TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA- VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỨC PHẨM
……....«  »……….

TIỂU LUẬN
CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHÔM

Giảng viên hướng dẫn: THS. Lưu Sơn Tùng
Sinh viên thực hiện: Nhóm 14 thực hiện
Lớp : ĐH11H1
Khoa: Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm

1


MỤC LỤC
trang
I.
II.
1)
2)
3)
4)
5)
6)
III.
1.
2.
3.
IV.


Chúng ta đã bao giờ tự đặt những câu hỏi như
“cánh của máy bay làm từ gì?”
“ dây dẫn điện trong nhà chúng ta được làm từ gì?”
“ vỏ của tàu con thoi được làm từ gì mà có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ và áp suất tốt
đến như vậy?”

2


Có rất nhiều câu hỏi đạt ra và đáp án là nhôm, một vật liệu không xa lạ gì với chúng ta. Được
xác định và đặt tên bởi Hamphry vào năm 1808 tới nay nhôm được ứng dụng nhiều vào đời
sống hiện đại.
Với 8% khối lương rắn của vỏ trái đất, nguồn nguyên liệu để sản xuất nhôm rất dồi dào
nhưng trong tự nhiên nhôm thường tồn tại ở dạng hợp chất khác nhau điển hình là boxit. làm
sao chúng ta có thể thu được nhôm.
Vậy, quá trình sản xuất nhôm diễn ra như thế nào?
Hôm nay, chúng ta sẽ đi tìm hiểu quá trình sản xuất nhôm.
II.
GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NHÔM
1) Lịch sử

Được nhắc đến đầu tiên của nhôm ( chưa được kiểm chứng) là trong Naturalis Historia của
Gaius Plinius Secundus.
“Có một ngày có một người thợ vàng ở Roma được phép cho hoàng đế Tiberius xem một đĩa
ăn làm từ một kim loại mới. Chiếc đĩa rất nhẹ và sang như bạc. Người thợ vàng đã nói với
hoàng đế ông đã sản xuất kim loại từ đất sét thô. Ông cũng cam đoan rằng chỉ có ông ta với
Chúa trời biết cách sản xuất kim loại này từ đất sét. Hoàng đế rất thích thú, và như một
chuyên gia tài chính ông đã quan tâm tới nó. Tuy nhiên ông nhận ra ngay là mọi tài sản vàng,
bạc của ông sẽ mất giá trị nếu như người dân bắt đầu sản xuất kim loại màu sáng này từ đất

3) Hóa học
Trạng thái oxi hóa 1.
AlH được điều chế khi nhôm bị nung nóng ở nhiệt độ 15000C trong hydro.
Al2O được điều chế bằng cách nung nóng oxit thong thường, Al2O3, silic ở nhiệt độ 18000C
trong chân không.
Al2S được điều chế bằng cách nung nóng Al2S3 với vỏ nhôm với nhiệt độ 13000C trong chân
không.Nó nhanh chóng bị chuyển thành các chất ban đầu.Selenua được điều chế tương tự.
AlF, AlCl và AlBr tồn tại trong pha khí trong khi ba halua được nung nóng chung với nhôm.
Trạng thái oxi hóa 2.
Subôxít nhôm và AlO có thể được tồn tại khi bột nhôm cháy trng oxy.
Trạng thái oxi hóa 3.
Quy tắc Fajans chỉ ra rằng cation hóa trị ba Al3+ là không được mong chờ tìm thấy trong các
muối khan hay trong các hợp chất nhị phân như Al2O3. Hidroxit nhôm là một bazơ yếu và
muối nhôm của các axit yếu, chẳng hạn như cacbonat, không thể tạo ra. Muối của các axit
mạnh, chẳng hạn như nitrat, là ổn định và hòa tan trong nước, tạo thành các hidrat với ít nhất
sáu phân tử nước kết tinh.
Hidrua nhôm (AlH3)n có thể sản xuất từ trimetyl nhôm và hidro dư thừa. Nó cháy kèm nổ
trong không khí. Nó cũng điều chế bằng phản ứng của clorua nhôm trên hidru liti trong dung
dịch ête, nhưng không thể cô lập thành dạng tự do từ dung dịch.
Cacbua nhôm(Al4C3) được sản xuất bằng cách nung nóng hỗn hợp hai nguyên tố trên 10000C.
Các tinh thể có màu vàng nhạt có cấu trúc lưới phức tạp, và phản ứng với nước hay axit loãng
tạo ra metan. Axetylua(Al(C2)3) được điều chế bằng cách cho axetylen đi qua nhôm nóng.
Nitrua nhôm (AlN) có thể được sản xuất từ các nguyên tố ở nhiệt độ 800oC. Nó bị phân hủy
bởi nước tạo ra ammoniac và hidroxit nhôm.
photphua nhôm (AlP) được sản xuất tương tự và bị thủy phân thành photphin(PH3).
Oxit nhôm (Al2O3) tìm thấy trong tự nhiên như là corundum, và có thể điều chế bằng cách đốt
nóng nhôm với oxy hay nung nóng hidroxit, nitrat hoặc sulfat. Như một loại đá quý, độ cứng
của nó chỉ thua có kim cương,nitrua bo và cacborundum.Nó gần như không hòa tan trong
nước.
Hidroxit nhôm có thể được điều chế như là một chất kết tủa dạng gelatin bằng cách cho thêm

