Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học 118921095-71696046-nguyễn-văn-qui...

Tài liệu 118921095-71696046-nguyễn-văn-qui

.PDF
27
128
58

Mô tả:

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM ............................................... 4 1. Khái niệm .......................................................................................................... 4 1.1 Các thuộc tính cơ bản ................................................................................. 4 1.2 Các đồng vị của nhôm ................................................................................ 5 1.3 Hợp kim nhôm ............................................................................................ 5 1.3.1 Tính chất của hợp kim nhôm ............................................................... 5 1.3.2 Phân loại hợp kim nhôm ...................................................................... 6 1.3.3 Ứng dụng .............................................................................................. 6 CHƢƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM ......................... 8 1. Phân bố quặng nhôm......................................................................................... 8 2. Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm tại Việt Nam .... 11 CHƢƠNG III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM ................................................. 12 1. Nguyên liệu ..................................................................................................... 12 1.1 Khái niệm về Boxit ................................................................................... 12 1.2 Quá trình hình thành và phân quặng boxit ............................................... 13 1.3 Phân loại quặng boxit ............................................................................... 14 1.4 Khái niệm Alumin .................................................................................... 15 2. Quy trình sản xuất nhôm................................................................................. 15 2.1 Khai thác quặng Boxit .............................................................................. 15 2.2 Tuyển rửa boxit ........................................................................................ 17 2.3 Các công đoạn của quá trình sản xuất Alumin ......................................... 18 1 2.3.1 Công đoạn hòa tách............................................................................... 20 2.3.2 Công đoạn kết tủa ................................................................................. 21 2.3.3 Công đoạn nung ..................................................................................... 22 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN ..................................................................................... 25 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM..................................................................................... 