Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu qui trình, kỹ thuật sản xuất kim loại nhôm
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Hóa kỹ thuât môn khoa học kỹ thuật quy trình sản xuất loại nguyên liệu sản phẩm kỹ thuật cao ngành hóa học.Như vậy, hóa kỹ thuật bao gồm cá phương pháp sản xuất, quy trình công nghệ, biến đổi hóa học trình sản xuất Hóa kỹ thuật ngành học quan trọng, đưa qui trình, kỹ thuật sản xuất, tổng hợp hợp chất vô cơ, hữu cơ, hóa dược, chế biến nhiên liệu…giúp cho nắm bắt hiểu biết ứng dụng qui trình vào thực tiễn sản xuất chế biến sản phẩm đáp ứng cho nhu cầu đời sống Như biết, sản phẩm mà ta sử dụng có qui trình, kĩ thuật sản xuất định, thường ta áp dụng qui trình mang tính chất phổ biến, ứng dụng mang lại tính hiệu kinh tế cao Mỗi sản phẩm sản xuất đựơc sử dụng với mục đích khác lĩnh vực kinh tế, y học, xây dựng, giáo dục,…trong đó, kim loại sản phẩm cần thiết, thiếu lĩnh vực Trong tiểu luận này, đựơc sâu vào nghiên cứu qui trình, kỹ thuật sản xuất kim loại nhôm Đây kim loại có tính ứng dụng kinh tế cao … lí em chọn đề tài cho tiểu luận Trong giúp hiểu nhôm, vai trò, ứng dụng sinh hoạt sản xuất, hiểu rõ kỹ thuật, cách thức, nguyên vật liệu để sản xuất nhôm Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Kim Triết hướng dẫn em hiểu rõ môn học giúp em bổ sung thêm kiến thúc để hoàn thành tốt tiểu luận Do kiến thức hạn hẹp nên nhiều thiếu sót tiểu luận, em chân thành cảm ơn đóng góp ý kiến thầy bạn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM Khái niệm 1.1 Các thuộc tính Nhôm kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, có lớp mỏng ôxi hóa tạo thành nhanh để trần ngoàikhông khí.Tỷ trọng riêng nhôm khoảng phần ba sắt hay đồng; mềm, dễ uốn dễ dàng gia công máy móc hay đúc Nó có khả chống ăn mòn bền vững lớp ôxít bảo vệ Nó không nhiễm từ không cháy để không khí điều kiện thông thường Hình Kim loại nhôm Nhôm đứng thứ 13 bảng tuần hoàn nguyên tố, có ký hiệu Al Và có cấu hình electron [Ne]3s23p1 Nguyên tử khối 27 đvC Khối lượng riêng 2,7 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 660oC Các đồng vị nhôm 1.2 Nhôm có chín đồng vị, số Z chúng từ 23 đến 30 Chỉ có Al-27 đồng vị ổn định Al-26 đồng vị phóng xạ, với chu kỳ bán hủy 7,2 × 10 năm tìm thấy tự nhiên, nhiên Al-27 có phổ biến tự nhiên 100% Al-26 sản xuất từ agon khí va chạm sinh tia vũ trụ proton Các đồng vị nhôm có ứng dụng thực tế việc tính tuổi trầm tích biển, vết mangan, nước đóng băng, thạch anh đá lộ thiên, thiên thạch Al-26 nguồn gốc vũ trụ sử dụng để nghiên cứu Mặt Trăng thiên thạch Các thành phần thiên thạch, sau thoát khỏi nguồn gốc chúng, chu du không gian bị công tia vũ trụ, sinh nguyên tử Al-26 Sau rơi xuống Trái Đất, chắn khí bảo vệ cho phần tử không sinh thêm Al-26, phân rã sử dụng để xác định tuổi trái đất thiên thạch này.Các nghiên cứu thiên thạch cho thấy Al-26 tương đối phổ biến thời gian hình thành hệ hành tinh Có thể lượng giải phóng phân rã Al-26 có liên quan đến nấu chảy lại sai biệt số tiểu hành tinh sau chúng hình thành cách 4,6 tỷ năm 1.3 Hợp kim nhôm Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, tạo hợp kim với nhiều nguyên tố đồng,kẽm,magiê,mangan silic 1.3.1 Tính chất hợp kim nhôm Khối lượng riêng nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm hợp kim nhôm nặng 1/3 thép Tính chống ăn mòn khí quyển: Do đặc tính ôxy hoá biến lớp bề mặt nhôm thành ôxít nhôm (Al2O3) xít chặt chống ăn mòn cao khí quyển, chúng dùng đa ngành mà không cần sơn bảo vệTính dẫn điện: Tính dẫn điện nhôm 2/3 đồng, nhôm nhẹ nên chúng sử dụng nhiều hơn, bị nung nóng Tính dẻo: Rất dẻo, nên thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng, màng, ép chảy thành có biên dạng đặc biệt Nhiệt độ nóng chảy: Tương đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy đúc, làm nhôm hợp kim nhôm không sử dụng nhiệt độ cao 300-400 độ C 1.3.2 Phân loại hợp kim nhôm Được chia làm hai loại chinh: Hợp kim nhôm biến dạng: - Hợp kim nhôm biến dạng hoá bền nhiệt luyện Hợp kim nhôm biến dạng không hoá bền nhiệt luyện Hợp kim nhôm đúc: Là loại hợp kim với khoảng Si rộng (5-20%) có thêm Mg (0,3-0,5%) để tạo pha hoá bền Mg2Si nên hệ Al-Si-Mg phải qua hoá bền.Cho thêm Cu (3-5%) vào hệ Al-Si-Mg để cải thiện tính có tính đúc tốt có thành phần gần với tin Al-Si-Cu nên sử dụng đúc piston, nắp máy động đốt 1.3.3 Ứng dụng Tính theo số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất kim loại khác, trừ sắt, đóng vai trò quan trọng kinh tế giới.Khi gia công cơ-nhiệt, hợp kim nhôm có thuộc tính học tăng lên đáng kể - Các hợp kim nhôm tạo thành thành phần quan trọng máy bay tên lửa tỷ lệ sức bền cao khối lượng - Khi nhôm bay chân không, tạo lớp bao phủ phản xạ ánh sáng xạ nhiệt Các lớp bao phủ tạo thành lớp mỏng ôxít nhôm bảo vệ, không bị hư hỏng lớp bạc bao phủ hay bị Trên thực tế, gần toàn loại gương đại sản xuất sử dụng lớp phản xạ nhôm mặt sau thủy tinh Các gương kính thiên văn phủ lớp mỏng nhôm, mặt trước để tránh phản xạ bên điều làm cho bề mặt nhạy cảm với tổn thương - Hợp kim nhôm, nhẹ bền, dùng để chế tạo chi tiết phương tiện vận tải - Chế tạo máy móc, hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp…) CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM Phân bố quặng nhôm Kết thăm dò địa chất phát lãnh thổ nước ta có trữ lượng quặng boxit phong phú Miền Bắc Miền Nam Việt Nam Tổng trữ lượng quặng boxit Việt Nam ước tính khoảng tỷ tấn, có 7,6 tỷ tỉnh Tây Nguyên Với trữ lượng vậy, nước ta đứng số nước có trữ lượng boxit lớn giới Quặng boxit nguồn tài nguyên lớn nước ta, sở để hình thành ngành công nghiệp luyện nhôm, nguồn lực quan trọng trình công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Mặc dù nhôm kim loại sản phẩm quan trọng cho ngành kinh tế quốc dân nước ta có sẵn nguồn nguyên liệu điều kiện khác để sản xuất nhôm kim loại (thuỷ điện, nhân lực ) chưa sản xuất nhôm kim loại Vì vậy, mục tiêu mà phủ đề xây dựng ngành công nghiệp nhôm Việt Nam, đáp ứng nhu cầu nhôm nước, tranh thủ xuất phần sản phẩm sang nước xung quanh, tạo sở vật chất kỹ thuật ban đầu 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 sản phẩm alumin nhôm Ở Việt Nam có hai loại hình quặng boxit: Loại quặng bơsmit diaspo, tập trung chủ yếu Miền Bắc Việt Nam, phân bố tỉnh Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang) Tổng trữ lượng dự đoán khoảng 350 triệu tấn, hàm lượng nhôm dao động khoảng 39-65 %.Modul silic (Al2O3 /SiO2) 5-8 Cụ thể, quặng boxit phân bố sau: - Nhóm tụ khoáng Hà Giang: tài nguyên ước đoán khoảng 60 triệu - Nhóm tụ khoáng Cao Bằng: tài nguyên ước đoán khoảng 240 triệu - Nhóm tụ khoáng Lạng Sơn: tài nguyên thăm dò ước đoán khoảng 50 triệu - Mỏ Lỗ Sơn (Hải Dương) có trữ lượng cấp B 97.000 tấn, trữ lượng cấp C1 24.000 , với hàm lượng sau: Al2O3 52 % SiO2 6,4 % Fe2O3 26 % TiO2 % CaO 0,53 % MgO 0,24 % Hàm lượng bị nung khoảng 12 % Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu Tây Nguyên Miền Nam Việt Nam, với tổng trữ lượng ước tính khoảng7,6 tỷ Trữ lượng quặng boxit thăm dò chứng minh Tây Nguyên Miền Nam Việt Nam khoảng 2772 triệu Trong cụ thể khu vực sau: - Tài nguyên vùng Đắc Nông - Phước Long khoảng 1.570 triệu - Tài nguyên boxit vùng Lâm Đồng tập trung hai tụ khoáng Tân Rai Bảo Lộc Hàm lượng: Al2O3 44,69% SiO2 2,61% Fe2O3 23,35% TiO2 