TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ hóa học đại CƯƠNG CÔNG NGHỆ sản XUẤT NHÔM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA- VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỨC PHẨM
……....«  »……….

TIỂU LUẬN
CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHÔM

Giảng viên hướng dẫn: THS. Lưu Sơn Tùng
Sinh viên thực hiện: Nhóm 14 thực hiện
Lớp : ĐH11H1
Khoa: Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm

1


MỤC LỤC
trang
I.
II.
1)
2)
3)
4)
5)
6)
III.
1.
2.
3.
IV.

1.
2.
V.
1.
2.
3.

I.

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................2
GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NHÔM...........................................................................3
Lịch sử..........................................................................................................................3
Thuộc tính và tính chất vật lý.......................................................................................4
Hóa học.........................................................................................................................5
Ứng dụng......................................................................................................................6
Ảnh hưởng của nhôm tới con người và động thực vật.................................................7
Tình hình sản xuất nhôm hiện nay ở Việt Nam............................................................8
GIỚI THIỆU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM.......................................................8
Nguyên liệu sản xuất..................................................................................................8
Quy trình bayer..........................................................................................................9
Quy trình hall-heroult.................................................................................................12
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA QUY TRÌNH SẢN XUẤT.............................14
Ưu điểm........................................................................................................................14
Nhược điểm..................................................................................................................14
XỬ LÝ CHẤT THẢI...................................................................................................15
Chất thải rắn.................................................................................................................15
Chất thải khí.................................................................................................................16
Chất thải lỏng...............................................................................................................17

MỞ ĐẦU

Chúng ta đã bao giờ tự đặt những câu hỏi như
“cánh của máy bay làm từ gì?”
“ dây dẫn điện trong nhà chúng ta được làm từ gì?”
“ vỏ của tàu con thoi được làm từ gì mà có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ và áp suất tốt
đến như vậy?”

2


Có rất nhiều câu hỏi đạt ra và đáp án là nhôm, một vật liệu không xa lạ gì với chúng ta. Được
xác định và đặt tên bởi Hamphry vào năm 1808 tới nay nhôm được ứng dụng nhiều vào đời
sống hiện đại.
Với 8% khối lương rắn của vỏ trái đất, nguồn nguyên liệu để sản xuất nhôm rất dồi dào
nhưng trong tự nhiên nhôm thường tồn tại ở dạng hợp chất khác nhau điển hình là boxit. làm
sao chúng ta có thể thu được nhôm.
Vậy, quá trình sản xuất nhôm diễn ra như thế nào?
Hôm nay, chúng ta sẽ đi tìm hiểu quá trình sản xuất nhôm.
II.
GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NHÔM
1) Lịch sử

Được nhắc đến đầu tiên của nhôm ( chưa được kiểm chứng) là trong Naturalis Historia của
Gaius Plinius Secundus.
“Có một ngày có một người thợ vàng ở Roma được phép cho hoàng đế Tiberius xem một đĩa
ăn làm từ một kim loại mới. Chiếc đĩa rất nhẹ và sang như bạc. Người thợ vàng đã nói với
hoàng đế ông đã sản xuất kim loại từ đất sét thô. Ông cũng cam đoan rằng chỉ có ông ta với
Chúa trời biết cách sản xuất kim loại này từ đất sét. Hoàng đế rất thích thú, và như một
chuyên gia tài chính ông đã quan tâm tới nó. Tuy nhiên ông nhận ra ngay là mọi tài sản vàng,
bạc của ông sẽ mất giá trị nếu như người dân bắt đầu sản xuất kim loại màu sáng này từ đất

sét. Vì thế, thay vì cảm ơn người thợ vàng ông đã ra lệnh chặt đầu ông ta.”
Những người Hy Lạp và La Mã cổ đại đã sử dụng các loại muối của kim loại này như là
thuốc cẩn màu (nhuộm ) và như chất làm se vết thương,và phèn chua vẫn được sử dụng như
chất làm se. Năm 1761, Guyton de Morveau đề xuất cách gọi gốc phèn chua là alumina. Năm
1808, Humphry Davy xác định được gốc kim loại của phèn chua ( alum), mà theo đó ông đặt
tên cho nhôm là aluminium.Charles Martin Hall nhận được bằng sáng chế(số 400655) năm
1886,về quy trình điện phân để sản xuất nhôm.Phát minh của quy trình Hall-Héroult năm
1886 đã làm cho việc sản xuất nhôm từ khoáng chất trở nên không đắt tiền và ngày nay nó
được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
Nước Đức trở thành nhà sản xuất nhôm lớn thế giới sau khi Adolf Hitler lên nắm quyền.Tuy
nhiên, năm 1942 những nhà máy thủy điện mới như Grand Coulee Dam đã cho phép Mỹ
những thứ mà nước Đức quốc xã không thể hy vọng cạnh tranh khả năng sản xuất đủ nhôm
để có thể sản xuất 60.000 mấy bay chiến đấu trong bốn năm.
2) Thuộc tính và tính chất vật lý

Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ,vì có một lớp mỏng oxi hóa
tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí. Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ một phần
ba của sắt hay đồng, nó rất mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn đứng thứ 6) và dễ dàng gia công trên
3


máy móc hay đúc;nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do có lớp oxit bảo vệ. Nó
cũng không nhiễm từ và cũng không cháy khi để ngoài không khí ở điều kiện thông thường.
Nhôm (tiếng Latinh: alumen.alum) là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn
nguyên tố có ký hiệu Al và số hiệu nguyên tử bằng 13. Nguyên tử khối bằng 27đvC. Khối
lượng riêng là 2,7 g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy là 6600C. Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3
(sau oxy và silic) và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất. Kim loại nhôm hiếm khi
phản ứng hóa học mạnh với các mẫu quặng và có mặt hạn chế trong các môi trường khử cực
mạnh. Tuy vậy, nó vẫn được tìm thấy ở dạng hợp chất trong hơn 270 loại khoáng vật khác
nhau. Quặng chính chứa nhôm là bôxít.

3) Hóa học
Trạng thái oxi hóa 1.
AlH được điều chế khi nhôm bị nung nóng ở nhiệt độ 15000C trong hydro.
Al2O được điều chế bằng cách nung nóng oxit thong thường, Al2O3, silic ở nhiệt độ 18000C
trong chân không.
Al2S được điều chế bằng cách nung nóng Al2S3 với vỏ nhôm với nhiệt độ 13000C trong chân
không.Nó nhanh chóng bị chuyển thành các chất ban đầu.Selenua được điều chế tương tự.
AlF, AlCl và AlBr tồn tại trong pha khí trong khi ba halua được nung nóng chung với nhôm.
Trạng thái oxi hóa 2.
Subôxít nhôm và AlO có thể được tồn tại khi bột nhôm cháy trng oxy.
Trạng thái oxi hóa 3.
Quy tắc Fajans chỉ ra rằng cation hóa trị ba Al3+ là không được mong chờ tìm thấy trong các
muối khan hay trong các hợp chất nhị phân như Al2O3. Hidroxit nhôm là một bazơ yếu và
muối nhôm của các axit yếu, chẳng hạn như cacbonat, không thể tạo ra. Muối của các axit
mạnh, chẳng hạn như nitrat, là ổn định và hòa tan trong nước, tạo thành các hidrat với ít nhất
sáu phân tử nước kết tinh.
Hidrua nhôm (AlH3)n có thể sản xuất từ trimetyl nhôm và hidro dư thừa. Nó cháy kèm nổ
trong không khí. Nó cũng điều chế bằng phản ứng của clorua nhôm trên hidru liti trong dung
dịch ête, nhưng không thể cô lập thành dạng tự do từ dung dịch.
Cacbua nhôm(Al4C3) được sản xuất bằng cách nung nóng hỗn hợp hai nguyên tố trên 10000C.
Các tinh thể có màu vàng nhạt có cấu trúc lưới phức tạp, và phản ứng với nước hay axit loãng
tạo ra metan. Axetylua(Al(C2)3) được điều chế bằng cách cho axetylen đi qua nhôm nóng.
Nitrua nhôm (AlN) có thể được sản xuất từ các nguyên tố ở nhiệt độ 800oC. Nó bị phân hủy
bởi nước tạo ra ammoniac và hidroxit nhôm.
photphua nhôm (AlP) được sản xuất tương tự và bị thủy phân thành photphin(PH3).
Oxit nhôm (Al2O3) tìm thấy trong tự nhiên như là corundum, và có thể điều chế bằng cách đốt
nóng nhôm với oxy hay nung nóng hidroxit, nitrat hoặc sulfat. Như một loại đá quý, độ cứng
của nó chỉ thua có kim cương,nitrua bo và cacborundum.Nó gần như không hòa tan trong
nước.
Hidroxit nhôm có thể được điều chế như là một chất kết tủa dạng gelatin bằng cách cho thêm

ammoniac vào trong dung dịch của các muối nhôm.Nó là lưỡng tính,vừa là bazơ yếu vừa là
axit yếu, có thể tạo ra các muối aluminat với kim loại kiềm.Nó tồn tại trong các dạng tinh thể
khác nhau.
4


Sulfua nhôm(Al2S3) có thể điều chế bằng cách cho sulfua hidro đi qua bột nhôm.Nó là một
chất đa hình.
Florua nhôm(AlF3) có thể điều chế bằng cách cho hai nguyên tố tác dụng với nhau hay cho
hidroxit nhôm tác dụng với HF. Nó tạo thành phân tử lớn,bay hơi không qua pha nóng chảy ở
nhiệt độ 12910C (thăng hoa). Nó là một chất rất trơ.Các trihalua khác là các chất dime,có cấu
trúc cầu nối.
Các hợp chất hữu cơ của nhôm có công thức chung AlR3 tồn tại và nếu không phải là các phân
tử lớn, thì là các chất dime hay trime. Chúng được sử dụng trong tổng hợp chất hữu cơ, ví dụ
trimetyl nhôm.
Các chất alumino-hydrua của phần lớn các nguyên tố có khả năng tích điện dương đã được
biết,trong đó có giá trị nhất là hidrua nhôm lit i(Li[AlH4]). Khi bị đốt nóng, nó phân hủy thành
nhôm, hidro và hidrua liti, nó bị thủy phân trong nước. Nó nhiều ứng dụng trong hóa hữu cơ.
Các alumino-halua [AlR4] có cấu trúc tương tự.
4) Ứng dụng
Tính theo cả số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, (trừ sắt) và nó
đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp,
nhưng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố như đồng, kẽm, magie, mangan và silic.Khi được
gia công cơ-nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể:
-

-

-

Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do
tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng.
Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ pahrn xạ cả ánh sáng và
bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của oxit nhôm bảo vệ, nó
không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị. Trên thực tế, gần như toàn bộ các
loại gương hiện đại được sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy
tinh. Các gương của kính thiên văn cũng được phủ một lớp mỏng nhôm, nhưng là ở mặt
trước để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với
các tổn thương.
Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng để thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay
khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng,nhờ vào đặc tính hấp phụ bức xạ điện từ của mặt trời
tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp.
Hợp kim nhôm nhẹ và bền được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải ( ô
tô, máy bay, xe tải, to axe, tàu hỏa, tàu biển, v.v…)
Đóng gói ( can, giấy gói, v.v..)
Xử lý nước.
Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván, v.v; tuy nhiên nó đã làm mất vai trò chính dùng làm dây dẫn
phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người sử dụng.)
Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị , đồ nấu bếp, v.v)
Các đường dây tải điện (mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng, nó nhẹ hơn
nếu tính theo k hối lượng và rẻ tiền hơn)
Chế tạo máy móc.

5


Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép MKM và các
nam châm Alnico.
- Nhôm siêu tinh khiết (SPA) chứa 99,980%-99,999% nhôm được sử dụng trong công
nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD.

- Nhôm dạng bột thông thường sử dụng để tạo màu bạc trong sơn. Các bông nhôm có thể
cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong sử lý gỗ khi khô đi, các bông nhôm sẽ tạo ra
một lớp kháng nước rất tốt.
- Nhôm dương cực hóa là ổn định đối với sự oxi hóa, và nó được sử dụng trong các lĩnh
vực khác nhau của xây dựng.
- Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của các máy tính hiện đại được sản xuất từ nhôm vì
nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao.
- Oxit nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum, emyry, ruby và
saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Ruby và saphia tổng hợp được sử dụng
trong các ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa.
- Sự oxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt
nhôm và các thành phần của pháo hoa.
- Phản ứng nhiệt nhôm dung để điều chế các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao (như crom
Cr, Vonfarm W …).
5) Ảnh hưởng của nhôm tới con người và động, thực vật
Nhôm là một trong số ít các nguyên tố phổ biến nhất mà không có các chức năng nào có
ích cho các cơ thể sống, nhưng có một số người bị dị ứng với nó họ bị các chứng viêm da
do tiếp xúc với các dạng khác nhau của nhôm các vết ngứa do sử dụng các chất làm se da
hay hút mồ hôi (phấn rôm), các rối loạn tiêu hóa và giảm hay mất khả năng hấp thụ dinh
dưỡng từ thức ăn nấu trong các nồi nhôm, nôn mửa hay các triệu chứng khác của ngộ độc
nhôm do ăn (uống) các sản phẩm như Kaopectate (thuốc chống ỉa chảy), Amphojel và
Maalox (thuốc chống chua).
Cần cẩn thận để không cho nhôm tiếp xúc với một số chất hóa học nào đó có khả năng ăn
mòn nó rất nhanh. Ví dụ, chỉ một lượng nhỏ thủy ngân tiếp xúc với bề mặt của miếng
nhôm có thể phá hủy lớp oxit nhôm bảo vệ thông thường có trên bề mặt các tấm
nhôm.Trong vài giờ, thậm chí là một cái xà có cấu trúc nặng nề có thể làm yếu đi một
cách rõ rệt. Vì lí do này các loại nhiệt kế thủy ngân không được mang theo trong nhiều
sân bay và hang hàng không, vì nhôm là thành phần cấu trúc cơ bản của các máy bay.
6) Tình hình sản xuất nhôm hiện nay ở Việt Nam
-

Nhà máy luyện nhôm Bảo Lâm- Lâm Đồng (trực thuộc Tổng công ty khoáng sản Việt Nam
thuộc tập đoàn công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam) với công suất 600.000 tấn/ năm
Nhà máy nhôm Asia Vina- Taiwan (thuộc công ty thương mại tổng hợp Quảng Bình) công
suất từ 3.500- 3.700 tấn/ năm
III.
GIỚI THIỆU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM
1. Nguyên liệu sản xuất

6


Quá trình luyện nhôm đi từ các sản phẩm quặng nhôm nghèo (boxit nhôm tồn tại dưới dạng
Al2O3 trong phức hoặc đơn chất) hoặc từ do phế liệu.
Quặng nhôm do các khoáng nhôm tạo thành, có khoảng 250 loại khoáng nhôm khác nhau
nhưng thường được sử dụng nhiều 8 loại sau.
Tên khoáng vật
Corundum
Diaspo
Spinel
Hydraogilit,ghipxit
Kianit,antalunit,silimanit
Caolinit
Alunit
Nephenlin

Công thức hóa học
Al2O3
Al2O3.H2O(AlOOH)
Al2O3.MgO

Al2O3.2H2O ; Al(OH)3
Al2O3.SiO2
Al2O3.2SiO2.2H2O
K2SO4.Al2(SO4).4Al(OH)3
(Na,K)2O.Al2O3.2SiO2

Hàm lượng Al2O3 (%)
100
85
71
65,4
63
39,5
37
32,3-35,9

Trong các quặng boxit là quặng nhôm quan trọng nhất, trong boxit nhôm tồn tại dưới
dạng diaspo, bơmit, ghipxit và đôi khi cả caolinit và corundum. Thành phần hóa học
quặng boxit dao động khá lớn
Al2O3: 35-60%
SiO2: 0,5-25%
Fe2O3: 2-40%
TiO2: 11%
Để đánh giá chất lượng của quặng nhôm, người ta đánh giá thông qua chỉ tiêu gọi là
MODUN SILIC = tỷ số lượng Al2O3/SiO2. Tỷ số này càng cao thì quặng càng tốt.
Quặng sau khi khái thác được sơ chế loại bỏ các thành phần như set silicat và các chất khác
được hình thành trong quá trình tạo quặng, sau đó nghiền và thu quặng hạt cỡ lớn, hạt nhỏ
lọt qua lưới sàng và chất cặn được đưa đến máy lắng ly tâm để thu hồi các hạt bauxit cỡ lớn
hơn 1mm

Quá trình loại bỏ bớt tạp chất trong quặng để tăng hàm lượng khoáng chất được gọi là quá trình
làm giàu quặng . Một trong những biện pháp làm giàu quặng là phương pháp tuyển rửa bằng
nước. Phương pháp tuyển rửa áp dụng cho các loại bô-xít có chứa nhiều tạp chất có thể tan trong
nước như bùn sét. Bô-xit ở Tây Nguyên có hàm lượng sét tương đối cao vì vậy cần được tuyển
rửa trước khi đưa vào quá trình tinh luyện để tách alumin.
Trong quá trình tuyển rửa quặng được sàng tuyển và rửa bằng nước, bùn sét hòa tan trong nước
và quặng có độ hạt nhỏ hơn khe hở của lưới sàng được thải ra một hồ chứa. Quặng thải sau quá
trình tuyển rửa được gọi là quặng đuôi. Quặng đuôi sẽ lắng trong hồ chứa quặng đuôi, còn nước
sẽ được thu hồi đề tái chế sử dụng lại.
7


Theo kết quả nghiên cứu tính khả tuyển của bô-xit mỏ Gia Nghĩa, với lưới sàng có đường kính lỗ
1 mm, độ thu hồi của quá trình tuyển rửa là 51,13 %, hàm lượng ô-xit nhôm tăng từ 40,3 % (của
quặng nguyên khai) lên 50,51% (của quặng tinh). Quá trình tuyển rửa là cần thiết vì nó giảm chi
phí vật tư (đặc biệt là xút NaOH) và chi phí vận hành trong công đoạn hòa tách và đồng thời
giảm lượng bùn đỏ thải ra ở công đoạn hòa tách.

2. Quy trình bayer

Phương pháp baye thực chất là phương pháp sử dụng dung dịch NaOH để hòa tách bôxit ở
nhiệt độ cao và áp suất. Sau đây là sơ dồ tóm tắt phương pháp baye sản xuất nhôm oxit :

NaOH

Boxit

CaO

Hòa tách Ôtôcla

Hỗn hợp

Cô đặc và
costic hóa

Lắng lọc

Chất thải rắn

Dung dịch

Dung dịch cái

Khuấy phân hóa

Al(OH)3

Mầm

8


Nung

Al2O3

Bôxit sau khi nghiền nhỏ trộn vào với kiềm (NaOH) ở nhiệt độ 175-180oC cho vào Ôtôcla
(thiết bị hòa tách )
Ở nhiệt độ và áp suất cao hydroxit nhôm hòa tan trong xút thành aluminat natri NaAl(OH)4

nổi lên trên còn các thành phần khác không bị hòa tan như ô-xit sắt, ô-xit silic, ô-xit titan
và các tạp chất khác thì lắng xuống dưới và được thải qua đáy thùng. Chất thải này được
gọi là quặng bô-xit thải hay bùn đỏ vì có chứa ô-xit sắt và có dạng sền sệt. Bùn đỏ được
rửa bằng nước để thu hồi xút trước khi được thải ra bãi thải. (Bùn đỏ được thải ở dạng lỏng
thì được gọi là thải ướt và ở dạng cô đặc thì gọi là thải khô)
Trong Ôtôcla xảy ra tác dụng của dung môi với các thành phần của bôxit.
Nhôm Bôxit trong ôxit phần lớn ở dạng ngậm nước (hyđrôxit) khi hòa tách sẽ tác dụng với
NaOH tạo natri aluminat theo phản ứng sau:
Al(OH)3 + NaOH +aq
NaAl(OH)4 + aq
Sắt Ôxit không tác dụng với NaOH nên nằm lại trong bã, Silic ôxit tác dụng với NaOH tạo
ta Natri Silicat hòa tan vào dung dịch theo phản ứng :
SiO2 + 2NaOH
Na2SiO3 + H2O
Natri Silicat lại tác dụng với Natri aluminat tạ thành Natri alumosilicat :
Na2SiO3 + NaAl(OH)4 +aq
Na2O.Al2O3.mSiO2.nH2O + NaOH
Hợp chất Natri alumosilicat ngậm nước không tan trong NaOH ở dạng rắn, lẩn vào cặn đỏ.
Phản ứng có ít là khử SiO2 trong dung dịch nhưng có hại là gây mất mát kiềm và nhôm.
Hàm lượng SiO2 trong Bôxit càng lớn thì hàm lượng mất mát kiềm và Al càng nhiều bằng
phương pháp bayer chỉ áp dụng cho các quặng có hàm lượng SiO2 thấp.
Hiệu suất của quá trình hòa tách phụ thuộc vào nhiều nhân tố nhiệt độ, thời gian, nồng độ
dung dịch, tỉ số rắn lỏng, bản chất quặng.
Sau lắng lọc dung dịch Natri aluminat được đem đi khuấy phân hóa. Dung dịch này phân
hóa tạo ra nhôm hyđrôxit theo phản ứng sau :
NaAlO2 + H2O

Al(OH)3 + NaOH

CaO cho vào để thu hồi lượng NaOH dùng để hòa tan quặng ở trên và một phần dùng để

khử CO2 trong hỗn hợp trước khi cho vào Ôtôcla và còn làm tăng nồng độ kiềm trong hỗn
hợp
CaO + H2O
Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2
CaCO3+ H2O
9


Về cơ chế thì quá trình phân hóa sẽ được chia làm 2 giai đoạn :
Tạo mầm Al(OH)3
Phát triển mầm
Nếu nâng cao tỉ số costic thì quá trình tạo mầm sẽ ngừng. khi tỉ số costic cao hơn nữa thì
quá trình sẽ diễn ra theo chiều ngược lại, tức là tạo ra natri aluminat. Vì vậy phải khống chế
nồng độ kiềm thích hợp. Giảm nồng độ kiềm sẽ có lợi cho quá trình khuấy phân hóa. Nhiệt
độ cũng có tác dụng với quá trình khuấy phân hóa, nếu giảm nhiệt độ thì quá trình khuấy
phân hóa sẽ xảy ra nhanh, nhưng các hạt Al(OH)3 kết tinh sẽ nhỏ, không có lợi cho việc lọc
rửa sau này.
Trong thực tế sản xuất, cần cho thêm Al(OH)3 vào để làm mầm. Số mầm Al(OH)3 cho vào
bằng khoảng 1.5 – 2.5 lần trọng lượng Al2O3 có trong dung dịch.
Mục đích của khuấy là làm cho nồng độ dung dịch đồng đều và hạt tinh thể luôn ở trạng
thái lơ lửng.
Sau khi khuấy phân hóa, dung dịch có tỉ số costic là 3.6 – 3.7. Kết tinh xong đưa Al(OH)3
đi phân cấp. Loại Al(OH)3 có cỡ hạt lớn đem đi rửa và nung, còn loại hạt nhỏ cho quay lại
mầm kết tinh cho quá trình sau.
Dung dịch cái sau khi khuấy phân hóa được đem đi cô dặc và costic hóa. Mục đích của việc
đem nung là làm mất nước của Al(OH)3 để thu được Al2O3 theo phản ứng : 2Al(OH)3
Al2O3 + 3H2O
Sau khi lọc, lấy Al(OH)3 ra, dung dịch còn lại chủ yếu chứa NaOH, nhưng nồng độ thấp,
không đáp ứng được yêu cầu của dung dịch tuần hoàn. Vì vậy đem cô đặc để nâng nâng

nồng độ lên 300g/l thì dừng lại. Trong quá trình vận hành, một lượng CO2 trong không khí
tác dụng với NaOH trong dung dịch tạo ra Na2CO3. Khi cô đặc sẽ kết tinh ra Na2CO3, đem
lọc tách Na2CO3 ra. Sau đó dùng Ca(OH)2 để costic hóa tiếp phản ứng:
Na2CO3 + Ca(OH)2

2NaOH + CaCO3

Al(OH)3 được đem đi nung ở nhiệt độ 1050oC để thu Al2O3 cho quá trình điện phân
3. Quy trình Hall-heroult

Hỗn hợp dung dịch cryolit ( Na3ALF6 ) với tinh quăng alumina đã bị hòa tan được điện
phân khiến nhôm ở thể lỏng chuyển dịch và tích tụ ở trên cực âm còn cực dương bằng C bị
oxi hóa thành carbon đioxit và carbon monoxit.
Quá trình điện phân tiến hành ở 950oC, cực dương bị ăn mòn dần trong quá trình điện phân
nên phải thường xuyên kiểm tra và thay cực dương, cho thêm hồ vào cực dương.
10


2Al2O3 (điện phân nóng chảy + criolit)

4Al + 3O2

Để quá trình điện phân xảy ra nguồn điện được sử dụng trong lò luyện nhôm thường có điện
thế rất thấp (thường 3-5 V), nhưng cần phải có dòng điện với cường độ lớn từ 220 – 340kA.
Quá trình điện phân:
Catot (-): 2Al3+ + 6e → 2Al
Anot (+): 6O2- → 3O2 + 12e
Tại cực âm xảy ra quă trình khử nhôm:
Al3+ +

3e

Al

Tại cực dương xảy ra quá trình oxi hoa cacbon
C

C2+ +

2e

Do điện cực làm bằng graphit (than chì) nên bị khí sinh ra ở anot ăn mòn:
2C + O2 → 2CO↑
2CO + O2 → 2CO2↑
Vì vậy, trong quá trình điện phân nóng chảy oxit, tại anot thường thu được hỗn hợp khí CO,
CO2, O2.
Điều chỉnh chất điện phân
Do bị cực than hấp thụ, bị bay hơi,bị các tạp chất khác phân ly, tỷ lệ thành phần chất điện
phân không ổn định, do đó phải kiểm tra thường xuyên và thêm vào chất điện phân để quá
trình diễn ra được liên tục.
Tinh luyện nhôm
Nhôm sau khi lấy ra từ bể thường là nhôm thô vẫn còn lẫn nhiều tạp chất, làm giảm chất
lượng của nhôm, cần phải tinh luyện nhôm để được nhôm có độ tinh khiết cao.
Các tạp chất có trong nhôm thường là Al2O3, C lẫn vào bể điện phân, các kim loại Fe, Si, Ti
có trong nguyên liệu đầu vào, tạp chất khí thường là khí H2 có trong quá trình hòa tan nhôm.
Các phương pháp tinh luyện nhôm:
Clo hóa và nấu tách
Điện phân ba lớp
Phương pháp clo hóa và nấu tách:
11

Khi tháo nhôm ra từ bể ta cho vào thùng, sau đó sục khí clo vào khống chế ở nhiệt độ 7507700C, nhôm có nhiêt độ nóng chảy ở 660oC, ở nhiệt độ này nhôm ở dạng lỏng và các tạp
chất ở dạng rắn. Một phần nhôm bị clo hóa tạo thành AlCl3 dạng hơi nổi lên và bao bọc các
hạt tạp chất nổi lên trên, ta vớt và loại bỏ ra ngoài, các tạp chất khí cũng cuốn theo dòng khí
AlCl3 theo ra ngoài, các tạp chất ở dạng rắn là do nhiệt độ nóng chảy của cac tạp chất cao
hơn nhôm, nhiệt độ nóng chảy của các tạp chất Fe (1530oC) Ti (1725oC), Si (1410oC).
Phương pháp điện phân 3 lớp:
Phương pháp này dung nhôm làm cực dương, hòa tan điên cưc nhôm (điện cực nhôm có lẫn
tạp chất) và thu hồi nhôm tinh khiết ở cực âm.
Cực dương bị hòa tan điện hóa:
Al

 Al3+ + 3e

Tại cực âm thu nhôm sạch:
Al3+

+ 3e Al

Các nguyên tố dương hơn Al (Cu, Fe, Si,…) không hòa tan tập trung tai cực dương, các kim
loại âm hơn Al (Mg, Ca,..) sẽ bị hòa tan ở cực dương và chuyển vào chất diện phân ở các
dạng ion do thế điện cực của chúng cao hơn của nhôm nên không di chuyển về cực âm. Do
chênh lệch về tỉ trọng nhôm nằm ở lớp cuối cùng ta tháo bể và thu được nhôm nguyên chất.
IV.
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
1. Ưu điểm

lưu trình đơn giản , chất lượng sản phẩm tốt, giá thành hạ
2. Nhược điểm

chỉ thực hiện với quặng boxit có hàm lượng SiO2 thấp mới có lợi về mặt kinh tế. yêu cầu nhà
máy phải có nguồn điện cung cấp dồi dào. Trong quá trình sản xuất phát sinh nhiều khí thải
trong nhiều giai đoạn cần chú ý.

V.
XỬ LÝ CHẤT THẢI
1. Chất thải rắn
a. Thành phần

Đa phần là đất đá có lẫn bụi quặng và các kim loại tạp ở dạng hợp chất, ngoài ra vòn
có các loại chất thải phát sinh ngoài quá trình luyện như : các bao bì đựng hóa chất có
thể còn dính chất độc hại.
b. Xử lý
12


Đói với chất thải rắn thì hiện nay có hai phương pháp phổ biến nhất được sử dụng là
chôn lấp và thiêu hủy, trong đó thiêu hủy được cho là sạch hơn.
Ngoài ra còn có phương pháp hóa lý hoặc cũng có thể dung xỉ làm nguyên liệu cho
ngành xây dựng như : ép gạch hoặc làm vật liệu phụ cho sản xuất xi măng nhưng có
thể không an toàn vì tong xỉ có chứa một lượng nhỏ kim loại nặng gây nguy hiểm cho
người sử dụng.
Chôn lấp : chất thải rắn được cố định dạng viên hay khối và đem chôn lấp ở bãi chôn,
bãi chôn lấp phải cách xa khu dân cư 5km, nền ổn định chống thấm tốt, mực nước
ngầm thấp, cách xa sông hồ. Để tăng hiệu quả chôn lấp thì chất thải thường được
đóng rắn trước khi chôn thông qua việc thay đổi tính chất hóa lý giảm độ hòa tan
giảm tốc độ lan truyền chất thải độc hại.
Thiêu đốt: là quá trình oxi hóa chất thải ở nhiệt đọ cao phù hợp (1200oC-1300oC),
phương pháp này hiệu quả khi các vật liệu khó cháy trong chất thải dưới 30%.

Có 2 phương pháp đốt. Đốt tự nhiên là trực tiếp đốt chất thải ở môi trường tự nhiên ở
xa khu dân cư, cách này gây ô nhiễm không khí, không tận dụng được nhiệt và chỉ áp
dụng với chất dễ cháy. Đốt trong lò là sử dụng các lò đốt chuyên dụng để đốt, các lò
đốt sử dụng quy trình khép kín và có hệ thống tận dụng nhiệt, phương pháp này sạch
an toàn nhưng chi phí lại lớn và dễ tạo ra sản phẩm phụ nguy hiểm.
c. Công nghệ hóa lý là sử dụng các quá trình biến đổi hóa lý, công nghệ này có hiệu quả
với nhiều nhà máy có quy mô lớn phù hợp để thu hồi các chất thải rắn chứa kim loại
nặng hay dung môi hữu cơ.
Có 3 phương pháp
Trích ly: là quá trình tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp nhờ dung môi có khả năng hòa
tan chọn lọc một số chất có trong hỗn hợp đó, các sản phẩm trích ly được tái sử dụng
cho các quá trình khác.
Chưng cất: là quá trình hỗn họp chất lỏng bay hơi thành từng pha cấu tư từ đó tách
được các chất cần tách.
Oxi hóa: xử dụng tác nhân oxi hóa khử để tiến hành các phản ứng oxi hóa khử chuyển
chất thải độc hại thành các chất không độc hoặc ít độc hơn.
2. Chất thải khí
a. Khí thải của quá trình sản xuất nhôm chứa nhiều loại khí và bụi, chủ yếu là bụi quặng,
CO2 ,CO, hơi nước có tính kiềm ngoài ra còn có Cl2, F2,H2 thoatsra từ quá trình điện
phân và các khí thoát ra từ các lò luyện và tinh luyện nhôm.
b. Xử lý khí
Các khí thoát ra từ lò thiêu kết và lò nung được làm sạch bằng hệ thống lọc bụi.
Sau đây là sơ đồ làm sạch khí

13


K: khí dung cacbonat hóa
1: thiết bị lọc điện khô
2: quạt hút

3: tháp rửa
4: máy bơm
5: tháp rửa làm nguội
6:thiết bị lọc đệm ẩm
Khí từ lò nung oxit nhôm được đưa qua thiết bị lọc điện khô sau đó qua quạt hút đua vào
tháp rửa phần khí sạch được đẩy ra ngoài khí quyển, bụi lắn xuống đáy tháp, phần khí từ
lò thiêu kết dung vào quá trình thấm cacbon được dẫn qua tháp rửa làm nguội và thiết bị
lọc đệm ẩm, nước được phun vào tháp không hồi lại mà chảy thẳng ra ngoài. Hàm lượng
bụi trong khí sau khi qua thiết bị làm sạch khoảng 0,02-0,1 g/m3.
3. Chất thải lỏng
Nước thải trong sản xuất nhôm chứa nhiều hợp chất vô cơ, kim loại nặng, các muối
aluminat, muối silicat, các hợp chất lủng lơ, hợp chất của kim loại, có thể có cả hợp chất
của S ………….
Xử lý
Nước thải được xử lý qua từng bước. ban đàu nước thải được lọc sơ bộ bằng hệ thống
thiết bị lọc để loại bỏ cặn bã và các chất lơ lửng. Tùy thuộc vào loại nước thải mà lựa
chọn vật liệu lọc. Sau đó nước thải đực đưa đi khử các chất độc hại gồm các kim loại
nặng, muối, kiềm……….

14


Để xử lý kiềm thường dung cách trung hòa bằng các axit tạo muối. đẻ khử F dung sữa vôi
để tạo kết tủa CaF2.
Kim loại trong nước thải được khử bằng nhiều cách nhue kết tủa, điện hóa, sinh học, trao
đổi ion. Tron đó kết tủa là phương pháp sử dụng nhiều nhất
a. Phương pháp trao đổi ion
Là phương pháp dung ionit (nhựa hữu cơ tổng hợp), các chất cao phân tử có gốc
hidrocacbon và các nhóm chức trao đổi ion để các quá trình trao đổi được tiến hành
trong các cột cationit và anionit.

b. Phương pháp điện hóa
Phương pháp này dựa trên cơ sở của quá trình oxi hóa khử đẻ tách các kim loại trên
các điện cực nhúng trong nước thải chứa kim loại khi cho dòng điện một chiều chạy
qua. Từ đó tách được ion kim loại ra khỏi nước thải mà không cần bổ sung hóa chất.
phương pháp nayg thích họp để xử lý nước thải có nồng độ kim loại cao trên 1mg/l .
Phương pháp này cần chi phí lớn.
c. Phương pháp sinh học
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử
dụng kim loại như chất vi lượng. nói chung phương pháp này khó áp dụng trong công
nghiệp vì chỉ sử lý được nước có nồng độ chất thải thấp, và phương pháp này cũng rất
tốn diện tích.
d. Phương pháp kết tủa hóa học
Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại
cần tách, ở pH thích hợp sẽ tạo kết tủa và tách được kết tủa đó khỏi nước thải.
Nếu nước thải chứa hàm lượng kim loại cao cần xử lý tại nguồn để thu hồi kim loại
tạo cơ hội tuần hoàn lại nước và giảm hàm lượng kim loại trong dòng nước thải trước
khi xử lý tập trung.

15


16


17


Tài liệu tham khảo…………………..chú trọng nhiều hơn về quy trình sản xuất………… chú ý
lỗi văn bản…………….

18