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.

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

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

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

.
• 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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Ngoài ra , còn có các phản ứng tạo thành aluminat canxi pherit canxi và các hợp

Một số Silicat Natri cũng tan làm cho dung dịch không sạch vì vậy
phải đem dung dịch khử .
Trong quá trình hòa tan lượng , tan vào trong
dung dịch nhiều hay ít phụ thuộc vào chất lượng và độ hạt của liệu chứa,phụ
thuộc vào thiết bị hòa tan ,thời gian hòa tan,…v…v…Thực tế sản xuất phải qua
thí nghiệm để chọn điều kiện hòa tan lợi nhất.
2.2.4 Khử Silic ( )
Vì trong dung dịch có , này sẽ làm bẩn ôxyt nhôm cho
nên phải khử trước khi kết tủa Hydroxyt .Thực chất của quá trình khử là
làm cho tạo thành hợp chất khó tan tách khỏi dung dịch aluminat Natri.
Có hai phương pháp khử
(1)Nấu nóng lâu dài dung dịch để tạo thành alumosilicat Natri kết tủa
,khó tan theo phản ứng :
+ 4 +2
.2
Kết tủa này màu trắng gọi là bã trắng .
(2)Nấu nóng dung dịch với vôi sẽ sinh ra alumôsiliccat Canxi là hợp
chất kết tủa khó tan hơn alumosilicat Natr,do đó khử sạch hơn phương
pháp trên .
+ 4 +2
.2
12 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Mức độ khử ở cả 2 phương pháp trên đều phụ thuộc vào nồng
độ aluminat,nhiệt độ và thời gian.Dung dịch đặc có khả năng hòa tan nhiều
alumosilicat và làm giảm tác dụng của vôi cho nên thường trước khi khử
phải pha loãng dung dịch.Nhiệt độ cao thời gian lâu có lợi cho quá trình khử
cho nên tiến hành khử trong thùng áp lực với nhiệt độ là 150 C
(2)
và trong

(2)
sau khi đã làm sạch để cacbonat hóa.Sau khi cacbonat hóa ,thủy phân
xong để 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 .
Thường dùng nhất là phương pháp axit.Quá trình sản xuất như sau:dùng tinh
quặng fluorin trộn với axit sunfuaric đậm đặc và nấu ở 200 được HF.
Ca + + 2HF
Hơi dẫn HF vòa tháp hấp thụ bằng nước được dung dịch axit fluoric.Vì trong
hơi HF có cho nên phải khử chất này trước khi dùng bằng cách cho
sút vào:
+ = + + C
Lọc bã, cho vào dung dịch trong,sẽ được
Cho nó tác dụng với sẽ được
2 + 3 = 2 + 3 +3
Đem lọc sấy khô ở 130 đến 140 đóng bao và đưa về xưởng điện phân
nhôm.Sản xuất 1 tấn Criolit tốn
(2)
:

hơn cực thiêu trước.

2.5,Điện phân nhôm:
Điện phân nhôm thực hiện trong bể điện phân.Đáy bể nối với cực âm của nguồn
điện khối than đã thiêu hay tự thiêu phía trên nối với cực dương Criolit+
.Khi có dòng điện một chiều tác dụng,nhôm bay ra ở cực dương.Oxy này đốt
cháy cực than sinh ra CO và bốc ra.Trên mặt dung dịch quanh bể tạo thành
lớp vỏ cứng trên lớp vỏ này rãi oxyt nhôm, cứ một thời gian lại cho vào dung
dịch điện phân một ít oxyt nhôm bổ sung cho số đã bị điện phân.
Chỉ tiêu kĩ thuật sản xuất 1 Tấn Al tốn
(2)
:
16 | P a g e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
1,92 T ,0,065 T criolit,0,035T ,0,7 T hồ cực dương.
Điện năng tốn 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 là H
2
, H
2
sẽ làm giảm cơ tính của nhôm và khi
đúc và khi cán sẽ gây ra các khuyết tật như rỗ xốp, kẽ nứt, bọt khí,

Như ta đã thấy thì sắt và silic là các tạp chất quan trọng nhất. Kim loại nào có độ
nguyên chất cao thỏa mãn được yêu cầu kĩ thuật nhưng nếu ta tăng mức độ
nguyên chất của nhôm lên nữa thì có độ dẫn điện cao, tính dẻo lớn và độ bền
chống ăn mòn tăng cho nên nhôm có độ nguyên chất cao được dùng nhiều trong
kĩ thuật. Vì vậy ta thực hiện điện phân ba lớp nộ dung như sau :
Nhôm thô làm cực dương do tác dụng của dòng điện nhôm nằm trong nhôm thô
bị hòa tan thành ion Al
3+
, Al
3+
về cực âm nhận 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 điện thế
của bể tinh luyện chỉ bằng sự giảm điện thế trong chất điện phân, trong dây dẫn
và trong các chỗ tiếp xúc. Nhưng trong khi bể làm việc sẽ sinh ra 2 dây nồng độ,
do hai dây nồng độ này nên sinh ra một sức phẩn điện động nào đó, cho nên phải
tăng dần điện thế ngoài bể.
Bể điện phân dung để tinh luyện nhôm có cường độ dòng điện 1000 Ampe
(2)
.
Nhiệt độ thích hợp của quá trình điện phân là 760-800
o
C
(2)
. Khi chiều cao của
;lớp hợp kim dương cực là 20-25 cm
(2)

