nhôm, vai trò, ứng dụng của nó trong sinh hoạt cũng nhƣ sản xuất, và hiểu rõ hơn kỹ thuật, cách thức, nguyên vật liệu để sản xuất ra nhôm

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM ............................................... 4
1. Khái niệm .......................................................................................................... 4
1.1

Các thuộc tính cơ bản ................................................................................. 4

1.2

Các đồng vị của nhôm ................................................................................ 5

1.3

Hợp kim nhôm ............................................................................................ 5

1.3.1

Tính chất của hợp kim nhôm ............................................................... 5

1.3.2

Phân loại hợp kim nhôm ...................................................................... 6

1.3.3

Ứng dụng .............................................................................................. 6

CHƢƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM ......................... 8
1. Phân bố quặng nhôm......................................................................................... 8
2. Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm tại Việt Nam .... 11

CHƢƠNG III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM ................................................. 12
1. Nguyên liệu ..................................................................................................... 12
1.1

Khái niệm về Boxit ................................................................................... 12

1.2

Quá trình hình thành và phân quặng boxit ............................................... 13

1.3

Phân loại quặng boxit ............................................................................... 14

1.4

Khái niệm Alumin .................................................................................... 15

2. Quy trình sản xuất nhôm................................................................................. 15
2.1

Khai thác quặng Boxit .............................................................................. 15

2.2

Tuyển rửa boxit ........................................................................................ 17

2.3

Các công đoạn của quá trình sản xuất Alumin ......................................... 18

1


2.3.1 Công đoạn hòa tách............................................................................... 20
2.3.2 Công đoạn kết tủa ................................................................................. 21
2.3.3 Công đoạn nung ..................................................................................... 22
CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN ..................................................................................... 25
CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM..................................................................................... 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 27

2


LỜI MỞ ĐẦU
Hóa kỹ thuât là môn khoa học về kỹ thuật và quy trình sản xuất các loại
nguyên liệu và sản phẩm kỹ thuật cao trong ngành hóa học.Nhƣ vậy, hóa kỹ thuật
bao gồm cá phƣơng pháp sản xuất, quy trình công nghệ, những biến đổi hóa học
trong quá trình sản xuất.
Hóa kỹ thuật là một ngành học rất quan trọng, nó đƣa ra những qui trình, kỹ
thuật sản xuất, tổng hợp các hợp chất vô cơ, hữu cơ, hóa dƣợc, chế biến nhiên
liệu…giúp cho chúng ta có thể nắm bắt và hiểu biết cũng nhƣ ứng dụng những qui
trình đó vào thực tiễn sản xuất và chế biến ra những sản phẩm đáp ứng cho nhu
cầu đời sống. Nhƣ chúng ta đã biết, bất kì một sản phẩm nào mà ta sử dụng đều có
một qui trình, kĩ thuật sản xuất nhất định, và thƣờng ta áp dụng những qui trình
mang tính chất phổ biến, ứng dụng và mang lại tính hiệu quả kinh tế cao. Mỗi một
sản phẩm đƣợc sản xuất ra đều đựơc sử dụng với những mục đích khác nhau trong
từng lĩnh vực nhƣ kinh tế, y học, xây dựng, giáo dục,…trong đó, kim loại là một
trong những sản phẩm rất cần thiết, không thể thiếu trong bất kì lĩnh vực nào.
Trong bài tiểu luận này, chúng ta sẽ đựơc đi sâu vào nghiên cứu qui trình, kỹ thuật
sản xuất kim loại nhôm. Đây là kim loại có tính ứng dụng kinh tế rất cao … và

đây cũng là lí do tại sao em chọn đề tài này cho bài tiểu luận của mình. Trong bài
này sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về nhôm, vai trò, ứng dụng của nó trong sinh hoạt
cũng nhƣ sản xuất, và hiểu rõ hơn kỹ thuật, cách thức, nguyên vật liệu để sản xuất
ra nhôm.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Kim Triết hƣớng dẫn em hiểu rõ hơn
về môn học này cũng nhƣ giúp em bổ sung thêm kiến thúc để hoàn thành tốt bài
tiểu luận này. Do kiến thức còn hạn hẹp nên còn nhiều thiếu sót trong bài tiểu
luận, em chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn.

3


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM
1.

Khái niệm
1.1 Các thuộc tính cơ bản
Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, vì có một
lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoàikhông khí.Tỷ
trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm,
dễ uốn và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc. Nó 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 ở điều kiện thông thƣờng.

Hình 1. Kim loại nhôm
Nhôm đứng thứ 13 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, có ký hiệu Al. Và
có cấu hình electron [Ne]3s23p1
Nguyên tử khối bằng 27 đvC.
Khối lƣợng riêng là 2,7 g/cm3.
Nhiệt độ nóng chảy là 660oC.

