BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN  TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI : Công Nghệ Luyện Nhôm Bằng Phương Phát Kiềm Thiêu Kết & Các Chất Thải Đặc Trưng Kèm Theo Trong Công Nghệ Giáo viên hướng dẫn : TH.S Đinh Bách Khoa Sinh viên: SHSV Nguyễn Văn Dương 20090608 Nguyễn Minh Dương 20090614 Đinh Thị Nhung 20091974 Đỗ Anh Tuấn 20092964 Nguyễn Trần Tuấn Vũ 20093322 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG PHẦN MỘT : MỞ ĐẦU 1.1 Khái niệm chung Nhôm là kim loại nhẹ quan trọng nhất trong cuộc sống con người và là một trong bốn kim loại màu cơ bản Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ, tỷ trọng nhỏ, dễ uốn, dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc). Nhôm 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 với điều kiện thông thường. Ngày nay, nhôm và các hợp chất của nhôm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống như chế tạo máy bay, ôtô, kỹ thuật điện, xây dựng, sản xuất gạch chịu lửa, sản xuất sơn, phèn, dụng cụ gia đình, Về khối lượng sử dụng, nhôm chỉ đứng sau sắt và thép. Nhôm còn được sử dụng nhiều trong công nghiệp quốc phòng, nên được coi là một trong những kim loại chiến lược. 1.2 Vai trò trong nền kinh tế Phát triển công nghiệp nhôm sẽ góp phần công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, tạo điều kiện phát triển các ngành công nghiệp liên quan ở trung ương và địa phương, phát triển kinh tế xã hội, nâng cao dân trí cho đồng bào vùng miền núi. Công nghiệp nhôm phát triển sẽ góp phần tăng kim ngạch xuất khẩu, cân 2 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG đối ngoại tệ, tăng thu ngân sách, tạo công ăn việc làm và cải thiện đời sống cho hàng vạn người lao động. Nhu cầu thị trường Nước ta do chưa có công nghệ sản xuất nhôm nên với nhu cầu sử dụng ,nước ta nằm trong khu vực có nhu cầu nhập khẩu nhôm vào loại lớn nhất trên thế giới . Hàng năm các nước ASEAN, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan phải nhập trên 4 triệu tấn nhôm, Trung Quốc và Nga nhập 3-4 triệu tấn alumin để điện phân nhôm (1) . Với vị trí địa lý thuận lợi và mối quan hệ kinh tế truyền thống, đây là thị trường và là khu vực tiềm tàng cho các sản phẩm nhôm của nước ta. Nhu cầu về sản phẩm nhôm trong nước ta hiện nay cũng khá lớn, mỗi năm nước ta nhập khoảng 70.000 tấn nhôm kim loại (1) . Dự báo nhu cầu nhôm trong những năm tới sẽ như sau: Dự báo nhu cầu nhôm đến 2015 (1) (đơn vị:tấn). Chủng loại 2005 2010 2015 Nhôm thỏi 60.000 80.000 100.000 Nhôm hình 39.000 65.000 80.000 Nhôm tấm, lá 29.500 35.000 40.000 Các loại khác 10.050 15.000 20.000 Tổng cộng 138.550 195.000 240.000 Về nhôm oxyt, nhu cầu nước ta hiện nay như sau: (1) Lĩnh vực sử dụng Nhu cầu hiện nay (tấn Al 2 O 3 /năm) Vật liệu xây dựng 450 – 500 Vật liệu chịu lửa 1900 – 2300 Thủy tinh 500 Gốm sứ 150 – 200 Tổng cộng 3000 – 3500 tấn 3 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Nếu tính cả tới nhu cầu của các ngành khác, nhất là khi Việt Nam thực hiện chiến lược phát triển ngành công nghiệp luyện nhôm, thì triển vọng thị trường của ngành sản xuất và cung cấp nhôm oxit kỹ thuật trong tương lai là rất lớn. Nước ta cũng có nhu cầu lớn về sản phẩm phèn nhôm, ngoài ra phèn nhôm còn có thể được xuất khẩu sang một số nước trong khu vực. Năm 2001, Công ty Hóa chất cơ bản Miền Nam đã xuất được 1500 tấn phèn nhôm. Tình hình ngành công nghiệp nhôm ở một số nước Những nước và khu vực có nhiều quặng boxit là các nước Địa Trung Hải của châu Âu như Pháp, Italia, Nam Tư, Rumani, Hy Lạp, và một số nước châu Âu khác như Hungari, Nga, Cadăctan. Những mỏ boxit lớn nhất thế giới nằm ở các nước châu Mỹ như Hoa Kỳ, Guyana, Haiti, Giamaica. Các nước như ấn Độ, Trung Quốc, Auxtralia, Gana, Camơrun, Modămbich, Madagasca, Thổ Nhĩ Kỳ, Inđônexia, … cũng có những mỏ boxit lớn. Hiện nay, trên thế giới có khoảng 20 nước khai thác boxit, 25 nước sản xuất alumin và 40 nước sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân. Năm 2000, tổng sản lượng các sản phẩm đó trên toàn thế giới như sau (1) : - boxit : 135 triệu tấn - alumin : 52,8 triệu tấn - nhôm : 24,4 triệu tấn Những nước sản xuất boxit, alumin và nhôm quy mô lớn trên thế giới hiện nay là (sản lượng năm 2000, triệu tấn) (1) : Nước Boxit Alumin Nhôm Australia 52,34 15,681 1,769 Mỹ 0 4,786 3,668 Trung Quốc 8,00 4,330 2,820 Braxin 13,84 3,743 1,271 Jamaica 11,30 3,640 0 4 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Nga 4,0 2,890 3,274 Ấn Độ 6,67 2,100 0,665 Surinam 3,80 1,900 0 Vênêzuêla 4,70 1,750 0,571 Ucraina 0 1,360 0,104 Canada 0 1,200 2,373 Cdăcxtan 3,73 1,200 0 Tây Ban Nha 0 1,100 0,366 Italia 0 1,023 0,189 Đức 0 1,000 0,644 PHẦN 2:LUYỆN NHÔM 2.1 Nguyên liệu và năng lượng luyện nhôm: Nguyên liệu luyện nhôm gồm có 2 loại : nguyên liệu tái sinh và quặng. Nhôm sản xuất từ nguyên liệu tái sinh chiếm 30 – 32% (2) tổng sản lượng nhôm sản xuất ra. Quặng nhôm vẫn là nguyên liệu chủ yếu để luyện nhôm. Nhôm là nguyên liệu có trữ lượng lớn trên vỏ trái đất ( lớn hơn sắt rất nhiều ) . Chưa phát hiện nhôm thiên nhiên vì nhôm có ái lực rất lớn với oxy. Theo Phec-man có tới 50 loại quặng có nhôm trong đó phần lớn là hợp chất của nhôm với oxy và SiO 2 . Nhưng quan trọng nhất , có giá trị công nghiệp là loại quặng : Boxit, nephelin, alumit, cao lanh và đất sét.Bên cạnh đó còn có các dung môi hòa tách… QUẶNG BOXIT Việt Nam có hai loại hình quặng boxit: 1/ 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 lượng dự đoán khoảng trên 350 triệu tấn, hàm lượng nhôm dao động trong khoảng 39-65 % (1) . Cụ thể, quặng boxit phân bố như sau (1) : 5 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - nhóm tụ khoáng Hà Giang: tài nguyên ước đoán khoảng 60 triệu tấn. - nhóm tụ khoáng Cao Bằng: tài nguyên ước đoán khoảng 240 triệu tấn. - nhóm tụ khoáng Lạng Sơn: tài nguyên đã được thăm dò và ước đoán khoảng 50 triệu tấn. - Mỏ Lỗ Sơn (Hải Dương) có trữ lượng cấp B là 97.000 tấn, trữ lượng cấp C1 là 24.000 tấn với hàm lượng Al2O3 khoảng : 52 % - Vùng Quỳ Hợp – Quỳ Châu có tài nguyên dự tính khoảng 1 triệu tấn với hàm lượng Al2O3 khoảng : 30 – 50% 2/ Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên và Miền Nam Việt Nam, với tổng trữ lượng ước tính khoảng 7,6 tỷ tấn (1) . Trữ lượng quặng boxit đã được 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 như sau (1) : * Tài nguyên vùng Đắc Nông – Phước Long khoảng 1.570 triệu tấn * Tài nguyên boxit vùng Lâm Đồng tập trung ở hai tụ khoáng là Tân Rai và Bảo Lộc. - Trữ lượng vùng khoáng Tân Rai khoảng 57 triệu tấn cấp C1, 120 triệu tấn cấp C2, hàm lượng Al2O3 khoảng : 44,69 % - Trữ lượng vùng tụ khoáng Bảo Lộc khoảng 378 triệu tấn. Nói chung, quặng boxit nguyên khai ở Lâm Đồng đều có chất lượng không cao, hàm lượng Al 2 O 3 chỉ khoảng 35 – 37% (1) . Người ta phải tuyển rửa quặng nguyên khai để thu được tinh quặng giàu nhôm hơn. Sau khi tuyển, tinh quặng boxit ở các tụ khoáng Lâm Đồng cũng chỉ đạt hàm lượng 45 – 49% Al 2 O 3 (1) . Tuy nhiên, trừ những khu