ok2,m
•Khuếch tán
•Phản ứng hóa học
ĐHHO6BLT "P NHÓM 21






C
o
C
1
C
2
C'
o
C'
1
C'
2
δ
1
δ
2
 
• Tốc độ hòa tách:
• Miền động học khuếch tán :

• Miền động học hóa học :
• Miền trung gian :
5P,S/4jH2S/4/4,0
Hoà tách boxit bằng NaOH (F.Habashi-t.51)
Quặng Nhiệt
độ
Áp suất
psi
NaOH
g/l
Thời gian
h
Thực tế ở
ĐHHO6BLT " NHÓM 21
 

o
C
Ghipxit 140 60 (4.2
at)
140 1 Mỹ
Bơmit 180 120 (8.4
at)
350-600 2-4 Châu Âu
Điaspo
 A/4op
 Nồng độ kiềm costic (Na
2
O
k

) :
Na
2
O
k
= NaOH-dư + Na
2
O
 Chỉ số costic :
 Dung dịch tuần hoàn : α
k
=3.5 – 4.0
M
Na2O
= 62 g ; M
Al2O3
= 102g
Chọn : α
k
=3.6 ; Na
2
O
k
= 300g/lit

Khối lượng boxit
Al
2
O
3

 Bauxit
45 100
137g/lit m = 137 x 100/45 = 304 g/lit
§,.0:opT =140
o
C
§`7j39:P=2-4at
§$,X4.K  Vôi
Chất trợ lắng : bột mì
ĐHHO6BLT "Q NHÓM 21
molOAl
molONa
k
k
],[
],[
32
2
=
α
 
5 ,.m:Gq
Hình 2.6. Sơ đồ thiết bị
5Q,3Ym:1./,$,<k/47,-7KYMB
Công nghệ Bayer chủ yếu gồm các công đoạn sau:
1. Hòa tách:
Bôxit được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al
2
O
3

được tách
ra trong dạng NaAlO
2
hoà tan và được tách ra khỏi cặn không hoà tan
(gọi là bùn đỏ mà chủ yếu là các ô xít sắt, ô xít titan, ô xít silic…).
2. Pha loãng
3. Khuấy phân hóa
4. Cô bay hơi
Dung dịch aluminate NaAlO
2
được hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và
cho mầm Al(OH)
3
để kết tủa.
Sản phẩm Al(OH)
3
cuối cùng được lọc, rửa và nung để tạo thành Al
2
O
3
thành phẩm.
ĐHHO6BLT "R NHÓM 21
 
Hình 2.3. Quy trinh đầy đủ phương pháp bayer
Bôxít sau khi xay đập thô và vừa, được trộn với lượng nhỏ vôi ( nếu là
bôxít diaspo) và cho vào máy nghiền ướt cùng với dung dịch sút tuần hoàn
theo tính toán. Máy nghiền thường làm việc theo chu kì kín với máy phân
cấp kiển phân răng hoặc kiểu guồng xoắn, mà gần đây thay thế hoặc bổ
sung bằng các máy xoáy thủy lực. huyền phù tập trung ở các bể chứa, đun
nóng bằng hơn đến 100

o
C hoặc hơn và giữ ở đây vài giờ, khuấy trộn liên
tục để phần lớn silic oxít có thể tương tác với kiềm aluminat thành
alumosilicat không hòa tan.
ĐHHO6BLT "Z NHÓM 21
 
Khi hòa tách liên tục, huyền phù được bơm qua thiết bị nung nóng để đi vào
dãy ôtola, sau đó chảy qua thiết bị tách hơi, từ thiết bị tách hơi, huyền phù
chảy vào các bể khuấy để được pha loãng huyền phù otola.
Dung dịch chảy ra từ thiết bị lắng, được qua lọc để tách hoàn toàn các cặn
đỏ, và được làm nguội đến 70
o
C, sau đó được khuấy phân hóa ( làm việc
gián đoạn hoặc liên tục). Người ta cho hydrat mồi vào quá trình khuấy phân
hóa tùy theo lượng Al
2
O
3
có trong dung dịch, tỷ số giữa mồi với Al
2
O
3
trong dung dịch khoảng 1,3 đến 1,4.
Sau khi khuấy được đưa qua lắng huyền phù và tách dung dịch cái. Nhôm
oxít sau khi phân loại theo cỡ hạt được chia làm hai phần:
- Phần 1 có cỡ hạt lớn: được rửa kiềm và cho đi nung.
- Phần 2 thì cho hydrat mồi vào.
Dung dịch cái và nước rửa hydrat đưa đi cô bay hơi trong thiết bị chân
không, nồng độ Na
2

