Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm – Hành trình từ nguyên liệu thô đến thành phẩm

Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm là bauxite. Nhôm được tạo ra theo công thức sau : 4-7 tấn bauxite thô sẽ tạo ra 2 tấn alumin oxit bằng 1 tấn nhôm .
Có khoảng chừng 7 % nhôm có trên mặt phẳng toàn cầu. Nhôm được tách ra khỏi nhiều loại quặng khác, nhưng bauxite là loại quặng sắt kẽm kim loại duy nhất được dùng để tách nhôm. Trong bauxit chứa 12-25 % nhôm. Bauxite thường được tìm thấy trong những lớp rận tuyết bên dưới một vài lớp chất thải nặng .

1. Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm

Các hợp chất nhôm có trong tất cả các loại đất sét, nhưng loại quặng hữu ích nhất để sản xuất nhôm nguyên chất là bauxite. Bauxite bao gồm 45-60% oxit nhôm, cùng với các tạp chất khác nhau như cát, sắt và các kim loại khác. Mặc dù một số mỏ bauxite là đá cứng, nhưng hầu hết bao gồm đất tương đối mềm dễ đào từ các mỏ lộ thiên. Úc sản xuất hơn một phần ba nguồn cung bauxite của thế giới. Cần khoảng 4 lb (2 kg) bauxite để sản xuất 1 lb (0,5 kg) nhôm kim loại. 

Bạn đang đọc: Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm – Hành trình từ nguyên liệu thô đến thành phẩm

Caustic soda ( natri hydroxit ) được sử dụng để hòa tan những hợp chất nhôm có trong bauxite, tách chúng ra khỏi những tạp chất. Tùy thuộc vào thành phần của quặng bauxite, một lượng tương đối nhỏ những hóa chất khác hoàn toàn có thể được sử dụng trong quy trình khai thác Nhôm được sản xuất theo hai quá trình : quá trình tinh chế quặng bauxite của Bayer để thu được oxit nhôm và quá trình Hall-Heroult nấu chảy oxit nhôm để tạo ra nhôm nguyên chất. Nhôm được sản xuất theo hai quá trình : quá trình tinh chế quặng bauxite của Bayer để thu được oxit nhôm và quá trình Hall-Heroult nấu chảy oxit nhôm để tạo ra nhôm nguyên chất. bằng nhôm. Tinh bột, vôi và natri sunfua là một số ít ví dụ .
Cryolite, một hợp chất hóa học gồm có natri, nhôm và flo, được sử dụng làm chất điện phân ( thiên nhiên và môi trường dẫn điện ) trong hoạt động giải trí luyện kim. Cryolite tự nhiên đã từng được khai thác ở Greenland, nhưng hợp chất này hiện được sản xuất tổng hợp để sử dụng trong sản xuất nhôm. Nhôm florua được thêm vào để hạ thấp điểm nóng chảy của dung dịch điện phân .
Thành phần chính khác được sử dụng trong hoạt động giải trí nấu chảy là carbon. Các điện cực carbon truyền dòng điện qua chất điện phân. Trong quy trình nấu chảy, một số ít carbon được tiêu thụ khi nó phối hợp với oxy để tạo thành carbon dioxide. Trên thực tiễn, khoảng chừng nửa pound ( 0,2 kg ) carbon được sử dụng cho mỗi pound ( 2,2 kg ) nhôm được sản xuất. Một số carbon được sử dụng trong luyện nhôm là mẫu sản phẩm phụ của quy trình lọc dầu ; carbon bổ trợ thu được từ than đá .
Bởi vì quy trình luyện nhôm tương quan đến việc cho một dòng điện chạy qua chất điện phân nóng chảy, nên nó cần một lượng lớn nguồn năng lượng điện. Trung bình, sản xuất 2 lb ( 1 kg ) nhôm cần 15 kilowatt giờ ( kWh ) nguồn năng lượng. Ngân sách chi tiêu điện chiếm khoảng chừng một phần ba ngân sách luyện nhôm .

2. Quy trình sản xuất nhôm

Quy trình sản xuất nhôm được thực thi theo hai quy trình tiến độ : tiến trình tinh chế quặng bauxite của Bayer để thu được oxit nhôm và quy trình tiến độ Hall-Heroult nấu chảy oxit nhôm để tạo ra nhôm nguyên chất .

2.1. Quy trình Bayer

• Đầu tiên quặng bauxite sẽ được nghiền nhỏ. Sau đó, quặng được nghiền sẽ được trộn với xút và được giải quyết và xử lý trong máy nghiền để tạo ra bùn chứa những hạt quặng rất mịn .
• Bùn được bơm vào để phân giải, bể có công dụng giống như nồi áp suất. Bùn được làm nóng ở nhiệt độ 110 – 270 °C dưới áp suất 340 kPa. Những điều kiện kèm theo này được duy trì trong khoảng chừng thời hạn từ nửa giờ đến vài giờ. Có thể thêm xút bổ trợ để bảo vệ rằng tổng thể những hợp chất chứa nhôm được hòa tan .
• Bùn nóng, giờ đây là dung dịch natri aluminat, đi qua một loạt những bể chứa nhanh để giảm áp suất và tịch thu nhiệt hoàn toàn có thể được tái sử dụng trong tiến trình tinh chế .
• Bùn được bơm vào bể lắng. Khi bùn còn lại trong bể này, những tạp chất sẽ không hòa tan trong xút lắng xuống đáy bình. Một đơn vị sản xuất so sánh quy trình này với cát mịn lắng xuống đáy cốc nước đường ; đường không lắng hết vì đã hòa tan trong nước, cũng như nhôm trong bể lắng vẫn hòa tan trong xút. Cặn ( được gọi là “ bùn đỏ ” ) tích tụ dưới đáy bể gồm có cát mịn, oxit sắt và oxit của những nguyên tố vi lượng như titan .
• Sau khi những tạp chất đã lắng xuống, phần chất lỏng còn lại, trông hơi giống cafe, được bơm qua một loạt những bộ lọc bằng vải. Bất kỳ hạt tạp chất mịn nào còn sót lại trong dung dịch đều bị những bộ lọc giữ lại. Vật liệu này được rửa để tịch thu alumin và xút hoàn toàn có thể được tái sử dụng .

• Chất lỏng đã lọc được bơm qua một loạt các bể kết tủa cao sáu tầng. Các tinh thể hạt của alumina hydrat (nhôm liên kết với các phân tử nước) được thêm vào qua đỉnh của mỗi bể. Các tinh thể hạt phát triển khi chúng lắng qua chất lỏng và alumina hòa tan gắn vào chúng.

  Xem thêm: Điểm chuẩn Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cao nhất là 26,9

• Các tinh thể kết tủa ( lắng xuống đáy bể ) và được vô hiệu. Sau khi rửa, chúng được chuyển đến lò nung để nung ( làm nóng để giải phóng những phân tử nước được link hóa học với những phân tử alumina ). Một băng tải trục vít vận động và di chuyển một dòng tinh thể liên tục vào một lò nung hình tròn trụ quay nghiêng để cho phép trọng tải vận động và di chuyển vật tư qua nó. Nhiệt độ 2.000 ° F ( 1.100 ° C ) đẩy những phân tử nước ra ngoài, để lại những tinh thể alumina khan ( không có nước ). Sau khi rời khỏi lò nung, những tinh thể đi qua thiết bị làm mát .

2.2. Quy trình Hall-Heroult  

Quá trình nấu chảy alumin thành nhôm sắt kẽm kim loại diễn ra trong một thùng thép gọi là nồi khử. Đáy nồi được lót bằng carbon, hoạt động giải trí như một điện cực ( dẫn điện ) của mạng lưới hệ thống. Các điện cực trái chiều gồm có một tập hợp những thanh carbon treo phía trên nồi ; chúng được nhúng vào dung dịch điện phân và được giữ cao hơn mặt phẳng nhôm nóng chảy tích tụ trên sàn nồi khoảng chừng 1,5 in ( 3,8 cm ). Các nồi khử được sắp xếp thành hàng ( potlines ) gồm có 50-200 nồi được mắc tiếp nối đuôi nhau để tạo thành một mạch điện. Mỗi potline hoàn toàn có thể sản xuất 66.000 – 110.000 tấn ( 60.000 – 100.000 tấn ) nhôm mỗi năm. Một nhà máy sản xuất luyện kim điển hình bao gồm hai hoặc ba đường lò .

• Trong nồi khử, những tinh thể alumina được hòa tan trong criolit nóng chảy ở nhiệt độ 1.760 – 1.780 ° F ( 960 – 970 ° C ) để tạo thành dung dịch điện phân sẽ dẫn điện từ những thanh carbon đến lớp lót carbon của nồi. Dòng điện một chiều ( 4-6 vôn và 100.000 – 230.000 ampe ) được truyền qua dung dịch. Phản ứng hiệu quả phá vỡ những link giữa những nguyên tử nhôm và oxy trong những phân tử alumina. Oxy được giải phóng sẽ bị hút vào những thanh carbon, nơi nó tạo thành carbon dioxide. Các nguyên tử nhôm được giải phóng lắng xuống đáy nồi dưới dạng sắt kẽm kim loại nóng chảy. Quá trình luyện kim là một quy trình liên tục, với nhiều alumina được thêm vào dung dịch cryolite để sửa chữa thay thế hợp chất đã phân hủy. Một dòng điện không đổi được duy trì. Nhiệt sinh ra bởi dòng điện ở điện cực dưới đáy giữ cho chất chứa trong nồi ở trạng thái lỏng, nhưng lớp vỏ có xu thế hình thành trên đỉnh chất điện phân nóng chảy. Theo định kỳ, lớp vỏ được phá vỡ để cho thêm alumin vào chế biến. Nhôm nóng chảy nguyên chất tích tụ ở đáy nồi và được hút ra ngoài. Các chậu được quản lý và vận hành 24 giờ một ngày, bảy ngày một tuần .
• Một nồi nấu sắt kẽm kim loại được vận động và di chuyển xuống đường ống, thu được 9.000 lb ( 4.000 kg ) nhôm nóng chảy, có độ tinh khiết 99,8 %. Kim loại được chuyển đến lò giữ và sau đó được đúc ( đổ vào khuôn ) dưới dạng thỏi. Một kỹ thuật phổ cập là đổ nhôm nóng chảy vào một khuôn dài, nằm ngang. Khi sắt kẽm kim loại vận động và di chuyển qua khuôn, bên ngoài được làm mát bằng nước, làm cho nhôm đông đặc lại. Trục rắn nhô ra từ đầu xa của khuôn, nơi nó được cưa ở những khoảng chừng thời hạn thích hợp để tạo thành những thỏi có chiều dài mong ước. Giống như quy trình luyện kim, quy trình đúc này cũng diễn ra liên tục .

3. Các ngành sử dụng nhôm

• Bao bì : Nhôm đã được sử dụng như một dạng vỏ hộp thực phẩm và đồ uống từ đầu những năm 1900. Bạn sẽ tìm thấy giấy nhôm bọc mọi thứ, từ kẹo đến bữa tối ướp lạnh. Nhu cầu về vỏ hộp nhôm liên tục tăng để cung ứng sự ngày càng tăng tiêu thụ thực phẩm chế biến ở những nước đang tăng trưởng .
• Ô tô : Khi những nhà phân phối xe hơi tìm cách thay thế sửa chữa thép bằng nhôm, nhẹ hơn nhiều và hoàn toàn có thể tăng hiệu suất cao sử dụng nguyên vật liệu, thì nhôm đang đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp xe hơi .
• Xây dựng : Nhôm được sử dụng trong thiết kế xây dựng như một vật tư kiến thiết xây dựng vững chắc và tiết kiệm chi phí nguồn năng lượng. Trung Quốc có nhu yếu cao nhất về nhôm làm vật tư thiết kế xây dựng. Ở Mỹ, bạn sẽ thường thấy nhôm được sử dụng trong hành lang cửa số và cửa ra vào .
• Hàng không ngoài hành tinh : Nhôm đã được sử dụng trong quy trình tăng trưởng công nghệ tiên tiến hàng không thiên hà kể từ khi đồng đội nhà Wright sử dụng sắt kẽm kim loại để sản xuất động cơ cho chiếc máy bay hai tầng cánh tiên phong của họ. Kể từ đó, nó được sử dụng để sản xuất cả máy bay và tàu ngoài hành tinh. Hợp kim nhôm được nhìn nhận cao về độ nhẹ và tính không thay đổi cơ học, khiến chúng trở thành vật tư lý tưởng cho những phương tiện đi lại bay. Tàu vũ trụ của NASA, Orion, được sản xuất bằng kim loại tổng hợp nhôm-lithium .
• Điện : Nhôm đã được sử dụng trong mạng lưới hệ thống dây điện từ đầu thế kỷ 20. Sau Thế chiến II, dây nhôm nhanh gọn trở nên thông dụng và khởi đầu sửa chữa thay thế đồng. Bây giờ nó là sự lựa chọn ưa thích để dẫn điện .

• Đồ gia dụng:  Nhôm có thể được tìm thấy trong các đồ gia dụng từ máy giặt đến điện thoại thông minh và giúp bạn có thể tận hưởng nhiều tiện nghi hiện đại. Ví dụ, nhôm được sử dụng để làm vỏ TV nhẹ, để người tiêu dùng có thể treo TV lên tường. 

  Xem thêm: Đại Học Công Nghệ Miền Đông | Edu2Review

Từ bauxite, nguồn chính của oxit nhôm, đến cryolite, được sử dụng để hòa tan oxit nhôm trong quy trình điện phân, mỗi nguyên liệu thô đều đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra sắt kẽm kim loại linh động này. Hiểu được những đặc tính và nguồn gốc của những nguyên liệu thô này là rất quan trọng để liên tục tăng trưởng và nâng cấp cải tiến những quy trình tiến độ sản xuất nhôm. Khi nhu yếu về nhôm liên tục tăng, việc thăm dò và sử dụng những nguyên liệu thô này sẽ vẫn là một góc nhìn quan trọng của ngành công nghiệp nhôm .

Source: https://vh2.com.vn
Category : Công Nghệ