3,52% Hàm lượng bị nung khoảng 24,3% Nói chung, quặng boxit nguyên khai Lâm Đồng có chất lượng không cao, hàm lượng Al2O3 khoảng 35 - 37% Người ta phải tuyển rửa quặng nguyên khai để thu tinh quặng giàu nhôm Sau tuyển, tinh quặng boxit tụ khoáng Lâm Đồng đạt hàm lượng 45 - 49% Al2O3 Ngoài ra, quặng boxit miền Nam có vùng Kon Plong, Phú Yên, Quảng Ngãi, với trữ lượng khoảng 106 triệu Nhìn chung, boxit Việt Nam hầu hết vùng khai thác lộ thiên Tuy nhiên, trừ khu mỏ lớn Lâm Đồng, trữ lượng quặng lại phân bố dàn trải, vỉa quặng không dày hầu hết nằm vùng canh tác nông, lâm nghiệp, nên có khó khăn định trình khai thác để sản xuất nhôm quy mô lớn, đụng chạm trực tiếp đến việc sử dụng đất canh tác, vấn đề cân nước mặt, vấn đề quặng thải, vấn đề nước thải nói chung vấn đề sinh thái Hình 2.Biểu đồ phân bố hàm lượng quặng Boxit Việt Nam 10 CHƯƠNG III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM Nguyên liệu 1.1 Khái niệm Boxit Boxit loại quặng nhôm (aluminium ore) có thành phần hydroxit nhôm Al(OH)3 oxit hydroxit nhôm AlO(OH) loại oxit khác oxit sắt (hematite Fe2O3 goethite HFeO2), oxit silic SiO2, oxit titan TiO2, caolinit Al2Si2O5(OH)4, sét tạp chất khác Boxit đặt theo tên làng Le Baux nằm phía Nam nước Pháp, nơi mà boxit tìm thấy vào năm 1821 nhà địa chất Piere Berthier Hình Boxit với phần lõi nguyên mảnh đá mẹ chưa phong hóa Boxit có màu hồng, nâu hình thành từ trình phong hóa đá giàu nhôm tích tụ từ quặng có trước trình xói mòn Quặng boxit phân bố chủ yếu vành đai xung quanh xích đạo đặc biệt môi trường nhiệt đới Từ boxit tách alumina (Al203), nguyên liệu để luyện nhôm lò điện phân, chiếm 95% lượng bôxít khai thác giới 12 1.2 Quá trình hình thành phân quặng boxit Bô xít hình thành loại đá có hàm lượng sắt thấp sắt bị rửa trôi trình phong hóa Quá trình hình thành trải qua giai đoạn: phong hóa nước thấm lọc vào đá gốc tạo ôxít nhôm sắt, làm giàu trầm tích hay đá bị phong hóa rửa trôi nước ngầm, cuối giai đoạn xói mòn tái tích tụ bô xít Quá trình chịu ảnh hưởng vài yếu tố đá mẹ chứa khoáng vật dễ hòa tan khoáng vật bị rửa trôi để lại nhôm sắt, độ lổ hổng có hiệu đá cho phép nước thấm qua, lượng mưa cao xen kẽ đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nước tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn Theo mô hình mô trình giá trị pH thích hợp đạt khoảng 3,5-4,0 Ở Việt Nam, boxit phân bố phổ biến tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn Tây nguyên Ở tỉnh phía Bắc, boxit ổ, phễu dạng cột xuyên lên vào giao điểm đứt gẫy địa chất (chủ yếu giao điểm đứt gãy, lấp đầy hang động karsto, phủ bất chỉnh hợp lên đá cổ (người ta nhầm boxit trầm tích)dưới dạng lớp dăm, cuội dung nham 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 dạng dòng chảy phủ lên đá bazan trầm tích cổ Phần mặt lộ mặt đất mực nước tĩnh, lớp dăm cuội dung nham bị laterit hóa rắn chắc; lớp laterit đá cổ hơn, mực nước tĩnh gặp "cuội, sỏi, cát, sét - kaolin chứa bauxite quặng đa khoáng" giống quặng sa khoáng 13 Từ quan sát phân tích thực tế, kết luận: boxit Việt Nam, nói riêng, giới nói chung, có nguồn gốc nội sinh kiểu núi lửa Quặng có vùng họng núi lửa vùng phụ cận quy mô núi lửa địa hình núi lửa phun trào quặng boxit Quy mô boxit phụ thuộc vào quy mô núi lửa mang quặng Thân quặng có dạng cột (khoáng trụ), dạng phễu dạng lấp đầy hang, hốc, thung lũng Chiều dày thân quặng phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách tới họng núi lửa mà phun lên địa hình mà lớp dung nham mang quặng boxit lấp vào.Phần mặt đất, thân quặng bị laterit hóa Hàm lượng quặng boxit Tây nguyên thấy nghèo ([...]