(3)
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 ẩm phối liệu và việc chuẩn bị.Giá trị của nó dao động trong
giới hạn 5-30 kg/T
(3)
quặng thiêu kết.Lượng bụi có trong không khí thường
khoảng 2-6 g/
(3)
.Hàm lượng các khí : ,CO phụ thuộc vào thành phần
quặng có thể dao động trong phạm vi lớn.
Sự phân bố khí theo các buồng chân không của máy thiêu kết giống nhau.Lượng
khí thoát ra nhiều nhất ở các buồng đầu tiên và các buồng cuối cùng điều này
được chứng minh ở bảng dưới
(3)
kích thước hạt bụi
>40 40-
30
30-20 20-10 10-5 5-0
Khí thoát ra từ vùng thiêu
kết phối liệu%(theo khối
lượng)
45.8 18.3 9.3 8.1 7.3 10.9
Khí thoát ra từ vùng này
là nguội máy thiêu kết %
theo khối lượng
71 5.0 5.5 7.5 8.0 3.0
Khí thải ra từ hộp góp khí của nhà máy thiêu kết qua hệ thống thu bụi cho đến
nay ứng dụng thiết bị cuối cùng của hệ thống lọc bụi là xiclôn chùm.Qua nghiên
cứu thực nghiệm nhiều năm chỉ rõ,hệ thống thiết bị này làm việc trong nhà máy

Lượng thoát ra phụ thuộc vào dạng liên kết lưu huỳnh trong quặng-sunfat.
Để làm sạch có thể dùng các phương pháp khác nhau: sữa
vôi,amooniac,sút,magiê ôxit(MgO).
20 | P a g e
máy thiêu kết hộp góp khí ống venturi Máy hút
ống khói
máy thiêu kết
máy thiêu kết
hộp góp khí
tháp rửa li tâm máy hút ống khói
máy thiêu kết hộp góp khí thiết bị lọc điện Máy hút ống khói
bình tách bọt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
Khi lượng trong không khí thải ra trong giới hạn ,chỉ dùng sữa vôi để làm
sạch khí trong các tháp rửa rỗng hoặc tháp rửa có ô đệm . khi đó xảy ra phản
ứng.
+ =
+ = + +
Canxi sunfua kém hòa tan trong nước ,kết tinh trong dung dịch ở dạng
tinh thể nhỏ.Khi nồng độ tạp chất pha rắng ở dạng huyền phù đạt
(theo khối lượng )
(3)
có thể tách ra.Phương pháp làm sạch bằng sữa vôi cho
thu hồi
(3)
ở điều kiện nhiết độ
(3)
.Nhược điểm cở
bản của phương pháp này là hiệu quả sử dụng vôi thấp và đang thải lượng bùn
lớn.

30-60%
10-20%
3-50%
2-10%
2-8%
Nguyên tố vết 0 -10%
3.2.1Những vấn đề cần được quan tâm trong việc lưu giữ và xử lý bùn đỏ
a. Việc lưu giữ bùn đỏ chiếm một diện tích đất tương đối lớn
Lượng bùn đỏ thải ra trên một tấn alumin thành phẩm có thể dao động từ 0,3 tấn
đối với bô-xít chất lượng cao và 2,5
(4)
tấn đối với bô-xít chất lượng thấp. Đối với
bô-xit của mỏ Gia Nghĩa (Đăk Nông) có hàm lượng ô-xit nhôm trung bình là
khoảng 50%
(4)
thì cứ 1 tấn alumin được sản xuất thì có 1 tấn bùn đỏ được thải ra
hồ chứa. Nói cách khác, cứ 4 tấn quặng nguyên khai được khai thác thì phải thải
ra hồ chứa 1 tấn bùn đỏ. Từ đó suy ra là nếu hồ chứa bùn đỏ có chiều sâu trung
bình 4 m (bằng chiều dầy trung bình của thân quặng bô-xit) thì diện tích hồ chứa
bùn đỏ bằng ¼ diện tích khu vực mỏ đã được khai thác
(4)
. Để giảm diện tích
chiếm đất hồ chứa bùn đỏ vì vậy cần phải có độ sâu lớn. Đối với phương pháp
thải ướt ,độ sâu tối đa của hồ chứa là 20 m
(4)
. Đối với phương pháp thải khô
nhiều lớp ,độ sâu tối đa có thể đạt tới 60 m
(4)
.
25 | P a g e