quy trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite

QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM TỪ QUẶNG BÔ XÍT

Aluminum

LỚP: 14CH111
NHÓM 10:
VÕ THỊ AN
NGUYỄN THỊ TUYẾT TRÂM
NGUYỄN NHẬT CƯỜNG

Alumina

GVHD: Th.S NGUYỄN THÁI THANH TRÚC

Bauxite


NỘI DUNG

1


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.1. LỊCH SỬ VỀ NHÔM VÀ BAUXITE

•

Năm 1808: Humphrey Davy đã xác định được gốc kim loại phèn chua (alum) và đặt tên cho nhôm là aluminum.

•

Năm 1821: Piere Berthier phát hiện ra quặng bauxite đầu tiên gần ngôi làng les Baux, nước Pháp và đặt tên là bauxite.

•

Năm 1825:  Hans Christian Oersted (Đan Mạch) đã tách được một lượng nhỏ nhôm từ bauxite.

•

Năm 1827 : Freidrich Wohler (Đức) đã phát triển một phương pháp sản xuất bột nhôm thông qua một phản
ứng hóa học giữa kali và clorua khan.

2


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.1. LỊCH SỬ VỀ NHÔM VÀ BAUXITE

•

Năm 1854 : Henri Sainte-Claire Deville (Pháp) đã sản xuất nhôm công nghiệp đầu tiên tại nhà máy javel ở paris.

•

Năm 1885: Hamilton Y. Cassner (Mỹ) cải tiến quy trình sản xuất nhôm của Deville và 15 tấn nhôm đã được sản xuất trong năm đó.

•

Năm 1886 : Charles Hall (Mỹ) và Paul Heroult (Pháp) đồng phát minh ra quá trình điện phân alumina để sản xuất nhôm kim loại.

•

Năm 1889: Karl Bayer (Áo) giới thiệu quy trình Bayer nhằm tách một lượng lớn nhôm từ quặng bauxite.

3


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.2. BÔ XÍT (BAUXITE)

•

Bô xít là một loại quặng nhôm trầm tích có màu hồng, nâu…

•

Hình thành từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trước bởi quá
trình xói mòn.

•

Khá phổ biến trong lớp vỏ trái đất.

•

Thường phân bố ở các vùng nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới.
Hình 1 – sự phong hóa đá

4


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.2. BAUXITE

1.2.1. Khái quát về bô xít
 

•

Tồn tại ở 4 dạng: Lớp phủ, túi, xen kẹp, mảnh vụng.

•

Có chứa các hợp chất oxit nhôm như gibbsit, boehmit, diaspore và một số chất khác như oxit sắt ,

oxit sillic (),…

Hình 1 – sự phong hóa đá

5


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.2. BAUXITE

1.2.1. Khái quát về bô xít

Bảng 1 – Đặc điểm các dạng khoáng chính chứa nhôm trong quặng bô xit

6


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.2. BÔ XÍT (BAUXITE)

1.2.1. Khái quát về bô xít
Bảng 2 – Thành phần hóa học chủ yếu của bô xít

Thành phần hóa học

Phần trăm theo khối
lượng (%)

55,6

4,5

CaO

Si

Ti

MgO

Mất khi đốt

4,4

2,4

2,8

0,3

30

7


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.2. BÔ XÍT (BAUXITE)

`

Hình 2 – phân bố trữ lượng quặng bô xit trên một số quốc gia thế giới và Việt Nam

8


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.2. NHÔM (ALUMINUM)

•

Ký hiệu: Al, màu trắng bạc

•

Trong tự nhiện chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

•

Nhẹ, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.

•

Khá mềm, dễ kéo sợi, dễ dát mỏng.

•

là nguyên tố thứ 3 (sau oxy và silic), Chiếm 8% khối lượng rắn của trái đất.

•

Quặng chính chứa nhôm là bô xít.
Hình 3 – Tính chất của nhôm
9


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.2. NHÔM (ALUMINUM)
Bảng 3 – Các tính chất chung và tính chất vật lý của nhôm

10


TỔNG QUAN VỀ BÔ XÍT & NHÔM

1.2. NHÔM (ALUMINUM)
Tổng Cộng vào tháng 2 năm 2017 : 4.657 nghìn tấn nhôm  

Hình 4 – Sản lượng nhôm trên thế giới

11


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1.

QUY TRÌNH SẢN XUẤT



Quy trình sản xuất nhôm:

•
•


Giai đoạn 1: Tinh chế oxit nhôm từ quặng bô xít.
Giai đoạn 2: Luyện nhôm từ oxit nhôm.

