Quy trình sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN
XUẤT NHÔM BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ĐIỆN PHÂN

1

1


QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHÂN NHÔM
(CÔNG TY TNHH LUYỆN KIM TRẦN HỒNG QUÂN)
Nhà máy điện phân nhôm Đắk Nông tại KCN Nhân Cơ, xã Nhân Cơ, huyện
Đắk R’lấp, tỉnh Đắk Nông thuộc Công ty TNHH Luyện Kim Trần Hồng Quân.
Nhà máy có công suất thiết kế 450.000 tấn sản phẩm nhôm/năm.
1. Quy trình công nghệ sản xuất

1.1. Phương án công nghệ
Hiện nay, quy trình sản xuất nhôm đều dựa trên quy trình Hall - Heroult.
Nguyên lý cơ bản của quy trình này được thể hiện như sau:
2 Al2O3 + 3 C (Năng lượng nhiệt)  4 Al + 3 CO2
Có 02 phương pháp luyện nhôm chính sử dụng quy trình Hall - Heroult. Đó là
phương pháp Soderberg và phương pháp Prebake. Sự khác biệt của 02 phương pháp
này là loại cực dương được sử dụng.
Phương pháp Pre-bake: là phương pháp sử dụng khối các bon đã được nung.
Khối các bon này được sản xuất từ hỗn hợpt han cốc và nhựa than, sáu đó nung ở nhà
máy sản xuất các bon trước khi lắp vào bể điện phân.
Phương pháp Soederberg là phương pháp mà hỗn hợp các bon tươi được đổ
trực tiếp vào bể điện phân, và hỗn hợp này sẽ được nung bởi sức nóng tỏa ra trong quá
trình điện phân.
Phương pháp Pre-bake có điểm vượt trội hơn phương pháp Soederberg chính là
lượng khí thải ra môi trường trong quá trình điện phân rất thấp. Chính vì vậy, tất cả

các xưởng luyện nhôm xây dựng từ đầu những năm 1970 đều sử dụng công nghệ theo
phương pháp Pre-bake. Hiện nay hầu hết các nhà cung cấp công nghệ đều lựa chọn
phát triển công nghệ của mình theo phương pháp Pre-bake như ở Canada, Iran,
Braxin…
Do vậy, nhà máy điện phân nhôm Đắk Nông cũng chọn phương án này.
1.2. Quy trình công nghệ sản xuất nhôm
Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nhôm được trình bày trong hình sau:

2

2


Khối các bon

Alumina đã được flo hóa
Cryolite (Na3AlF6)
AlF3
Điện năng

Xưởng gắn cực dươngVật liệu phủ còn sót lại trên cực dương; ồn, bụi

Bụi: Nguyên liệu đầu vào
Khí thải: HF, CO, CO2, SO2, CF4, C2F6
Chất thải rắn: khối cực dương còn lại, khối cực âm, lớp lót đáy
Bể điện phân nhôm
Hỗ hợp chất điện phân: Cryolite và AlF3
Ồn

Xưởng đúc nhôm

Nước làm mát
Cặn váng xỉ
Ồn

Nhôm thành phẩm

Hình 1 : Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nhôm
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Quy trình sản xuất nhôm gồm 4 quá trình:
A. Quá trình vận chuyển và lưu trữ alumina
 Kho lưu giữ
Với những điều kiện yêu cầu rất nghiêm ngặt về vấn đề chất lượng Alumina, vấn đề
điều khiển vận hành và giám sát quá trình vận chuyển Alumina cũng như giám sát
khối lượng tồn kho và nó cần phải lưu trữ được lượng Alumina ít nhất 30 ngày sử
dụng cho nhà máy. Nhà máy đã xây dựng 1 bồn chứa có kết cấu bằng thép có trọng tải
lưu trữ khoảng 60.000 tấn Alumina, có cấu tạo rất phức tạp nhưng nó bao gồm các cơ
cấu chính sau:
3

3


-

Hệ thống chống tắc, chống vón cục
Hệ thống thang đi lên đỉnh silo
Hệ thống báo mức của silo
Thiết bị làm sạch silo
Thiết bị bảo vệ áp suất silo

Nắp silo để có thể vào bảo trì bảo dưỡng vệ sinh Silo
Thiết bị báo mức Alumina
Thân chính của silo

Tuy nhiên Alumina trước khi đưa vào bể điện phân nó cần qua công đoạn làm giầu
Alumina vì vậy không hệ thống lưu trữ và vận chuyển Alumina nó còn bao gồm các bồn chứa
khác được gọi là các bồn chứa trung gian hay còn gọi là bồn chứa thứ cấp và bồn chứa sơ cấp.
Cấu tạo của các bồn chứa này giống cấu tạo của các bồn chứa chínhnhư trên, tuy nhiên vì yêu
cầu lưu giữ không nhiều, và nó là nơi lưu trữ Alumina đã được làm giầu trước khi được đưa
vào bể điện phân, nên có trọng tải lưu giữ khoảng 2.000 tấn Alumina.
Không những thế các bồn chứa đều phải bố trí các hệ thống cảm biến báo mức và thiết bị
van điều khiển bằng khí nén để phục vụ cho quá trình vận chuyển tự động.
Alumina trước khi được vận chuyển tới kho trung gian (Silo) thứ cấp nó cần được xử lý
hay làm giầu Alumina trước khi đưa vào quá trình điện phân nó cần được xử lý làm khô, và
hấp thụ chất Florua được tách ra từ quá trình điện phân, và hấp thụ một lượng Alumina thoát
ra từ bể điện phân trong quá trình điện phân. Vì vậy Alumina được chuyển qua trạm xử lý khí
trước khi đưa vào bể điện phân.

 Trạm xử lý khí
Chức năng chính của trạm xử lý khí là kiểm soát lượng khí thải và bụi thoát ra
từ quá trình điện phân hoặc quá trình thông gió của các hệ thống thông gió trong nhà
máy.
Đối với bể điện phân, trạm xử lý khí có chức năng bao gồm:
-

Kiểm soát lưu lượng khí thải ổn định từ các bể điện phân theo đúng quy định
Thu gom và tái chế hiệu quả lượng khí Flo từ quá trình luyện
Đảm bảo cung cấp đủ lượng Alumina flo hóa cho hệ thống nạp nguyên liệu cho

-

bể điện phân
Nâng cao chất lượng môi trường làm việc trong xưởng luyện
4

4


Đối với hệ thống thông gió, trạm xử lý khí sẽ xử lý luồng khí từ các quạt thông
gió sau đây:
-

Quạt thông gió của hệ thống nạp nguyên liệu cho bể điện phân
Quạt thông gió cho các thiết bị xử lý nguyên liệu và xử lý alumina
Quạt thông gió của bể chứa alumina flo hóa và alumina tươi
Quy trình hoạt động của trạm xử lý khí:

Khí thải, bụi từ bể điện phân và các luồng khí của quạt thông gió từ các hệ thống
nạp nguyên liệu và bể chứa nguyên liệu sẽ theo các đường ống dẫn khí đến trạm xử lý
khí thải (GTC). Alumina tươi sẽ được bơm đều đặn và liên tục từ silo chứa Alumina
tươi vào lò phản ứng để hấp thụ hỗn hợp khí florua và hạt bụi này. Alumina tươi sẽ
được đưa vào theo hướng ngược chiều với luồng khí thải từ bể điện phân trong lò
phản ứng, với phương thức này sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình hấp thụ florua. Hỗn
hợp khí Alumina sau khi hấp thụ khí florua được gọi là Alumina flo hóa và sẽ được
dẫn vào silo chứa alumina flo hóa. Tuy nhiên trong quá trình alumina hấp thụ florua
trong lò phản ứng chỉ hấp thụ được 95% khí florua thoát ra từ bể điện phân, phần còn
lại khoảng 5% khí florua kèm theo các hạt bụi, hỗn hợp khí khác và một phần alumina.
Phần còn lại này sẽ được dẫn tiếp vào khoang chứa có các túi lọc.
Tại túi lọc, alumina flo hóa sẽ được lọc và xử lý để tách lượng khí và bụi trong
hỗn hợp và chuyển tới ống khói bằng hệ thống quạt để thải ra bên ngoài, còn alumina

flo hóa đã được làm sạch sẽ sẽ được đưa tới băng tải khí để chuyển tới silo chứa
Alumian flo hóa.
Nhà máy xây dựng 03 hệ thống xử lý khí thải, chiều cao ống khói thải ra cao 35m.
Hấp thụ

Phản ứng

Phản ứng chung

5

5


Quy trình hấp làm dầu alumina trong hệ thống xử lý khí
 Hệ thống vận chuyển
Để vận chuyển Alumina từ nơi sản xuất alumina vào bể điện phân, hệ thống
phù hợp nhất là hệ thống băng tải vận tải trực tiếp vào bồn chứa Alumina.
Các nhà máy trên thế giới thông thường để vận chuyển Alumina từ bồn chứa
vào các bể trung gian, qua trạm xử lý khí và tới bể điện phân người ta sử dụng hệ
thống băng tải, nhưng với kỹ thuật tiên tiến hiện nay việc vận chuyển như thế là không
phù hợp với không gian bố trí và lắp đặt băng tải, không những thế nó không đảm bảo
độ sạch và độ ẩm do tác động của môi trường bên ngoài tới nguyên liệu Alumina đầu
vào đồng thời làm tăng chi phí lắp đặt và làm phức tạp hóa quá trình điều khiển. Vì
vậy, nhà máy dùng hệ thống ống dẫn để sử dụng vận chuyển để vận chuyển Alumina,
kết hợp với nguồn năng lượng thủy khí được dẫn từ trạm nén khí kết hợp với các thiết
bị lắp đặt trên hệ thống nén khí như van khí áp lực, và các cảm biến báo mức tại các
kho lưu trữ, và cảm biến trong bể điện phân, mà quá trình vận chuyển Alumina được
vận chuyển hoàn toàn một cách tự động bằng phần mềm điều khiển.
 Vị trí lắp đặt của hệ thống lưu trữ và vận chuyển Alumina

Kho lưu trữ alumina được đặt gần nhà máy sản xuất alumina để thuận tiện cho
công việc vận chuyển alumina vào kho lưu trữ.
Với chức năng làm kho lưu trữ trung gian của alumina trước và sau khi được
làm giàu Alumina bằng trạm xử lý khí thải, không những thế, trạm xử lý khí thải còn
chức năng quan trọng khác là nó có nhiệm vụ xử lý khí trực tiếp được dẫn từ các bể
điện phân trước khi đưa ra ngoài môi trường vì vậy toàn bộ nhà máy được xây dựng
hai trạm xử lý khí cùng bể trung gian và được bố trí ở giữa 2 phân xưởng luyện nhôm.
B. Quá trình gắn cực dương
Khối cực dương sau mỗi quá trình điện phân sẽ bị ăn mòn và được đưa về
xưởng lắp ráp để tạo cực dương mới cho quá trình điện phân tiếp theo. Đầu tiên, khối
cực dương sẽ được làm sạch sơ qua bằng công đoạn thủ công và tiếp đó được làm sạch
6

6


bằng máy bắn (bắn những viên bi nhỏ bằng sắt) để tiếp tục loại bỏ phần nguyên liệu
phủ còn sót lại, bụi các bon và bụi sắt. Sau đó khối cực dương chuyển sang máy áp lực
cao để tách bỏ phần chân gà và phần cácbon. Các chan gà được chuyển tới máy bắn để
làm sạch rỉ sét và cặn bám xung quanh chân, sau đó tiếp tục được chuyển tới khu vực
kiểm tra và nắn thẳng chân. Sau khi nắn thẳng, máy kiểm tra để xác định chan đã được
nắn thẳng và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hay chưa. Những chân chưa đảm bảo tiêu
chuẩn sẽ mang đi sửa lại, những chân đảm bảo tiêu chuẩn sẽ được gắn khối các bon
mới vào thành khối cực dương hoàn chỉnh.
C. Quá trình điện phân
Quá trình phản ứng này diễn ra trong các bể điện phân. Bể điện phân được cấu
tạo gồm lớp đáy và đâ bên là các lớp cách nhiệt, lớp các bon cực âm và lớp chất phủ
nóng chảy (lớp chất phủ này chủ yếu được làm từ cryolit và nhôm florua và là nơi
nhôm oxit được hòa tan trong quá trình điện phân). Phía trên bể điện phân là các khối
các boncó chức năng làm cực dương của dòng điện. Khi dòng điện có cường độ cao

chạy từ điện cực dương qua các hỗn hợp chất điện phân sau đó qua điện cực âm của bể
điện phân, tại đây dòng điện sẽ sinh ra một nguồn nhiệt rất lớn khoảng 960 OC, ở môi
trường nhiệt độ cao Alumina sẽ nóng chảy và khi đó oxit nhôm Al2O3 sẽ được tách
thành phân tử nhôm Al và phân tử O. Các phân tử nhôm sẽ được hút về cực âm được
lắng dưới đáy bể điện phân, và các phân tử Oxi sẽ bị hút về phía cực dương của dòng
điện và nó kết hợp với phân tử C được tạo ra từ cực dương tạo thành khí CO2 và được
dẫn đi bằng hệ thống dẫn khí đến hệ thống xử lý khí thải. Các thanh các bon cực
dương sẽ bị ăn mòn dần do các phản ứng và sẽ được thay thế sau mỗi 24h (kết thúc
quá trình điện phân). Nhôm lỏng lắng đọng ở dưới đáy bể điện phân sẽ được hút ra
bằng 1 cần trục và đổ vào thùng đựng nhôm lỏng chuyên dung, sau đó sẽ được chuyển
tới xưởng đúc. Khí CO2 và các khí thải khác trong quá trình điện phân như (Florua,
SO2, CF4, C2F6…) thoát ra theo đường ống dẫn khí để tới trạm xử lý khí.
Cấu tạo của Bể điện phân
 Vỏ bể điện phân:
7

7


Vỏ bể điện phân được làm từ loại thép cứng và đặc chủng, được thiết kế để chịu
được tải của các vật liệu đặt bên trong nó. Lớp vỏ bể điện phân được đỡ bằng các cột
bê tông và dầm cách điện.
 Đáy bể điện phân và khối cực âm:
Toàn bộ lớp đáy của bể điện phân đặt trong phần vỏ, lớp đầu tien sẽ được lắp
đặt ngay tại phân xưởng khi các vỏ bể đã được lắp giáp cố định vào dây chuyền. tuy
nhiên, những lần sau khi nhà máy đã đi vào hoạt động thì bể điện phân sẽ được chuyển
bằng hệ thống cẩu đến phân xưởng bảo trì bảo dưỡng và lớp đáy sẽ được thay thế và
lắp đặt tại đây.
Kim loại nóng được sử dụng để gắn chặt các thanh dẫn điện bằng thép
(collector bar) vào rãnh của các khối các bon cực âm tạo ra một khối kết cấu hoàn

chỉnh để đảm bảo dòng điện chạy từ khối cực âm vào trong thanh dẫn điện này được
ổn định.
Cấu tạo của lớp đáy bể điện phân bao gồm:
-

Các bon silicon hai bên thành của bể điện phân có tác dụng bảo vệ vỏ bể

-

khỏi sức nóng;
Lớp gạch chịu lửa và cách nhiêỵ ở phía dưới đáy bể điện phân
Khói các bon cực âm
Lớp keo các bon gắn các khối các bon cực âm với nhau và gắn khối các bon
cực âm với khối các bon silicon ở hai bên thành để cố định lớp đáy của bể

điện phân.
 Hệ thống thanh cái dẫn điện (busbar)
Dòng điện một chiều từ bộ chỉnh lưu được dẫn vào bể điện phân bằng hệ thống
thanh cái dẫn điện và tạo thành 01 mạch điện khép kín còn được gọi là hệ thống thanh
cái.
Hệ thống thanh cái dẫn điện của nhà máy bao gồm: thanh cái đi vào nối từ trạm
chỉnh lưu tới bể điện phân đầu tiên của dây chuyền thứ 2 tới trạm chỉnh lưu, các bể
điện được kết nối với nhau bằng hệ thống thanh cái và nó được đấu nối theo nguyên
tắc cực dương của bể này được đấu nối với cực âm của bể kế tiếp. Thanh cái cực âm
8

8


chạy xung quanh mỗi bể điện phân (thanh cái này sẽ được đấu nối với các khối cực âm

bằng thanh dẫn điện). Thanh cái cực dương (chính là giá đỡ cực dương) được gắn vào
kết cấu trên của bể điện phân, các mấu nối và thanh riser nối thanh cái cực âm của bể
điện phân này tới thanh cái cực dương của bể điện phân tiếp theo, thanh cái ngang nối
từ bể điện phân cuối cùng của phân xưởng này tới bể cuối cùng của phân xưởng khác,
thanh cái ở lối đi trung tâm. Tất cả các loại thanh cái dẫn điện của nhà máy đều được
làm từ nhôm và được đấu nối với nhau thành một mạch điện khép kín. Mỗi bể điện
phân được xem là một thiết bị tiêu thụ điện độc lập trong mạch khép kín này.
Hệ thống thanh cái được cách điện với mặt đất bởi các bệ đỡ khối bê tông.
Hệ thống thanh cái nói trên được chia làm 02 loại: các thanh busbar âm và
thanh busbar dương. Thanh cái âm chính là các thanh cái cực âm được đặt ở dưới tàng
hầm của phân xưởng và được nối với nhau bằng các tấm hàn. Các thanh cái dương bao
gồm các thanh riser và giá đỡ cực dương (anode beam). Trọng lượng của hệ thống
thanh cái cho mỗi vỏ điện phân là khoảng 50 tấn.
 Kết cấu phía trên của bể điện phân
Kết cấu này là một phần của bể điện phân và nằm phía trên vỏ bể điện phân.
Kết cấu bao gồm hệ thống khung đỡ cực dương (còn gọi là thanh cái cực dương) có
các chức năng sau:
-

Phân phối dòng điện từ khung đỡ cực dương tới cực dương
Điều chỉnh độ cao của giá đỡ cực dương và cực dương bằng hệ thống nâng

-

kích cực dương
Vận chuyển, dự trữ và phân phối alumina và muối nhôm florua vào bể điện

-

phân bằng các thiết bị nạp nguyên liệu và thiết bị phá lớp nguyên liệu phủ.

Hút khí thoát ra từ bể điện phân

Phía trong của kết cấu sẽ bao gồm hệ thống các phễu chứa nguyên liệu đầu vào
(alumina flo hóa và muối nhôm florua, cryolite) và hệ thống hút khí được làm bằng tôn
mỏng được hàn chắc chắn. phái trên cùng của kết cấu là một băng tải khí để vận
chuyển alumina vào bể.
9

9


Kết cấu phía trên sẽ bao gồm các bộ phận sau:
-

Giá đỡ chính là một khung thép được làm bằng các tấm tôn định hình, thanh
thép mỏng và các dầm thép được hàn với nhau. Giá đỡ này có tác dụng làm bệ
đỡ cho toàn bộ thiết bị của kết cấu phía trên. Trọng lượng của giá đỡ này hoảng

-

16 tấn.
Khung đỡ cực dương và các thanh riser (tất cả đều được làm bằng nhôm) sẽ

được gắn vào giá đỡ chính này.
 Hệ thống nâng hạ cực dương
- Hệ thống gắn anode: sẽ bao gồm các móc để gắn chặt thanh nhôm của khối cực
-

dương vào khung đỡ cực dương.
Nguồn cung cấp năng lượng điện và khí nén: sẽ cung cấp năng lượng tới các

-

điểm kết nối đặt dọc kết cấu.
Lớp cách nhiệt: Ống cách nhiệt dẻo được sử dụng để nối kết cấu với các ống
dẫn khí của trạm xử lý khí và nối băng tải khí tới hệ thống nạp alumina vào bể

điện phân. Kết cấu được đặt trên 4 cột đỡ cách nhiệt.
 Hệ thống cực dương
Vì nhiệt độ trong bể điện phân là rất cao, do vậy việc chọn vật liệu các cực điện
là một vấn đề quan trọng bởi nó vừa phải đảm bảo chức năng dẫn điện và khi bị tan
chảy cũng không làm ảnh hưởng đến chất lượng của nhôm lỏng sau quá trình điện
phân. Khối cực dương được làm từ vật liệu than cácbon đảm bảo được những yêu cầu
này vì nó vừa có tính năng dẫn điện, hơn nữa trong quá trình nung nóng chảy phân tử
các bon sẽ kết hợp phân tử oxy tạo ra khí CO2 nên không ảnh hưởng tới chất lượng
của nhôm lỏng thành phẩm.
Mỗi bể điện phân sẽ được lắp ráp các bộ cực dương và mỗi bộ cực dương này
sẽ được đính với khung đỡ phía trên bể điện phân. Bộ cực dương sẽ bao gồm khối các
bon cực dương được gắn chặt vào bộ phận chân gà bằng théo và bộ chân gà này sẽ
được kết nối với một thanh nhôm bằng một lớp nhựa đặc biệt. Lớp nhựa này có chức
năng gắn kết thanh nhôm và chân gắn mà nó vẫn đảm bảo tính dẫn điện.

10

10


Khối các bon cực dương được đóng vào các chân gà bằng kim loại nóng chảy.
Việc lắp ráp bộ cực dương này sẽ được tiến hành tại xưởng lắp ráp cực dương các bon.
Các bộ cực dương này sẽ được thay thế bằng cầu dịch vụ.

 Sàn di động và các tấm lưới
Để đảm bảo cho việc tản nhiệt cho tầng hầm và hệ thống thanh cái dẫn điện
dưới tầng hầm cũng như thuận tiện cho quá trình bảo trì bảo dưỡng bể điện phân và hệ
thống dẫn điện busbar. Hệ thống sàn thao tác di động sẽ được lắp ráp trên bề mặt của
hệ thống thanh cái và xung quanh bể điện phân với cao độ bằng sàn thao tác trong
phân xưởng. ở giữa các bể điện phân và các sàn di động này là các tấm lưới sàng có
tác dụng thông hơi. Khí ở dưới tầng hầm ( nơi để vỏ bể và hệ thống thanh busbar cực
âm) sẽ được thoát ra qua các tấm lưới này đi lên hệ thống thông gió bên trên nóc nhà.
Trong quá trình thay thế bể điện phân, các sàn di động sẽ được tháo để trục cẩu
tiến hành nhấc các bể điện phân ra.
 Hệ thống nắp bể điện phân
Để ngăn khí thoát ra ngoài cũng như đảm bảo dự án toàn cho người vận hành
trong quá trình điện phân, mỗi bể điện phân sẽ được trang bị một hệ thống nắp đậy
xung quanh bể. Hệ thống này bao gồm trần, hai tấm chắn hai đầu bể, và các nắp đậy
dọc hai bên bể. Trần và hai tấm chắn được gắn cố định vào kết cấu bên trên
bể(superstructure), còn các nắp đậy có thể điều khiển bằng tay hoặc bằng cẩu dịch vụ,
và các tấm này có thể được tháo dời ra trong quá trình thay cực dương anode, dỡ lớp
phá lớp phủ cũng như trong quá trình bảo dưỡng vận hành. Việc hút nhôm lỏng sẽ
được thực hiện thông qua cửa hút trên một tấm chắn.
 Thiết bị đập lớp phủ và nạp alumina
Mỗi bể điện phân gồm có 5 cái phễu đưa alumina flo hóa. Những chiếc phễu
này sẽ được gắn cố định trên phần kết cấu và tổng sức chứa alumina của những chiếc
phễu này là đủ cho khoảng 1 ngày hoạt động. Alunima sau khi được flo hóa từ trạm xử
lý khí sẽ được đưa tới bồn chứa alumina flo hóa, sau đó alumina này sẽ được dẫn bằng
11

11


hệ thống đường ống nén khí đến các phễu. ở mỗi dưới đáy phễu là thiết bị đập lớp phủ

và ống nạp có van điều khiển tự động từ tín hiệu cảm biến đặt trong bể điện phân.
Thiết bị đập tạo ra lỗ hở trên lớp phủ và ống nạp sẽ đẩy alumina vào trong bể. Việc
nạp alumina vào các phễu sẽ được tiến hành liên tục 24/24h và được điều khiển bằng
hệ thống điều khiển bể điện phân.
 Hệ thống nạo muối nhôm florua
Alumina là nguyên liệu đầu vào trực tiếp tạo ra nhôm, tuy nhiên trong quá trình
điện phân chúng ta phải cần một số nguyên vật liệu khác như muối nhôm florua. Đây
là loại nguyên vật liệu được phủ lên trên bề mặt của chất điện phân nhằm đảm bảo giữ
nguồn nhiệt trong bể không bị tỏa ra môi trường cũng như đảm bảo cho nồng độ axit
của chất điện phân nằm trong giới hạn cho phép.
Vì vậy phía trên mỗi bể sẽ có một các phễu đặc biệt để chứa muối nhôm florua.
Qua trình nạp muối từ phễu vào bể điện phân được thực hiện tương tự như quá trình
nạp alumina flo hóa, nhưng diễn ra không thường xuyên …
Nhôm florua được nạp vào chất phủ hóa lỏng bằng một cẩu dịch vụ và quá trình
này được điều khiển bởi hệ thống điều khiển bể điện phân.
 Hệ thống điều khiển bể điện phân
Điều khiển tự động hóa là xu hướng chung của các nhà máy trên thế giới. Việc
lắp đặt hệ thống điều khiển tự động hóa không chỉ giảm tối đa nhân lực vận hành trong
khi người vận hành vẫn có thể giám sát được mọi sự hoạt động trong dây chuyền nhà
máy, tối ưu hóa quá trình điều khiển, mà còn tự động đáp ứng được mọi sự thay đổi
trong dây chuyền và đảm bảo về độ chính xác và tính kịp thời trong nhà máy. Trong
nhà máy điện phân nhôm cũng được lắp đặt hệ thống điều khiển tự động cho toàn bộ
nhà máy, phòng điều khiển cục bộ của mỗi phân xưởng được đặt bên cạnh hoặc nằm
ngay trong mỗi phân xưởng.

12

12

Đối với phân xưởng luyện, phòng điều khiển trung tâm được đặt ngay trong
phân xưởng, nhằm thuận tiện cho quá trình điều khiển. hệ thống điều khiển được thiết
kế lắp đặt cho từng bể điện phân cho đến toàn bộ phân xưởng.
Các cảm biến dòng điện và điện áp được lắp đặt trên mỗi bể, còn các cảm biến
báo nhiệt độ được lắp đặt bên trong bể điện phân để theo dõi dòng điện và điện áp
trong quá trình sản xuất để đảm bảo các bể điện phân hoạt động ổn định và chất lượng
của nhôm lỏng đáp ứng yêu cầu.
Không những thế trong mỗi bể điện phân còn được bố trí lắp đặt các cảm biến
báo lượng alumina và lượng nhôm lỏng có trong bể giúp người vận hành có thể quan
sát và vận hành để đảm bảo chất lượng của sản phẩm.
Trong hệ thống thanh cái dẫn điện chính trong phân xưởng luyện cũng được bố
trí các thiết bị cảm biến đo dòng điện, điện áp, đo điện trường trong thanh cái, những
thông tin được gửi từ những cảm biến này sẽ được kiểm soát và xử lý tức thời.
D. Quá trình đúc
Nhôm lỏng từ bể điện phân sẽ được hút vào thùng chứa chuyên dụng, thùng
chứa chuyên dụng sau đó sẽ được các xe chuyên dụng chở tới xưởng đúc nhôm. Xe
chuyên dụng này được trang bị các nắp đậy để ngăn nhôm lỏng bắn ra ngoài đồng thời
tránh cho nhôm tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, làm giảm tối đa việc thất
thoát nhiệt trong quá trình vận chuyển nhôm và không ảnh hưởng tới độ tinh khiết
cũng như chất lượng của nhôm lỏng. Trước khi đổ nhôm lỏng vào bể lưu chứa trong
xưởng đúc, nó sẽ được đưa tới trạm xử lý để hút lớp váng trên bề mặt và được kiểm tra
trọng lượng thực tế. Hệ thống cần cẩu sẽ nhấc thùng nhôm lỏng đổ vào siphon được
nối giữa 02 bể lưu trữ (được gia nhiệt bằng điện). Sau đó nhôm lỏng sẽ được rót vào
các khuôn đúc, khuôn đúc sau khi được rót nhôm lỏng sẽ được chuyển đến hệ thống
làm mát, để nhôm chuyển từ thể lỏng thành thể rắn. Nhôm sau khi làm mát được
chuyển thành một thể rắn được tách ra khỏi khuôn và đưa tới dây chuyền đóng gói
trước khi đưa vào kho lưu trữ bằng hệ thống xe nâng.
13

13

Các hạng mục trong xưởng đúc:
 Hệ thống xử lý váng
Tại mỗi trạm kiểm tra trọng lượng và hút váng nhôm lỏng sẽ có cần cẩu để hớt
váng nhôm lỏng đổ vào bể xỉ cặn và cân để kiểm tra trọng lượng thực tế nhôm lỏng
sau khi hút váng.
Xe tải vận chuyển nhôm lỏng sẽ chạy vào một bên của trạm để thả các thùng
chứa nhôm lỏng cùng giá đỡ của nó xuống. Sau khi nhôm được xử lý hút váng và đo
trọng lượng, xe tải sẽ chuyển thùng chứa nhôm lỏng đã được xử lý tới xưởng đúc.
 Hệ bể lưu trữ
Nhôm lỏng sau khi được vận chuyển đến xưởng đúc nó được lưu trữ trong các
bể, tuy nhiên việc lưu trữ này phải luôn đảm bảo và duy trì nhiệt độ cho nhôm lỏng vì
vậy bể lưu trữ được thiết kế hệ thống cách nhiệt rất đặc biệt và nó được thiết kế hệ
thống đốt nóng bằng năng lượng điện để luôn duy trì được nhiệt độ của nhôm lỏng.
Không những thế nó còn được thiết kế theo kiểu lò nghiêng để nhằm thuận tiện cho
việc đốt nóng và quá trình rót nhôm lỏng vào khuôn đúc. Vì vậy nó còn được gọi là hệ
thống bể kiểu nghiêng.
Thông thường, trong xưởng đúc có 06 bể với công suất 60 tấn cho mỗi bể và
được thiết kế theo kiểu nghiêng. Và hai bể sẽ được kết nối với dây chuyền đúc nhôm.
 Dây chuyền đúc
Thông thường có 02 loại dây chuyền đúc:
-

Dây chuyền đúc nhôm thỏi được làm mát bằng nước có công suất 25 tấn/h
Dây chuyền đúc nhôm thanh được làm mát bằng không khí tự nhiên có công
suất 25 t/h

Nhôm lỏng sau khi được lưu trữ trong bể nó được rót vào các khuôn đúc để
chuyển tạo thành nhôm có các hình dạng định hình sẵn có, khuôn đúc sau khi được rót

nhôm lỏng sẽ tự động được vận chuyển tới hệ thống làm mát để chuyển nhôm từ thể
lỏng sang thể rắn.
14

14


 Hệ thống làm mát
Khuôn đúc nhôm lỏng sau khi được đổ nhôm lỏng vào nó sẽ tự động chuyển
vào hệ thống làm mát bằng hệ thống băng tải con lăn.
Quá trình làm mát sẽ được tách ra làm 02 giai đoạn, nhôm lỏng được gits vào
khuôn đúc sẽ chuyển tới hệ thống làm bằng nước, ở giai đoạn này, nhôm lỏng sẽ
chuyển từ thể lỏng sang thể rắn, sau đó thỏi nhôm sẽ được tách ra khỏi khuôn và nó
được chuyển đến hệ thống làm mát thứ 2. Nhiệt độ trong nhôm sẽ chuyển sang nước
làm nước nóng lên. Nước sau khi làm mát sẽ được bơm qua hệ thống xử lý nước và
giả nhiệt nước trước khi nó được tuần hoàn sang chu trình làm việc tiếp theo.
 Hệ thống xử lý cặn
Nhà kho chứa xỉ cặn sẽ được xây dựng dọc theo xưởng đúc. Xỉ cặn trong bể lưu
giữ sẽ được thải ra bể chứa đặt trong xưởng đúc và sau đó được chuyển tói khu vực
làm mát. Tại đây, chất xỉ cặn sẽ được làm mát bằng không khí sau đó sẽ được chuyển
tới kho bằng xe nâng . Theo định kỳ, xỉ cặn được mang ra ngoài để xử lý (để bóc tách
lớp nhôm lẫn trong tạp chất).
3. Danh mục máy móc, thiết bị
Bảng 2:Danh mục máy móc thiết bị
STT
I

Tên máy móc, thiết bị
Xưởng luyện
Hệ thống bể điện phân

Hệ thống điều khiển bể điện phân

Sàn thông gió
Pallet trở cực dương
Hệ thống lưu trữ và vận chuyển
Alumina
Cẩu đa năng
Khung vận chuyển cực dương
Hệ thống lọc khí xưởng luyện
II

(GTC)
Xưởng đúc
Dây chuyền đúc nhôm thanh

Đơn vị

Số lượng

Xuất xứ

Bể
Hệ thống
Tấn
Tấn
Tấn

336
1
538

2,160
5,199

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

Bộ
Bộ
Bộ

10
3
2

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

Hệ thống

1

G7, TQ, VN
15

15

II

IV

Dây chuyền đúc nhôm thỏi
Dây chuyền đúc nhôm thỏi hợp

Hệ thống
Hệ thống

1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

kim trung gian
Máy tái sử dụng xỉ nóng
Chụp xả và ống khói lò nung
Hệ thống làm mát
Hệ thống phụ trợ cho xưởng đúc
Hệ thống nồi chứa nhôm lỏng
Nguồn điện và thiết bị điện

Hệ thống
Hệ thống
Hệ thống
Hệ thống
Hệ thống

Hệ thống

1
1
1
1
1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

phân
Máy cắt 220 kV
Máy biến áp 3 pha ofaf oltc
Thiết bị điều khiển sóng dài và

Hệ thống
Hệ thống
Hệ thống

1
1
1

G7, TQ, VN

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

bù năng lượng
Máy biến áp chỉnh lưu 220 kV
Thanh cái dẫn điện chính
Cáp từ máy cắt đến máy biến áp

Hệ thống
Hệ thống
Hệ thống

1
1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

có thể điều chỉnh điện áp
Hệ thống chỉnh lưu
Hệ thống điều khiển
Trạm điện trung tâm cho nhà

Hệ thống
Hệ thống
Hệ thống

1

1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

Hệ thống
Hệ thống
Hệ thống
Bộ
Bộ

1
1
1
1
1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

phủ
Xử lý nguyên liệu phủ
Xử lý cực cácbon thừa

Xử lý ống nối cực dương
Xử lý kim loại rót gắn chân cực
Thiết bị xưởng sửa chữa
TB kho lưu cực dương
Băng tải con lăn vận chuyển khối

Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ

1
1
1
1
1
1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

cac bon
Điều khiển
Toàn bộ bu lông, ốc vít, neo

Bộ
Bộ

1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

máy
Cẩu 10 tấn
Máy phát điện
Mạch vòng chỉnh lưu
Xưởng gắn cực dương
Cẩu trên cao
Máy làm sạch sơ bộ nguyên liệu

16

16


V

VI

VII

(hóa)
Điều hòa nhiệt độ cho 3 phòng

Bộ

1

G7, TQ, VN

thủy lực
Thiết bị biến tần
Hệ thống giá đỡ
Cơ điện
Hệ thống điều khiển tích hợp

Bộ
Bộ
Bộ
Bộ

1
1
1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

G7, TQ, VN

Bộ

1

G7, TQ, VN

Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ
Bộ

1
1
1
1
1
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

Cái

Cái
Cái
Cái

5
2
2
2

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

điện phân và nhôm lỏng
Xe hớt váng trong xưởng đúc
Cái
Thùng đựng nhôm lỏng
Cái
Xe vận chuyển thùng đựng nhôm Cái

2
18
4

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

lỏng

Xe nâng 3 tấn
Xe nâng 5 tấn
Hệ thống phụ trợ

12
3
1

G7, TQ, VN
G7, TQ, VN
G7, TQ, VN

xưởng lắp ráp cực dương
Thiết bị phụ trợ
Xử lý nguyên liệu phủ
Nạp nguyên liệu phủ
Nghiền nguyên liệu phủ
Kho lưu giữ nguyên liệu phủ
Hệ thống phụ trợ
Thiết bị điện và điều khiển
Bộ công cụ, dụng cụ
Phương tiện vận chuyển
Xe vận chuyển cực dương
Xe nạp nhôm Florua
Xe hút chất điện phân
Xe đập lỗ cho quá trình hút chất

Ghi chú:

Cái

Cái
Hệ thống

G7: bảy nước công nghiệp hàng đầu thế giới
TQ: Trung Quốc
VN: Việt Nam

5. Nguyên, nhiên, vật liệu
Để sản xuất ra 1 tấn nhôm cần khoảng:
-

1,92 tấn Alumina
0,5 tấn các bon (cực dương)
0,02 tấn nhôm florua
0,002 tấn Cryolite
17

17


-

12.500 kW

Ước tính lượng nguyên vật liệu đầu vào của dự án như sau:
Bảng 3: Nguyên nhiên liệu đầu vào
STT

Nguyên liệu
Điện

Alumina
Cực các bon
AlF3
Cryolite

Đơn vị
kW
Tấn
Tấn
Tấn
Tấn

Khối lượng
5.625 x 106
864.000
225.000
9000
900

Nguồn gốc
Điện lưới quốc gia
Việt Nam
TQ, Nhật
TQ
TQ

(Na3AlF6)
6. Nhu cầu sử dụng nước sản xuất
Nhu cầu nước cấp cho sản xuất
TT

Công đoạn

Nước tuần
hoàn (m3/h)

Lượng nước
bay hơi (m3/h)

Trạm điện (chỉnh lưu)

865

45

Trạm xử lý khí (làm mát động cơ)

54

3

Xưởng gắn cực dương (làm mát thiết bị và
tủ điện)

10

0,5

Xưởng đúc (làm mát sản phẩm)

1000

50

Trạm khí nén (làm mát động cơ)

40

2

Các công đoạn khác

10

0,5

1.979

104

Tổng
7. Nhu cầu sử dụng điện: 700 MW/năm
8. Nhu cầu năng lượng
Trạm khí nén

Ngoài ra, một trong những hạng mục phụ trợ quan trọng là trạm khí nén, đây là
nơi cũng cấp khí nén cho nhà máy luyện nhôm. Đây là hệ thống khí khô không dầu.
Chức năng của khí nén trong nhà máy:
-

Cung cấp khí nén cho quá trình nạp alumina vào bể điện phân
Cung cấp khí nén cho quá trình đóng gói thành phẩm ở xưởng đúc
Cung cấp khí nén để làm sạch túi lọc khí sau khi lọc ở trạm nén hí của
xưởng luyện và xưởng đúc cực dương
18

18


-

Cung cấp khí nén để vận chuyển alumina
Cung cấp khí nén để lắp giáp cực dương để vận hành các thiết bị của xưởng

-

lắp giáp
Cung cấp khí nén để vận hành thiết bị tháo gỡ lớp lót ở xưởng lắp đặt và
tháo gỡ lớp lót.

Quy trình tạo khí nén:
Không khí bên ngoài sẽ được hút qua cửa lùa và được đưa tới các máy nén khí bằng
hệ thống ống dẫn. Trong các máy nén, không khí sẽ được luân chuyển tới các máy để sấy khô,
sau đó sẽ đi vào các bình chịu áp suất với khối lượng 10 m3. Chức năng của bình áp suất là
cung cấp lượng khí nén tươi ổn định. Khí nén từ bình áp suất sẽ được chuyển tải đến các thiết
bị khác trong nhà máy thông qua hệ thống đường ống.
Thiết bị của trạm khí nén

-

Tòa nhà trung tâm (bao gồm các cửa hút khí, hệ thống thông gió, và hệ thống
thiết bị điện)
Các máy nén và máy sấy (bao gồm hệ thống thiết bị điện và các đường ống)
Tháp làm mát (bao gồm bộ trao đổi nhiệt, các đường ống và hệ thống thiết bị
điện)
Máy bơm nước làm mát

19

19