... năng lượng 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 chưa có ngành công nghiệp nhôm riêng với quy mô lớn 2 Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm tại Việt 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... alumina là tên gọi khác của oxit nhôm Al 2O3 Alumin xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng hợp chất với khoáng chất khác, ví dụ như: trong quặng boxit, đất sét, mica… Oxit nhôm còn xuất hiện gần như nguyên chất dưới 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 được dùng để sản xuất vật liệu xây dựng và vật... dài khoảng 10 phút sẽ gây ra hao tổn nhôm do tạo thành AlCl3 chỉ vào khoảng từ 2 đến 3 % Tiếp theo người ta tiến hành thổi nito để đuổi hết khí clo ra khỏi không gian bể tinh chế Trên thế giới một lượng lớn nhôm đượ sản xuất ra từ nhôm phế liệu.Nhiều khi lượng nhôm tái sinh chiếm tới khoảng 50% lượng nhôm khai thác từ mỏ.Việc nấu lại nhôm phế liệu khác với sản xuất nhôm từ oxit.Thông thường người ta... phân ba lớp Nhôm nóng chảy là lớp trên cùng được cách lớp đáy lớp muối nóng chảy (dung dịch điện ly) nặng hơn do được bổ sung them thành phần BaF2 hay BaCl2 Lớp đáy thường dùng là hợp kim nặng của nhôm và đồng 23 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN Với qui trình sản xuất nhôm trong công nghiệp ở trên, đó là phương pháp duy nhất để luyện nhôm từ boxit bằng cách điện phân Al 2O3 sạch (sản xuất từ boxit theo qui trình... 2009 Nhà máy nhôm Asia Vina – Taiwan (thuộc Công ty Thương 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 nước ngoài và liên doanh về sản xuất các loại nhôm thanh định hình đạt tiêu chuẩn chất lượng 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... cung cấp nước 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 được phát minh bởi Karl Bayer năm 1887 và do vậy quy trình này được đặt tên là quy trình Bayer Quy trình Bayer gồm 3 công đoạn: hòa tách, kết tủa và nung 18 Quy trình sản xuất Alumin được... một số lượng 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 trưng mà nó đựơc ứng dụng rất nhiều Việc tinh luyện, điều chế nhôm, phần lớn dùng để chế tạo hợp kim Còn lại được dùng cho các lĩnh vực khác Dựa trên những đặc điểm và tính ứng dụng của nhôm cũng như qui trình sản xuất của nó, chúng... 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 như các hợp chất vô cơ, hữu cơ, hóa dược …khác với mục đích mang lại tính nâng cao hiệu quả kinh tế và tăng năng suất nhằm góp phần phát triển đất nước 24 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu 1: Kết quả quá trình làm sạch nguyên liệu sản xuất nhôm? A Thu được Al nguyên chất B Thu được Al2O3... chỉnh thì không có xảy ra sự điện phân tạo natri kim loại Sản xuất nhôm yêu cầu tiêu hao một lượng 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.Al 2O3 là khoảng 32% vào cryolit là 4% và vào hao mòn điện cực khoảng 12% 22 Nhôm sản xuất bằng con đường điện phân như đã nêu thường có... thống mạ hoàn thiện sản phẩm, hệ thống đúc nhôm để nấu lại toàn bộ dư 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 CHƯƠNG ... qui trình, kỹ thuật sản xuất kim loại nhôm Đây kim loại có tính ứng dụng kinh tế cao … lí em chọn đề tài cho tiểu luận Trong giúp hiểu nhôm, vai trò, ứng dụng sinh hoạt sản xuất, hiểu rõ kỹ thuật, ...LỜI MỞ ĐẦU Hóa kỹ thuât môn khoa học kỹ thuật quy trình sản xuất loại nguyên liệu sản phẩm kỹ thuật cao ngành hóa học.Như vậy, hóa kỹ thuật bao gồm cá phương pháp sản xuất, quy trình công... dự án kim loại, tạo chu trình sản xuất từ bauxite đến sản phẩm nhôm hợp kim Tuy nhiên tại, Việt Nam chưa có ngành công nghiệp nhôm riêng với quy mô lớn Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành