Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ nhôm thải của làng nghề tái chế nhôm bình yên nam định

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NHƠM HOẠT TÍNH TỪ XỈ NHƠM THẢI CỦA
LÀNG NGHỀ TÁI CHẾ NHƠM BÌNH N - NAM ĐỊNH
NGUYỄN XUÂN ĐƯƠNG

Ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Vũ Kiêm Thủy
Chữ ký của GVHD

Viện:

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

HÀ NỘI, 05/2021


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Xuân Đương
Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ nhơm thải của
làng nghề tái chế nhơm Bình n – Nam Định
Chun ngành: Quản lý Tài Nguyên và Môi trường
Mã số HV: CB190267

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
28/04/2021 với các nội dung sau:
1. Chỉnh sửa chương 1 tập trung vào đối tượng nghiên cứu là nhơm hoạt
tính.
2. Bổ sung thơng tin liên quan đến độ tinh khiết của hóa chất, các thơng
số của thiết bị sử dụng.
3. Bổ sung nội dung đánh giá hiệu quả kinh tế xã hội của quá trình chế
tạo nhơm hoạt tính.
4. Chỉnh sửa các lỗi kỹ thuật trong toàn bộ luận văn.
5. Viết lại kết luận.
Ngày 28 tháng 05 năm 2021
Giáo viên hướng dẫn

Tác giả luận văn

TS.VŨ KIÊM THỦY

NGUYỄN XUÂN ĐƯƠNG

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


LỜI CẢM ƠN
Luận văn chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường với Đề tài
“Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ nhơm thải của làng nghề tái chế
nhơm Bình n – Nam Định” là kết quả của q trình cố gắng khơng ngừng nghỉ
của bản thân và được sự giúp đỡ tận tình, động viên khích lệ của thầy cô, bạn bè
và người thân. Qua đây, Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người đã
giúp đỡ em trong thời gian học tập - nghiên cứu vừa qua.

Xin trân trọng gửi lời cám ơn đến TS. Vũ Kiêm Thủy, giảng viên bộ môn
Công nghệ môi trường –người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp
tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này lời cảm ơn chân thành và
sâu sắc nhất.
Xin cảm ơn tồn thể các thầy cơ giáo Viện Khoa học và Công nghệ Môi
trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho em hồn thành tốt
cơng việc nghiên cứu thực hiện luận văn của mình.
Xin cảm ơn Trung tâm Quan trắc Mơi trường và KSƠN Cơng nghiệp đã tạo
điều kiện làm việc để em hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã ln bên cạnh, ủng
hộ, động viên.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2021
Học viên

Nguyễn Xuân Đương


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này do tơi thực hiện trong chương trình đào tạo
của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu và kết quả trong luận văn là
trung thực và chưa từng được cơng bố. Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung
Luận văn.

Tác giả

NGUYỄN XUÂN ĐƯƠNG

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứu chế tạo nhơm hoạt tính từ xỉ nhơm thải của làng nghề tái chế
nhơm Bình n – Nam Định
Tác giả luận văn: Nguyễn Xuân Đương

Khóa: 2019B

Người hướng dẫn: TS.Vũ Kiêm Thủy
Từ khóa (Keyword): Xỉ thải nhơm từ làng nghề n Bình
Nội dung tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Ở Việt Nam, hoạt động tái chế nhôm diễn ra mạnh mẽ tại các làng nghề,
đem lại lợi ích kinh tế lớn cho người dân. Q trình tái chế nhơm phát sinh lượng
lớn nước thải chứa hóa chất độc hại, các loại khí CO2, SO2, .... từ quá trình đốt
nhiên liệu và một lượng lớn chất thải rắn. Một số làng nghề đã và đang giàu lên
nhờ tham gia vào tái chế phế liệu, nhưng mặt trái là họ đang bị bủa vây bởi ô nhiễm
môi trường khi các loại chất thải chưa được xử lí và quản lí đúng cách. Đặc biệt
đối với làng nghề Bình Yên - Nam Định, hàng năm tái chế khoảng 15.000 tấn
nhôm phế liệu và phát thải ra khoảng 200 tấn xỉ thải. Xỉ thải nhôm là một trong
những loại chất thải rắn đã được liệt kê vào danh mục chất thải nguy hại theo danh
mục chất thải nguy hại tại Việt Nam và Châu Âu. Hiện nay, xỉ thải tại các làng
nghề đang được đổ không đúng quy định gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng
tới sức khỏe của người dân. Chất thải tại làng nghề Bình Yên - Nam Định hiện
đang được tập kết và thu gom tại bãi tập kết của hợp tác xã và đem đi chơn lấp là
chính.Việc nghiên cứu thu hồi nhôm từ xỉ là cần thiết đem lại hiệu quả kinh tế
tránh lãng phí tài nguyên thiên nhiên và giảm lượng chất thải rắn phát sinh. Việc
thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo nhơm hoạt tính từ xỉ nhơm thải của làng nghề
tái chế nhơm Bình n – Nam Định” là cần thiết để thu hồi nhôm giảm chất thải
rắn phát sinh đem lại hiệu quả kinh tế, giảm thiểu năng lượng, giảm thiểu khai thác

quặng để sản xuất nhơm.... Sản phẩm nhơm hoạt tính tạo thành thân thiện với mơi
trường và có nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Tuy nhiên để đưa mơ hình và sản
xuất cơng nghiệp còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố về kinh tế. Luân văn đưa ra được
sản phẩm có độ tinh khiết 72,7% nhơm oxit ở dạng nhơm hoạt tính.
-

b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu thu hồi nhôm từ xỉ thải nhôm
Nghiên cứu chế tạo nhơm hoạt tính từ xỉ thải nhơm.
c) Đối tượng nghiên cứu


-

Nghiên cứu này lựa chọn đối tượng nghiên cứu là chất thải rắn từ làng nghề
tái chế nhôm tại thôn Bình Yên, xã Nam Thanh, huyện Nam Trực, tỉnh Nam
Định.

d) Tóm tắt cơ đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Tái chế kim loại đem lại nhiều lợi ích về kinh tế cũng như tuần hồn tài
ngun Nhưng bên cạnh đó vấn đề mơi trường cũng được đặt ra,trong đó có tái
chế nhơm. Tại Việt Nam tái chế nhôm tại các làng nghề Văn Môn, Bắc Ninh và
Bình Yên, Nam Định tạo ra lượng xỉ thái lớn. Luận văn “Nghiên cứu chế tạo nhơm
hoạt tính từ xỉ nhơm thải của làng nghề tái chế nhơm Bình n – Nam Định”.
Nhằm thu hồi nhơm từ q trình tái chế để tạo thành nhơm hoạt tính. Nội dụng của
luận văn nghiên cứu bao gồm:
- Ảnh hưởng của phương pháp hòa tách đến chất lượng sản phẩm (phương
pháp hòa tan xỉ bằng HCl và NaOH).
- Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến q trình tạo nhơm hoạt tính.
- Ảnh hưởng của quá trình tái kết tủa Al(OH)3 đến chất lượng sản phẩm.

Sản phẩm nhơm hoạt tính tạo thành được đưa đi đo SEM, EDS, XRD
e) Kết luận
1. Quá trình hịa tách xỉ bằng axit có hiệu suất thu hồi thấp hơn nhưng sản
phẩm nhơm hoạt tính tạo thành có độ tinh khiết và chất lượng tốt hơn.
2. Nghiên cứu được nung tại 3 giá trị 600,700 và 800oC sản phẩm thu được tại
nhiệt độ 700oC cho kết quả XRD có số lượng peak trùng với lượng peak
của Al2O3 là lớn nhất.
3. Quá trình tái kết tủa bằng các nồng độ axit HCl 0,5M; 0,1M và 0,05M. Kết
quả thu được tại điều kiện HCl 0,05M cho sản phẩm gamma nhôm oxit tốt
nhất với độ tinh khiết 72,7%.Diện tích bề mặt trong sản phẩm thu được có
thể lên tới 245,421 m2/g đối với phương pháp hòa tách bằng axit. Tuy nhiên
phương pháp hịa tách u cầu nhiều cơng đoạn hơn trong tinh chế sản
phẩm. Tỷ lệ nhơm hoạt tính thu được vẫn chưa đạt được so với sản phẩm
thương mại do kiểm sốt q trình chưa được tối ưu.

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

HỌC VIÊN

(chữ ký)

(chữ ký)

TS.VŨ KIÊM THỦY

NGUYỄN XUÂN ĐƯƠNG


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. i

Danh mục các ký hiệu và từ viết tắt .................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 1
3. Đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ........................................... 1
4. Những đóng góp mới của luận văn ................................................................. 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................ 2
6. Bố cục luận văn............................................................................................... 2
CHƯƠNG 1:
1.1.

TỔNG QUAN ............................................................................ 3

Tổng quan xỉ nhơm ................................................................................... 3

1.1.1.

Q trình hình thành xỉ ...................................................................... 3

1.1.2.

Thần phần của xỉ nhơm ...................................................................... 4

1.1.3.

Tính chất của xỉ nhơm ....................................................................... 5

1.2.

Tình hình nghiên cứu thu hồi nhơm từ xỉ thải cơ nhơm ........................... 6

1.2.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................... 6

1.2.2.

Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ................................................... 8

1.3.

Làng nghề Bình n - Nam Định............................................................. 9

1.4.

Tổng quan về nhơm oxit ......................................................................... 10

1.4.1.

Phân loại nhôm oxit ......................................................................... 10

1.4.2.

Cấu trúc của nhơm oxit .................................................................... 11

1.4.3.

Tính chất của nhơm oxit .................................................................. 13

1.4.4.

Một số ứng dụng của nhơm oxit ...................................................... 14

1.4.5.

Q trình tổng hợp nhôm oxit .......................................................... 16

1.5. Cơ sở lý thuyết quá trình hịa tách nhơm từ xỉ cơ nhơm để tạo sản phẩm
nhơm hoạt tính .................................................................................................. 17
1.5.1.

Quy trình hịa tách nhơm và tạo dung dịch aluminat bằng axit ....... 17

1.5.2.

Quy trình hịa tách nhơm và tạo dung dịch aluminat bằng kiềm ..... 18

1.5.3.

Quy trình tạo kết tủa nhơm hydroxit và tạo nhơm hoạt tính............ 19
i


1.5.4.

Ảnh hưởng của phương pháp hòa tách ............................................ 19

1.5.5.

Ảnh hưởng của quá trình nung và pH tới quá trình tạo Al2O3 ........ 20

CHƯƠNG 2:
2.1.

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 22

Vật liệu và hóa chất nghiên cứu ............................................................. 22

2.1.1.

Vật liệu nghiên cứu.......................................................................... 22

2.1.2.

Hóa chất và thiết bị .......................................................................... 22

2.2.

Quy trình thực hiện nghiên cứu .............................................................. 24

2.2.1.

Ảnh hưởng của quá trình hịa tách................................................... 25

2.2.2.

Ảnh hưởng của q trình hịa tách tới chất lượng sản phẩm ........... 26

2.2.3.

Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới q trình tạo nhơm hoạt tính ..... 26

2.2.4.

Ảnh hưởng của quy trình tái kết tủa Al(OH)3 tới chất lượng sản phẩm
26

2.3.

Phương pháp phân tích và đánh giá kết quả nghiên cứu ........................ 27

2.3.1.

Phương pháp đo phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) ...................... 27

2.3.2.

Phương pháp đo diện tích bề mặt và phân bố mao quản (BET)...... 27

2.3.3.

Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ........................ 29

2.3.4.

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ................................................ 30

CHƯƠNG 3:

3.1.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 32

Đặc điểm và tính chất xỉ nhơm làng nghề Bình n ............................. 32

3.2. Ảnh hưởng phương pháp hòa tách xỉ bằng axit HCl và NaOH đến sản
phẩm Al2O3 ....................................................................................................... 34
3.2.1.

Kết quả của quy trình hòa tách đến độ tinh khiết của sản phẩm ..... 34

3.2.2. Kết quả của phương pháp hòa tách đến diện tích bề mặt riêng và độ
xốp sản phẩm................................................................................................. 35
3.3.

Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến q trình tạo nhơm hoạt tính ........... 38

3.4.

Ảnh hưởng q trình tái kết tủa Al(OH)3 đến chất lượng sản phẩm...... 41

3.4.1.

Ảnh hưởng của quá trình tái kết tủa đến độ tinh khiết sản phẩm .... 41

3.4.2.

Ảnh hưởng của quá trình tái kết tủa đến sản phẩm γ-Al2O3............ 43

3.5.

Đánh giá hiệu quả kinh tế xã hội của q trình chế tạo nhơm hoạt tính 50

3.5.1.

Kinh tế ............................................................................................. 50

3.5.2.

Môi trường ....................................................................................... 51

3.5.3.

Phạm vi ứng dụng của nhôm hoạt tính ............................................ 51

KẾT LUẬN ..........................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 53
ii


PHỤ LỤC ẢNH .................................................................................................. 56

iii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

iv

Chữ viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

BET

------------------

Brunauer – Emmett – Teller

đvC

Đơn vị Cacbon

Atomic mass constant

EDS

Phổ tán xạ năng lượng tia X

Energy Dispersive X-ray
Spectroscopy

SEM

Hiển vi điện tử quét

Scanning Electron Microspoe

XRD

Nhiễu xạ tia X

X-ray diffraction


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần của xỉ từ tái chế nhôm [2] .................................................. 4
Bảng 1.2. Danh mục chất thải nguy hại ................................................................. 5
Bảng 2.1.Thiết bị được sử dụng trong quá trình nghiên cứu ............................... 22
Bảng 2.2. Dụng cụ được sử dụng trong quá trình nghiên cứu ............................. 23
Bảng 2.3. Hóa chất được sử dụng trong q trình nghiên cứu ............................ 23
Bảng 2.4.Điều kiện tối ưu đối với quá trình hòa tách bằng HCl.......................... 25
Bảng 2.5.Điều kiện tối ưu đối với q trình hịa tách bằng NaOH ...................... 26
Bảng 3.1. Phân bố kích thước hạt trong mẫu tro xỉ tái chế nhôm........................ 32
Bảng 3.2. Thành phần các chất trong xỉ làng nghê Bình Yên theo khối lượng ... 33
Bảng 3.3. Kết quả phân tích BET mẫu quy trình hịa tách bằng HCl và NaOH .. 35
Bảng 3.4. XRD sản phẩm nhơm hoạt tính γ-Al2O3 .............................................. 39
Bảng 3.5. Kết quả XRD khi nung ở các nhiệt độ khác nhau ............................... 40
Bảng 3.6. Kết quả XRD với các nồng độ axit khác nhau .................................... 45
Bảng 3.7. Kết quả phân tích BET của sản phẩm tái kết tủa bằng HCl 0,05M ..... 47
Bảng 3.8. Kết quả phân tích BET của các sản phẩm ........................................... 47
Bảng 3.9. Bảng so sánh yếu tố kinh tế và mơi trường của hai quy trình ............. 50
Bảng 3.10. Chi phí hóa chất để sản xuất ra 1kg nhơm hoạt tính từ xỉ nhơm ....... 50

v

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Hệ thống thu xỉ [2]. ................................................................................. 3
Hình 1.2. Sơ đồ hình thành xỉ cơ nhơm. ................................................................ 3
Hình 1.3. Xỉ sơ cấp (a) và xỉ thứ cấp (b). .............................................................. 4
Hình 1.4. Cấu trúc khối của nhơm oxit. ............................................................... 12
Hình 1.5. Vị trí của ion Al3+ trong cấu trúc bó chặt anion................................... 12
Hình 1.6. Quy trình hoa tách nhơm và tạo dung dịch natrialuminat bằng HCl. .. 18
Hình 1.7. Quy trình hịa tách nhơm và tạo dung dịch natrialuminat bằng NaOH.
.............................................................................................................................. 18
Hình 1.8. Quy trình tạo nhơm hoạt tích từ dung dịch natrialuminat. .................. 19
Hình 1.9. XRD của Al(OH)3 hình thành ở pH=5 và được nung ở các nhiệt độ khác
nhau [29]. ............................................................................................................. 20
Hình 1.10. XRD của Al(OH)3 hình thành ở pH=7 và được nung ở các nhiệt độ
khác nhau [29]...................................................................................................... 21
Hình 1.11. XRD của bayerite khi nung ở các nhiệt độ khác nhau [30]. .............. 21
Hình 2.1. Quy trình tái chế nhơm tại làng nghề Bình n, Nam Định [31]. ....... 22
Hình 2.2. Quá trình tạo aluminat từ xỉ. ................................................................ 24
Hình 2.3. Q trình tạo nhơm hydroxit. ............................................................... 25
Hình 2.4. Q trình tạo nhơm oxit. ...................................................................... 25
Hình 2.5. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P/[V(Po-P)] theo P/Po. ................. 29
Hình 2.6. Nguyên lý của nhiễu xạ tia X............................................................... 30
Hình 2.7. Nguyên lý phương pháp nhiễu xạ bột. ................................................. 31
Hình 3.1. Kết quả phân tích thành phần nguyên tố trong mẫu xỉ tổ hợp. ............ 33
Hình 3.2. Hàm lượng nguyên tố trong sản phẩm của quá trình hịa tách bằng HCl.
.............................................................................................................................. 34
Hình 3.3. Hàm lượng ngun tố trong sản phẩm của q trình hịa tách bằng NaOH.
.............................................................................................................................. 35
Hình 3.4. Phân bố mao quản mẫu quy trình hịa tách bằng HCl. ........................ 36
Hình 3.5. Phân bố mao quản mẫu quy trình hịa tách bằng NaOH...................... 36
Hình 3.6. Bề mặt chụp SEM của sản phẩm quy trình hịa tách bằng HCl. .......... 37

Hình 3.7. Bề mặt chụp SEM của sản phẩm quy trình hịa tách bằng NaOH. ...... 37
Hình 3.8. XRD của nhôm oxit khi nung ở các nhiệt độ 600,700 và 800oC. ........ 39
Hình 3.9. Độ tinh khiết của nhơm hoạt tính được khi tái kết tủa bằng HCl với nồng
độ khác nhau. ....................................................................................................... 42
vi


Hình 3.10. XRD của quá trình tái kết tủa bằng HCl 0,5M;0,1M và 0,05M. ...... 44
Hình 3.11. Phân bố mao quản mẫu sản phẩm từ quy trình tái kết tủa bằng axit HCl
0,05M. .................................................................................................................. 46
Hình 3.12. Bề mặt chụp SEM của sản phẩm quy trình tái kết tủa bằng HCl 0,05M
.............................................................................................................................. 46
Hình 3.13. Quy trình chế tạo nhơm hoạt tính từ xỉ thải nhôm. ............................ 49

vii



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, hoạt động tái chế nhôm diễn ra mạnh mẽ tại các làng nghề,
đem lại lợi ích kinh tế lớn cho người dân. Q trình tái chế nhơm phát sinh lượng
lớn nước thải chứa hóa chất độc hại, các loại khí CO2, SO2, .... từ quá trình đốt
nhiên liệu và một lượng lớn chất thải rắn. Một số làng nghề đã và đang giàu lên
nhờ tham gia vào tái chế phế liệu, nhưng mặt trái là họ đang bị bủa vây bởi ô nhiễm
môi trường khi các loại chất thải chưa được xử lí và quản lí đúng cách. Đặc biệt
đối với làng nghề Bình Yên - Nam Định, hàng năm tái chế khoảng 15.000 tấn
nhôm phế liệu và phát thải ra khoảng 200 tấn xỉ thải. Xỉ thải nhôm là một trong
những loại chất thải rắn đã được liệt kê vào danh mục chất thải nguy hại theo danh
mục chất thải nguy hại tại Việt Nam và Châu Âu. Hiện nay, xỉ thải tại các làng

nghề đang được đổ không đúng quy định gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng
tới sức khỏe của người dân. Chất thải tại làng nghề Bình Yên - Nam Định hiện
đang được tập kết và thu gom tại bãi tập kết của hợp tác xã và đem đi chơn lấp là
chính.Việc nghiên cứu thu hồi nhôm từ xỉ là cần thiết đem lại hiệu quả kinh tế
tránh lãng phí tài nguyên thiên nhiên và giảm lượng chất thải rắn phát sinh. Việc
thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo nhơm hoạt tính từ xỉ nhơm thải của làng nghề
tái chế nhơm Bình n – Nam Định” là cần thiết để thu hồi nhôm giảm chất thải
rắn phát sinh đem lại hiệu quả kinh tế, giảm thiểu năng lượng, giảm thiểu khai thác
quặng để sản xuất nhơm.... Sản phẩm nhơm hoạt tính tạo thành thân thiện với mơi
trường và có nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Tuy nhiên để đưa mơ hình và sản
xuất cơng nghiệp còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố về kinh tế. Luận văn đưa ra được
sản phẩm có độ tinh khiết 72,7% nhơm oxit ở dạng nhơm hoạt tính.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu:
(1)

Nghiên cứu thu hồi nhôm từ xỉ thải nhôm

(2)

Nghiên cứu chế tạo nhôm hoạt tính từ xỉ thải nhơm.

3. Đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
-

Nghiên cứu này lựa chọn đối tượng nghiên cứu là xỉ từ quá trình thiêu kết
để tái chế nhôm thủ công được lấy tại làng nghề tái chế nhơm tại thơn Bình
n, xã Nam Thanh, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định.

Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứ được sử dụng trong báo cáo
này:
1


-

Phương pháp kế thừa: Kế thừa từ tổng hợp các nghiên cứu trước đây qua
các bài báo, tài liệu.

-

Phương thức thực nghiệm: tiền hành trong phịng thí nghiệm.

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong phịng thí nghiệm theo
mẻ với vật liệu xỉ cơ từ làng nghề Bình n và các hóa chất phân tích. Phân tích
cho nghiên cứu thực hiện tại Phịng thí nghiệm nghiên cứu và triển khai cơng nghệ
mơi trường – INEST/HUST và Phịng thí nghiệm Hiển vi điện tử và Vi phân tích
(BKEMMA), Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Đại học Bách khoa
Hà Nội (HUST) cho các phép đo trên hệ SEM.
4. Những đóng góp mới của luận văn
Đưa ra phương án tiếp cận thân thiện với môi trường theo hướng giảm thiểu
lượng chất thải rắn nguy hại phát sinh đối với làng nghề tái chế nhôm và tận dụng
tài nguyên để tạo sản phẩm có giá trị hơn.
Với những đóng góp của nghiên cứu này, hi vọng trong tương lai khơng xa
có thể sản xuất nhơm oxit ứng dụng vào trong thực tế, chất lượng tốt từ xỉ nhôm
thải và quay ngược ứng dụng nó vào xử lý mơi trường tại làng nghề và các lĩnh
vực khác.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Việc thu hồi được nhôm từ xỉ thải của q trình tái chế nhơm vừa giải quyết

được lượng xỉ thải sinh ra tại các làng nghề tái chế nhơm và cịn chế tạo được sản
phẩm có nhiều ứng dụng mới. Đây sẽ là tiền đề để phát triển các công nghệ để bảo
vệ môi trường tại các làng nghề ở Việt Nam và tạo ra nguồn cung cấp vật liệu hấp
phụ, xúc tác mới.
6. Bố cục luận văn
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu
- Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và quy trình thực nghiệm
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan xỉ nhơm
1.1.1.

Q trình hình thành xỉ

Xỉ nhôm là chất thải rắn chứa các tạp chất cịn lại từ q trình nung nóng
chảy phế liệu nhơm. Q trình tạo thành xỉ nhơm được thể hiện theo Hình 1.1 và
Hình 1.2. Ước tính được lượng xỉ nhôm của làng nghề tạo ra khoảng 15-25 kg/1000
kg nhôm thành phẩm [1].

Hình 1.1 Hệ thống thu xỉ [2].

Hình 1.2. Sơ đồ hình thành xỉ cơ nhơm.

Xỉ nhơm được chia làm 2 loại: xỉ nhôm sơ cấp (PAD) và xỉ nhơm thứ cấp
(SAD). Theo quy trình Hình 1.2 thì xỉ nhơm sơ cấp được hình thành từ q trình
tái chế nhôm lần đầu các bọt nhôm và cặn nhôm được gạt ra, xỉ này có chứa nhiều
thành phần nhơm thường có hình dáng vón cục, nhỏ gọn (chứa khối lượng nhôm
3


nhiều hơn 50% khối lượng xỉ nên nó cịn được gọi là xỉ trắng, xỉ ướt, xỉ giàu). Xỉ
thứ cấp được hình thành từ q trình nấu tận thu nhơm từ xỉ sơ cấp cùng với các
chất phụ gia. Xỉ thứ cấp có chứa ít thành phần nhơm (khối lượng nhôm từ 5 – 20%
khối lượng của xỉ, xỉ màu đen và khơ), và thường có hình dạng hạt [2](Hình 1.3).

Hình 1.3. Xỉ sơ cấp (a) và xỉ thứ cấp (b).
1.1.2.

Thần phần của xỉ nhôm

Thành phần chủ yếu của xỉ bao gồm Al2O3, SiO2, Na2O, FeO, kim loại
nhôm, spinel MgAl2O4), diaoyudaoite (NaAl11O17), oxit nhôm nitrit (Al5O6N),
hibonite (CaAl12O19) và các hợp chất khác Bảng 1.1. Các thành phần khác cũng đã
được tìm thấy trong các lớp xỉ nhơm bao gồm AlN, NaCl và một số dấu vết của
KCl, Si, cryolite, nhôm cacbua (Al4C3), và MgF2, NaAlCl4, KalCl4, MgO, KMgF3
và K2NaAlF6. Một số thành phần như Na3AlF6, KCl và NaCl đã được xác định
bằng phân tích XRD và tồn tại ở dạng pha tinh thể nhỏ. Các muối NaCl, KCl và
CaF2 có nguồn gốc từ phụ gia muối nóng chảy [2].
Bảng 1.1. Thành phần của xỉ từ tái chế nhôm [2]

4

Hợp chất/nguyên tố

% khối lượng

Al2O3

42-48

AlN

11,8-23,6

SiO2

1,3-14,0

Fe2O3

0,2-2,5

CaO

0,6-1,0

MgO

1,8-4,2

MnO

0,11

Na2O

0,11-2,75


1.1.3.

K2 O

0,26-0,51

TiO2

0,13-0,31

P

0,01

S

0,22-0,26

Cu

0,05-0,63

Zn

0,18

Cl

3,90

C

1,25

Tính chất của xỉ nhơm

Xỉ có thể phản ứng với nước, hơi nước hoặc ẩm trong khơng khí để tạo ra các
sản phẩm khí. Người ta ước tính được rằng mỗi tấn chất thải sẽ tạo ra mười hai tấn
khí thải [2]. AlN, Al4C3, AlP, Al2S3, và Al5O6N trong hợp chất của xỉ thủy phân
chậm khi tiếp xúc với nước hoặc hơi sinh ra NH3, PH3, H2S2, CH4:
AlN + 3H2O → Al(OH)3 + NH3 ↑

(1)

2Al5O6N + 3H2O → 5Al2O3 + 2NH3 ↑

(2)

AlP + 3H2O → Al(OH)3 + PH3↑

(3)

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S↑

(4)

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4 ↑

(5)

Theo Quyết định 23/2006/QĐ-BTNMT “ Về việc ban hành danh mục chất
thải nguy hại” ngày 26/12/2006 (Bảng 1.2), xỉ thứ cấp nằm trong danh mục chất
thải nguy hại do xỉ sinh ra khí ammoniac, metan, phosphine và hydro disulfide ở
dạng khí trong mơi trường khí xung quanh và có khả năng tích tụ ơ nhiềm trong
mơi trường.
Bảng 1.2. Danh mục chất thải nguy hại
Mã
CTNH
05 02

Tên chất thải
Chất thải từ q trình nhiệt luyện nhơm

Mã EC
10 03

05 02 01 Xỉ từ quá trình sản xuất sơ cấp

10 03 04

05 02 01 Xỉ muối từ quá trình sản xuất thứ cấp

10 03 08

05 02 01 Xỉ đen từ quá trình sản xuất thứ cấp

10 03 09
5


Việc xử lý xỉ nhôm vẫn đang là một thách thức đối với ngành sản xuất nhôm
ở Việt Nam hiện nay cũng như trên thế giới. Nếu không được xử lý thích hợp, khi
ở ngồi mơi trường các chất độc có trong xỉ khi trời mưa có thể bị rửa trôi đi vào
nước mặt, ngấm vào đất và đi vào nước ngầm từ đó có thể ảnh hưởng đến con
người gây ra các bệnh về da. Khi phơi nhiễm ngoài khơng khí có thể phát tán các
hạt bụi xỉ, khí ô nhiễm có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe như viêm phế quả và
bệnh bụi phổi silic [1].
1.2. Tình hình nghiên cứu thu hồi nhơm từ xỉ thải cơ nhơm
1.2.1.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay trên thế giới có nhiều cơng nghệ xử lý đối với xỉ nhơm, có thể kể

đến một số cơng nghệ đã được nghiên cứu, áp dụng:
-

Sử dụng công nghệ plasma bởi Lavoie and Dube [3] để loại bỏ bớt muối tự
do trong xỉ, phương pháp này có hiệu quả giảm thiểu đáng kể các vấn đề
mơi trường, nhưng khó triển khai thực tế. Quá trình này, sử dụng một ngọn
đuốc plasma để cung cấp nhiệt làm nóng chảy điện tích trong lị quay, nâng
nhiệt độ của vật tích điện lên khoảng 700–800°C. Kiểm sốt khơng khí của
lị ln duy trì để giảm thiểu q trình oxy hóa của kim loại. Điện áp cao
đặt trên các điện cực gây ra sự hình thành hồ quang điện. Phạm vi nhiệt độ
của hồ quang trong q trình này dễ dàng đạt 4.000-6.000°C. Lị quay tạo

ra sự khuấy cơ học làm vỡ màng oxit, dẫn đến việc chiết xuất nhôm tốt hơn
để lại sản phẩm phi kim loại dưới dạng cặn. Hiệu suất trung bình của q
trình thu hồi vật liệu có thể là cao tới 85% và giảm chất thải vào môi trường.
Tuy nhiên phương pháp này tiêu tốn nhiều năng lượng: chi phí lắp đặt, vận
hành và bảo trì khá cao.

-

Phương pháp vật lý - hóa học kết hợp để xử lý xỉ thải bằng cách thay đổi
lượng muối, kích thước hạt, thành phần kim loại [4] [5]. Quy trình thu hồi
kim loại nhôm được thực hiện bằng cách nạp xỉ nhôm và muối (lượng muối
bằng 50% khối lượng xỉ) vào lò đốt dầu hoặc khí. Khi giai đoạn nóng chảy
xuất hiện, kim loại và vật liệu thô hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim loại
được hình thành. Cặn có xu hướng tích tụ cao và nổi trên bề mặt gồm các
chất khí hịa tan, các chất muối có tỷ trọng thấp, kim loại nhẹ và các oxít
xốp khơng kết tinh. Nó chảy xuống đáy lị hoặc tích tụ gần thành lị và tạo
thành một lớp cặn khơ. Pha muối bên trên được lọc rồi kết tinh tạo thành xỉ
muối. Cặn khơ và xỉ muối rất độc vì chứa một lượng khá cao clorua và
florua nên cần có phương pháp xử lý tách biệt. Lị quay muối có một số
nhược điểm như rủi ro về chi phí, an tồn về mơi trường.

6


-

Dùng lò nung hồ quang điện một chiều: Sử dụng dịng điện một chiều duy
trì giữa hai điện cực graphit để đốt nóng điện tích trên nhiệt độ nóng chảy
của nhơm. Trong q trình gia nhiệt thì cơ chế truyền năng lượng chủ yếu
là bức xạ từ hồ quang giữa vật liệu chịu nhiệt được nung nóng và điện tích.

Nhiệt độ thường được duy trì trong khoảng 700–800°C. Khí argon được sử
dụng ngăn chặn sự hình thành của nhơm nitrua làm cho q trình oxi hóa
kim loại nóng chảy tiếp tục giảm. Sau khi hồn thành q trình gia nhiệt,
q trình tách nhơm kim loại được thực hiện để lại cặn và được lấy ra khỏi
lò. Hiệu suất thu hồi nhôm đạt trong khoảng 70-80%. Tuy nhiên, phương
pháp này tiêu tốn năng lượng, nguy cơ rị rỉ nhơm nóng chảy đã bị khử do
khơng có bộ phận làm mát bằng nước.

-

Làm gạch bằng cách thay đổi trộn tro xỉ với kaoline với các tỉ lệ khác nhau
bởi [6]. Kiểm tra đánh giá các đặc tính nung, khối lượng riêng, sốc nhiệt,
độ thấm.

-

Phương pháp thu hồi nhôm từ xỉ hay Phương pháp Tsakiridis. Gồm 4 bước:
(1) nghiền mịn xỉ nhôm xuống dưới 1mm và thu hồi nhôm kim loại thông
qua sàng lọc; (2) nghiền bi đến kích thước <100 μm và thu hồi qua sàng
tuyển; (3) thu muối tan ở áp suất khí quyển qua việc rửa nước ở 90oC; (4)
thu hồi nhơm bằng q trình xi măng hóa ở áp suất cao và nhiệt độ khoảng
240oC sử dụng soda tạo thành aluminat tan.

-

Chế tạo bột nano nhơm hoạt tính với độ tinh khiết cao từ xỉ thứ cấp [7]. Xỉ
được hịa tách bằng HCl sau đó được đưa đi tiền kết tủa với NH3. Tiếp theo
được lọc tách kết tủa rồi đưa đi hòa tách bằng NaOH. Cuối cùng tái kết tủa
bằng HCl và đưa đi nung để tạo ra sản phẩm nhơm hoạt tính có độ tinh khiết
97,6%.

-

Phương pháp tận dụng xỉ nhôm gồm:
o Sử dụng bột xỉ nghiền mịn như chất phụ gia trong xi măng/bê tông.
Reddy & Neeraja; Elinawa & Mbadike cho thấy có thể thay thế 1015% trong bê tơng mà khơng thay đổi cơ tính. Tsakiridis cũng cho
thấy có thể sản xuất bê tơng sinh thái với 5% xỉ nhôm và 20% xỉ sắt
cạnh tranh với bê tông thông thường.
o Sử dụng xỉ nhôm làm phụ gia xi măng thay thế một phần cho sa thạch
tại các nhà máy xi măng.
o Sử dụng làm vật liệu chịu lửa, xi măng aluminat canxi. Xỉ nhôm chứa
thành phần canxi aluminat và spinel. Khi tiến hành nung xỉ nhơm
khơ trong lị quay ở nhiệt độ trên 982oC tạo ra một sản phẩm chịu

7


lửa bao gồm chủ yếu corundum (-Al2O3) và spinel (MgAl2O4).
Yoshimura đã thành công trong phương pháp này.
o Agunsoye sử dụng xỉ nhôm để chế tạo nhựa epoxy nhôm composit.
Các hạt nhôm làm giảm đáng kể khả năng chịu nhiệt và mịn của vật
liệu tổng hợp.
o Xỉ nhơm sau khi rửa sạch các muối tan có thể dược sủ dụng làm
nguyên liệu sản xuất thủy tinh silicat.
o Sử dụng xỉ nhôm đế sản xuất các hydrotalcites (hydroxit kép của
nhôm và Maggie) để sản xuất vật liệu trao đổi ion LDH.
o Sử dụng để sản xuất H2 thông qua phản ứng:
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑
để loại bỏ lớp oxit bề mặt cần dùng dạng dung dịch kiềm làm chất xúc
tác.

1.2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Tại Việt Nam đã có một số nghiên cứu để xử lý xỉ nhơm như sau:
a) Xử lý xỉ thu hồi phèn nhôm tại làng nghề Bình Yên, Nam Định [8].
Quy trình xử lý được tiến hành theo mẻ với khối lượng 1 mẻ xử lý là 10 kg.
Cân 10 kg xỉ cho vào máy nghiền búa nhằm nghiền nhỏ các hạt xỉ vón cục để đạt
trước kích thước theo yêu cầu trước khi đưa vào công đoạn xử lý tiếp theo. Xỉ sau
khi nghiền được đưa vào thiết bị phản ứng số 1, tại đây bổ sung dung dịch NaOH
5% để hòa tách xỉ nhôm thu muối NaAlO2. Bùn thải được thu gom chuyển đến bãi
chứa chất thải thông thường. Dung dịch muối nhôm NaAlO2 thu được sẽ được dẫn
qua thiết bị lọc nhằm lọc bỏ các cặn bẩn trước khi dẫn qua thiết bị phản ứng số 2.
Tại thiết bị phản ứng 2 bổ sung dung dịch H2SO4 nhằm phản ứng với dung dịch
NaAlO2 thu phèn Al2(SO4)3.18H2O. Sản phẩm phèn nhôm thu được chất lượng
thấp và ý nghĩa ứng dụng trong bảo vệ mơi trường cũng thấp. Mơ hình trình diễn
tại làng Bình n khơng đạt được hiệu quả. Có nhiều lý do giải thích cho điều này,
như kinh phí vận hành các hệ thống thí điểm quá cao so với mức chấp nhận của
chủ sản xuất, các hệ thống xử lý môi trường vận hành bởi lao động địa phương
thiếu kinh nghiệm và kỹ năng, dẫn đến mau chóng hỏng hóc và vận hành kém hiệu
quả, dẫn đến đa phần đều ngưng hoạt động sau thời gian thí điểm
b) Xử lý xỉ thu hồi phèn nhôm tại làng nghề Văn Môn, Bắc Ninh [9].
Xỉ nhơm được hịa tách bằng dung dịch NaOH, sau đó thủy phân, axit hóa bằng
dung dịch H2SO4 để thu Al2(SO4)3 sau đó trộn thêm K2SO4 theo tỉ lệ hợp thức và
sản xuất ở quy mô 500g bã thải/mẻ theo các điều kiện đã nghiên cứu để sản xuất

8


phèn đơn và phèn kép. Kết quả thu được phèn đơn chứa 99,03% Al2(SO4)3.18H2O
(thị trường 98%), phèn kép chứa 99,02% AlK(SO4)2.12H2O (thị trường ≥ 99%).
1.3. Làng nghề Bình Yên - Nam Định
Làng nghề Bình n có 465 hộ với hơn 1.800 nhân khẩu, trong đó có 127 hộ

tham gia sản xuất nhơm và 140 hộ cán kéo tạo hình. Trung bình một ngày, làng
nghề Bình Yên xuất bán gần 100 tấn sản phẩm đồ nhôm gia dụng. Tổng giá trị của
làng nghề mỗi năm đạt 70 tỷ đồng. Làng nghề phát triển đã tạo việc làm, thu nhập
cho 1.000 lao động của địa phương và khoảng 500 lao động ở các xã lân cận [8].
Mỗi năm làng nghề Bình Yên tái chế khoảng 15.000 tấn nhôm phế liệu. Bên cạnh
các lợi thế kinh tế của việc tái chế và có lợi ích mơi trường mong muốn, cơng nghệ
tái chế nhơm thể hiện những mối nguy tiềm ẩn của chính nó đối với mơi trường và
cả con người nói chung.
a. Thu thập và phân loại phế liệu
Phế liệu nhơm có thể khó để xử lý một cách an tồn và đưa ra một số mối
nguy hiểm như: hóa chất độc hại, an tồn lao động, vật liệu gây nổ, chất phóng
xạ,… [10]
b. Các vấn đề xử lý nhiệt
Khi các cơ sở tái chế nhận phế liệu đã qua xử lý sơ bộ từ các nguồn, một số
mối nguy hiểm có thể tồn tại như:
1. Nước: Nếu nước được nạp vào lò nung chảy cùng với phế liệu có thể gây nổ.
2. Rỉ sét: Khả năng phản ứng của rỉ sét với nhơm nóng chảy:
Fe2O3 + 2Al (l) → 2Fe (l) + Fe2O
3.
4.
5.

c.

Phản ứng nhiệt này rất tỏa nhiệt, đến mức có thể bị nổ.
Độc tố ở nhiệt độ cao: Những hóa chất không gây nguy hiểm trong ở nhiệt
độ thường nhưng thải ra khí độc khi đun nóng ở nhiệt độ cao.
Chất nổ nhiệt độ cao: Phản ứng của hóa chất nitrat với nhơm nóng chảy là
một vấn đề an tồn quan trọng trong các hoạt động tẩy rửa.
Chất phụ gia: Chất phụ gia muối được sử dụng trong lò quay và một số lò

phản xạ bốc hơi ở một mức độ nhỏ trong q trình nấu chảy, tạo ra khói
clorua. Bụi phát ra từ xỉ muối cũng gây nguy hiểm tại nơi làm việc [11].
Nước thải

Nước thải từ các quy trình tái chế quy mơ nhỏ chứa hàm lượng lớn hỗn hợp
các chất axit và hàm lượng rất lớn kim loại được thải trực tiếp ra các con sông. Tại
làng nghề Bình Yên quá trình tẩy rửa các sản phẩm nhơm đã thải trực tiếp ra mơi
trường nước thải có chứa các dung dịch độc hại như a-xít, hơi kim loại, xút... trung
bình từ 7 - 10m3/hộ/ngày.
d. Khí thải
Ơ nhiễm khơng khí từ nhơm tái chế khơng chỉ đến từ việc đốt nhiên liệu hóa
thạch. Ơ nhiễm khơng khí phát sinh khi nhơm bị nóng chảy. Q trình nóng chảy
giải phóng furan, dioxit, hydro clorua và các hạt vật chất.
e. Chất thải rắn
9


Chất thải rắn sinh ra trong quá trình tái chế nhôm bao gồm xỉ than, xỉ nhôm.
Lượng chất thải rắn thải ra tại làng nghề Bình Yên, Nam Định lên đến hơn 40
tấn/tháng [12].
1.4. Tổng quan về nhôm oxit
Nhôm oxit là hợp chất của nhôm với oxy với công thức hóa học là Al2O3. Cịn
được gọi là alumina. Nhơm oxit là chất rắn màu trắng, khơng tan trong nước, có
nhiệt độ nóng chảy cao trên 2.000oC.
1.4.1. Phân loại nhơm oxit
a. Phân loại dựa vào nhiệt độ chuyển hóa từ nhơm hydroxit
Nhôm oxit được phân loại dựa vào nhiệt độ chuyển hố từ nhơm hydroxit và
được chia thành [13, 14]:
-

Nhơm oxit tạo thành ở nhiệt độ thấp (Al2O3. nH2O) 0 < n < 0,6; chúng
được tạo thành ở nhiệt độ không vượt q 600oC và được gọi là nhóm
gamma nhơm oxít, gồm có: χ, η và γ-Al2O3

-

Nhơm oxít tạo thành ở nhiệt độ cao từ 900 đến 1000oC được gọi là nhóm
delta nhơm oxit (δ-Al2O3), gồm κ, θ và δ-Al2O3.

Trong khn khổ đề tài này, nghiên cứu tập trung vào việc tạo thành nhôm oxit
ở nhiệt độ thấp ở các dạng χ, η và γ- Al2O3.
η-Al2O3:
Khối lượng riêng của η- Al2O3: 2,50 ÷ 3,60 g/cm3.
η- Al2O3 được tạo thành khi nung Bayerit ở nhiệt độ lớn hơn 230oC, cấu trúc
của η- Al2O3 gần giống như cấu trúc của γ- Al2O3 và được ổn định bằng một số ít
nước tinh thể. Tuy nhiên lượng nước dư trong η-Al2O3 nhỏ hơn trong γ- Al2O3 .
Khi nung lượng nước dư trong η- Al2O3 tồn tại đến 900oC [13] [14].
η- Al2O3 và γ- Al2O3 khác nhau về kích thước lỗ xốp, bề mặt riêng, tính axit.
Mặc dù chúng có số tâm axit như nhau, nhưng lực axit ở η- Al2O3 lớn hơn.
η- Al2O3 kết tinh trong khối lập phương, mạng tinh thể thuộc dạng spinel. Trong
cấu trúc tinh thể của η- Al2O3, ion nhôm Al3+ phân bố chủ yếu trong khối tứ diện,
đối với γ- Al2O3 phần lớn Al3+ ở khối bát diện. η- Al2O3 khác với γ- Al2O3 ở mức
độ cấu trúc trật tự hơn và cấu trúc oxy bó chặt hơn. Trong khoảng nhiệt độ 800850oC, η- Al2O3 chuyển hoá thành θ- Al2O3 [13] [14].
χ- Al2O3
Khối lượng riêng của χ-Al2O3: 3,00 g/cm3
χ- Al2O3 tạo thành trong q trình nung Gibbsit trong khơng khí hoặc nitơ ở
nhiệt độ 230 - 300oC. Có ý kiến cho rằng χ- Al2O3 là trạng thái trung gian của quá
trình kết tinh γ- Al2O3. χ- Al2O3 kết tinh trong hệ lục diện, kết cấu ô mạng cơ sở
là giả lập phương. Nguyên tử nhôm nằm trong bát diện được bó chặt bằng các
10

nguyên tử oxy. Khi nung tới nhiệt độ 800 - 1000oC, χ- Al2O3 biến đổi thành κAl2O3 [13] [14].
γ- Al2O3
Khối lượng riêng của γ- Al2O3: 3,20 ÷ 3,77 g/cm3
Khối lượng riêng của γ- Al2O3 bằng 72% của α- Al2O3
Dạng γ- Al2O3 khơng tìm thấy trong tự nhiên mà nó được tạo thành khi nung
Gibbsit, Bayerit, Nordstrandit và Boehmite ở nhiệt độ khoảng 400 ÷ 600oC hay
trong q trình phân huỷ muối nhơm từ 900 ÷ 950oC [13] [14].
b. Phân loại theo cấu trúc
Người ta cũng có thể phân loại nhơm oxit tùy theo cấu trúc của chúng:
- Nhóm α: Có cấu trúc mạng lưới bát diện bó chặt, nhóm này duy nhất chỉ có
α- Al2O3
- Nhóm β: Có cấu trúc mạng lưới bó chặt luân phiên, nhóm này có β- Al2O3,
trong đó gồm oxít kim loại kiềm, kiềm thổ và sản phẩm phân huỷ Gibbsit có cùng
họ cấu trúc χ và κ- Al2O3.
- Nhóm γ: Với cấu trúc mạng khối bó chặt, trong đó bao gồm sản phẩm phân
huỷ nhơm hydroxit dạng Bayerit, Nordstrandit, và Boehmite. Nhóm này bao gồm
η, γ- Al2O3 được tạo thành ở nhiệt độ thấp và δ, θ- Al2O3 tạo thành ở nhiệt độ cao.
Nhìn chung, trong các quá trình xúc tác và hấp phụ người ta thường sử dụng
nhóm γ- Al2O3 hoặc nhóm các nhơm oxit tạo thành ở nhiệt độ thấp.
1.4.2. Cấu trúc của nhôm oxit
Cấu trúc của nhôm oxit được xây dựng từ các đơn lớp của các quả cầu bị bó
chặt [15]. Lớp này có dạng tâm đối mà ở đó mọi ion O2- được định vị ở vị trí 1 như
Hình 1.4. Lớp tiếp theo được phân bố trên lớp thứ nhất, ở đó tất cả những quả cầu
thứ hai nằm ở vị trí lõm sâu của lớp thứ nhất (vị trí 2). Đối với lớp thứ 3 có thể xảy
ra 2 khả năng sau:
+ Khả năng 1: Độ bó chặt khối lục giác
Lớp thứ 3 được phân bố ở vị trí như lớp thứ nhất, và tiếp tục như vậy ta sẽ được
thứ tự phân bố của các lớp như sau:

1,2; 1,2; 1,2; 1,2; ...
Cấu trúc này đặc trưng cho α- Al2O3.
+ Khả năng 2: Độ bó chặt khối lập phương.
Lớp thứ 3 được phân bố trên những hố sâu khác của lớp thứ nhất (vị trí 3), cịn
lớp thứ 4 phân bố tại vị trí 1. Như vậy, ta sẽ có sự phân bố của các lớp như sau:
1,2,3;1,2,3;1,2,3; ...
Độ bó chặt khối lập phương đặc trưng cho η và γ-Al2O3.
11