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 27 2 LỜI MỞ ĐẦU Hóa kỹ thuât là môn khoa học về kỹ thuật và quy trình sản xuất các loại nguyên liệu và sản phẩm kỹ thuật cao trong ngành hóa học.Nhƣ vậy, hóa kỹ thuật bao gồm cá phƣơng pháp sản xuất, quy trình công nghệ, những biến đổi hóa học trong quá trình sản xuất. Hóa kỹ thuật là một ngành học rất quan trọng, nó đƣa ra những qui trình, kỹ thuật sản xuất, tổng hợp các hợp chất vô cơ, hữu cơ, hóa dƣợc, chế biến nhiên liệu…giúp cho chúng ta có thể nắm bắt và hiểu biết cũng nhƣ ứng dụng những qui trình đó vào thực tiễn sản xuất và chế biến ra những sản phẩm đáp ứng cho nhu cầu đời sống. Nhƣ chúng ta đã biết, bất kì một sản phẩm nào mà ta sử dụng đều có một qui trình, kĩ thuật sản xuất nhất định, và thƣờng ta áp dụng những qui trình mang tính chất phổ biến, ứng dụng và mang lại tính hiệu quả kinh tế cao. Mỗi một sản phẩm đƣợc sản xuất ra đều đựơc sử dụng với những mục đích khác nhau trong từng lĩnh vực nhƣ kinh tế, y học, xây dựng, giáo dục,…trong đó, kim loại là một trong những sản phẩm rất cần thiết, không thể thiếu trong bất kì lĩnh vực nào. Trong bài tiểu luận này, chúng ta sẽ đựơc đi sâu vào nghiên cứu qui trình, kỹ thuật sản xuất kim loại nhôm. Đây là kim loại có tính ứng dụng kinh tế rất cao … và đây cũng là lí do tại sao em chọn đề tài này cho bài tiểu luận của mình. Trong bài này sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về nhôm, vai trò, ứng dụng của nó trong sinh hoạt cũng nhƣ sản xuất, và hiểu rõ hơn kỹ thuật, cách thức, nguyên vật liệu để sản xuất ra nhôm. Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Kim Triết hƣớng dẫn em hiểu rõ hơn về môn học này cũng nhƣ giúp em bổ sung thêm kiến thúc để hoàn thành tốt bài tiểu luận này. Do kiến thức còn hạn hẹp nên còn nhiều thiếu sót trong bài tiểu luận, em chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn. 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KIM LOẠI NHÔM 1. Khái niệm 1.1 Các thuộc tính cơ bản Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoàikhông khí.Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm, dễ uốn và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc. Nó 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 ở điều kiện thông thƣờng. Hình 1. Kim loại nhôm Nhôm đứng thứ 13 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, có ký hiệu Al. Và có cấu hình electron [Ne]3s23p1 Nguyên tử khối bằng 27 đvC. Khối lƣợng riêng là 2,7 g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy là 660oC. 4 1.2 Các đồng vị của nhôm Nhôm có chín đồng vị, số Z của chúng từ 23 đến 30. Chỉ có Al-27 là đồng vị ổn định và Al-26 là đồng vị phóng xạ, với chu kỳ bán hủy 7,2 × 10 5 năm đƣợc tìm thấy trong tự nhiên, tuy nhiên Al-27 có sự phổ biến trong tự nhiên là 100%. Al-26 đƣợc sản xuất từ agon trong khí quyển do va chạm sinh ra bởi các tia vũ trụ proton. Các đồng vị của nhôm có ứng dụng thực tế trong việc tính tuổi của trầm tích dƣới biển, các vết mangan, nƣớc đóng băng, thạch anh trong đá lộ thiên, và các thiên thạch. Al-26 nguồn gốc vũ trụ đầu tiên đƣợc sử dụng để nghiên cứu Mặt Trăng và các thiên thạch. Các thành phần của thiên thạch, sau khi thoát khỏi nguồn gốc của chúng, trong khi chu du trong không gian bị tấn công bởi các tia vũ trụ, sinh ra các nguyên tử Al-26. Sau khi rơi xuống Trái