Tiểu luận môn Những quá trình sản xuất cơ bản Công Nghệ Luyện Nhôm Bằng Phương Phát Kiềm Thiêu Kết & Các Chất Thải Đặc Trưng Kèm Theo Trong Công Nghệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
BỘ MÔN CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN

TIỂU LUẬN
ĐỀ TÀI : Công Nghệ Luyện Nhôm Bằng Phương Phát Kiềm Thiêu Kết
& Các Chất Thải Đặc Trưng Kèm Theo Trong Công Nghệ
Giáo viên hướng dẫn : TH.S Đinh Bách Khoa
Sinh viên: SHSV
Nguyễn Văn Dương 20090608
Nguyễn Minh Dương 20090614
Đinh Thị Nhung 20091974
Đỗ Anh Tuấn 20092964
Nguyễn Trần Tuấn Vũ 20093322
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
PHẦN MỘT : MỞ ĐẦU
1.1 Khái niệm chung
Nhôm là kim loại nhẹ quan trọng nhất trong cuộc sống con người và là một
trong bốn kim loại màu cơ bản Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ, tỷ trọng nhỏ,
dễ uốn, dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc). Nhôm có khả năng chống ăn
mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ. Nó cũng không nhiễm từ và không cháy
khi để ở ngoài không khí với điều kiện thông thường.
Ngày nay, nhôm và các hợp chất của nhôm được sử dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực sản xuất và đời sống như chế tạo máy bay, ôtô, kỹ thuật điện, xây dựng,
sản xuất gạch chịu lửa, sản xuất sơn, phèn, dụng cụ gia đình, Về khối lượng sử
dụng, nhôm chỉ đứng sau sắt và thép. Nhôm còn được sử dụng nhiều trong công
nghiệp quốc phòng, nên được coi

là một trong những kim loại chiến lược.

1.2 Vai trò trong nền kinh tế
Phát triển công nghiệp nhôm sẽ góp phần công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất
nước, tạo điều kiện phát triển các ngành công nghiệp liên quan ở trung ương và
địa phương, phát triển kinh tế xã hội, nâng cao dân trí cho đồng bào vùng miền
núi. Công nghiệp nhôm phát triển sẽ góp phần tăng kim ngạch xuất khẩu, cân
2 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
đối ngoại tệ, tăng thu ngân sách, tạo công ăn việc làm và cải thiện đời sống cho
hàng vạn người lao động.
Nhu cầu thị trường
Nước ta do chưa có công nghệ sản xuất nhôm nên với nhu cầu sử dụng ,nước ta
nằm trong khu vực có nhu cầu nhập khẩu nhôm vào loại lớn nhất trên thế giới .
Hàng năm các nước ASEAN, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan phải nhập trên 4
triệu tấn nhôm, Trung Quốc và Nga nhập 3-4 triệu tấn alumin để điện phân
nhôm
(1)
. Với vị trí địa lý thuận lợi và mối quan hệ kinh tế truyền thống, đây là thị
trường và là khu vực tiềm tàng cho các sản phẩm nhôm của nước ta.
Nhu cầu về sản phẩm nhôm trong nước ta hiện nay cũng khá lớn, mỗi năm nước
ta nhập khoảng 70.000 tấn nhôm kim loại
(1)
. Dự báo nhu cầu nhôm trong những
năm tới sẽ như sau:
Dự báo nhu cầu nhôm đến 2015
(1)
(đơn vị:tấn).
Chủng loại 2005 2010 2015
Nhôm thỏi 60.000 80.000 100.000
Nhôm hình 39.000 65.000 80.000
Nhôm tấm, lá 29.500 35.000 40.000

Các loại khác 10.050 15.000 20.000
Tổng cộng 138.550 195.000 240.000
Về nhôm oxyt, nhu cầu nước ta hiện nay như sau:
(1)
Lĩnh vực sử dụng Nhu cầu hiện nay (tấn Al
2
O
3
/năm)
Vật liệu xây dựng 450 – 500
Vật liệu chịu lửa 1900 – 2300
Thủy tinh 500
Gốm sứ 150 – 200
Tổng cộng 3000 – 3500 tấn
3 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Nếu tính cả tới nhu cầu của các ngành khác, nhất là khi Việt Nam thực hiện
chiến lược phát triển ngành công nghiệp luyện nhôm, thì triển vọng thị trường
của ngành sản xuất và cung cấp nhôm oxit kỹ thuật trong tương lai là rất lớn.
Nước ta cũng có nhu cầu lớn về sản phẩm phèn nhôm, ngoài ra phèn nhôm còn
có thể được xuất khẩu sang một số nước trong khu vực. Năm 2001, Công ty Hóa
chất cơ bản Miền Nam đã xuất được 1500 tấn phèn nhôm.
Tình hình ngành công nghiệp nhôm ở một số nước
Những nước và khu vực có nhiều quặng boxit là các nước Địa Trung Hải của
châu Âu như Pháp, Italia, Nam Tư, Rumani, Hy Lạp, và một số nước châu Âu
khác như Hungari, Nga, Cadăctan. Những mỏ boxit lớn nhất thế giới nằm ở các
nước châu Mỹ như Hoa Kỳ, Guyana, Haiti, Giamaica. Các nước như ấn Độ,
Trung Quốc, Auxtralia, Gana, Camơrun, Modămbich, Madagasca, Thổ Nhĩ Kỳ,
Inđônexia, … cũng có những mỏ boxit lớn.
Hiện nay, trên thế giới có khoảng 20 nước khai thác boxit, 25 nước sản xuất

alumin và 40 nước sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân. Năm 2000,
tổng sản lượng các sản phẩm đó trên toàn thế giới như sau
(1)
:
- boxit : 135 triệu tấn
- alumin : 52,8 triệu tấn
- nhôm : 24,4 triệu tấn
Những nước sản xuất boxit, alumin và nhôm quy mô lớn trên thế giới hiện nay
là (sản lượng năm 2000, triệu tấn)
(1)
:
Nước Boxit Alumin Nhôm
Australia 52,34 15,681 1,769
Mỹ 0 4,786 3,668
Trung Quốc 8,00 4,330 2,820
Braxin 13,84 3,743 1,271
Jamaica 11,30 3,640 0
4 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Nga 4,0 2,890 3,274
Ấn Độ 6,67 2,100 0,665
Surinam 3,80 1,900 0
Vênêzuêla 4,70 1,750 0,571
Ucraina 0 1,360 0,104
Canada 0 1,200 2,373
Cdăcxtan 3,73 1,200 0
Tây Ban Nha 0 1,100 0,366
Italia 0 1,023 0,189
Đức 0 1,000 0,644
PHẦN 2:LUYỆN NHÔM

2.1 Nguyên liệu và năng lượng luyện nhôm:
Nguyên liệu luyện nhôm gồm có 2 loại : nguyên liệu tái sinh và quặng. Nhôm
sản xuất từ nguyên liệu tái sinh chiếm 30 – 32%
(2)
tổng sản lượng nhôm sản xuất
ra. Quặng nhôm vẫn là nguyên liệu chủ yếu để luyện nhôm. Nhôm là nguyên
liệu có trữ lượng lớn trên vỏ trái đất ( lớn hơn sắt rất nhiều ) . Chưa phát hiện
nhôm thiên nhiên vì nhôm có ái lực rất lớn với oxy. Theo Phec-man có tới 50
loại quặng có nhôm trong đó phần lớn là hợp chất của nhôm với oxy và SiO
2
.
Nhưng quan trọng nhất , có giá trị công nghiệp là loại quặng : Boxit, nephelin,
alumit, cao lanh và đất sét.Bên cạnh đó còn có các dung môi hòa tách…
QUẶNG BOXIT
Việt Nam có hai loại hình quặng boxit:
1/ 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
%
(1)
. Cụ thể, quặng boxit phân bố như sau
(1)
:
5 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
- nhóm tụ khoáng Hà Giang: tài nguyên ước đoán khoảng 60 triệu tấn.
- nhóm tụ khoáng Cao Bằng: tài nguyên ước đoán khoảng 240 triệu tấn.
- nhóm tụ khoáng Lạng Sơn: tài nguyên đã được thăm dò và ước đoán khoảng
50 triệu tấn.
- Mỏ Lỗ Sơn (Hải Dương) có trữ lượng cấp B là 97.000 tấn, trữ lượng cấp C1 là

24.000 tấn với hàm lượng Al2O3 khoảng : 52 %
- Vùng Quỳ Hợp – Quỳ Châu có tài nguyên dự tính khoảng 1 triệu tấn với hàm
lượng
Al2O3 khoảng : 30 – 50%
2/ 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
(1)
.
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
(1)
:
* 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 C1, 120 triệu tấn cấp
C2, hàm lượng Al2O3 khoảng : 44,69 %
- 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%
(1)
. 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
(1)
.
Tuy nhiên, trừ những khu mỏ lớn ở Lâm Đồng, trữ lượng quặng còn lại được
phân bố dàn trải, vỉa quặng không dày và hầu hết đều nằm trong các vùng canh
tác nông, lâm nghiệp, có những khó khăn nhất định trong quá trình khai thác để
sản xuất nhôm quy mô, do đụng chạm trực tiếp đến việc sử dụng đất canh tác,
vấn đề cân bằng nước mặt, quặng thải, nước thái và nói chung là vấn đề sinh thái
Năng Lượng : Sử dụng năng lượng điện chuyển hóa thành nhiệt để ổn định
nhiệt độ trong các quá trình và điện phân
6 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
2.2 Sản xuất oxyt nhôm bằng phương pháp kiềm thiêu kết:
2.2.1 SƠ ĐỒ SẢN XUẤT NHÔM
(2)
:

7 | P a g e
Quặng fluorin Quặng nhôm Than
Sản xuất sạch
Sản xuất cực than
Điện phânCriolit sạch
Tuyển
Hồ cực dương
thạch cao flo
Nấu chảy tinh luyện
Điện năng
Al thô
Lớp lót cực thải Khí và bụi
Xỉ bọt

Cặn đỏ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
8 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
9 | P a g e
Đá vôi Quặng bôxit Xô đa
Dung dịch cái
Xay Nghiền
Phối liệu
Lắng lọc
Khử silic
Hòa tách
Dung dịch Natri Aluminat sạch
Xay nghiền
Nghiền thiêu kết phẩm
Cô đặc
Cacbonat hóa
Lắng lọc
Cặn đỏ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
2.2.2 thiêu kết:(sơ đồ trên)
• Mục đính của thiêu kết là biến oxyt nhôm thành aluminat dễ tan và silit thành
muối Silicat khó tan.Để đạt mụ đích ấy phải phối liệu theo tỉ lệ sau
(2)
:
1 phân tử gam phối với 1 phân tử .
1 phân tử gam SiO
2
phối với 1 phần tử gam CaCO
3

.
• Quặng boxit,dung dịch và cùng hồi liệu cho vào máy
nghiền,trộn nghiền rồi cho vào bể chứa.Phân tích thành phần hóa học ,điều
chỉnh cho phù hợp với yêu cầu thiêu kết.Lò thiêu kết thường dùng nhất là lò ống
quay,chiều dài 60-70m(hiện nay có lò trên 100m)
(2)
đường kính 3-4m(nay có lò
5m)
(2)
.Liệu ờ trong lò được nung đàn ,nước bốc hơi.Quặng khô lăn dần tới vùng
nhiệt độ cao(1200-1300 C)
(2)
và xảy ra các phản ứng sau đây :
o Ở nhiệt độ thấp:
+ = + (1)
+ = + (2)
+ = + (3)
o Phản ứng 3 có tốc độ chậm hơn phẩn ứng 1 và 2 nhiều,đồng thời có thể sinh
ra hợp chất . .
Nung lên 900

(2)
trong liệu sẽ hết sút tự do.sản phẩm của phản ứng
1 và 2 lại tác dụng với oxyt canxi và oxyt nhôm:
+ = +
+ 2CaO+ = +2CaO.
+ 4CaO= +2(2CaO.
10 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Ngoài ra , còn có các phản ứng tạo thành aluminat canxi pherit canxi và các hợp

chất khác .Nhiều công trình nghiên cứu đều thấy rằng nung lên 1200 C
(2)
thì đại
bộ phận ôxyt nhôm kết hợp thành aluminat Natri.Chúng vón thành hòn
,to,xốp,màu xám tro.Sản phẩm thiêu kết có 2 thứ:liệu chính và khí lò.Liệu chính
có thành phần chủ yếu là , , và một ít
CaO. ,2CaO , .
cùng một số hợp chất phức tạp khác ra liệu chính rơi vào thiết bị làm
nguội ,sau đưa đi đâp nghiền.
Khí lò mang theo khá nhiều bụi nên phải khử hết bụi rồi dung để
cacbon nát hóa sau này .Bụi làm hồi liệu.

2.2.3 Hòa tan :
Quặng chín sau khi đã nghiền nhỏ,đưa đi hòa tan.tác dụng của hòa
tan là làm cho tuyệt đại bộ phận aluminat Natri vào nước còn các chất tạp khác
vẫn ở thể răng tách khỏi dung dịch.Dung môi dùng để hòa tan là nước ,dung
dịch loãng hay dung dịch aluminat nhôm loãng.
Có thể hòa tan bằng 2 cách: thấm tan và quấy tan.Phương pháp quấy
tan được dùng phổ biến hơn
.Liệu chin’khi hòa tan trải qua các quá trình sau:
Aluminat Natri tan nhanh vào dung dịch .Cũng có một số aluminat
Natri bị thủy phân.Phản ứng này làm cho mất vào bã.
Ferit Natri bị phân hủy như sau:
+ 4 =2 2 NaOH
Hydroxyt sắt vào bã ,bã có màu đỏ.Ferit Natri thủy phân làm cho
dung dịch chứa NaOH tăng lên có lợi cho quá trình hòa tan.
Các hợp chất cảu canxi,thực tế không tan,nhưng nếu thời gian lâu nó
cũng bắt đầu hòa tan và làm cho quá trình them phức tạp.
11 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Một số Silicat Natri cũng tan làm cho dung dịch không sạch vì vậy
phải đem dung dịch khử .
Trong quá trình hòa tan lượng , tan vào trong
dung dịch nhiều hay ít phụ thuộc vào chất lượng và độ hạt của liệu chứa,phụ
thuộc vào thiết bị hòa tan ,thời gian hòa tan,…v…v…Thực tế sản xuất phải qua
thí nghiệm để chọn điều kiện hòa tan lợi nhất.
2.2.4 Khử Silic ( )
Vì trong dung dịch có , này sẽ làm bẩn ôxyt nhôm cho
nên phải khử trước khi kết tủa Hydroxyt .Thực chất của quá trình khử là
làm cho tạo thành hợp chất khó tan tách khỏi dung dịch aluminat Natri.
Có hai phương pháp khử
(1)Nấu nóng lâu dài dung dịch để tạo thành alumosilicat Natri kết tủa
,khó tan theo phản ứng :
+ 4 +2
.2
Kết tủa này màu trắng gọi là bã trắng .
(2)Nấu nóng dung dịch với vôi sẽ sinh ra alumôsiliccat Canxi là hợp
chất kết tủa khó tan hơn alumosilicat Natr,do đó khử sạch hơn phương
pháp trên .
+ 4 +2
.2
12 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Mức độ khử ở cả 2 phương pháp trên đều phụ thuộc vào nồng
độ aluminat,nhiệt độ và thời gian.Dung dịch đặc có khả năng hòa tan nhiều
alumosilicat và làm giảm tác dụng của vôi cho nên thường trước khi khử
phải pha loãng dung dịch.Nhiệt độ cao thời gian lâu có lợi cho quá trình khử
cho nên tiến hành khử trong thùng áp lực với nhiệt độ là 150 C
(2)
và trong

thời gian 2 đến 4 h.Dù sao , vẫn không thể khử hết hoàn toàn cho nên
người ta dùng tỉ số silit để đánh giá mức độ khử.Tỉ số này càng lớn càng
tốt.Thông thường khống chế lớn hơn400 ,500
(2)
.
Sau khi khử đưa dung dịch để lắng và lọc ép .Bã đưa về trộn
cùng quặng và thiêu kết,dung dịch đệm được đưa đi cacbonat hóa.
D. Cacbonat hóa và thủy phân:
Tác dụng cacbonat hóa ,thủy phân là thong qua thổi khí vào
dung dịch thúc đẩy aluminat Natri thủy phân kết tủa ở dạng hydroxyt nhôm
theo phản ứng dưới đây.Khi thổi , tác dụng với NaOH.
2NaOH + =
Sau khi NaOH đều tạo thành , aluminat Natri trở nên không
vững nữa mà thủy phân sinh ra hydroxyt nhôm
2 +2NaOH
NaOH sinh ra lại tác dụng với như phản ứng đầu do đó càng
thúc đẩy phản ứng tiến hành theo chiều thuận.
Quá trình cacbonat hóa thủy phân không thủy phân đến cùng mà chủ tiến hành
đến một mức nhất định để tránh tiết ra .Nếu cacbonat hóa thủy phân quá
13 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
dài >5 giờ thì sẽ tiết ra,hydroxyt nhôm sẽ bị bẩn .Do đó quá trình
cacbonat hóa ,thủy phân phải kết thúc trước.
Khi tiết ra nghĩa là kết thúc trước 4 giờ hay chỉ tiến hành thủy
phân một nửa số trong dung dịch.
Cacbonat hóa thủy phân tiến hành trong thùng cacbonat hóa giấy
bằng máy quay cơ giới.Dung dịch khống chế ở 75 C-80 C
(2)
.Dùng khí lò 12%-
14%