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 lượng.
Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ pahrn xạ cả ánh sáng và
bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của oxit nhôm bảo vệ, nó
không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị. Trên thực tế, gần như toàn bộ các
loại gương hiện đại được sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy
tinh. Các gương của kính thiên văn cũng được phủ một lớp mỏng nhôm, nhưng là ở mặt
trước để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với
các tổn thương.
Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng để thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay
khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng,nhờ vào đặc tính hấp phụ bức xạ điện từ của mặt trời
tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp.
Hợp kim nhôm nhẹ và bền được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải ( ô
tô, máy bay, xe tải, to axe, tàu hỏa, tàu biển, v.v…)
Đóng gói ( can, giấy gói, v.v..)
Xử lý nước.
Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván, v.v; tuy nhiên nó đã làm mất vai trò chính dùng làm dây dẫn
phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người sử dụng.)
Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị , đồ nấu bếp, v.v)
Các đường dây tải điện (mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng, nó nhẹ hơn
nếu tính theo k hối lượng và rẻ tiền hơn)
Chế tạo máy móc.

5


Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép MKM và các
nam châm Alnico.
- Nhôm siêu tinh khiết (SPA) chứa 99,980%-99,999% nhôm được sử dụng trong công
nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD.


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) với công suất 600.000 tấn/ năm
Nhà máy nhôm Asia Vina- Taiwan (thuộc công ty thương mại tổng hợp Quảng Bình) công
suất từ 3.500- 3.700 tấn/ năm
III.
GIỚI THIỆU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHÔM
1. Nguyên liệu sản xuất

6


Quá trình luyện nhôm đi từ các sản phẩm quặng nhôm nghèo (boxit nhôm tồn tại dưới dạng
Al2O3 trong phức hoặc đơn chất) hoặc từ do phế liệu.
Quặng nhôm do các khoáng nhôm tạo thành, có khoảng 250 loại khoáng nhôm khác nhau
nhưng thường được sử dụng nhiều 8 loại sau.
Tên khoáng vật
Corundum
Diaspo
Spinel
Hydraogilit,ghipxit
Kianit,antalunit,silimanit
Caolinit
Alunit
Nephenlin

Công thức hóa học
Al2O3
Al2O3.H2O(AlOOH)
Al2O3.MgO

Quá trình loại bỏ bớt tạp chất trong quặng để tăng hàm lượng khoáng chất được gọi là quá trình
làm giàu quặng . Một trong những biện pháp làm giàu quặng là phương pháp tuyển rửa bằng
nước. Phương pháp tuyển rửa áp dụng cho các loại bô-xít có chứa nhiều tạp chất có thể tan trong
nước như bùn sét. Bô-xit ở Tây Nguyên có hàm lượng sét tương đối cao vì vậy cần được tuyển
rửa trước khi đưa vào quá trình tinh luyện để tách alumin.
Trong quá trình tuyển rửa quặng được sàng tuyển và rửa bằng nước, bùn sét hòa tan trong nước
và quặng có độ hạt nhỏ hơn khe hở của lưới sàng được thải ra một hồ chứa. Quặng thải sau quá
trình tuyển rửa được gọi là quặng đuôi. Quặng đuôi sẽ lắng trong hồ chứa quặng đuôi, còn nước
sẽ được thu hồi đề tái chế sử dụng lại.
7


Theo kết quả nghiên cứu tính khả tuyển của bô-xit mỏ Gia Nghĩa, với lưới sàng có đường kính lỗ
1 mm, độ thu hồi của quá trình tuyển rửa là 51,13 %, hàm lượng ô-xit 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 tư (đặc biệt là xút NaOH) và chi phí vận hành trong công đoạn hòa tách và đồng thời
giảm lượng bùn đỏ thải ra ở công đoạn hòa tách.

2. Quy trình bayer

Phương pháp baye thực chất là phương pháp sử dụng dung dịch NaOH để hòa tách bôxit ở
nhiệt độ cao và áp suất. Sau đây là sơ dồ tóm tắt phương pháp baye sản xuất nhôm oxit :

NaOH

Boxit

CaO

Hòa tách Ôtôcla

nổi lên trên còn các thành phần khác không bị hòa tan như ô-xit sắt, ô-xit silic, ô-xit titan
và các tạp chất khác thì lắng xuống dưới và được thải qua đáy thùng. Chất thải này được
gọi là quặng bô-xit thải hay bùn đỏ vì có chứa ô-xit sắt và có dạng sền sệt. Bùn đỏ được
rửa bằng nước để thu hồi xút trước khi được thải ra bãi thải. (Bùn đỏ được thải ở dạng lỏng
thì được gọi là thải ướt và ở dạng cô đặc thì gọi là thải khô)
Trong Ôtôcla xảy ra tác dụng của dung môi với các thành phần của bôxit.
Nhôm Bôxit trong ôxit phần lớn ở dạng ngậm nước (hyđrôxit) khi hòa tách sẽ tác dụng với
NaOH tạo natri aluminat theo phản ứng sau:
Al(OH)3 + NaOH +aq
NaAl(OH)4 + aq
Sắt Ôxit không tác dụng với NaOH nên nằm lại trong bã, Silic ôxit tác dụng với NaOH tạo
ta Natri Silicat hòa tan vào dung dịch theo phản ứng :
SiO2 + 2NaOH
Na2SiO3 + H2O
Natri Silicat lại tác dụng với Natri aluminat tạ thành Natri alumosilicat :
Na2SiO3 + NaAl(OH)4 +aq
Na2O.Al2O3.mSiO2.nH2O + NaOH
Hợp chất Natri alumosilicat ngậm nước không tan trong NaOH ở dạng rắn, lẩn vào cặn đỏ.
Phản ứng có ít là khử SiO2 trong dung dịch nhưng có hại là gây mất mát kiềm và nhôm.
Hàm lượng SiO2 trong Bôxit càng lớn thì hàm lượng mất mát kiềm và Al càng nhiều bằng
phương pháp bayer chỉ áp dụng cho các quặng có hàm lượng SiO2 thấp.
Hiệu suất của quá trình hòa tách phụ thuộc vào nhiều nhân tố nhiệt độ, thời gian, nồng độ
dung dịch, tỉ số rắn lỏng, bản chất quặng.
Sau lắng lọc dung dịch Natri aluminat được đem đi khuấy phân hóa. Dung dịch này phân
hóa tạo ra nhôm hyđrôxit theo phản ứng sau :
NaAlO2 + H2O

Al(OH)3 + NaOH

CaO cho vào để thu hồi lượng NaOH dùng để hòa tan quặng ở trên và một phần dùng để

nồng độ lên 300g/l thì dừng lại. Trong quá trình vận hành, một lượng CO2 trong không khí
tác dụng với NaOH trong dung dịch tạo ra Na2CO3. Khi cô đặc sẽ kết tinh ra Na2CO3, đem
lọc tách Na2CO3 ra. Sau đó dùng Ca(OH)2 để costic hóa tiếp phản ứng:
Na2CO3 + Ca(OH)2

2NaOH + CaCO3

Al(OH)3 được đem đi nung ở nhiệt độ 1050oC để thu Al2O3 cho quá trình điện phân
3. Quy trình Hall-heroult

Hỗn hợp dung dịch cryolit ( Na3ALF6 ) với tinh quăng alumina đã bị hòa tan được điện
phân khiến nhôm ở thể lỏng chuyển dịch và tích tụ ở trên cực âm còn cực dương bằng C bị
oxi hóa thành carbon đioxit và carbon monoxit.
Quá trình điện phân tiến hành ở 950oC, cực dương bị ăn mòn dần trong quá trình điện phân
nên phải thường xuyên kiểm tra và thay cực dương, cho thêm hồ vào cực dương.
10


2Al2O3 (điện phân nóng chảy + criolit)

4Al + 3O2

Để quá trình điện phân xảy ra nguồn điện được sử dụng trong lò luyện nhôm thường có điện
thế rất thấp (thường 3-5 V), nhưng cần phải có dòng điện với cường độ lớn từ 220 – 340kA.
Quá trình điện phân:
Catot (-): 2Al3+ + 6e → 2Al
Anot (+): 6O2- → 3O2 + 12e
Tại cực âm xảy ra quă trình khử nhôm:
Al3+ +




Khi tháo nhôm ra từ bể ta cho vào thùng, sau đó sục khí clo vào khống chế ở nhiệt độ 7507700C, nhôm có nhiêt độ nóng chảy ở 660oC, ở nhiệt độ này nhôm ở dạng lỏng và các tạp
chất ở dạng rắn. Một phần nhôm bị clo hóa tạo thành AlCl3 dạng hơi nổi lên và bao bọc các
hạt tạp chất nổi lên trên, ta vớt và loại bỏ ra ngoài, các tạp chất khí cũng cuốn theo dòng khí
AlCl3 theo ra ngoài, các tạp chất ở dạng rắn là do nhiệt độ nóng chảy của cac tạp chất cao
hơn nhôm, nhiệt độ nóng chảy của các tạp chất Fe (1530oC) Ti (1725oC), Si (1410oC).
Phương pháp điện phân 3 lớp:
Phương pháp này dung nhôm làm cực dương, hòa tan điên cưc nhôm (điện cực nhôm có lẫn
tạp chất) và thu hồi nhôm tinh khiết ở cực âm.
Cực dương bị hòa tan điện hóa:
Al

 Al3+ + 3e

Tại cực âm thu nhôm sạch:
Al3+

+ 3e Al

Các nguyên tố dương hơn Al (Cu, Fe, Si,…) không hòa tan tập trung tai cực dương, các kim
loại âm hơn Al (Mg, Ca,..) sẽ bị hòa tan ở cực dương và chuyển vào chất diện phân ở các
dạng ion do thế điện cực của chúng cao hơn của nhôm nên không di chuyển về cực âm. Do
chênh lệch về tỉ trọng nhôm nằm ở lớp cuối cùng ta tháo bể và thu được nhôm nguyên chất.
IV.
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
1. Ưu điểm

lưu trình đơn giản , chất lượng sản phẩm tốt, giá thành hạ
2. Nhược điểm

Có 2 phương pháp đốt. Đốt tự nhiên là trực tiếp đốt chất thải ở môi trường tự nhiên ở
xa khu dân cư, cách này gây ô nhiễm không khí, không tận dụng được nhiệt và chỉ áp
dụng với chất dễ cháy. Đốt trong lò là sử dụng các lò đốt chuyên dụng để đốt, các lò
đốt sử dụng quy trình khép kín và có hệ thống tận dụng nhiệt, phương pháp này sạch
an toàn nhưng chi phí lại lớn và dễ tạo ra sản phẩm phụ nguy hiểm.
c. Công nghệ hóa lý là sử dụng các quá trình biến đổi hóa lý, công nghệ này có hiệu quả
với nhiều nhà máy có quy mô lớn phù hợp để thu hồi các chất thải rắn chứa kim loại
nặng hay dung môi hữu cơ.
Có 3 phương pháp
Trích ly: là quá trình tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp nhờ dung môi có khả năng hòa
tan chọn lọc một số chất có trong hỗn hợp đó, các sản phẩm trích ly được tái sử dụng
cho các quá trình khác.
Chưng cất: là quá trình hỗn họp chất lỏng bay hơi thành từng pha cấu tư từ đó tách
được các chất cần tách.
Oxi hóa: xử dụng tác nhân oxi hóa khử để tiến hành các phản ứng oxi hóa khử chuyển
chất thải độc hại thành các chất không độc hoặc ít độc hơn.
2. Chất thải khí
a. Khí thải của quá trình sản xuất nhôm chứa nhiều loại khí và bụi, chủ yếu là bụi quặng,
CO2 ,CO, hơi nước có tính kiềm ngoài ra còn có Cl2, F2,H2 thoatsra từ quá trình điện
phân và các khí thoát ra từ các lò luyện và tinh luyện nhôm.
b. Xử lý khí
Các khí thoát ra từ lò thiêu kết và lò nung được làm sạch bằng hệ thống lọc bụi.
Sau đây là sơ đồ làm sạch khí

13


K: khí dung cacbonat hóa
1: thiết bị lọc điện khô
2: quạt hút

b. Phương pháp điện hóa
Phương pháp này dựa trên cơ sở của quá trình oxi hóa khử đẻ tách các kim loại trên
các điện cực nhúng trong nước thải chứa kim loại khi cho dòng điện một chiều chạy
qua. Từ đó tách được ion kim loại ra khỏi nước thải mà không cần bổ sung hóa chất.
phương pháp nayg thích họp để xử lý nước thải có nồng độ kim loại cao trên 1mg/l .
Phương pháp này cần chi phí lớn.
c. Phương pháp sinh học
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử
dụng kim loại như chất vi lượng. nói chung phương pháp này khó áp dụng trong công
nghiệp vì chỉ sử lý được nước có nồng độ chất thải thấp, và phương pháp này cũng rất
tốn diện tích.
d. Phương pháp kết tủa hóa học
Phương pháp này dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại
cần tách, ở pH thích hợp sẽ tạo kết tủa và tách được kết tủa đó khỏi nước thải.
Nếu nước thải chứa hàm lượng kim loại cao cần xử lý tại nguồn để thu hồi kim loại
tạo cơ hội tuần hoàn lại nước và giảm hàm lượng kim loại trong dòng nước thải trước
khi xử lý tập trung.

15


16


17


Tài liệu tham khảo…………………..chú trọng nhiều hơn về quy trình sản xuất………… chú ý
lỗi văn bản…………….