Đất, tấm chắn khí quyển đã bảo vệ cho các phần tử này không sinh ra thêm Al-26, và sự phân rã của nó có thể sử dụng để xác định tuổi trên trái đất của các thiên thạch này.Các nghiên cứu về thiên thạch cho thấy Al-26 là tƣơng đối phổ biến trong thời gian hình thành hệ hành tinh của chúng ta. Có thể là năng lƣợng đƣợc giải phóng bởi sự phân rã Al-26 có liên quan đến sự nấu chảy lại và sự sai biệt của một số tiểu hành tinh sau khi chúng hình thành cách đây 4,6 tỷ năm. 1.3 Hợp kim nhôm Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhƣng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố nhƣ đồng,kẽm,magiê,mangan và silic. 1.3.1 Tính chất của hợp kim nhôm Khối lƣợng riêng nhỏ (~2,7g/cm³) nên nhôm và hợp kim nhôm chỉ nặng bằng 1/3 thép. 5 Tính chống ăn mòn trong khí quyển: Do đặc tính ôxy hoá của nó đã biến lớp bề mặt của nhôm thành ôxít nhôm (Al2O3) rất xít chặt và chống ăn mòn cao trong khí quyển, do đó chúng có thể dùng trong đa ngành mà không cần sơn bảo vệTính dẫn điện: Tính dẫn điện của nhôm bằng 2/3 của đồng, nhƣng do nhôm nhẹ hơn nên chúng đƣợc sử dụng nhiều hơn, ít bị nung nóng hơn... Tính dẻo: Rất dẻo, nên rất thuận lợi cho việc kéo thành dây, tấm, lá, băng, màng, ép chảy thành các thanh có biên dạng đặc biệt. Nhiệt độ nóng chảy: Tƣơng đối thấp nên thuận tiện cho việc nấu chảy khi đúc, nhƣng cũng làm nhôm và hợp kim nhôm không sử dụng đƣợc ở nhiệt độ cao hơn 300-400 độ C. 1.3.2 Phân loại hợp kim nhôm Đƣợc chia làm hai loại chinh:  Hợp kim nhôm biến dạng: - Hợp kim nhôm biến dạng hoá bền đƣợc bằng nhiệt luyện. - Hợp kim nhôm biến dạng không hoá bền đƣợc bằng nhiệt luyện.  Hợp kim nhôm đúc: Là các loại hợp kim với khoảng Si rộng (5-20%) và có thêm Mg (0,3-0,5%) để tạo pha hoá bền Mg2Si nên các hệ Al-Si-Mg phải qua hoá bền.Cho thêm Cu (3-5%) vào hệ Al-Si-Mg để cải thiện cơ tính và có tính đúc tốt do có các thành phần gần với cùng tin Al-Si-Cu nên đƣợc sử dụng trong đúc piston, nắp máy của động cơ đốt trong. 1.3.3 Ứng dụng Tính theo cả số lƣợng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vƣợt tất cả các kim loại khác, trừ sắt, và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới.Khi 6 đƣợc gia công cơ-nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể. - Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lƣợng. - Khi nhôm đƣợc bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hƣ hỏng nhƣ các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị. Trên thực tế, gần nhƣ toàn bộ các loại gƣơng hiện đại đƣợc sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy tinh. Các gƣơng của kính thiên văn cũng đƣợc phủ một lớp mỏng nhôm, nhƣng là ở mặt trƣớc để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổn thƣơng. - Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, đƣợc dùng để chế tạo các chi tiết của phƣơng tiện vận tải. - Chế tạo máy móc, các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp…) 7 CHƢƠNG II: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TẠI VIỆT NAM 1. Phân bố quặng nhôm Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện trên lãnh thổ nƣớc ta có trữ lƣợng quặng boxit phong phú ở cả Miền Bắc và Miền Nam Việt Nam. Tổng trữ lƣợng quặng boxit của Việt Nam ƣớc tính khoảng 8 tỷ tấn, trong đó có 7,6 tỷ tấn ở các tỉnh Tây Nguyên. Với trữ lƣợng nhƣ vậy, nƣớc ta đứng trong số các nƣớc có trữ lƣợng boxit lớn trên thế giới. Quặng boxit là nguồn tài nguyên lớn của nƣớc ta, là cơ sở để hình thành ngành công nghiệp luyện nhôm, là nguồn lực quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc. Mặc dù nhôm kim loại là sản phẩm quan trọng cho ngành kinh tế quốc dân và nƣớc ta có sẵn nguồn nguyên liệu cũng nhƣ các điều kiện khác để sản xuất nhôm kim loại (thuỷ điện, nhân lực...) nhƣng hiện nay chúng ta vẫn chƣa sản xuất đƣợc nhôm kim loại. Vì vậy, một trong mục tiêu mà chính phủ đã đề ra là xây dựng mới ngành công nghiệp nhôm Việt Nam, đáp ứng nhu cầu nhôm trong nƣớc, tranh thủ xuất khẩu một phần sản phẩm sang các nƣớc xung quanh, tạo cơ sở vật chất kỹ thuật ban đầu và 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 khẩu các sản phẩm alumin và nhôm. Ở Việt Nam có hai loại hình quặng boxit:  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 lƣợng dự đoán khoảng trên 350 triệu tấn, hàm lƣợng nhôm dao động trong khoảng 39-65 %.Modul silic (Al2O3 /SiO2) bằng 5-8. Cụ thể, quặng boxit phân bố nhƣ sau: - Nhóm tụ khoáng Hà Giang: tài nguyên ƣớc đoán khoảng 60 triệu tấn. - Nhóm tụ khoáng Cao Bằng: tài nguyên ƣớc đoán khoảng 240 triệu tấn. 8 - Nhóm tụ khoáng Lạng Sơn: tài nguyên đã đƣợc thăm dò và ƣớc đoán khoảng 50 triệu tấn. - Mỏ Lỗ Sơn (Hải Dƣơng) có trữ lƣợng cấp B là 97.000 tấn, trữ lƣợng cấp C1 là 24.000 tấn , với hàm lƣợng nhƣ sau: Al2O3 52 % SiO2 6,4 % Fe2O3 26 % TiO2 2 % CaO 0,53 % MgO 0,24 % Hàm lƣợng bị mất khi nung khoảng 12 %. Loại quặng gipsit, tập trung chủ yếu ở Tây Nguyên và Miền Nam Việt Nam, với tổng trữ lƣợng ƣớc tính khoảng7,6 tỷ tấn. Trữ lƣợng quặng boxit đã đƣợc 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 nhƣ sau: - Tài nguyên vùng Đắc Nông - Phƣớc Long khoảng 1.570 triệu tấn - Tài nguyên boxit vùng Lâm Đồng tập trung ở hai tụ khoáng là Tân Rai và Bảo Lộc. Hàm lƣợng: Al2O3 44,69% SiO2 2,61% Fe2O3 23,35% TiO2 3,52% Hàm lƣợng bị mất khi nung khoảng 24,3%. 9 Nói chung, quặng boxit nguyên khai ở Lâm Đồng đều có chất lƣợng không cao, hàm lƣợng Al2O3 chỉ khoảng 35 - 37%. Ngƣời ta phải tuyển rửa quặng nguyên khai để thu đƣợc tinh quặng giàu nhôm hơn. Sau khi tuyển, tinh quặng boxit ở các tụ khoáng Lâm Đồng cũng chỉ đạt hàm lƣợng 45 - 49% Al2O3. Ngoài ra, quặng boxit miền Nam còn có ở các vùng Kon Plong, Phú Yên, Quảng Ngãi, với trữ lƣợng khoảng 106 triệu tấn. Nhìn chung, boxit Việt Nam ở hầu hết các vùng đều có thể khai thác lộ thiên. Tuy nhiên, trừ những khu mỏ lớn ở Lâm Đồng, trữ lƣợng quặng còn lại đƣợc phân bố dàn trải, vỉa quặng không dày và hầu hết đều nằm trong các vùng canh tác nông, lâm nghiệp, nên sẽ có những khó khăn nhất định trong quá trình khai thác để sản xuất nhôm quy mô lớn, do đụng chạm trực tiếp đến việc sử dụng đất canh tác, vấn đề cân bằng nƣớc mặt, vấn đề quặng thải, vấn đề nƣớc thải và nói chung là vấn đề sinh thái. Hình 2.Biểu đồ phân bố hàm lƣợng quặng Boxit tại Việt Nam. 10 Việt Nam là quốc gia có nguồn năng lƣợng dồi dào với nhiều mỏ quặng bauxite, là cơ hội rất tốt cho việc phát triển năng lƣợng 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 chƣa có ngành công nghiệp nhôm riêng với quy mô lớn. Một số nhà máy sản xuất nhôm sản xuất thành phẩm nhôm tại Việt 2. 