Bài giảng Luyện và tái sinh nhôm

Bài giảng Luyện và tái sinh nhôm nhằm cung cấp những kiến thức về những nguyên liệu luyện nhôm, phương pháp sản xuất nhôm và phương pháp tái sinh nhôm. Tham khảo bài giảng để có những kiến thức tổng hợp về luyện và tái sinh nhôm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Luyện và tái sinh nhômLUYỆN VÀ TÁI SINH NHÔM Nguyên liệu luyện nhôm và phương pháp sản xuất nhôm  Quặng nhôm Các khoáng vật nhôm quan trọng Tên khoáng vật Công thức hoá học Hàm lượng Al2O3, %Corunđum Al2O3 100,0Diaspo,bơmit Al2O3.H2O 85,0Hyđragilit,gipxitKianit, anđaluzit, silimanit Al2O3.3H2O 71,0Caolinit Al2O3.SiO2 63,0Alunit Al2O3.2SiO2.2H2O 39,5Nefelin K2SO4.Al2(SO4)3.4Al(OH)3 37,0 (Na,K)2O.Al2O3.2SiO2 32,3-35,9 Bôxit là nham thạch, chủ yếu chứa các oxit ngậm nước của nhôm, sắt, silic, titan và vài nguyên tố khác. Bôxit có thể chứa canxi cacbonat và mage cacbonat, các hợp chất của lưu huỳnh, phốtpho, crôm và cả các hợp chất của các nguyên tố hiếm: vanađi, gali, ziriconi, niobi v.v…Trong thành phần bôxit có 42 nguyên tố đã được phát hiện. Thành phần hoá học của bôxit dao động trong phạm vi khá lớn:• Al2O3: 35-60%;• SiO2: vài phần nghìn đến 25%;• Fe2O3: 2-40%;• TiO2: từ vết đến 11%. Chỉ tiêu để đánh giá quặng bôxit là môđun silic. Đó là tỷ số hàm lượng Al2O3 trên hàm lượng SiO2 trong quặng. Môđun silic (MSi) càng cao thì quặng nhôm càng tốt. Trữ lượng và sự sử dụng 4 kim kim loại phổ biến (triệu tấn) Trữ lượng được Trong thập niên 1966-1975 Trữ lượng xác nhận năm được xác 1966 nhận năm Tiêu thụ Trữ lượng 1976 mớiĐồngNhôm 195 -63 +324 456Chì 5964 -605 +11913 17272Kẽm 93 -33 +115 175 75 -54 +164 185Nguồn: United States Bureau of Mines, Washington, D.C., Federal Departmentfor Geologycal Science and Raw Materials, Hannover Khái quát về phương pháp sản xuất nhôm Sản xuất nhôm oxit Yêu cầu đối với nhôm oxit dùng để điện phân. Tính chất của nhôm oxit -Al2O3 còn gọi là corunđum, ở dạng không màu hoặc màu của các tạp chất. Nhôm oxit nguyên chất khi nóng chảy cũng tạo thành -Al2O3. tất cả các lọai nhôm hyđroxit khi nung đến 1200oC đều biến thành -Al2O3.• Corunđum có tính bền hóa học rất lớn, không hòa tan trong axit cũng như không hòa tan trong kiềm; ngoài ra nó không hút ẩm. Chính do tính chất này nên -Al2O3 có giá trị trong điện phân nhôm Không gặp -Al2O3 trong thiên nhiên. Khi khử nước của hyđragilit hoặc của bơmit sẽ được -Al2O3. -Al2O3 dễ hòa tan trong axit cũng như trong kiềm và dễ hút ẩm.Phương pháp Bayer Phương pháp Bayer về thực chất là phương pháp dùng dung dịch NaOH để hòa tách bôxit ở nhiệt độ và áp suất cao, do Karl Josef Bayer, người Aùo, phát minh vào năm 1887. Hình 3.2. trình bày sơ đồ tóm tắt phương pháp Bayer sản xuất nhôm oxit. Các khâu chủ yếu của lưu trình này gồm: hòa tách bôxit; khuấy phân hóa dung dịch natri aluminat; nung nhôm hyđroxit; cô đặc dung dịch cái và costic hóa. Cơ sở của phương pháp Bayer là phản ứng thuận nghịch:• Al(OH)3 + NaOH ⇄NaAlO2 + 2H2O (3.1)• Trong điều kiện hòa tách quặng bôxit bằng dung dịch natri hyđroxit, phản ứng xảy ra theo chiều từ trái sang phải, tức là nhôm chuyển vào dung dịch ở dạng natri aluminat. Khi phân hóa dung dịch thu được, cân bằng phản ứng dịch chuyển theo chiều ngược lại và xảy ra phản ứng thủy phân dung dịch aluminat tạo thành nhôm hyđroxit kết tủa dạng tinh thể. Hòa tách bôxit Nhôm oxit trong bôxit phần lớn ở dạng ngậm nước (hyđroxit) khi hòa tách sẽ tác dụng với NaOH để tạo thành natri aluminat theo các phản ứng sau:• Al2O3.H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 2H2O (3.2)• Al2O3.3H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 4H2O (3.3) Sắt oxit trong bôxit không tác dụng với NaOH nên nằm lại trong bã. Silic oxit tác dụng với NaOH tạo thành natri silicat hòa tan vào dung dịch theo phản ứng:• SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O (3.4) Natri silicat lại tác dụng với natri aluminat tạo thành natri alumosilicat:• 2NaAlO2 + 2Na2SiO2 + 4H2O  Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O + 4NaOH (3.5) Khi hòa tách, caolinit trong bôxit tác dụng với NaOH theo phản ứng:• Al2O3.2SiO2.2H2O + 2NaOH = Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O + H2O (3.6) Hợp chất natri alumosilicat ngậm nước (Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O) không hòa tan trong dung dịch NaOH, ở dạng rắn, lẫn vào cặn đỏ. Hàm lượn ...