O tăng, độ hòa tan của natricacbonat giảm khi hàm
lượng NaOH trong duing dịch tăng.
Trong quá trình bay hơi dung dịch cái, phần natricabonat giảm. Điều này
cho phép tránh Natricabonat tích lũy trong dung dịch và giữ nồng độ
Na
2
CO
3
nằm trong giới hạn nhất định.
Để giảm tiêu tốn NaOH, Na
2
CO
3
sau khi tách khỏi dung dịch tuần hoàn
được hòa tan trong nước và kiểm hóa bằng sữa vôi. Dung dịch kiềm loãng
nhận được đem cô bay hơi cùng dung dịch cái, dung dịch đã cô bay hơi
được bổ sung kiềm mới, sau đó đưa vào máy nghiền cùng Boxít.
Hydrat thành phẩm được khử nước và nung ờ 1200
o
C
SỰ TÁC DỤNG CỦA CÁC HỢP CHẤT TRONG BÔXÍT VỚI KIỀM.
1. Silic oxít:
Trong quặng Bôxít, silic có thành phần khá lớn và ảnh hưởng rất lớn đến
quá trình, và tác dụng với kiềm:
SiO
2
+ 2NaOH = NaSiO
3
+ H
2

O
Tốc độ và mức độ hòa tan SiO
2
tự do phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích
thước hạt, nồng độ và nhiệt độ dung dịch.
ĐHHO6BLT 5\ NHÓM 21
 
Silic oxít vô định hình và đặc biệt là gel silic oxít ngậm nước, hòa tan trong
dung dịch kiềm nhanh hơn so với SiO
2
kết tinh – thạch anh, tridimit…
Si(OH)
4
, SiO
2
.2 H
2
O, Si
2
(OH)
2
hoặc SiO
2
.H
2
O hòa tan nhanh trong Na
2
CO
3

tạo thành Natrisilicat.
Na
2
CO
3
+ SiO
2
.H
2
O = Na
2
SiO
3
+ H
2
O + CO
2
Na
2
SiO
3
+ NaAl(OH)
4
+ aqua = Na
2
O.Al
2
O
3
n SiO2.mH

2
O + NaOH
Natri alumisilicat không hòa tan trong NaOH, ở dạng rắn, lẫn vào cặn đỏ.
2. Titan oxít
TiO
2
ảnh hưởng nhiều đến quá trình thu Al
2
O
3
. Titan có mặt trong boxít
thường dạng TiO
2
.
TiO
2
+ NaOH = NaHTiO
2
NaHTiO
2
+ H
2
O = NaHTiO
3
+ NaOH
Khi thêm vôi vào, vôi sẽ tác dụng với Titan oxít tạo thành Canxititanat,
giảm tổn thất kiềm.
TiO
2
+ 2CaO +n H

2
O = TiO
2
.2CaO. nH
2
O
3. Sắt oxít.
Trong thực tế thì Sắt oxit không hòa tan khi tách boxít bằng kiềm, sắt oxít
nhiều sẽ ảnh hưởng đến quả trình tách và rửa cặn đỏ.
Một vài khoáng vật sắt làm tăng tốc độ hòa tách bôxít.
4. Các chất hữu cơ.
Chứa lượng nhỏ trong bôxít nhưng sau vài lần tuần hoàn trong dung dịch sẽ
tích lũy lượng lớn các chất này.
Khi có mặt vôi, một số chất hữu cơ hòa tan trong dung dịch kiểm có tác
dụng làm tăng thực thu Al
2
O
3
, còn các chất khác ( hòa tan trong benzene,
nhưng không hòa tan trong kiềm) thì lại làm giảm thực thu Al
2
O
3
từ bôxít
diaspo. Khi hòa tách bôxít có chứa nhiều chất hữu cơ tan trong benzene này
thì dung dịch aluminat có màu thẫm đen và nhôm oxít thu được trong quá
trình hòa tách rất thấp, để khử chất hữu cơ hòa tan trong beenzen này người
ta thường thiêu kết bôxít hoặc cho thêm với liều lượng cao ( đến 10% và
hơn nữa).
ĐHHO6BLT 5" NHÓM 21

 
Các chất hữu cơ không chỉ ảnh hưởng đến quá trỉnh hòa tách bôxít, nếu
hàm lượng các chất hữu cơ cao thỉ độ nhớt của dung dịch aluminat tăng lên
rõ rệt, gây khó khăn cho việc phận cấp khi nghiền Bôxít, làm chậm quá
trình lắng và rửa bùn đỏ, cũng như quá trình lọc trên thiết bị lọc. Quá trình
khuấy phân hóa dung dịch aluminat cũng bị chậm lại và nhôm hydroxit
nhận được có độ hạt bé hơn, chất hữu cơ ảnh hưởng rất xấu đến hoạt động
của thiết bị cô bay hơi và đến quá trình kết tinh natri cacbonat từ các dung
dịch tuần hoàn.
Các chất hữu cơ chỉ có ảnh hưởng đến quá trỉnh khuấy phân hóa khi chúng
được tích tụ trong dung dịch đến giới hạn có hại, sau khi đạt đến giới hạn
này, tốc độ khuấy phân hóa chậm lại và khi tích tụ trên 3% các chất hữu cơ
(theo oxi) thì thực tế dung dịch ngừng phân hóa.
Nguồn tạp hữu cơ này chủ yếu là bôxít, ngoài ra chúng còn đi vào dung
dịch do kết quả tương tác giữa dung dịch với vải lọc và các chất làm đông
tụ chất hữu cơ thường cho vào huyền phù sau khi pha loãng để tăng tốc độ
lắng của cặn đỏ. Cùng với mồi nhôm hydroxit và cùng với dung dịch kiềm
sau khi costc hóa natricabonat các chất hữu cơ quay lại quá trình.
Để ngăn ngừa các chất hữu cơ tích lủy trong dung dịch, cần khử chúng song
song với việc bổ sung. Cần chú ý rằng một phần các chất hữu cơ được khử
đi trong các công đoạn: theo cặn đỏ, nhôm hydroxit thành phẩm,
natricacbonat monohydrate kết tủa khi bay hơi dung dịch cái và cặn vôi sau
khi costic hóa natri cacbonat màu hung. Càng nhiều chất hữu cơ tích tụ thì
chúng ra khỏi vòng quay càng nhiều bằng những con đường này.
Thiêu và trong một số trường hợp đem rửa bôxít có thể làm giảm nồng độ
tới hạn của các chất hữu cơ trong dung dịch aluminat.
Trong tất cả các chất hấp phụ các chất hữu cơ từ dung dịch aluminat ở các
công đoạn khác nhau nói trên thỉ natricacbonat monohydrate có khả năng
hấp phụ lớn nhất do hấp phụ nên sự phát triển của các tinh thể kết thúc
nhanh, chất kết tủa gồm những hạt rất bé, do đó có bề mặt riêng lớn và

nồng độ của các chất cao nhất. natricacbonat monohydrate mang màu các
ĐHHO6BLT 55 NHÓM 21
 
chất hữu cơ, do đó ở các xí nghiệp còn gọi là natricacbonat màu hung.
Nhôm hydroxit nhận được bằng khuấy phân hóa cũng mang màu của các
chất hữu cơ, màu hồng nhạt, lượng các chất hữu cơ hấp phụ trên cặn đỏ phụ
thuộc vào sản lượng, thành phần khoáng vật và cỡ hạt của cuạn đỏ, tức là
vào bề mặt hoạt tính của cặn, cũng như các chất hữu cơ trong dung dịch
aluminat.
5. Các chất chứa cabonat.
Trong bôxít chủ yếu là các hạt cacbonat đơn giản, canxi cacbonat CaCO
3
,
megezit MgCO
3
và siderite FeCO
3
, khi hòa tách bôxít diaspo bằng dung
dịch đậm đặc Na
2
Othì đại bộ phận cacbon dioxit nằm trong các phần của
cacbonat, chuyển vào dung dịch để tạo thành Na
2
CO
3
.
CaCO
3
+ NaOH = Ca(OH)
2

+ Na
2
CO
3
MgCO
3
+ NaOH = Mg(OH)
2
+ Na
2
CO
3
Hoặc dưới dạng ion:
MeCO
3
+ OH
-
= Me(OH)
3
+ CO
3
2-
Chiều của các phản ứng thuận nghịch này sẽ phụ thuộc vào sự tương quan
đến độ hòa tan của các cacbonat và các hydroxit tương ứng. Nếu dung dịch
tuần hoàn có nồng độ Na
2
O cao thì độ hòa tan của các hydroxit giảm đột
ngột và phản ứng sẽ đi theo chiều ngược lại.
Phản ứng siderite với NaOH phức tạp hơn, trong những điều kiện này sát
hai không bền vững bị oxi hóa thành macnetit, vì sản phẩm tương tác có từ

tính và phản ứng kèm theo việc tiết ra hydro.
Dung dịch aliminat phân hủy siderir và magezit hoàn toàn hơn, và với tốc
độ bé hơn so với canxi.
Fe(Mg)CO
3
+ 2 NaAlO
2
+ 4 H
2
O = Fe(Mg)(OH)
2
+ Na
2
CO
3
+ Al(OH)
3
Khi hòa tách các cacbonat nói trên thì otocla bằng dung dịch aluminat, thì
tương tác xảy ra không phải theo sơ đồ đã dẫn mà tương tác với kiềm tự do,
đưa đến việc giảm độ bền vững của dung dịch aluminat và làm cho nó phân
hóa.
ĐHHO6BLT 5# NHÓM 21
 
Mặc dù một vài cacbonat: canxi. Siderite làm tăng tốc độ hòa tách bôxít
diaspo, nhưng chúng là những tạp chất có hại vì chúng làm trung hòa một
phần kiềm costic. Hàm lượng natri cacbonat càng tăng thì năng suất của các
thiết bị cô đặc bay hơi càng giảm, bởi vì ống nung càng nhanh bị đóng cặn,
càng nhiều natri cacbonic kết tủa thì khi cô đặc làm bay hơi và lượng
natricacbonat cần phải costic hóa để kiềm quay lại càng lớn.
6. Các muối sunfua.

Trong bôxít, lưu huỳnh chủ yếu ở dạng pirit FeS
2
, và dạng keo của hợp chất
này. Khi hòa tách trong dung dịch otocla thì việc chuyển lưu huỳnh vào
dung dịch aluminat đối với các loại bôxít pirit hóa phụ thuộc vào dạng
khoáng vật và cấu trúc của nó. Pirit có cấu trúc rõ rệt không tương tác với
dung dịch kiềm aluminat. Phần lớn lưu huỳnh trong dung dịch tồn tại dưới
dạng Na
2
S. Trong quá trình hòa tách, cũng như trong các công đoạn khác
một phần Na
2
S bị oxi hóa để biến thành natrisunfat.
Hàm lượng lưu huỳnh sunfat giảm khi tăng hàm lượng silic oxit trong dung
dịch.
Lưu huỳnh nên được coi là chất tạp vì nó tiêu tốn lượng kiềm và làm bẩn
dung dịch aluminat do sắt sufua tạo thành và kèm với các dung dịch keo
của nó. Khi sử dụng sunfua dạng keo trong dung dịch rất khó vì vậy bôxít
chứa nhiều lưu huỳnh dạng keo phân tán không dùng phương pháp Bayer.
Làm sạch bôxít khỏi các sunfua bằng cách tuyển nổi và thiêu, các sunfua dễ
nổi theo bọt. khi được thiêu trong lò lơó sôi, lưu huỳnh cháy tốt và nhanh
hơn. Khi thiêu bôxít nhiều sunfua, đặc biệt là diaspo bôxít trong lò lớp sôi
là biện pháp cơ bản nhất để chuẩn bị bôxít cho hòa tách otocla.
-24.K.oC@/2,T/,:BC/4I3-:Bi/,jV/L39:K;31./
1. Hòa tách
2. Pha loãng
3. Khuấy phân hóa
ĐHHO6BLT 5O NHÓM 21
 
4. Cô bay hơi

A. HÒA TÁCH
Các đặc trưng chủ yếu của quá trình hòa tách bôxit trong ôtocla là thực
thu Al
2
O
3
, năng suất thiết bị và suất tiêu tốn hơi và kiềm
Các điều kiện tối ưu được xác định lập bằng thực nghiệm , quan trọng
nhất là :
1. Độ nghiền mịn của bôxit
2. Sự khuấy trộn huyền phù trong otocla
3. Nồng độ kiềm hoạt tính trong dd tuần hoàn
4. Nhiệt độ và thời gian hòa tách
5. Sự có mặt của vôi và các chất khác
6. Tính liên tục hoặc chu kỳ của quá trình hòa tách
Hoà tách bôxit hydragilit dễ phân huỷ có thể tiến hành trong các bể
thông thường , khuấy huyền phù bằng không khí hoặc bằng cơ giới. để tăng tốc
độ quá trình và thực thu Al
2
O
3
, dùng dd kiềm đậm đến 250g/l Na
2
O và hoà
tách ở nhiệt độ gần với điểm sôi của dd khoảng 150
o
C
Nung nóng hơn nữa sẽ giúp tăng thực thu Al
2
O

3
, đặc biệt với dd loãng
hơn và tỉ số costic thấp. vì vậy nói chung các xí nghiệp đều tiến hành hòa tách
bôxit hydragilit trong ôctola. Bôxit bơmit và diaspo luôn luôn hòa tách trong
ôtocla ở áp suất khoảng 25 at và cao hơn.
Ôtocla luôn luôn được chế tạo bằng thép : chúng đủ bền và chống được
ăn mòn của các dd aluminat. với nhiệt độ và áp suất cao hơn nhiệt độ và áp
suất thường dùng ở xí nghiệp (60 at và cao hơn) thì thép cácbon bị ăn mòn:
trong những trường hợp này ôtocla phải được chế tạo bằng thép hợp kim đắt
tiền hơn.
Nung nóng huyền phù trong otocla có thể qua bề mặt truyền nhiệt, hoặc
bằng hơi đưa trực tiếp vào huyền phù ôtôcla. bề mặt truyền nhiệt thường dùng
là áo hơi hoặc ruột xoắn. phương pháp trao đổi nhiệt này có những nhược điểm
sau đây :
ĐHHO6BLT 5P NHÓM 21