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 600.000 tấn/năm.Đƣa vào hoạt động năm 2009. Nhà máy nhôm Asia Vina – Taiwan (thuộc Công ty Thƣơng 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 nƣớc ngoài và liên doanh về sản xuất các loại nhôm thanh định hình đạt tiêu chuẩn chất lƣợng 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 hệ thống mạ hoàn thiện sản phẩm, hệ thống đúc nhôm để nấu lại toàn bộ dƣ 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 CHƢƠNG III: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM 1. Nguyên liệu 1.1 Khái niệm về Boxit Boxit là một loại quặng nhôm (aluminium ore) có thành phần chính là hydroxit nhôm Al(OH)3 hoặc oxit hydroxit nhôm AlO(OH) và các loại oxit khác nhƣ oxit sắt (hematite Fe2O3 và goethite HFeO2), oxit silic SiO2, oxit titan TiO2, caolinit Al2Si2O5(OH)4, sét và các tạp chất khác. Boxit đƣợc đặt theo tên làng Le Baux nằm ở phía Nam nƣớc Pháp, nơi mà boxit đƣợc tìm thấy đầu tiên vào năm 1821 bởi nhà địa chất Piere Berthier. Hình 3. Boxit với phần lõi còn nguyên mảnh đá mẹ chƣa phong hóa Boxit có màu hồng, nâu đƣợc hình thành từ quá trình phong hóa các đá giàu nhôm hoặc tích tụ từ các quặng có trƣớc bởi quá trình xói mòn. Quặng boxit phân bố chủ yếu trong vành đai xung quanh xích đạo đặc biệt trong môi trƣờng nhiệt đới. Từ boxit có thể tách ra alumina (Al203), nguyên liệu chính để luyện nhôm trong các lò điện phân, chiếm 95% lƣợng bôxít đƣợc khai thác trên thế giới. 12 1.2Quá trình hình thành và phân quặng boxit Bô xít hình thành trên các loại đá có hàm lƣợng sắt thấp hoặc sắt bị rửa trôi trong quá trình phong hóa. Quá trình hình thành trải qua các giai đoạn: đầu tiên là phong hóa và nƣớc thấm lọc vào trong đá gốc tạo ra ôxít nhôm và sắt, tiếp theo là làm giàu trầm tích hay đá đã bị phong hóa bởi sự rửa trôi của nƣớc ngầm, và cuối cùng là giai đoạn xói mòn và tái tích tụ bô xít. Quá trình này chịu ảnh hƣởng của một vài yếu tố chính nhƣ đá mẹ chứa các khoáng vật dễ hòa tan và các khoáng vật này bị rửa trôi chỉ để lại nhôm và sắt, độ lổ hổng có hiệu của đá cho phép nƣớc thấm qua, lƣợng mƣa cao xen kẽ các đợt khô hạn ngắn, hệ thống thoát nƣớc tốt, khí hậu nhiệt đới ẩm, có mặt lớp phủ thực vật với vi khuẩn. Theo một mô hình mô phỏng quá trình này thì giá trị pH thích hợp đạt khoảng 3,5-4,0. Ở Việt Nam, boxit phân bố phổ biến ở các tỉnh: Cao Bằng, Hà Giang, Lạng Sơn và Tây nguyên. Ở các tỉnh phía Bắc, boxit là các ổ, các phễu và dạng cột xuyên lên vào giao điểm các đứt gẫy địa chất (chủ yếu là giao điểm của 4 đứt gãy, lấp đầy các hang động karsto, và phủ bất chỉnh hợp lên các đá cổ hơn (ngƣời ta nhầm boxit trầm tích)dƣới dạng các lớp dăm, cuội dung nham đã 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 và dạng dòng chảy phủ lên đá bazan và các trầm tích cổ hơn. Phần trên mặt lộ ra trên mặt đất và trên mực nƣớc tĩnh, lớp dăm cuội dung nham này bị laterit hóa rất rắn chắc; nhƣng ngay dƣới lớp laterit sẽ là đá cổ hơn, hoặc nếu dƣới mực nƣớc tĩnh sẽ gặp "cuội, sỏi, cát, sét - kaolin chứa bauxite và quặng đa khoáng" giống quặng sa khoáng. 