4


1.2 Các đồng vị của nhôm
Nhôm có chín đồng vị, số Z của chúng từ 23 đến 30. Chỉ có Al-27 là đồng vị
ổn định và Al-26 là đồng vị phóng xạ, với chu kỳ bán hủy 7,2 × 10 5 năm đƣợc
tìm thấy trong tự nhiên, tuy nhiên Al-27 có sự phổ biến trong tự nhiên là
100%. Al-26 đƣợc sản xuất từ agon trong khí quyển do va chạm sinh ra bởi
các tia vũ trụ proton. Các đồng vị của nhôm có ứng dụng thực tế trong việc
tính tuổi của trầm tích dƣới biển, các vết mangan, nƣớc đóng băng, thạch anh
trong đá lộ thiên, và các thiên thạch.
Al-26 nguồn gốc vũ trụ đầu tiên đƣợc sử dụng để nghiên cứu Mặt Trăng và
các thiên thạch. Các thành phần của thiên thạch, sau khi thoát khỏi nguồn gốc
của chúng, trong khi chu du trong không gian bị tấn công bởi các tia vũ trụ,
sinh ra các nguyên tử Al-26. Sau khi rơi xuống Trái Đất, tấm chắn khí quyển
đã bảo vệ cho các phần tử này không sinh ra thêm Al-26, và sự phân rã của nó
có thể sử dụng để xác định tuổi trên trái đất của các thiên thạch này.Các
nghiên cứu về thiên thạch cho thấy Al-26 là tƣơng đối phổ biến trong thời gian
hình thành hệ hành tinh của chúng ta. Có thể là năng lƣợng đƣợc giải phóng
bởi sự phân rã Al-26 có liên quan đến sự nấu chảy lại và sự sai biệt của một số
tiểu hành tinh sau khi chúng hình thành cách đây 4,6 tỷ năm.
1.3

Hợp kim nhôm

Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhƣng tạo ra các hợp kim với nhiều
nguyên tố nhƣ đồng,kẽm,magiê,mangan và silic.
1.3.1 Tính chất của hợp kim nhôm
Khối lƣợng riêng nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm và hợp kim nhôm chỉ nặng

bằng 1/3 thép.
5


Tính chống ăn mòn trong khí quyển: Do đặc tính ôxy hoá của nó đã biến lớp
bề mặt của nhôm thành ôxít nhôm (Al2O3) rất xít chặt và chống ăn mòn cao
trong khí quyển, do đó chúng có thể dùng trong đa ngành mà không cần sơn
bảo vệTính dẫn điện: Tính dẫn điện của nhôm bằng 2/3 của đồng, nhƣng do
nhôm nhẹ hơn nên chúng đƣợc sử dụng nhiều hơn, ít bị nung nóng hơn...
Tính dẻo: Rất dẻo, nên rất thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng,
màng, ép chảy thành các thanh có biên dạng đặc biệt.
Nhiệt độ nóng chảy: Tƣơng đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy khi
đúc, nhƣng cũng làm nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng đƣợc ở nhiệt
độ cao hơn 300-400 độ C.
1.3.2 Phân loại hợp kim nhôm
Đƣợc chia làm hai loại chinh:
 Hợp kim nhôm biến dạng:
- Hợp kim nhôm biến dạng hoá bền đƣợc bằng nhiệt luyện.
- Hợp kim nhôm biến dạng không hoá bền đƣợc bằng nhiệt luyện.
 Hợp kim nhôm đúc:
Là các loại hợp kim với khoảng Si rộng (5-20%) và có thêm Mg (0,3-0,5%)
để tạo pha hoá bền Mg2Si nên các hệ Al-Si-Mg phải qua hoá bền.Cho thêm
Cu (3-5%) vào hệ Al-Si-Mg để cải thiện cơ tính và có tính đúc tốt do có các
thành phần gần với cùng tin Al-Si-Cu nên đƣợc sử dụng trong đúc piston,
nắp máy của động cơ đốt trong.
1.3.3 Ứng dụng
Tính theo cả số lƣợng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vƣợt tất cả các kim loại
khác, trừ sắt, và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới.Khi

6

đƣợc 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 lƣợng.
- Khi nhôm đƣợc bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản
xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp
mỏng của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hƣ hỏng nhƣ các lớp bạc bao
phủ vẫn hay bị. Trên thực tế, gần nhƣ toàn bộ các loại gƣơng hiện đại
đƣợc sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy
tinh. Các gƣơng của kính thiên văn cũng đƣợc phủ một lớp mỏng
nhôm, nhƣng là ở mặt trƣớc để tránh các phản xạ bên trong mặc dù
điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổn thƣơng.
- Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, đƣợc dùng để chế tạo các chi tiết của
phƣơng tiện vận tải.
- Chế tạo máy móc, các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ
nấu bếp…)

7


CHƢƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM
1.

Phân bố quặng nhôm

Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện trên lãnh thổ nƣớc ta có trữ lƣợng quặng
boxit phong phú ở cả Miền Bắc và Miền Nam Việt Nam. Tổng trữ lƣợng quặng
boxit của Việt Nam ƣớc tính khoảng 8 tỷ tấn, trong đó có 7,6 tỷ tấn ở các tỉnh Tây

Nguyên. Với trữ lƣợng nhƣ vậy, nƣớc ta đứng trong số các nƣớc có trữ lƣợng
boxit lớn trên thế giới.
Quặng boxit là nguồn tài nguyên lớn của nƣớc 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 nƣớc.
Mặc dù nhôm kim loại là sản phẩm quan trọng cho ngành kinh tế quốc dân và
nƣớc ta có sẵn nguồn nguyên liệu cũng nhƣ các điều kiện khác để sản xuất nhôm
kim loại (thuỷ điện, nhân lực...) nhƣng hiện nay chúng ta vẫn chƣa sản xuất đƣợc
nhôm kim loại. Vì vậy, một trong mục tiêu mà chính phủ đã đề ra là xây dựng mới
ngành công nghiệp nhôm Việt Nam, đáp ứng nhu cầu nhôm trong nƣớc, tranh thủ
xuất khẩu một phần sản phẩm sang các nƣớc xung quanh, tạo cơ sở vật chất kỹ
thuật ban đầu và đội ngũ quản lý, kỹ thuật, đồng thời tích luỹ vốn để phát triển
công nghiệp nhôm lâu dài với quy mô lớn, nhằm khai thác nguồn boxit sẵn có để
xuất khẩu các sản phẩm alumin và nhôm.
Ở Việt Nam có hai loại hình quặng boxit:
 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 lƣợng
dự đoán khoảng trên 350 triệu tấn, hàm lƣợng nhôm dao động trong khoảng 39-65
%.Modul silic (Al2O3 /SiO2) bằng 5-8. Cụ thể, quặng boxit phân bố nhƣ sau:
- Nhóm tụ khoáng Hà Giang: tài nguyên ƣớc đoán khoảng 60 triệu tấn.
- Nhóm tụ khoáng Cao Bằng: tài nguyên ƣớc đoán khoảng 240 triệu tấn.
8


- Nhóm tụ khoáng Lạng Sơn: tài nguyên đã đƣợc thăm dò và ƣớc đoán khoảng
50 triệu tấn.
- Mỏ Lỗ Sơn (Hải Dƣơng) có trữ lƣợng cấp B là 97.000 tấn, trữ lƣợng cấp
C1 là 24.000 tấn , với hàm lƣợng nhƣ sau:
Al2O3 52 %
SiO2 6,4 %

Fe2O3 26 %
TiO2 2 %
CaO 0,53 %
MgO 0,24 %
Hàm lƣợng bị mất khi nung khoảng 12 %.
Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên và Miền Nam Việt Nam,
với tổng trữ lƣợng ƣớc tính khoảng7,6 tỷ tấn.
Trữ lƣợng quặng boxit đã đƣợc 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
nhƣ sau:
- Tài nguyên vùng Đắc Nông - Phƣớc Long khoảng 1.570 triệu tấn
- Tài nguyên boxit vùng Lâm Đồng tập trung ở hai tụ khoáng là Tân Rai và
Bảo Lộc.
Hàm lƣợng:
Al2O3 44,69%
SiO2 2,61%
Fe2O3 23,35%
TiO2 3,52%
Hàm lƣợng bị mất khi nung khoảng 24,3%.
9


Nói chung, quặng boxit nguyên khai ở Lâm Đồng đều có chất lƣợng không
cao, hàm lƣợng Al2O3 chỉ khoảng 35 - 37%. Ngƣời ta phải tuyển rửa quặng
nguyên khai để thu đƣợc tinh quặng giàu nhôm hơn. Sau khi tuyển, tinh quặng
boxit ở các tụ khoáng Lâm Đồng cũng chỉ đạt hàm lƣợng 45 - 49% Al2O3.
Ngoài ra, quặng boxit miền Nam còn có ở các vùng Kon Plong, Phú Yên,
Quảng Ngãi, với trữ lƣợng khoảng 106 triệu tấn. Nhìn chung, boxit Việt Nam
ở hầu hết các vùng đều có thể khai thác lộ thiên.
Tuy nhiên, trừ những khu mỏ lớn ở Lâm Đồng, trữ lƣợng quặng còn lại đƣợc

phân bố dàn trải, vỉa quặng không dày và hầu hết đều nằm trong các vùng
canh tác nông, lâm nghiệp, nên sẽ có những khó khăn nhất định trong quá
trình khai thác để sản xuất nhôm quy mô lớn, do đụng chạm trực tiếp đến việc
sử dụng đất canh tác, vấn đề cân bằng nƣớc mặt, vấn đề quặng thải, vấn đề
nƣớc thải và nói chung là vấn đề sinh thái.

Hình 2.Biểu đồ phân bố hàm lƣợng quặng Boxit tại Việt Nam.

10


Việt Nam là quốc gia có nguồn năng lƣợng dồi dào với nhiều mỏ quặng
bauxite, là cơ hội rất tốt cho việc phát triển năng lƣợng mới và các dự án kim
loại, tạo ra một chu trình sản xuất từ bauxite đến sản phẩm nhôm và hợp kim.
Tuy nhiên hiện tại, Việt Nam chƣa có ngành công nghiệp nhôm riêng với quy
mô lớn.
Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm tại Việt

2.
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).
Công suất đạt 600.000 tấn/năm.Đƣa vào hoạt động năm 2009.
Nhà máy nhôm Asia Vina – Taiwan (thuộc Công ty Thƣơng mại tổng hợp
Quảng Bình). Nhà máy nhôm Asia Vina - Taiwan là một trong 5 doanh
nghiệp hàng đầu ở Việt Nam kể cả doanh nghiệp có hơn 100% vốn nƣớc
ngoài và liên doanh về sản xuất các loại nhôm thanh định hình đạt tiêu chuẩn
chất lƣợng quốc tế, có sức cạnh tranh cao. Nhà máy hiện có 3 dây chuyền
công nghệ hiện đại sản xuất các loại nhôm thanh, 2 hệ thống mạ hoàn thiện

sản phẩm, hệ thống đúc nhôm để nấu lại toàn bộ dƣ liệu trong quá trình sản
xuất, vừa triệt để tiết kiệm nguyên liệu đắt tiền, vừa làm cho nhà máy giảm
thiểu phế thải đến mức cao nhất, cùng với các máy kiểm tra độ cứng của
thanh nhôm, độ dày lớp mạ sản phẩm và hệ thống kiểm tra cơ, lý hoá của sản
phẩm đạt yêu cầu chính xác cao.
Công suất : Từ 3.500 đến 3.700 tấn sản phẩm/ năm.

11


CHƢƠNG III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM
1.

Nguyên liệu
1.1 Khái niệm về Boxit
Boxit là một loại quặng nhôm (aluminium ore) có thành phần chính là
hydroxit nhôm Al(OH)3 hoặc oxit hydroxit nhôm AlO(OH) và các loại oxit
khác nhƣ oxit sắt (hematite Fe2O3 và goethite HFeO2), oxit silic SiO2, oxit
titan TiO2, caolinit Al2Si2O5(OH)4, sét và các tạp chất khác. Boxit đƣợc đặt
theo tên làng Le Baux nằm ở phía Nam nƣớc Pháp, nơi mà boxit đƣợc tìm
thấy đầu tiên vào năm 1821 bởi nhà địa chất Piere Berthier.

Hình 3. Boxit với phần lõi còn nguyên mảnh đá mẹ chƣa phong hóa
Boxit có màu hồng, nâu đƣợc hình thành từ quá trình phong hóa các đá giàu
nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trƣớc bởi quá trình xói mòn. Quặng boxit
phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạo đặc biệt trong môi
trƣờng nhiệt đới. Từ boxit có thể tách ra alumina (Al203), nguyên liệu chính để
luyện nhôm trong các lò điện phân, chiếm 95% lƣợng bôxít đƣợc khai thác
trên thế giới.

12


1.2Quá trình hình thành và phân quặng boxit
Bô xít hình thành trên các loại đá có hàm lƣợng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi
trong quá trình phong hóa. Quá trình hình thành trải qua các giai đoạn: đầu
tiên là phong hóa và nƣớc thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt,
tiếp theo là làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi
của nƣớc ngầm, và cuối cùng là giai đoạn xói mòn và tái tích tụ bô xít. Quá
trình này chịu ảnh hƣởng của một vài yếu tố chính nhƣ đá mẹ chứa các
khoáng vật dễ hòa tan và các khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và
sắt, độ lổ hổng có hiệu của đá cho phép nƣớc thấm qua, lƣợng mƣa cao xen
kẽ các đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nƣớc tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có
mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn. Theo một mô hình mô phỏng quá trình
này thì giá trị pH thích hợp đạt khoảng 3,5-4,0.
Ở Việt Nam, boxit phân bố phổ biến ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng
Sơn và Tây nguyên. Ở các tỉnh phía Bắc, boxit là các ổ, các phễu và dạng cột
xuyên lên vào giao điểm các đứt gẫy địa chất (chủ yếu là giao điểm của 4 đứt
gãy, lấp đầy các hang động karsto, và phủ bất chỉnh hợp lên các đá cổ hơn
(ngƣời ta nhầm boxit trầm tích)dƣới dạng các lớp dăm, cuội dung nham đã
phong hóa thành sét-kaolin chứa quặng boxit dạng bom núi lửa, dạng dăm cuội.
Ở Tây nguyên, boxit có thân quặng dăm, cuội dung nham chứa boxit dạng
cột, dạng phễu và dạng dòng chảy phủ lên đá bazan và các trầm tích cổ hơn.
Phần trên mặt lộ ra trên mặt đất và trên mực nƣớc tĩnh, lớp dăm cuội dung
nham này bị laterit hóa rất rắn chắc; nhƣng ngay dƣới lớp laterit sẽ là đá cổ
hơn, hoặc nếu dƣới mực nƣớc tĩnh sẽ gặp "cuội, sỏi, cát, sét - kaolin chứa
bauxite và quặng đa khoáng" giống quặng sa khoáng.
13

Từ quan sát và phân tích thực tế, có thể kết luận: boxit Việt Nam, nói riêng,
thế giới nói chung, có nguồn gốc nội sinh kiểu á núi lửa. Quặng chỉ có ở
vùng họng núi lửa và vùng phụ cận do quy mô núi lửa và địa hình khi núi lửa
phun trào quặng boxit. Quy mô của boxit phụ thuộc vào quy mô của núi lửa
mang quặng. Thân quặng có dạng cột (khoáng trụ), dạng phễu và dạng lấp
đầy các hang, hốc, thung lũng. Chiều dày thân quặng phụ thuộc chủ yếu vào
khoảng cách tới họng núi lửa mà nó phun lên và địa hình mà lớp dung nham
mang quặng boxit lấp vào.Phần trên mặt đất, thân quặng luôn bị laterit hóa.
Hàm lƣợng quặng boxit Tây nguyên hiện thấy rất nghèo (<15%), chứng tỏ
ngƣời ta chỉ mới lấy đƣợc phần dăm cuội dung nham tràn lên mặt đất và bị
laterit hoá. Càng gần miệng núi lửa phun quặng thì hàm lƣợng nhôm càng
cao. Khi nhầm nguồn gốc của bauxite từ nội sinh sang ngoại sinh sẽ có
những kết quả tai hại.
1.3Phân loại quặng boxit
Bôxít tồn tại ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lƣợng phân tử nƣớc chứa trong
nó và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsit Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH), và
diaspore α-AlO(OH),cùng với các khoáng vật oxit sắt goethit và hematit, các
khoáng vật sét kaolinit và đôi khi có mặt cả anata TiO2. Gibbsit là hydroxit
nhôm thực sự còn boehmit và diaspore tồn tại ở dạng hidroxit nhôm ôxít. Sự
khác biệt cơ bản giữa boehmit và diaspore là diaspore có cấu trúc tinh thể
khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nƣớc
nhanh.
Từ nguồn gốc hình thành dẫn đến việc tạo thành hai loại mỏ boxit:
- Loại phong hóa đƣợc hình thành do quá trình Laterit hóa chỉ diễn ra
trong điều kiện nhiệt đới trên nền đá mẹ là các loại đá silicat: granit,
14


gneiss, badan và đá sét. Tại nƣớc ta, boxit ở Tây Nguyên đƣợc hình
thành theo phƣơng thức này trên nền đất badan.

- Loại trầm tích có chất lƣợng tốt và có giá trị công nghiệp. Loại này đƣợc
hình thành bằng con đƣờng phong hóa Laterit trên nền đá cacbonat nhƣ
đá vôi và dolomite xen kẽ các lớp kẹp sét tích tụ do phong hóa sót hay do
lắng đọng phần khoáng vật sét không tan khi đá vôi phong hóa hóa học.
1.4Khái niệm Alumin
Alumin và alumina là tên gọi khác của oxit nhôm Al2O3. Alumin xuất hiện
trong tự nhiên dƣới dạng hợp chất với khoáng chất khác, ví dụ nhƣ: trong
quặng boxit, đất sét, mica… Oxit nhôm còn xuất hiện gần nhƣ nguyên chất
dƣới dạng tinh thể.Alumin có công dụng quan trọng và rộng rãi trong đời
sống.
Ngoài công dụng lớn nhất là nguyên liệu để sản xuất nhôm kim loại, nó còn
đƣợc dùng để sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chịu lửa nhƣ bột mài, đá
mài, gạch chịu lửa. gốm sứ, thủy tinh…
2.

Quy trình sản xuất nhôm
2.1Khai thác quặng Boxit
Các mỏ boxit ở Lâm Đồng, Đăk Nông có dạng vỉa gồm những thân quặng dầy
4-5 m phân bố chủ yếu ở khu vực đỉnh đồi và có chiều dầy lớp phủ từ 0 – 3 m.
Quy trình công nghệ khai thác bô-xit lộ thiên tƣơng đối đơn giản. Sau khi cây
cối ào và xúc bằng máy xúc và sau đó đƣợc vận chuyển bằng ô tô và băng tải
tới phân xƣởng tuyển rửa. Sau khi đƣợc tuyển rửa bô-xit đƣợc vận chuyển
bằng băng tải về nhà máy tinh luyện alumin.

15


Quặng boxit chƣa qua tuyển rửa thì đƣợc gọi là quặng boxit nguyên khai hay
quặng trên bề mặt đƣợc cắt, lớp đất đá phủ đƣợc bóc và lƣu giữ gần nơi khai
thác. Quặng bô-xit đã qua tuyển rửa đƣợc gọi là quặng tinh hay quặng cô đặc.

Để có thể hình dung đƣợc mức độ sử dụng đất trong khai thác boxit ta có thể
lấy ví dụ tính toán sau đây: trên diện tích 1 km² của mỏ Gia Nghĩa (đã đƣợc
thăm dò) ta có thể khai thác đƣợc bao nhiêu tấn quặng bô-xit nguyên khai?.
Để tính toán ta lấy hình vuông có cạnh 1000 m và diện tích 1 km².Với chiều
dầy thân quặng trung bình 4 m thì ta có thể đào đƣợc 4 triệu m³ (1000 m ×
1000 m × 4 m) boxit. Với trọng lƣợng riêng trung bình của boxit là 1,6 tấn/ m³
thì khối lƣợng boxit có thể khai thác trên 1 km² là khoảng 6,4 triệu tấn quặng
nguyên khai. Với độ thu hồi tinh quặng sau tuyển rửa là 42,54 % thì ta có tổng
lƣợng quặng tinh thu đƣợc trên 1 km² là 2,7 triệu tấn. Với hàm lƣợng oxit
nhôm trung bình là 49,74% thì với 2,7 triệu tấn quặng tinh này ta có thể sản
xuất đƣợc khoảng 1,3 triệu tấn alumin. Nói cách khác việc khai thác boxit trên
một diện tích 1 km² có thể đủ cung cấp cho hoạt động của một nhà máy sản
xuất alumin công suất 600.000 tấn/ năm trong hơn 2 năm.
Tuy nhiên việc khai thác boxit không đƣợc thực hiện ngay một lúc ngay trên
toàn bộ diện tích 1 km² mà đƣợc thực hiện dần dần trên từng ô nhỏ, đảm bảo
cung cấp đủ boxit cho hoạt động thƣờng xuyên của nhà máy sản xuất alumin.
Để đủ boxit cho một nhà máy sản xuất alumin công suất 600.000 tấn/năm (giả
sử hoạt động 320 ngày/ năm) hoạt động trong 1 ngày ngƣời ta chỉ cần tới
khoảng 3750 tấn quặng tinh (1.200.000/ 320) hay 8771 tấn quặng nguyên khai
(tƣơng đƣơng với 5.482 m³ quặng) và với độ dầy trung bình thân quặng 4 m
ngƣời ta chỉ cần khai thác boxit trên một diện tích khoảng 1370 m², tức là một
hình chữ nhật có cạnh 45 m × 30 m (bằng khoảng 1/5 diện tích sân bóng đá
chuẩn có kích thƣớc 105 m × 68 m).
16


Bên cạnh đó, việc khai thác quặng boxit phải đảm bảo phát triển bền vững. Để
thực hiện khai thác boxit đảm bảo phát triển bền vững ngƣời ta tiến hành nhƣ
sau: Trƣớc khi khai thác một cuộc điều tra đƣợc tiến hành tại khu vực sẽ khai
thác để thu thập thông tin đầy đủ và chi tiết về nguồn nƣớc, đất đai, môi

trƣờng sinh thái bao gồm mọi loài động thực vật có trên khu vực. Các thông
tin này đƣợc sử dụng làm cơ sở dữ liệu cho báo cáo đánh giá tác động môi
trƣờng. Các công ty khai thác boxit cần thảo luận với chủ đất hoặc chính
quyền địa phƣơng các tiêu chí về phục hồi đất đai và môi trƣờng sinh thái bao
gồm các yêu cầu của chủ đất hay chính quyền địa phƣơng về các tiêu chuẩn
phục hồi đất đai, động thực vật sau khai thác. Những tiêu chí này cần phải đạt
đƣợc khi đơn vị khai thác bàn giao các khu vực đã đƣợc phục hồi cho chủ đất
(ví dụ cây phải cao bao nhiêu m, bao nhiêu phần trăm thảm động thực vật cần
đƣợc phục hồi). Khu vực khai thác đƣợc chia làm nhiều ô nhỏ nhƣ đã nói ở
trên.Việc hoàn thổ đƣợc thực hiện ngay sau khi hoàn thành việc khai thác bôxit trên từng ô bằng việc lấp lại lớp đất đá phủ, san phẳng bể mặt, phủ lớp đất
mầu lên trên cùng và cầy sới làm tơi xốp đất. Việc phục hồi sinh thái nhƣ
trồng cây, phát triển các loài động vật côn trùng tại khu vực đã khai thác sẽ
đƣợc tiến hành tiếp theo trong một thời gian dài theo thỏa thuận giữa công ty
khai thác boxit và chủ đất hay chính quyền địa phƣơng. Nhƣ vậy công việc
hoàn thổ, phục hồi đất đai và môi trƣờng đƣợc tiến hành song song với công
việc khai thác để đảm bảo diện tích đất trong trạng thái bị đào bới là nhỏ nhất.
2.2 Tuyển rửa boxit
Quá trình loại bỏ bớt tạp chất trong quặng để tăng hàm lƣợng khoáng chất đƣợc
gọi là quá trình làm giàu quặn. Một trong những biện pháp làm giàu quặng là
phƣơng pháp tuyển rửa bằng nƣớc). Phƣơng pháp tuyển rửa áp dụng cho các loại
boxit có chứa nhiều tạp chất có thể tan trong nƣớc nhƣ bùn sét. Boxit ở Tây
Nguyên có hàm lƣợng sét tƣơng đối cao vì vậy cần đƣợc tuyển rửa trƣớc khi đƣa
17


vào quá trình tinh luyện để tách alumin. Trong quá trình tuyển rửa quặng đƣợc
sàng tuyển và rửa bằng nƣớc, bùn sét hòa tan trong nƣớc và quặng có độ hạt nhỏ
hơn khe hở của lƣới sàng đƣợc thải ra một hồ chứa. Quặng thải sau quá trình
tuyển rửa đƣợc gọi là quặng đuôi. Quặng đuôi sẽ lắng trong hồ chứa quặng đuôi,
còn nƣớc sẽ đƣợc thu hồi đề tái chế sử dụng lại. Theo kết quả nghiên cứu tính khả

tuyển của boxit mỏ Gia Nghĩa, với lƣới sàng có đƣờng kính lỗ 1 mm, độ thu hồi
của quá trình tuyển rửa là 51,13 %, hàm lƣợng oxit 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 tƣ (đặc biệt là xút NaOH) và chi phí vận hành trong công
đoạn hòa tách và đồng thời giảm lƣợng bùn đỏ thải ra ở công đoạn hòa tách.
Cần nhấn mạnh rằng nƣớc thải chứa quặng đuôi cũng có màu đỏ nhƣng không
phải là bùn đỏ. Do không chứa hóa chất nên nƣớc bùn chứa quặng đuôi không
phải là chất thải độc hại. Với hệ số thu hồi 50 % thì cứ 2 tấn quặng nguyên khai
thì ta thu hồi đƣợc 1 tấn quặng tinh và thải ra 1 tấn quặng đuôi. Nhƣ vậy nếu
quặng đuôi đƣợc thải ra một hồ chứa có độ sâu trung bình 4 m (bằng chiều dầy
trung bình của thân quặng boxit) thì diện tích hồ chứa cần phải bằng 50 % diện
tích mỏ đã đƣợc khai thác.Vì vậy hồ chứa quặng đuôi phải có độ sâu tƣơng đối
lớn để giảm diện tích chiếm đất của hồ chứa. Lƣợng nƣớc cần có cho quá trình
tuyển rửa cũng là một vấn đề cần phải xem xét trong việc thu xếp nguồn cung cấp
nƣớc cho sản xuất.
2.3 Các công đoạn của quá trình sản xuất Alumin
Bản chất của quá trình sản xuất alumin là việc tách oxit nhôm ra khỏi quặng boxit.
Quy trình công nghệ để tách oxit nhôm ra khỏi quặng boxit đƣợc phát minh bởi
Karl Bayer năm 1887 và do vậy quy trình này đƣợc đặt tên là quy trình Bayer.
Quy trình Bayer gồm 3 công đoạn: hòa tách, kết tủa và nung.

18


19


Quy trình sản xuất Alumin đƣợc diễn tả qua sơ đồ sau:

Hình 4.Sơ đồ quá trình tinh luyện Alumin

2.3.1 Công đoạn hòa tách
Quặng bô-xit đƣợc nghiền nhỏ và trộn với xút (NaOH) trong thùng chứa ở
nhiệt độ và áp suất cao. Ở nhiệt độ và áp suất cao hydroxit nhôm hòa tan trong
xút thành aluminat natri NaAl(OH) nổi lên trên còn các thành phần khác
không bị hòa tan nhƣ oxit sắt, oxit silic, oxit titan và các tạp chất khác thì lắng
xuống dƣới và đƣợc thải qua đáy thùng. Chất thải này đƣợc gọi là quặng boxit
thải hay bùn đỏ có chứa oxit sắt và có dạng sền sệt. Bùn đỏ đƣợc rửa bằng
nƣớc để thu hồi xút trƣớc khi đƣợc thải ra bãi thải. Bùn đỏ đƣợc thải ở dạng
lỏng thì đƣợc gọi là thải ƣớt và ở dạng cô đặc thì gọi là thải khô.

20


Phản ứng hóa học của quá trình hòa tách là:
Đối với boxit loại gibbsite:
Al(OH)3+ Na+ + OH-Al(OH)4- + Na+
Hoặc dƣới dạng: Al2O3.3H2O + 2NaOH 2NaAlO2 + 4H2O
Đối với bô-xit loại boehmite và diaspore:
AlO(OH) + Na+ + OH- + H2OAl(OH)4- + Na+
Hoặc dƣới dạng: Al2O3.H2O + 2NaOH

2NaAlO2 + 2H2O

Công đoạn này còn có thể đƣợc gọi là công đoạn “tiêu hóa” vì nó giống
quá trình tiêu hóa thức ăn trong hệ tiêu hóa của con ngƣời (thức ăn đƣợc
nghiền bằng răng và dạ dầy và đƣa vào ruột, ở đó các chất dinh dƣỡng đƣợc
hấp thụ còn cặn bã thì đƣợc thải qua ruột già ra ngoài).
2.3.2 Công đoạn kết tủa
Dung dịch chứa aluminat natri NaAl(OH)4 đƣợc lọc sạch trƣớc khi đƣợc đƣa
sang công đoạn kết tủa. Công đoạn kết tủa thực chất là một quá trình ngƣợc

của quá trình hòa tách.
Phản ứng hóa học của quá trình kết tủa là:
Al(OH)4- +NaAl(OH)3Na+ + OHVới các mầm kết tủa là các hạt oxit nhôm, hydoxit nhôm Al(OH)3 kết tinh và
lắng xuống đáy thùng.

21


2.3.3 Công đoạn nung
Hydroxit nhôm Al(OH)3 từ công đoạn kết tủa đƣợc đƣa sang một lò nung để
tách nƣớc và thu đƣợc oxit nhôm:
2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O
Công đoạn kết tủa đƣợc đƣa sang một lò nung để tách nƣớc và thu đƣợc oxit
nhôm.Hoàn nguyên oxit nhôm
Cấu tạo thùng điện phân:

Hình 5.Sơ đồ cấu tạo thùng điện phân

Thùng đƣợc làm bằng vật liệu chịu nhiệt, bên trong đƣợc lót bằng một lớp
grafit dầy để làm catot.Anot đƣợc làm bằng các thỏi grafit và đƣợc đặt cách
đáy một khoảng thích hợp nhằm tạo ra sự phóng điện qua lớp muối nóng
chảy.Hỗn hợp muối nóng chảy và nhôm oxit đƣợc trộn đều và cấp vào bể điện
phân từ trên xuống.Trong suốt quá trình điện phân nhiệt độ trong long khối
22


chất lỏng đƣợc giữ khoảng 10000C. Thế phân huỷ ( đo trên điện cực trơ ở
nhiệt độ 9500C) của Al2O3 là 2,18 V, của của AlF3 là 3,5 V, và của NaF là 4,5
V. Nhƣng thực tế trên điện cực grafit thì Al2O3 đã bị phân huỷ ở 1,00V và sinh
ra CO. CO ngay lập tức bị đốt cháy tạo thành CO2.