Dựa trên 2 phương pháp:

•Phương pháp Bayer: là phương pháp ít tốn kém nhất để chế biến được nhiều oxit nhôm nhất từ quặng bô xít.
•Phương pháp Hall-Héroult: Là phương pháp điện phân oxit nhôm thành nhôm và là phương pháp công nghiệp chính để
luyện nhôm hiện nay.

12


Hình 5 – Sơ đồ quy trình chế tạo lá nhôm nguyên liệu

13


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.1. Tinh chế oxit nhôm từ quặng bô xít

•

Phương pháp Bayer: là phương pháp dùng NaOH để hòa tách bô xít ở áp suất và nhiệt
độ cao.

•

Với 4 tấn bôxit

2 tấn oxit nhôm

Hình 6 –phương pháp Bayer

14


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.1. Tinh chế oxit nhôm từ quặng bô xít



Nghiền

Bô xít được rửa và nghiền, làm giảm kích thước hạt và tăng diện tích bề mặt cho giai
đoạn hòa tách.

Hình 6 –phương pháp Bayer

15


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.1. Tinh chế oxit nhôm từ quặng bô xít


 

Hòa tách

Trộn với NaOH dưới áp suất và nhiệt độ cao để hòa tan các khoáng chất chứa nhôm tạo

thành một dung dịch gồm và chất không hòa tan như oxit sắt, oxit silic, oxit titan và
tạp chất được gọi là bùn đỏ.

•

Gibbsite:

•

Bohmite và Diaspore:
 

Hình 6 –phương pháp Bayer
 

16


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.1. Tinh chế oxit nhôm từ quặng bô xít



Lọc

Bùn đỏ được đưa sang bồn lọc, các chất rắn không được hòa tan sẽ lắng xuống đáy bồn và
được loại ra. NaOH được tái chế thu hồi lại cho quá trình hòa tách.

Hình 6 –phương pháp Bayer

17


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.1. Tinh chế oxit nhôm từ quặng bô xít
 



Kết tủa

Dung dịch được đưa qua bồn kết tủa, được làm nguội và thêm các mầm kết tủa oxit nhôm vào
để giúp Al(OH)3 kết tủa và lắng xuống đáy khi dung dịch nguội đi. 

+
+

Al (OH) 4   + Na   → Al (OH) 3 + Na   + OH 

Hình 6 –phương pháp Bayer

18


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.1. Tinh chế oxit nhôm từ quặng bô xít



Nung

Al (OH) 3 từ công đoạn kết tủa được đưa sang một lò nung ở nhiệt độ lên đến 1100 ° C để tách
nước và thu được oxit nhôm rắn.

2Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + 3H 2 O
Hình 6 –phương pháp Bayer

19


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.2. Luyện nhôm từ oxit nhôm

•

Nhôm được tinh luyện từ oxit nhôm bằng phương pháp điện phân HallHéroult.

•

Với 2 tấn oxit nhôm

1 tấn nhôm.

Hình 7 – Cấu tạo nồi điện phân

20


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.2. Luyện nhôm từ oxit nhôm
 

•

Oxit nhôm được hòa tan trong dung dịch cryolite (Na 3AlF6) và nhôm florua ( nóng chảy
trong nồi điện phân, duy trì ở nhiệt độ khoảng 960 - .

•

Cung cấp dòng điện một chiều có cường độ rất cao (200.000 – 350.000 Ampere) truyền qua
chất điện phân từ cực dương sang cực âm.

Hinh 8 – Phương pháp Hall-Héroult

21


QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM

2.1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1.2. Luyện nhôm từ oxit nhôm
 

•

Nhôm trong dung dịch điện phân tiết ra, lắng tụ ở đáy và trích ra, oxy bay về phía cực
dương, oxi hóa cực than tạo thành .

Phương trình điện phân:
2Al 2 O 3 + 3C → 4Al + 3CO 2
Hinh 8 – Phương pháp Hall-Héroult

22


ỨNG DỤNG

•

Có ưu điểm là nhẹ, bền đối với không khí và nước nên được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa,…

•

Có màu trắng bạc, đẹp nên được dung trong xây dựng nhà cử và trang trí nội thất.

•

Nhẹ và dẫn điện tốt nên được dung làm dây dẫn điện.

•

Dẫn nhiệt tốt, ít bị gỉ và không độc nên được làm dụng cụ nhà bếp.

22


ỨNG DỤNG

23