(2)
sau khi đã làm sạch để cacbonat hóa.Sau khi cacbonat hóa ,thủy phân
xong để trăng rồi lọc.Hydroxyt nhôm lọc ra đem nung trong lò ống quay,dung
dịch tuần hoàn dùng lại.
14 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
2.3 Sản xuất criolit và chất fluorua:
2.3.1 Criolit:
Với luyện nhôm yêu cầu đối với Criolit tương đối cao,các chất tạp không được
quá tỉ lệ
(2)
:
+ 0,45%-0,5%
< 1,5%
< 1,5%
Criolit để luyện nhôm đều sản xuất theo phương pháp nhân tạo .
Thường dùng nhất là phương pháp axit.Quá trình sản xuất như sau:dùng tinh
quặng fluorin trộn với axit sunfuaric đậm đặc và nấu ở 200 được HF.
Ca + + 2HF
Hơi dẫn HF vòa tháp hấp thụ bằng nước được dung dịch axit fluoric.Vì trong
hơi HF có cho nên phải khử chất này trước khi dùng bằng cách cho
sút vào:
+ = + + C
Lọc bã, cho vào dung dịch trong,sẽ được
Cho nó tác dụng với sẽ được
2 + 3 = 2 + 3 +3
Đem lọc sấy khô ở 130 đến 140 đóng bao và đưa về xưởng điện phân
nhôm.Sản xuất 1 tấn Criolit tốn
(2)
:

15 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
0,7 tấn axit fluoric
0,73 tấn
0,27 tấn Al
2.3.2 AlF
3
Sản xuất AlF
3
bằng cách cho ãit fluỏic tác dụng với hydroxyt nhôm
3 HF + Al = Al .3
Nấu lên 90
(2)
kết tủa Al .3 . sau đem nung lên 350
(2)
sẽ được Phương
pháp sản xuất NaF cũng giống trên chỉ thay Al bằng NaOH.
2.4.sản xuất cực than:
Say sơ bộ than,cốc dầu hỏa,cốc nhựa đường nung ở 1400
(2)
.Sau đem nghiền
nhỏ trộn với nhựa đường ở 90 -95
(2)
.
Đem ép thành khối hay các bánh theo
yêu cầu rồi đem nung cách không khí ở 1400
(2)
làm cho nhựa đường cốc hoa
dính kết các hạt than lại với nhau.Các bánh cung cấp cực dương tự thiêu không
cần nung trước.Cần chú ý,hồ cực dương tự thiêu,thành phần nhựa đường cao

hơn cực thiêu trước.

2.5,Điện phân nhôm:
Điện phân nhôm thực hiện trong bể điện phân.Đáy bể nối với cực âm của nguồn
điện khối than đã thiêu hay tự thiêu phía trên nối với cực dương Criolit+
.Khi có dòng điện một chiều tác dụng,nhôm bay ra ở cực dương.Oxy này đốt
cháy cực than sinh ra CO và bốc ra.Trên mặt dung dịch quanh bể tạo thành
lớp vỏ cứng trên lớp vỏ này rãi oxyt nhôm, cứ một thời gian lại cho vào dung
dịch điện phân một ít oxyt nhôm bổ sung cho số đã bị điện phân.
Chỉ tiêu kĩ thuật sản xuất 1 Tấn Al tốn
(2)
:
16 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
1,92 T ,0,065 T criolit,0,035T ,0,7 T hồ cực dương.
Điện năng tốn 18200KW giờ
2.6 Tinh luyện Nhôm:

2.6.1 Các tạp chất trong nhôm thô
a. Các tạp chất kim loại : gồm sắt, silic, titan, canxi, natri, đồng, ma-nhê, vanađi,
ăng-ti-noan, măng-gan và ao-xê-nich. Nhưng đồng thời các hợp chất này chỉ có
sắt và silic là có nhiều nhất.
b. Các tạp chất phi kim loại : có thể gồm chất điện phân, ôxit nhôm, nitrit nhôm,
các muối florua, các hạt than.
c. Các tạp chất thể khí : nhiều nhất là H
2
, H
2
sẽ làm giảm cơ tính của nhôm và khi
đúc và khi cán sẽ gây ra các khuyết tật như rỗ xốp, kẽ nứt, bọt khí,

2.6.2 Tinh luyện nhôm bằng phương pháp clorua hóa và nấu lại
a. Thổi khí clo : Việc tinh luyện clorua hóa tiến hành trực tiếp trong thùng rót đặt
trong xưởng điện phân. Ta dung ống thạch anh hay ống graphit thổi khí clo qua
nhôm lỏng. Khi đó khí clo sẽ phản ứng mạnh với một phần của nhôm tạo khí
AlCl3. Ở nhiệt độ này AlCl3 còn hấp phụ cả những muối florua, cacbit và hạt
than rất nhỏ, những chất này dễ nổi lên bề mặt kim loại nóng chảy tạo ra bột xốp,
Thổi khí clo vào nhôm lỏng còn lôi kéo cả những chất khí hòa tan trong
nhôm.Việc tinh luyện nhôm bằng phương pháp clorua hóa tiến hành ở 750-
770
o
C
(2)
Ta thổi khí clo vào khoảng 10-15
(2)
phút tốn khoảng 0,5-1 kg
(2)
clo hao
hụt nhôm là 1%.
b. Nấu lại nhôm trong lò điện : Sau khiclorua hóa còn nấu lại trong lò điện. Lò
điện để tinh luyện là lò điện trở kiểu lò phản ứng xa, dưới vòm lò ta đặt giây xoắn
to bằng Ni-Cr. Khi đúc lò có thể quay được để rót kim loại vào đúc. Năng lượng
17 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
dung để nấu lại là 550-600kw/giờ
(2)
cho một tấn nhôm, khi nấu lại hao hụt kim
loại là 1,5-2%
(2)
.
2.6.3 Tinh luyện nhôm bằng điện phân

Như ta đã thấy thì sắt và silic là các tạp chất quan trọng nhất. Kim loại nào có độ
nguyên chất cao thỏa mãn được yêu cầu kĩ thuật nhưng nếu ta tăng mức độ
nguyên chất của nhôm lên nữa thì có độ dẫn điện cao, tính dẻo lớn và độ bền
chống ăn mòn tăng cho nên nhôm có độ nguyên chất cao được dùng nhiều trong
kĩ thuật. Vì vậy ta thực hiện điện phân ba lớp nộ dung như sau :
Nhôm thô làm cực dương do tác dụng của dòng điện nhôm nằm trong nhôm thô
bị hòa tan thành ion Al
3+
, Al
3+
về cực âm nhận electron biến thành nhôm nguyên
chất. Những nguyên tố có điện thế dương lớn hơn sẽ không bị hòa tan ở cực
dương và sẽ bị nằm lại trong hợp kim cực dương. Những kim loại có điện dương
nhỏ hơn sẽ hòa tan ỏ cực dương và chuyển vào chất điện phân ở dạng ion và còn
lại trong chất điện phân. Trong khi tinh luyện nhôm bằng điện phân quá trình
dương cực về mặt năng lượng cân bằng với quá trình âm cực vho nên điện thế
của bể tinh luyện chỉ bằng sự giảm điện thế trong chất điện phân, trong dây dẫn
và trong các chỗ tiếp xúc. Nhưng trong khi bể làm việc sẽ sinh ra 2 dây nồng độ,
do hai dây nồng độ này nên sinh ra một sức phẩn điện động nào đó, cho nên phải
tăng dần điện thế ngoài bể.
Bể điện phân dung để tinh luyện nhôm có cường độ dòng điện 1000 Ampe
(2)
.
Nhiệt độ thích hợp của quá trình điện phân là 760-800
o
C
(2)
. Khi chiều cao của
;lớp hợp kim dương cực là 20-25 cm
(2)

, lớp điện phân là 12-15cm
(2)
, lớp nhôm âm
cực là 10-15cm
(2)
, điện thế của bể là 6-7 volt
(2)
, mật độ dòng điện là 0,5 a/cm2.
(2)

Hiệu suất dòng điện đạt tới 95%
(2)
. Nhôm tinh luyện theo phương pháp này có độ
nguyên chất khá cao 99,9986% Al. Tạp chất cơ bản <0,0001% Fe, <0,002% Si và
<0,001% Cu
(2)
.
18 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
PHẦN 3 :ĐẶC TÍNH DÒNG THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
3.1 Bụi
3.1.1 lọc bụi trong xưởng thiêu kết:
Khí thoát ra từ máy thiêu kết phụ thuộc vào độ thấu khí của phối liệu,lượng
nhiên liệu có trong phối liệu và lượng không khí rò vào máy thiêu kết .Lượng
khí thoát ra chiếm khoảng 2500 -4800
(3)
.Cho một tấn quặng thiêu kết hoặc
3000-4000
(3)
cho 1

(3)
hữu hiệu máy thiêu kết.
Bụi có trong không khí thoát ra từ máy thiêu kết phụ thuộc lượng hạt nhỏ có
trong phối liệu,độ ẩm phối liệu và việc chuẩn bị.Giá trị của nó dao động trong
giới hạn 5-30 kg/T
(3)
quặng thiêu kết.Lượng bụi có trong không khí thường
khoảng 2-6 g/
(3)
.Hàm lượng các khí : ,CO phụ thuộc vào thành phần
quặng có thể dao động trong phạm vi lớn.
Sự phân bố khí theo các buồng chân không của máy thiêu kết giống nhau.Lượng
khí thoát ra nhiều nhất ở các buồng đầu tiên và các buồng cuối cùng điều này
được chứng minh ở bảng dưới
(3)
kích thước hạt bụi
>40 40-
30
30-20 20-10 10-5 5-0
Khí thoát ra từ vùng thiêu
kết phối liệu%(theo khối
lượng)
45.8 18.3 9.3 8.1 7.3 10.9
Khí thoát ra từ vùng này
là nguội máy thiêu kết %
theo khối lượng
71 5.0 5.5 7.5 8.0 3.0
Khí thải ra từ hộp góp khí của nhà máy thiêu kết qua hệ thống thu bụi cho đến
nay ứng dụng thiết bị cuối cùng của hệ thống lọc bụi là xiclôn chùm.Qua nghiên
cứu thực nghiệm nhiều năm chỉ rõ,hệ thống thiết bị này làm việc trong nhà máy

thiêu kết sẽ không thích hợp vì sự phân bố khí không đồng đều trong thiết bị do
kích thước của chúng lớn,các đơn nguyên xiclôn bị bào mòn nhanh và dễ bị tắc
19 | P a g e
xiclôn chùm tháp rửa li tâm máy hút ống khói
hộp góp khí
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
bẩn lượng không khí bị hút vào làm giảm hiệu quả bụi xuống 60-70%
(3)
.Lượng
khí làm sạch ra,một mặt không đạt nồng độ bụi yêu cầu trong khí ra môi trường
khí quyển,mặt khác gây ăn mòn nhanh rôto của máy hút.Sơ đồ
(3)
:
Những năm gần đây ,nhiều nhà máy thiêu kết đã bắt đầu áp dụng nhiều hệ
thống thiết bị lọc bụi theo phương pháp ẩm khác nhau. Sơ đồ
(3)
:
Thiết bị lọc bụi khí dùng tháp rửa ly tâm đặt sau xiclôn chum.Với hệ thống lọc
khí này cho đạt hiệu suất thu bụi đến 0,96 -0,98 và hàm lượng bụi ra khỏi hệ
thống còn lại 80-150 g/ .Sơ đồ
(3)
:
trong một số nhà máy khác chọn sơ đồ lọc bụi theo sơ đồ dưới đây.
Các hệ thống lọc bụi đã phần nào làm giảm tác hại của bụi đến môi
trường,nhưng chưa đủ đáp ứng làm sạch đến địch mức vệ sinh môi trường.
3. 1.2.Làm sạch khí bằng phương pháp hóa học:
các cấu tử khí gây độc hại có trong không khí ra từ nhà máy thiêu kết là
,CO,CO
2
.

Lượng thoát ra phụ thuộc vào dạng liên kết lưu huỳnh trong quặng-sunfat.
Để làm sạch có thể dùng các phương pháp khác nhau: sữa
vôi,amooniac,sút,magiê ôxit(MgO).
20 | P a g e
máy thiêu kết hộp góp khí ống venturi Máy hút
ống khói
máy thiêu kết
máy thiêu kết
hộp góp khí
tháp rửa li tâm máy hút ống khói
máy thiêu kết hộp góp khí thiết bị lọc điện Máy hút ống khói
bình tách bọt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Khi lượng trong không khí thải ra trong giới hạn ,chỉ dùng sữa vôi để làm
sạch khí trong các tháp rửa rỗng hoặc tháp rửa có ô đệm . khi đó xảy ra phản
ứng.
+ =
+ = + +
Canxi sunfua kém hòa tan trong nước ,kết tinh trong dung dịch ở dạng
tinh thể nhỏ.Khi nồng độ tạp chất pha rắng ở dạng huyền phù đạt
(theo khối lượng )
(3)
có thể tách ra.Phương pháp làm sạch bằng sữa vôi cho
thu hồi
(3)
ở điều kiện nhiết độ
(3)
.Nhược điểm cở
bản của phương pháp này là hiệu quả sử dụng vôi thấp và đang thải lượng bùn
lớn.

Vấn đề làm sạch khí trong khí ra từ máy thiêu kết còn chưa được giải
quyết.Trong tương lai đang tìm một phương pháp là oxy hóa CO để thành ở
nhiệt độ thấp có chất xúc tác.Ngoài ra làm sạch nitơ ôxit trong khí ra từ máy
thiêu kết vẫn là vấn đề còn tồn tại.
3.2 Cặn đỏ
Chất thải của công nghiệp nhôm là cặn đỏ,đó là cặn sinh ra sau khi hòa tách
bauxite bằng hydroxit natri.Cặn đỏ chứa chủ yếu là ,một ít
alumosilicat natri ngậm nước ,và các khoáng không tan khác.Sản xuất 1 tấn
thải ra 1 tấn cặn đỏ.Toàn thế giới mỗi năm tạo ra 200 triệu tấn.Bãi chứa
cặn đỏ là biểu tượng vấn đề môi trường của nông nghiệp nhôm và vẫn chưa tìm
được cách sử dụng vật liệu này.
21 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Hồ chứa bùn đỏ sau khi lấy alumina từ bauxite tại Kashipur - Orissa, India – không
còn sự sống nào trong môi trường này.
22 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Một làng ở Ajkai sau cơn "hồng thủy" boxít nhôm MAL
23 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Người dân Ajka dựng hình nộm Thần chết đang đe dọa tính mạng và môi trường
và bày tỏ bất mãn đối với sự vô trách nhiệm của Công ty khai tác bôxít MAL.
24 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Nguồn ảnh />Bun-Do-Boxit-O-Hunggari-Mot-Loi-Canh-Bao.html
Bùn đỏ là quặng thải ở công đoạn hòa tách trong quá trình sản xuất alumin.
Ngoài những thành phần vốn có trong quặng bô-xit như ô-xit săt, ô-xit silic, ô-
xit titan và các tạp chất khác bùn đỏ còn có chứa một lượng nhỏ xút NaOH và
dung dịch aluminat natri mà không thể thu hồi hết được. Số liệu dưới đây cho ta
khái niệm chung về thành phần hóa học của bùn đỏ:

30-60%
10-20%
3-50%
2-10%
2-8%
Nguyên tố vết 0 -10%
3.2.1Những vấn đề cần được quan tâm trong việc lưu giữ và xử lý bùn đỏ
a. Việc lưu giữ bùn đỏ chiếm một diện tích đất tương đối lớn
Lượng bùn đỏ thải ra trên một tấn alumin thành phẩm có thể dao động từ 0,3 tấn
đối với bô-xít chất lượng cao và 2,5
(4)
tấn đối với bô-xít chất lượng thấp. Đối với
bô-xit của mỏ Gia Nghĩa (Đăk Nông) có hàm lượng ô-xit nhôm trung bình là
khoảng 50%
(4)
thì cứ 1 tấn alumin được sản xuất thì có 1 tấn bùn đỏ được thải ra
hồ chứa. Nói cách khác, cứ 4 tấn quặng nguyên khai được khai thác thì phải thải
ra hồ chứa 1 tấn bùn đỏ. Từ đó suy ra là nếu hồ chứa bùn đỏ có chiều sâu trung
bình 4 m (bằng chiều dầy trung bình của thân quặng bô-xit) thì diện tích hồ chứa
bùn đỏ bằng ¼ diện tích khu vực mỏ đã được khai thác
(4)
. Để giảm diện tích
chiếm đất hồ chứa bùn đỏ vì vậy cần phải có độ sâu lớn. Đối với phương pháp
thải ướt ,độ sâu tối đa của hồ chứa là 20 m
(4)
. Đối với phương pháp thải khô
nhiều lớp ,độ sâu tối đa có thể đạt tới 60 m
(4)
.
25 | P a g e