BÁO cáo công nghệ sản xuất nhôm và natri trong công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA HÓA HỌC

GVHD: Lê Thị Thanh Thúy

Nhóm SV thực hiện:
1. Lý Minh Hoài
2. Nguyễn Tạ Nguyệt Nữ
3. Trương Nữ Ái Linh


PHẦN A: NHÔM – PHẦN B: NATRI
Lịch sử tìm ra nguyên tố
Khái quát về nguyên tố
Công nghệ sản xuất
Ứng dụng trong đời sống


• Nhôm là nguyên tố phổ biến
thứ 3 (sau ôxy và silic), và là
kim loại phổ biến nhất trong
vỏ Trái Đất. Đến ngày nay,
nhôm được sử dụng rất nhiều
trong đời sống. Nhưng ít
người biết rằng nhôm đã có
một thời mắc hơn cả vàng
bạc, là món đồ xa xỉ của bậc
đế vương.

Vậy nhôm
được tìm ra

như thế nào?


Lịch sử tìm ra nguyên tố Nhôm:
Theo xác nhận của nhà viết sử người
Hy Lạp là Hêrođot (sống ở thế kỷ thứ V
trước công nguyên) thì các dân tộc cổ
xưa đã dùng một loại chất khoáng mà
họ gọi là “Alumen”, nghĩa là “làm săn
sợi” để giữ màu khi nhuộm vải.
Mãi đến thế kỷ XVI, nhà vạn vật học người Đức là Paratxenkhi
nghiên cứu các chất và các khoáng vật khác nhau trong đó có cả
các loại phèn, nhà bác học này đã xác định được rằng chúng là
“muối của một loại đất chứa phèn nào đó” mà thành phần của nó
có chứa oxit của một kim loại chưa ai biết; thứ oxit này về sau
được gọi là đất phèn.


Lịch sử tìm ra nguyên tố Nhôm:
Năm 1754, nhà hóa học người Đức là Anđrêat Xighizmunđơ
đã tách được thứ gọi là “đất chứa phèn”. Năm 1807, bằng
cách điện phân các chất kiềm, nhà bác học người Anh là
Hanfri Đêvi đã phát hiện ra natri và kali, nhưng ông chưa
phân giải được đất phèn bằng dòng điện như thế.
Nhà bác học người Thụy Điển là Becxêliut gọi nó là
alumium, và về sau, Đêvi đã đổi alumium thành aluminium
(nhôm).
Năm 1825, nhà bác học người Đan Mạch Hans Khrixtian
Ecxtet (Hans Christian Oersted) là người đầu tiên chế được
nhôm kim loại.

Lịch sử tìm ra nguyên tố Nhôm:
Đến cuối năm 1827, một nhà hóa học
Đức trẻ tuổi, tên là Friđric Vuêle đã công
bố phương pháp điều chế kim loại mới.
Và phương pháp của Vuêle chỉ cho phép
tách được nhôm ở dạng hạt có độ lớn
không bằng đầu kim băng. Mười tám năm
sau ông hoàn chỉnh các phương pháp điều
chế nhôm ở dạng khối đặc.

Nhôm dạng khối

Năm 1886 đã trở thành một cái mốc quan trọng trong lịch sử của
nhôm, khi mà nhà bác học Mỹ là Saclơ Martin Hôn (Charles
Martin Hall) và nhà bác học Pháp là Pôn Lui Tuxtanh Eru (Paul
Louis Toussaint Heroult) một cách độc lập nhau đã hoàn thiện
phương pháp điện phân để sản xuất kim loại này.


Khái quát về nguyên tố Nhôm
a) Khái quát chung:

- Ở dạng hợp chất trong hơn 270
loại khoáng vật khác nhau.
- Quặng chính chứa nhôm là bôxít.
Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ
với màu xám bạc ánh kim mờ, dễ
uốn, dễ gia công. có tỷ trọng thấp

và có khả năng chống ăn mòn hiện
tượng thụ động.
- Các hợp chất hữu ích nhất của
nhôm là các oxit và sunfat. Mặc dù
nó có mặt phổ biến trong môi
trường nhưng các muối nhôm
không được bất kỳ dạng sống nào
sử dụng.


a) Khái quát chung:
- Tên, ký hiệu : Nhôm, Al.
- Mạng tinh thể : Lập phương tâm diện.
* Nhôm trong bảng tuần hoàn:
Số hiệu nguyên tử

: 13

Nguyên tử khối trung bình

: 26,9815386(13)

Phân loại

: Kim loại

Nhóm, phân lớp

: IIIA, p

Chu kỳ

: Chu kỳ 3

Cấu hình electron

: [Ne] 3s2 3p1


b) Tính chất vật lí:
Màu sắc
Trạng thái vật chất
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ sôi

: Ánh kim trắng bạc
: Chất rắn
: 933,47 K (660,3 °C, 1220,58 °F)
: 2792 K (2518.99 °C, 4566 °F)
- d nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm và hợp kim
nhôm chỉ nặng bằng 1/3 thép.
- Tính chống ăn mòn trong khí quyển.
- Tính dẫn điện: Tính dẫn điện của nhôm
bằng 2/3 của đồng (kim loại), nhưng do
nhôm nhẹ hơn
- Tính dẻo: Rất dẻo, nên thuận lợi cho
việc kéo thành dây, tấm, lá, băng, màng
- Độ bền, độ cứng: Thấp.

c) Tính chất hóa học:
Nhôm có tính khử mạnh: Al – 3e

Al3+

 Tác dụng với phi kim:
Thí dụ:

4Al

+ 3O2

2Al
 Tác dụng với nước:

 2Al2O3

+ 3Cl2  2AlCl3

Al không tác dụng với H2O kể cả khi đun nóng vì có lớp
màng Al2O3 không cho nước thấm qua. Nếu phá bỏ lớp
Al2O3 thì Al tác dụng với nước nhưng phản ứng sẽ dừng
ngay sau khi sinh ra Al(OH)3.
2Al

+ 6H O  2Al(OH)

+ 3H

c) Tính chất hóa học:
 Tác dụng với dd axit:
a) HCl, H2SO4 loãng:
2Al

+ 6H+

 2Al3+ + H2

b) HNO3, H2SO4 đặc:
- Với HNO3 đặc, nguội, H2SO4 đặc, nguội: Al thụ động.
- Khi đun nóng, tùy theo nồng độ axit mà cho các sản phẩm
khác nhau.
Thí dụ:
Al

+

4HNO3

8Al

+

15H SO




Al(NO3)3

4Al (SO )

+
+

NO
3H S

+

2H2O

+ 12H O


c) Tính chất hóa học:
 Tác dụng với dd muối: trực tiếp đẩy kim loại yếu hơn ra
khỏi muối.
Thí dụ:
2Al

+ 3Cu(NO3)2  2Al(NO3)3

+ 3Cu

Al

+ 3Fe(NO3)3 

+ 3Fe(NO3)2

Al(NO3)3


Công nghệ điện phân muối nóng
chảy

a) Nguyên liệu:


Công nghệ điện phân muối nóng
chảy

Công nghê
axit
Công nghệ
kiềm

3 công nghệ

Công nghệ
sufua


Công nghệ kiềm:
Dựa trên nguyên lí là tạo aluminat, sau đó thủy phân để thu
nhôm hydroxit và sau khi sấy, nung tách hết nước sẽ thu được
oxit. Có hai quy trình sản xuất aluminat:
• Quy trình 1:
Người ta đem nấu quặng boxit với dung dịch xút hoặc hỗn hợp

CaO và Na2CO3, dưới áp suất cao sau đó đem pha loãng và thủy
phân thu được nhôm hydroxit.
Quá trình phân hủy aluminat theo các phương trình:
2[Al(OH)4]- + CO2 = 2Al(OH)3+ CO32- + H2O
[Al(OH)4]- = 2Al(OH)3+ OH-


• Quy trình
2:
2Na[Al(OH)
4] + CO2 → 2Al(OH)3+ Na2CO3 + H2O


* Các phương trình phản ứng:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2NaAl(OH)4
2[Al(OH)4]- + CO2 = 2Al(OH)3 + CO32- + H2O
[Al(OH)4]

= Al(OH)3 + OH-

2Al(OH)3

→ Al2O3 + 3H2O

t
→

→¬



0


Công nghệ axit:
Trong
trường
xuất
đi từtacao
hay bằng
đất sét,
nguyên
Để khắc
phụchợp
điềusản
này,
người
đã lanh
cải tiến
cách
nấu
liệu
chứaliệu
hàm
lượng
nấukhông
với kiềm,
phần
nguyên
với
axit silic

nhằmcao,
mụckhiđích
cho một
silicat
tankiềm
vào
khá
sẽ muối
tiêu hao
vào việc hòa tan silic oxit tạo thành silicat.
dunglớn
dịch
nhôm.


* Các phương trình phản ứng:
Al2O3+ 6HNO3 → 2Al(NO3)3 + 3H2O
4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 (tái sử dụng)


Công nghệ sufua:


b) Sản xuất nhôm bằng phương pháp
điện phân:
 Nhôm oxit có nhiệt độ nóng chảy rất cao nếu nó là nguyên
chất (khoảng 20000C). Dễ phân ly trong dung dịch muối
nóng chảy khác như clorua hay florua của kim loại kiềm
hay kiềm thổ.

 Ta có thể tạo dung dịch nóng chảy của nhôm oxit ở nhiệt
độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của bản thân
nó. Trong số các muối florua được dùng nhiều nhất là
cryolit (Na3AlF6). Muối clorua không được sử dụng vì dễ
bay hơi dẫn đến hao tổn lớn.


Một bể điện phân muối nóng chảy sản xuất
nhôm


 Phương trình điện phân:
Al2O3 = 2Al3+ +3O2(-)Catot
(+) Anot
2Al3+ + 6e → 2Al
3O2- → 3O + 6e
Phương trình điện phân:
2 Al2O3

đpnc

4Al + 3O2


Nhôm sản xuất ra bằng con
đường điện phân trên thường
có độ tinh khiết khoảng 99,5%.
Chứa các tạp chất chủ yếu là
silic, sắt và đôi khi có cả đồng.
Muốn có nhôm tinh khiết hơn,

phải tinh chế lại từ nhôm điện
phân. Một trong các phương
pháp đơn giản và hiệu quả nhất
là phương pháp tinh chế bằng
clo và nitơ.


Nhôm phế
liệu
Trên thế giới một lượng lớn nhôm được sản xuất ra từ nhôm phế
liệu. Người ta sử dụng phương pháp gọi là điện phân ba lớp.
Nhôm nóng chảy là lớp trên cùng được cách với lớp đáy bởi một
lớp muối nóng chảy (dung dịch điện li) nặng hơn do được bổ sung
thêm thành phần BaF2 hay BaCl2. Lớp đáy thường dùng là hợp kim
nặng của nhôm và đồng.