Các phản ứng xảy ra ở hai điện cực:
Catot
(Al3+)

Al2O3

Anot

(nóng chảy)

(O2-)

Al3++ 3eAl

4O2- -4e

O2

Phƣơng trình điện phân:
2Al2Odpnc

4Al + 3O2

Phản ứng phụ ở anot:
Oxi tạo thành đốt cháy anot ở nhiệt độ cao:
C +

O2

2C + O2

CO2
2CO

Trong thực tế, thế đặt vào điện cực là khoảng từ 5 đến 6V và mật độ dòng
khoảng từ 70 đến 90 A/dm2. Phần lớn năng lƣợng điện bị sử dụng vào việc tái
sinh nhiệt khi dòng điện phóng qua lớp dung dịch muối nóng chảy có điện trở
lớn. Việc này rất cần thiết trong việc duy trì trạng thái nóng chảy của muối.Một
phần nhỏ năng lƣợng điện là để điện phân hoàn nguyên nhôm.Khi thế không
quá cao và nồng độ Al2O3 nhỏ thì thực tế chỉ xảy ra sự điện phân của Al2O3.Một
phần không đáng kể muối flourua bị phân huỷ thành CF4 trên catot. Khi nồng độ
Al2O3 giảm xuống, thế điện cực sẽ lập tức tăng lên, khi đó cần phải bổ sung

23


ngay nhôm oxit để tránh các phản ứng phụ khác điên cực có thể xảy ra. Trong
trƣờng hợp bể nghiêm chỉnh thì không có xảy ra sự điện phân tạo natri kim loại.
Sản xuất nhôm yêu cầu tiêu hao một lƣợng điện năng khá lớn.Song đem so sánh
tỷ trọng của nó trong giá thành sản xuất thì chỉ vào khoảng 25%.Trong khi đó tỷ
trọng giá thành rơi vào công đoạn tinh chế nguyên liệu.Al2O3 là khoảng 32%
vào cryolit là 4% và vào hao mòn điện cực khoảng 12%.
Nhôm sản xuất bằng con đƣờng điện phân nhƣ đã nêu thƣờng có độ tinh khiết
khoảng 99,5%. Các tạp chất chủ yếu trong đó là silic, sắt và đôi khi có cả
dồng.Muốn có nhôm tinh khiết hơn, ngƣời ta phải tinh chế lại từ nhôm điện
phân. Một trong các phƣơng pháp đơn giản và hiệu quả nhất là phƣơng pháp
tinh chế bằng clo và nito. Theo phƣơng pháp này, trƣớc hết ngƣời ta thổi khí clo
qua nhôm nóng chảy. Các kim loại nhẹ đi cùng với nhôm sẽ bị chuyển thành
clorua nổi lên bề mặt kim loại nóng chảy. Các oxit, nitrua và cabit phân tán nhờ
đó cũng ngƣng tụ lại. Quá trình thổi clo kéo dài khoảng 10 phút sẽ gây ra hao

tổn nhôm do tạo thành AlCl3 chỉ vào khoảng từ 2 đến 3 %. Tiếp theo ngƣời ta
tiến hành thổi nito để đuổi hết khí clo ra khỏi không gian bể tinh chế.
Trên thế giới một lƣợng lớn nhôm đƣợ sản xuất ra từ nhôm phế liệu.Nhiều khi
lƣợng nhôm tái sinh chiếm tới khoảng 50% lƣợng nhôm khai thác từ mỏ.Việc
nấu lại nhôm phế liệu khác với sản xuất nhôm từ oxit.Thông thƣờng ngƣời ta sử
dụng phƣơng pháp điện phân ba lớp. Nhôm nóng chảy là lớp trên cùng đƣợc
cách lớp đáy lớp muối nóng chảy (dung dịch điện ly) nặng hơn do đƣợc bổ sung
them thành phần BaF2 hay BaCl2. Lớp đáy thƣờng dùng là hợp kim nặng của
nhôm và đồng.

24


CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN
Với qui trình sản xuất nhôm trong công nghiệp ở trên, đó là phƣơng pháp duy
nhất để luyện nhôm từ boxit bằng cách điện phân Al2O3 sạch (sản xuất từ boxit
theo qui trình Baye) khan, tan trong cryolit Na3AlF6 nóng chảy, ở nhiệt độ
9500C, với điện cực graphit. Chúng ta có thể tạo ra một số lƣợng lớn sản phẩm
cung cấp cho nhu cầu đời sống. Nhôm là một trong những kim loại đóng vai trò
quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Với những tính chất vật lí, hóa học đặc trƣng
mà nó đựơc ứng dụng rất nhiều. Việc tinh luyện, điều chế nhôm, phần lớn dùng
để chế tạo hợp kim. Còn lại đƣợc dùng cho các lĩnh vực khác.
Dựa trên những đặc điểm và tính ứng dụng của nhôm cũng nhƣ qui trình sản
xuất của nó, chúng ta cần phải luôn trau dồi tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng,
củng cố nên nhiều qui trình sản xuất các kim loại, cũng nhƣ các hợp chất vô cơ,
hữu cơ, hóa dƣợc …khác với mục đích mang lại tính nâng cao hiệu quả kinh tế
và tăng năng suất nhằm góp phần phát triển đất nƣớc

25