13 Từ quan sát và phân tích thực tế, có thể kết luận: boxit Việt Nam, nói riêng, thế giới nói chung, có nguồn gốc nội sinh kiểu á núi lửa. Quặng chỉ có ở vùng họng núi lửa và vùng phụ cận do quy mô núi lửa và địa hình khi núi lửa phun trào quặng boxit. Quy mô của boxit phụ thuộc vào quy mô của núi lửa mang quặng. Thân quặng có dạng cột (khoáng trụ), dạng phễu và dạng lấp đầy các hang, hốc, thung lũng. Chiều dày thân quặng phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách tới họng núi lửa mà nó phun lên và địa hình mà lớp dung nham mang quặng boxit lấp vào.Phần trên mặt đất, thân quặng luôn bị laterit hóa. Hàm lƣợng quặng boxit Tây nguyên hiện thấy rất nghèo (<15%), chứng tỏ ngƣời ta chỉ mới lấy đƣợc phần dăm cuội dung nham tràn lên mặt đất và bị laterit hoá. Càng gần miệng núi lửa phun quặng thì hàm lƣợng nhôm càng cao. Khi nhầm nguồn gốc của bauxite từ nội sinh sang ngoại sinh sẽ có những kết quả tai hại. 1.3Phân loại quặng boxit Bôxít tồn tại ở 3 dạng chính tùy thuộc vào số lƣợng phân tử nƣớc chứa trong nó và cấu trúc tinh thể gồm: gibbsit Al(OH)3, boehmit γ-AlO(OH), và diaspore α-AlO(OH),cùng với các khoáng vật oxit sắt goethit và hematit, các khoáng vật sét kaolinit và đôi khi có mặt cả anata TiO2. Gibbsit là hydroxit nhôm thực sự còn boehmit và diaspore tồn tại ở dạng hidroxit nhôm ôxít. Sự khác biệt cơ bản giữa boehmit và diaspore là diaspore có cấu trúc tinh thể khác với boehmit, và cần nhiệt độ cao hơn để thực hiện quá trình tách nƣớc nhanh. Từ nguồn gốc hình thành dẫn đến việc tạo thành hai loại mỏ boxit: - Loại phong hóa đƣợc hình thành do quá trình Laterit hóa chỉ diễn ra trong điều kiện nhiệt đới trên nền đá mẹ là các loại đá silicat: granit, 14 gneiss, badan và đá sét. Tại nƣớc ta, boxit ở Tây Nguyên đƣợc hình thành theo phƣơng thức này trên nền đất badan. - Loại trầm tích có chất lƣợng tốt và có giá trị công nghiệp. Loại này đƣợc hình thành bằng con đƣờng phong hóa Laterit trên nền đá cacbonat nhƣ đá vôi và dolomite xen kẽ các lớp kẹp sét tích tụ do phong hóa sót hay do lắng đọng phần khoáng vật sét không tan khi đá vôi phong hóa hóa học. 1.4Khái niệm Alumin Alumin và alumina là tên gọi khác của oxit nhôm Al2O3. Alumin xuất hiện trong tự nhiên dƣới dạng hợp chất với khoáng chất khác, ví dụ nhƣ: trong quặng boxit, đất sét, mica… Oxit nhôm còn xuất hiện gần nhƣ nguyên chất dƣới 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 đƣợc dùng để sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chịu lửa nhƣ bột mài, đá mài, gạch chịu lửa. gốm sứ, thủy tinh… 2. Quy trình sản xuất nhôm 2.1Khai thác quặng Boxit Các mỏ boxit ở Lâm Đồng, Đăk Nông có dạng vỉa gồm những thân quặng dầy 4-5 m phân bố chủ yếu ở khu vực đỉnh đồi và có chiều dầy lớp phủ từ 0 – 3 m. Quy trình công nghệ khai thác bô-xit lộ thiên tƣơng đối đơn giản. Sau khi cây cối ào và xúc bằng máy xúc và sau đó đƣợc vận chuyển bằng ô tô và băng tải tới phân xƣởng tuyển rửa. Sau khi đƣợc tuyển rửa bô-xit đƣợc vận chuyển bằng băng tải về nhà máy tinh luyện alumin. 15 Quặng boxit chƣa qua tuyển rửa thì đƣợc gọi là quặng boxit nguyên khai hay quặng trên bề mặt đƣợc cắt, lớp đất đá phủ đƣợc bóc và lƣu giữ gần nơi khai thác. Quặng bô-xit đã qua tuyển rửa đƣợc gọi là quặng tinh hay quặng cô đặc. Để có thể hình dung đƣợc mức độ sử dụng đất trong khai thác boxit ta có thể lấy ví dụ tính toán sau đây: trên diện tích 1 km² của mỏ Gia Nghĩa (đã đƣợc thăm dò) ta có thể khai thác đƣợc bao nhiêu tấn quặng bô-xit nguyên khai?. Để tính toán ta lấy hình vuông có cạnh 1000 m và diện tích 1 km².Với chiều dầy thân quặng trung bình 4 m thì ta có thể đào đƣợc 4 triệu m³ (1000 m × 1000 m × 4 m) boxit. Với trọng lƣợng riêng trung bình của boxit là 1,6 tấn/ m³ thì khối lƣợng boxit có thể khai thác trên 1 km² là khoảng 6,4 triệu tấn quặng nguyên khai. Với độ thu hồi tinh quặng sau tuyển rửa là 42,54 % thì ta có tổng lƣợng quặng tinh thu đƣợc trên 1 km² là 2,7 triệu tấn. Với hàm lƣợng oxit nhôm trung bình là 49,74% thì với 2,7 triệu tấn quặng tinh này ta có thể sản xuất đƣợc khoảng 1,3 triệu tấn alumin. Nói cách khác việc khai thác boxit trên một diện tích 1 km² có thể đủ cung cấp cho hoạt động của một nhà máy sản xuất alumin công suất 600.000 tấn/ năm trong hơn 2 năm. Tuy nhiên việc khai thác boxit không đƣợc thực hiện ngay một lúc ngay trên toàn bộ diện tích 1 km² mà đƣợc thực hiện dần dần trên từng ô nhỏ, đảm bảo cung cấp đủ boxit cho hoạt động thƣờng xuyên của nhà máy sản xuất alumin. Để đủ boxit cho một nhà máy sản xuất alumin công suất 600.000 tấn/năm (giả sử hoạt động 320 ngày/ năm) hoạt động trong 1 ngày ngƣời ta chỉ cần tới khoảng 3750 tấn quặng tinh (1.200.000/ 320) hay 8771 tấn quặng nguyên khai (tƣơng đƣơng với 5.482 m³ quặng) và với độ dầy trung bình thân quặng 4 m ngƣời ta chỉ cần khai thác boxit trên một diện tích khoảng 1370 m², tức là một hình chữ nhật có cạnh 45 m × 30 m (bằng khoảng 1/5 diện tích sân bóng đá chuẩn có kích thƣớc 105 m × 68 m). 16 Bên cạnh đó, việc khai thác quặng boxit phải đảm bảo phát triển bền vững. Để thực hiện khai thác boxit đảm bảo phát triển bền vững ngƣời ta tiến hành nhƣ sau: Trƣớc khi khai thác một cuộc điều tra đƣợc tiến hành tại khu vực sẽ khai thác để thu thập thông tin đầy đủ và chi tiết về nguồn nƣớc, đất đai, môi trƣờng sinh thái bao gồm mọi loài động thực vật có trên khu vực. Các thông tin này đƣợc sử dụng làm cơ sở dữ liệu cho báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng. Các công ty khai thác boxit cần thảo luận với chủ đất hoặc chính quyền địa phƣơng các tiêu chí về phục hồi đất đai và môi trƣờng sinh thái bao gồm các yêu cầu của chủ đất hay chính quyền địa phƣơng về các tiêu chuẩn phục hồi đất đai, động thực vật sau khai thác. Những tiêu chí này cần phải đạt đƣợc khi đơn vị khai thác bàn giao các khu vực đã đƣợc phục hồi cho chủ đất (ví dụ cây phải cao bao nhiêu m, bao nhiêu phần trăm thảm động thực vật cần đƣợc phục hồi). Khu vực khai thác đƣợc chia làm nhiều ô nhỏ nhƣ đã nói ở trên.Việc hoàn thổ đƣợc thực hiện ngay sau khi hoàn thành việc khai thác bôxit trên từng ô bằng việc lấp lại lớp đất đá phủ, san phẳng bể mặt, phủ lớp đất mầu lên trên cùng và cầy sới làm tơi xốp đất. Việc phục hồi sinh thái nhƣ trồng cây, phát triển các loài động vật côn trùng tại khu vực đã khai thác sẽ đƣợc tiến hành tiếp theo trong