BÀI tập lớn trình bày về quá trình điện phân sản xuất nhôm và thiết bị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
Bộ môn: Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa học - Thực phẩm

BÀI TẬP LỚN
Trình bày về quá trình điện phân sản xuất nhôm và thiết bị

GVHD: TS. NGUYỄN THỊ DIỆU VÂN
SVTH: NGUYỄN THÀNH CHUNG

20109705

TẠ BÁ TRƯỜNG

20109738


NỘI DUNG CHÍNH
1. Tổng quan về nhôm.
2. Ứng dụng của nhôm.
3. Nguyên liệu sản xuất nhôm.
4. Sản xuất nhôm.
5. Phương hướng công nghiệp sản xuất nhôm


1. Tổng quan về nhôm
- Nhôm (Al) là kim loại nhẹ
3
- Khối lượng riêng là 2,7 g/cm ,
tonc =659oC, tos=2500oC
- Nhôm có độ dẫn nhiệt và có độ

dẫn điện cao
- Trong môi trường oxy hóa và
không khí trên bề mặt nhôm tạo
màng oxyt giúp cho nhôm khỏi bị
rỉ.
- Al bền với axit nitric và axit hữu
cơ. Khi nấu chảy Al với các kim
loại khác sẽ làm tăng độ bền cơ
học, tăng chất lượng đúc.
- Phổ biến nhất là hợp kim của
nhôm với Cu, Mn, Mg gọi là đura.


2. Ứng dụng của nhôm.





3. Nguyên liệu sản xuất nhôm.
- Nguyên liệu chính là oxit nhôm Al2O3. Oxit
nhôm nhận từ các khoáng khác nhau:
Tên khoáng vật

CTHH

%
Al100
2O3

Corundum

Al2O3

Diaspo,bơmit

Al2O3. H2O (AlOOH)

85

Spinel

Al2O3. MgO

71

Caolinit

Al2O3. 2SiO2.2H2O

Alunit

K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)

39,5
37


- Nguyên liệu chính là boxit có chứa Al(OH)3
hoặc là AlOOH cùng với các tạp chất oxit sắt,

oxit silic,...
- Sản xuất oxit nhôm phức tạp. Trong đó gồm
các chuyển hóa hóa học kèm theo các quá
trình lý học như nghiền mịn nguyên liệu, đun
nóng và làm lạnh, để lắng kết tủa, lọc,...


- Tóm lại bản chất của quá trình sản xuất nhôm
là tách hydroxit nhôm khỏi các khoáng khác.
- Hydroxit nhôm khi tác dụng với xôđa(nung) hay
với NaOH( hòa tách) thì sẽ chuyển thành
aluminatnatri NaAlO2. Sau đó NaAlO2 hòa tan
trong nước và sẽ tách được các oxit sắt không
hòa tan trong điều kiện này.


- Nhưng SiO2 cũng hòa tan phần nào ở dạng
Na2SiO2. Có thể kết tủa nó từ dung dịch theo
dạng CaO.Al2O3.2SiO2 hoặc Na2O.Al2O3.
2SiO2 rồi lọc bỏ.
- Từ dung dịch sạch aluminat người ta dùng
nhiều cách khác nhau như tiến hành cacbon
hóa- sủi bọt dioxit cacbon qua dung dịch
aluminat, khi đó CO2 sẽ liên kết với ion Na+ ở
dạng xôđa


-

Hydroxit nhôm sau khi tách khỏi dung dịch đem

nung, nhận được sản phẩm chứa đến 99%
Al2O3.

-

Năng suất oxit nhôm thành sản phẩm không quá
60%.


4. Sản xuất nhôm
- Sản xuất nhôm được tiến hành từ oxit nhôm hòa
tan trong criolit Na3AlF6:
+ Nó hòa tan đủ tốt Al2O3,
+ Không chứa những ion dương điện hơn
nhôm,
+ Dẫn điện tốt, đồng thời tăng sự tỏa nhiệt cần
thiết để nóng chảy.
+ Tạo thành với oxit nhôm hợp kim có nhiệt độ
nóng chảy thất hơn nhiệt độ nóng chảy của oxit
nhôm nguyên chất( 2052 oC).


-

-

Trên thực tế điện phân được tiến hành trong
dung dịch điện ly có chứa 10%Al2O3 ở nhiệt độ
950-1000OC.
Quá trình điện phân được tiến hành với sự tách

nhôm lỏng trên catot và cháy anot grafit do oxy
hóa tách ra trên đó


Giản đồ trạng thái hệ Al2O3-Na3AlF6


Sơ đồ bể điện phân với anot tự cháy


5. Phương hướng phát triển
công nghiệp sản xuất nhôm
5.1. Trên thế giới.


Tình hình sản xuất 8 tháng đầu năm 2008


-

-

Công nghệ sản xuất nhôm bằng bất kỳ phương
pháp nào cũng tiêu tốn nhiều điện năng. Phụ
thuộc vào vị trí đặt lò nhôm mà năng lượng
điện chiếm khoảng 20-40% giá thành sản xuất.
Tiêu tốn năng lượng cho một vài ngành sản
xuất hóa chất.

Sản phẩm
Nhôm
Magie
Cacbua canxi 80%
Photpho

Tiêu tốn năng lượng
kwh/ tấn
18000-20000
17500-18000
2700-3200
13000-20000

Tổng hợp NH3

3000-3500

Supe photphat

2-10


Do tiêu tốn nhiều năng lượng nên các lò luyện
nhôm có xu hướng đặt tại các khu vực mà
nguồn cung cấp điện dồi dào với giá điện giá
rẻ như: Nam Phi, Trung Quốc, Trung Đông,
Nga, Quêbec ở Canada, đảo miền Nam New
Zealand.
- Năm 2004 Trung Quốc là nhà sản xuất nhôm
lớn nhất thế giới.

-


5.2. Việt Nam
- Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện trên lãnh
thổ nước ta 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.


- Quặng boxit là nguồn tài nguyên lớn của nước
ta, là cơ sở để hình thành ngành công nghiệp
luyện nhôm, là nguồn lực quan trọng trong quá
trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.


- Tổ hợp boxit-nhôm Lâm Đồng nằm ở địa bàn
huyện Bảo Lâm (khu khoáng sàng Tân Rai), có
tổng vốn đầu tư hơn 667 triệu USD. Dự án boxit
Lâm Đồng bao gồm hai giai đoạn:


- Giai đoạn đầu từ 2003 đến 2013, dự kiến tổ hợp
boxit - nhôm sẽ đạt công suất hàng năm là
72.300 tấn nhôm điện phân, 300.000 tấn alumin
(trong đó 141 nghìn tấn để điện phân nhôm, còn

lại sẽ xuất khẩu), khai thác mỏ 1.980.000 tấn
quặng nguyên khai.