mỏ lớn ở Lâm Đồng, trữ lượng quặng còn lại được phân bố dàn trải, vỉa quặng không dày và hầu hết đều nằm trong các vùng canh tác nông, lâm nghiệp, có những khó khăn nhất định trong quá trình khai thác để sản xuất nhôm quy mô, do đụng chạm trực tiếp đến việc sử dụng đất canh tác, vấn đề cân bằng nước mặt, quặng thải, nước thái và nói chung là vấn đề sinh thái Năng Lượng : Sử dụng năng lượng điện chuyển hóa thành nhiệt để ổn định nhiệt độ trong các quá trình và điện phân 6 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 2.2 Sản xuất oxyt nhôm bằng phương pháp kiềm thiêu kết: 2.2.1 SƠ ĐỒ SẢN XUẤT NHÔM (2) : 7 | P a g e Quặng fluorin Quặng nhôm Than Sản xuất sạch Sản xuất cực than Điện phânCriolit sạch Tuyển Hồ cực dương thạch cao flo Nấu chảy tinh luyện Điện năng Al thô Lớp lót cực thải Khí và bụi Xỉ bọt Cặn đỏ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 8 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 9 | P a g e Đá vôi Quặng bôxit Xô đa Dung dịch cái Xay Nghiền Phối liệu Lắng lọc Khử silic Hòa tách Dung dịch Natri Aluminat sạch Xay nghiền Nghiền thiêu kết phẩm Cô đặc Cacbonat hóa Lắng lọc Cặn đỏ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 2.2.2 thiêu kết:(sơ đồ trên) • Mục đính của thiêu kết là biến oxyt nhôm thành aluminat dễ tan và silit thành muối Silicat khó tan.Để đạt mụ đích ấy phải phối liệu theo tỉ lệ sau (2) : 1 phân tử gam phối với 1 phân tử . 1 phân tử gam SiO 2 phối với 1 phần tử gam CaCO 3 . • Quặng boxit,dung dịch và cùng hồi liệu cho vào máy nghiền,trộn nghiền rồi cho vào bể chứa.Phân tích thành phần hóa học ,điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu thiêu kết.Lò thiêu kết thường dùng nhất là lò ống quay,chiều dài 60-70m(hiện nay có lò trên 100m) (2) đường kính 3-4m(nay có lò 5m) (2) .Liệu ờ trong lò được nung đàn ,nước bốc hơi.Quặng khô lăn dần tới vùng nhiệt độ cao(1200-1300 C) (2) và xảy ra các phản ứng sau đây : o Ở nhiệt độ thấp: + = + (1) + = + (2) + = + (3) o Phản ứng 3 có tốc độ chậm hơn phẩn ứng 1 và 2 nhiều,đồng thời có thể sinh ra hợp chất . . Nung lên 900 (2) trong liệu sẽ hết sút tự do.sản phẩm của phản ứng 1 và 2 lại tác dụng với oxyt canxi và oxyt nhôm: + = + + 2CaO+ = +2CaO. + 4CaO= +2(2CaO. 10 | P a g e [...]... gồm các kim lạo nặng ,muối ,kiềm F… Để xử lý kiềm thường dung cách trrung hòa bằng các axit tạo muối.để khủ F dung sữa vôi tạo kết tủa CaF2 Kim loại trong nước thải được khử bằng nhiều cách như kết tủa ,điện hóa,sinh học,trao đổi ion .trong đó kết tủa là phương pháp ứng dụng nhiêu nhất +phương pháp trao đổi ion đây là phương pháp dung Ionit(nhựa hữu cơ tổng hợp) ,các chất phân tử có gốc hyđrocacbon và các. .. loại đã tan trong quá trình điện phân Nước làm sạch khí cà nguội xỉ chứa các chất rắn lơ lửng ,kim loại nặng,có thể có cả hợp chất của S Để sản xuất 1 tấn oxit nhôm thải ra khoảng 3m3 nước thải các loại Để tinh luyện 1 tấn nhôm sạch thải ra khoảng ra khoảng 30m3 nước thải Nước thải chứa các kim loại nặng gây bệnh viêm loét dạ dày,hô hấp,ung thư máu ,các bênh đường ruột và ngoài da 3.6.2:quy trình xử lý... natri theo cùng một kiểu như ở lò cao luyện gang Thực tiễn hiện nay về việc quản lý chất thải bao gồm việc quản lý chất thải bao gồm việc lưu giữ tạm thời ở các khu vực giới hạn ,có mái che,được bảo vệ , để giảm thiểu sự phát sinh các chất hòa tan,và chon ở các vùng chứa chất thải, rồi phủ lên trên lớp vật liệu chống thấm để giảm thiểu sự phát sinh các chất hòa tan,và chon ở các vùng chứa chất thải, rồi... 18200KW giờ 2.6 Tinh luyện Nhôm: 2.6.1 Các tạp chất trong nhôm thô a Các tạp chất kim loại : gồm sắt, silic, titan, canxi, natri, đồng, ma-nhê, vanađi, ăng-ti-noan, măng-gan và ao-xê-nich Nhưng đồng thời các hợp chất này chỉ có sắt và silic là có nhiều nhất b Các tạp chất phi kim loại : có thể gồm chất điện phân, ôxit nhôm, nitrit nhôm, các muối florua, các hạt than c Các tạp chất thể khí : nhiều nhất... 3.3.CHẤT THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT FLUORIN Chất điện phân ,cần cho bể điện phân muối nóng chảy được sản xuất từ axit fuoric,mà axit này lại sinh ra từ phản ứng fluorin với axit sunfuric đậm đặc: Ca 2HF + Ca Thạch cao được tạo ra do phản ứng này gọi là thạch cao flo,là chất thải 27 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 3.4.CHẤT THẢI TỪ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN NHÔM:... trăng rồi lọc.Hydroxyt nhôm lọc ra đem nung trong lò ống quay,dung dịch tuần hoàn dùng lại 14 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 2.3 Sản xuất criolit và chất fluorua: 2.3.1 Criolit: Với luyện nhôm yêu cầu đối với Criolit tương đối cao ,các chất tạp không được quá tỉ lệ(2) : + 0,45%-0,5% < 1,5% < 1,5% Criolit để luyện nhôm đều sản xuất theo phương pháp nhân tạo... http://www.vnexpress.net/GL/Kinh-doanh/2010/10/3BA223AB/Page_3.asp ) 3.6.NƯỚC THẢI 3.6.1 nguồn nước thải Nước thải trong luyện kim chứa nhiều tạp chất vô cơ Nước rủa ở khâu tuyển quặng chứa các oxit kim loại,muối Aluminat.,muối silicat ,các tạp chất vô cơ khác và đất đá ,chất rắn lơ lửng Nước từ quá trình hòa tan và hòa tách rửa và lắng gặn sản phảm chứa kiềm, kim loại,một số chất hòa tan như As,F… Dung dịch điện phân cũng thường... điện phân nhôm .Sản xuất 1 tấn Criolit tốn (2): 15 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 0,7 tấn axit fluoric 0,73 tấn 0,27 tấn Al 2.3.2 AlF3 Sản xuất AlF3 bằng cách cho ãit fluỏic tác dụng với hydroxyt nhôm 3 HF + Al = Al (2) kết tủa Al 3 Nấu lên 90 3 sau đem nung lên 350 pháp sản xuất NaF cũng giống trên chỉ thay Al (2) sẽ được Phương bằng NaOH 2.4 .sản xuất cực... electron biến thành nhôm nguyên chất Những nguyên tố có điện thế dương lớn hơn sẽ không bị hòa tan ở cực dương và sẽ bị nằm lại trong hợp kim cực dương Những kim loại có điện dương nhỏ hơn sẽ hòa tan ỏ cực dương và chuyển vào chất điện phân ở dạng ion và còn lại trong chất điện phân Trong khi tinh luyện nhôm bằng điện phân quá trình dương cực về mặt năng lượng cân bằng với quá trình âm cực vho nên... 3.1.1 lọc bụi trong xưởng thiêu kết: Khí thoát ra từ máy thiêu kết phụ thuộc vào độ thấu khí của phối liệu,lượng nhiên liệu có trong phối liệu và lượng không khí rò vào máy thiêu kết Lượng khí thoát ra chiếm khoảng 2500 -4800 3000-4000 (3) cho 1 (3) (3) Cho một tấn quặng thiêu kết hoặc hữu hiệu máy thiêu kết Bụi có trong không khí thoát ra từ máy thiêu kết phụ thuộc lượng hạt nhỏ có trong phối liệu,độ . VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN  TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI : Công Nghệ Luyện Nhôm Bằng Phương Phát Kiềm Thiêu Kết & Các Chất Thải Đặc Trưng Kèm Theo Trong Công Nghệ Giáo. độ trong các quá trình và điện phân 6 | P a g e TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG 2.2 Sản xuất oxyt nhôm bằng phương pháp kiềm thiêu kết: 2.2.1 SƠ ĐỒ SẢN XUẤT. Criolit: Với luyện nhôm yêu cầu đối với Criolit tương đối cao ,các chất tạp không được quá tỉ lệ (2) : + 0,45%-0,5% < 1,5% < 1,5% Criolit để luyện nhôm đều sản xuất theo phương pháp