một thời gian dài theo thỏa thuận giữa công ty khai thác boxit và chủ đất hay chính quyền địa phƣơng. Nhƣ vậy công việc hoàn thổ, phục hồi đất đai và môi trƣờng đƣợc tiến hành song song với công việc khai thác để đảm bảo diện tích đất trong trạng thái bị đào bới là nhỏ nhất. 2.2 Tuyển rửa boxit Quá trình loại bỏ bớt tạp chất trong quặng để tăng hàm lƣợng khoáng chất đƣợc gọi là quá trình làm giàu quặn. Một trong những biện pháp làm giàu quặng là phƣơng pháp tuyển rửa bằng nƣớc). Phƣơng pháp tuyển rửa áp dụng cho các loại boxit có chứa nhiều tạp chất có thể tan trong nƣớc nhƣ bùn sét. Boxit ở Tây Nguyên có hàm lƣợng sét tƣơng đối cao vì vậy cần đƣợc tuyển rửa trƣớc khi đƣa 17 vào quá trình tinh luyện để tách alumin. Trong quá trình tuyển rửa quặng đƣợc sàng tuyển và rửa bằng nƣớc, bùn sét hòa tan trong nƣớc và quặng có độ hạt nhỏ hơn khe hở của lƣới sàng đƣợc thải ra một hồ chứa. Quặng thải sau quá trình tuyển rửa đƣợc gọi là quặng đuôi. Quặng đuôi sẽ lắng trong hồ chứa quặng đuôi, còn nƣớc sẽ đƣợc thu hồi đề tái chế sử dụng lại. Theo kết quả nghiên cứu tính khả tuyển của boxit mỏ Gia Nghĩa, với lƣới sàng có đƣờng kính lỗ 1 mm, độ thu hồi của quá trình tuyển rửa là 51,13 %, hàm lƣợng oxit nhôm tăng từ 40,3 % (của quặng nguyên khai) lên 50,51% (của quặng tinh). Quá trình tuyển rửa là cần thiết vì nó giảm chi phí vật tƣ (đặc biệt là xút NaOH) và chi phí vận hành trong công đoạn hòa tách và đồng thời giảm lƣợng bùn đỏ thải ra ở công đoạn hòa tách. Cần nhấn mạnh rằng nƣớc thải chứa quặng đuôi cũng có màu đỏ nhƣng không phải là bùn đỏ. Do không chứa hóa chất nên nƣớc bùn chứa quặng đuôi không phải là chất thải độc hại. Với hệ số thu hồi 50 % thì cứ 2 tấn quặng nguyên khai thì ta thu hồi đƣợc 1 tấn quặng tinh và thải ra 1 tấn quặng đuôi. Nhƣ vậy nếu quặng đuôi đƣợc thải ra một hồ chứa có độ sâu trung bình 4 m (bằng chiều dầy trung bình của thân quặng boxit) thì diện tích hồ chứa cần phải bằng 50 % diện tích mỏ đã đƣợc khai thác.Vì vậy hồ chứa quặng đuôi phải có độ sâu tƣơng đối lớn để giảm diện tích chiếm đất của hồ chứa. Lƣợng nƣớc cần có cho quá trình tuyển rửa cũng là một vấn đề cần phải xem xét trong việc thu xếp nguồn cung cấp nƣớc 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 đƣợc phát minh bởi Karl Bayer năm 1887 và do vậy quy trình này đƣợc đặt tên là quy trình Bayer. Quy trình Bayer gồm 3 công đoạn: hòa tách, kết tủa và nung. 18 19 Quy trình sản xuất Alumin đƣợc diễn tả qua sơ đồ sau: Hình 4.Sơ đồ quá trình tinh luyện Alumin 2.3.1 Công đoạn hòa tách Quặng bô-xit đƣợc nghiền nhỏ và trộn với xút (NaOH) trong thùng chứa ở nhiệt độ và áp suất cao. Ở nhiệt độ và áp suất cao hydroxit nhôm hòa tan trong xút thành aluminat natri NaAl(OH) nổi lên trên còn các thành phần khác không bị hòa tan nhƣ oxit sắt, oxit silic, oxit titan và các tạp chất khác thì lắng xuống dƣới và đƣợc thải qua đáy thùng. Chất thải này đƣợc gọi là quặng boxit thải hay bùn đỏ có chứa oxit sắt và có dạng sền sệt. Bùn đỏ đƣợc rửa bằng nƣớc để thu hồi xút trƣớc khi đƣợc thải ra bãi thải. Bùn đỏ đƣợc thải ở dạng lỏng thì đƣợc gọi là thải ƣớt và ở dạng cô đặc thì gọi là thải khô. 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan