Công nghệ luyện nhôm part 3

Chia sẻ: Afasg Agq | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

240
lượt xem 79
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi đã có nhôm oxit, cần dùng Na3AlF6 và các muối fluorua để điện phân nhôm.Ta có sơ đồ điện phân Nhôm: -Bể thường là hình hộp chữ nhật, đáy nối cực âm (2), khối than ở phía trên là cực dương(1).Giữa hai cực là chất điện phân Criolit-aluminat nóng chảy(4). Dưới tác dụng của dòng điện một chiều, Al trong dung dịch điện phân tiết ra và tập trung ở đáy bể,còn oxit bay ra về phía cực dương, oxi hoá cực than, tạo hỗn hợp khí CO +CO2 thoát ra ngoài....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ luyện nhôm part 3

Na2O.Al2O3 + H2O  2Al(OH)3 + 2NaOH mµ NaOH sinh ra l¹i t¸c dông víi CO2  thóc ®Èy ph¶n øng ph©n ho¸ natri aluminat tiÕn hµnh theo chiÒu thuËn.Sau khi cã ®îc Al(OH)3 ta ®em nung thu ®îc Al2O3 theo ph¶n øng: Al(OH)3Al2O3 + H2O III.S¶n xuÊt Nh«m b»ng ph¬ng ph¸p ®iÖn ph©n. - Khi ®· cã nh«m oxit, cÇn dïng Na3AlF6 vµ c¸c muèi fluorua ®Ó ®iÖn ph©n nh«m.Ta cã s¬ ®å ®iÖn ph©n Nh«m: -BÓ thêng lµ h×nh hép ch÷ nhËt, ®¸y nèi cùc ©m (2), khèi than ë phÝa trªn lµ cùc d¬ng(1).Gi÷a hai cùc lµ chÊt ®iÖn ph©n Criolit-aluminat nãng ch¶y(4). Díi t¸c dông cña dßng ®iÖn mét chiÒu, Al trong dung dÞch ®iÖn ph©n tiÕt ra vµ tËp trung ë ®¸y bÓ,cßn oxit bay ra vÒ phÝa cùc d¬ng, oxi ho¸ cùc than, t¹o hçn hîp khÝ CO +CO2 tho¸t ra ngoµi. Trªn bÒ mÆt dung dÞch ®iÖn ph©n vµ xung quanh bÓ tËo ra líp vá cøng (6).Cho Al2O3(3) trªn líp nµy, cø mét thêi gian nhÊt ®Þnh l¹i ®Ëy líp vá ®Ó cung cÊp Al2O3 vµo trong bÓ ®iÖn ph©n. - ph¬ng ph¸p cã mét nhîc ®iÓm lµ cùc d¬ng tèn ®iÖn n¨ng, chÊt ®iÖn ph©n dÔ bÞ bèc h¬i. III.1.Cho Al oxit vµo bÓ ®iÖn ph©n -Trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n, Nh«m oxit lµ nguyªn liÖu tiªu hao chñ yÕu thu ®îc Al ë cùc ©m vµ khÝ tho¸t ra ë cùc d¬ng. V× vËy ph¶i cung cÊp nh«m oxit vµo bÓ ®Ó qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n ®îc liªn tôc.Cø mét thêi gian nhÊt ®Þnh l¹i cho nh«m oxit vµo bÓ, b»ng c¸ch ®Ëp vì líp vá ®iÖn ph©n ®· h×nh thµnh trªn bÒ mÆt bÓ, sau ®ã l¹i r¶i nh«m oxit lªn trªn líp vá ®ã.Thao t¸c nµy cã thÓ lµm thñ c«ng hoÆc m¸y chuyªn dïng. III.2.Thao t¸c cùc d¬ng
-Qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n tiÕn hµnh ë 9500C, cùc d¬ng bÞ ¨n mßn dÇn dÇn trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n nªn ph¶i ®Þnh k× l¹i cùc d¬ng xuèng, cho thªm hå vµo c ùc d¬ng. III.3.§iÒu chØnh thµnh phÇn chÊt ®iÖn ph©n Thùc tÕ, do bÞ cùc than hÊp phô, do bÞ bay h¬i, bÞ c¸c t¹p chÊt kh¸c ph©n ly,tØ lÖ thµnh phÇn chÊt ®iÖn ph©n kh«ng æn ®Þnh v× vËy cÇn ®iÒu chØnh thµnh phÇn chÊt ®iÖn ph©n. Khi míi cho ch¹y bÓ ®iÖn ph©n, NaF trong Criolit bÞ cùc than hÊp phô, nhng sau mét thêi gian kh«ng bÞ hÊp thô n÷a, lóc ®ã AlF3 bÞ mÊt ®i do bay h¬i vµ ph©n li bëi ph¶n øng: 2Na3AlF6 + 3Na2O = Al2O3 + 12NaF 2Na3AlF6 + 3H2O = Al2O3 + 6NaF + 6HF V× vËy, cÇn cho thªm AlF3 ®Ó gi÷ æn ®Þnh tû sè Criolit. III.4.Ra Al: Al láng tÝch lòy dÇn ë ®¸y bÓ trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n. Cø 3-4 ngµy th¸o Al mét lÇn. §Ó ®¶m b¶o c©n b»ng nhiÖt, kh«ng nªn th¸o hÕt nh«m ë bÓ ra vµ thêng ®Ó l¹i mét lîng Al láng øng víi chiÒu cao níc nh«m kho¶ng 15cm. IV.Tinh luyÖn Nh«m. -Ph¬ng ph¸p ®iÖn ph©n Cri«lit-alumin nãng ch¶y chØ thu ®îc Al cã ®é s¹ch 99,5-99,7%Al gäi lµ Al kü thuËt. -Al th« tõ bÓ ®iÖn ph©n cßn chøa nhiÒu t¹p chÊt gi¶m chÊt lîng nh«m nªn ph¶i tinh luyÖn.
- C¸c t¹p chÊt cã trong Al thêng lµ:chÊt ®iÖn ph©n, nh«m oxit, nh«m cacbit, than lÉn vµo Al tõ bÓ ®iÖn ph©n,Fe,Si,Ti tõ nguyªn liÖu vµo Al trong qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n, t¹p chÊt thÓ khÝ do hoµ tan Al chñ yÕu lµ Hi®r«. - Hai qu¸ tr×nh tinh luyÖn Al thêng ®îc ¸p dông cho s¶n xuÊt: + Clorua ho¸ vµ nÊu t¸ch + §iÖn ph©n 3 líp IV.1.Tinh luyÖn theo ph¬ng ph¸p clorua ho¸, nÊu t¸ch( thiªn tÝch) -Môc ®Ých :Khö t¹p ch¸t phi kim lo¹i vµ t¹p chÊt thÓ khÝ. -Khi tinh luyÖn b»ng clorua ho¸, Al th¸o ë bÓ ®iÖn ph©n ra cho ngay vµo thïng chøa, khèng chÕ nhiÖt ®é 7500C-7700C, sôc khÝ Clo vµo Al khuÊy láng,khi ®ã mét phÇn Al bÞ clorua ho¸ t¹o AlCl3 d¹ng h¬i. H¬i AlCl3 bao quanh c¸c h¹t r¾n phi kim lo¹i, lµm chóng næi lªn trªn mÆt kim lo¹i láng vµ vít ra ngoµi. §ång thêi c¸c khÝ nh H2 còng bÞ h¬i AlCl3mang ®i. -§Ó khö ®i mét sè c¸c t¹p chÊt, ta dïng ph¬ng ph¸p nÊu t¸ch, viÖc nÊu t¸ch ®îc tiÕn hµnh trong lß ®iÖn trë, khèng chÕ nhiÖt ®é 700-7100C, ®¸y lß cã ®é dèc nhÊt ®Þnh vµ cã chç tËp chung Al.Al sÏ ch¶y láng, vµ tËp trung l¹i, c¸c t¹p chÊt vÉn ë thÓ r¾n hoÆc sÖt n»m l¹i trªn ®¸y lß. IV.Tinh luyÖn b»ng ph¬ng ph¸p ®iÖn ph©n ba líp. - Qu¸ tr×nh tiÕn hµnh trong bÓ ®iÖn ph©n cã ba líp láng, thùc chÊt cña ph¬ng ph¸p nµy lµ Al cùc d¬ng hoµ tan theo ph¶n øng ®iÖn ho¸ sau : Al - 3e  Al3+ T¹i cùc ©m thu ®îc Al s¹ch theo ph¶n øng : Al3+ + 3e  Al - C¸c nguyªn tè d¬ng h¬n Al (Cu, Fe, Si,...) kh«ng hoµ tan vµ tËp trung l¹i trong hîp kim cùc d¬ng,c¸c kim lo¹i ©m h¬n Al (Mg, Ca,...) sÏ bÞ hoµ tan ë
cùc d¬ng chuyÓn vµo chÊt ®iÖn ph©n ë c¸c d¹ng ion t¬ng øng, chóng n»m l¹i trong chÊt ®iÖn ph©n chø kh«ng phãng ®iÖn, bëi v× thÕ ®iÖn thÕ tiÕt ra cña chóng cao h¬n cña Al.Do chªnh lÖch vÒ tØ träng, trong bÓ ®iÖn ph©n tinh luyÖn cã ba líp(tõ díi lªn trªn):hîp kim cùc d¬ng, chÊt ®iÖn ph©n, Al s¹ch.
PHẦN IV XỬ LÝ DÒNG THẢI . ********** Công nghệ sản xuất nhôm gồm rất nhiều quá trình phức hợp, vì vậy mà chất thải của từng quá trình đều khác nhau và các chất chứa trong chúng cũng khác nhau tùy thuộc vào từng quá trình. Một cách tương đói có thể chia dòng thải thành 4 loại: + chất thải rắn. + khí thải. + nước thải. + ảnh hưởng đến vi khí hậu. I. CHẤT THẢI RẮN I.1 Thành phần Trong từng quá trình đều có những loại chất thải khác nhau đa phần là đất đá có lẫn bụi quặng và các kim loại tạp ở dạng các hợp chất, ngoài ra còn có các loại chất thải phát sinh ngoài quá trình luyện. Quặng đưa vào luyện nhôm còn chứa nhiều tạp chất như đất, đá,các kim loại tạp chất tồn tại ở dạng các hợp chất… Vì vậy trước khi đưa vào lò luyện quặng cần được xử lý sơ bộ.Quá trình xử lý gồm nghiền, sàng, tuyển rửa quặng làm sinh ra quặng, bụi quặng rơi vãi,cặn đất, đá được sàng, tuyển ra. Thành phần này chứa tỷ lệ kim loại thấp được nhập vào dòng thải đem đi xử lý. Quặng sau khi xử lý được đem đi sản xuất nhôm oxit bằng phương pháp Bayer hòa tan rồi hòa tách trong Octola ở áp suất cao. Phương pháp này tiêu tốn nhiều
nguyên liệu và hao phí nhiều kim loại vì vậy cặn thải cũng chứa tỷ lệ kim loại cao. Để khắc phục nhược điể m trên người ta sử dụng phương pháp kiềm thiêu kết giả m tỷ lệ kim loại đi vào cặn thải. Tuy nhiên nói chung cả hai phương pháp đều có kim loại thất thoát. Khi nung oxit nhôm ở nhiệt độ cao cần có chất trợ dung(thường là CaO). Cặn thải của quá trình này chứa oxit silic,oxit nhôm thất thoát, các kim loại nặng, cặn lắng của các chất vô cơ khác…Với những loại cặn có tỷ lệ kim loại cao sẽ được tái sử dụng để thu hồi kim loại. Oxit nhôm sau khi làm sạch được đem đi điện phân sẽ thu được nhôm thô.Để thu được nhôm sạch ta tiếp tục tiến hành điện phân, số lần điện phân càng nhiều thì nhôm càng tinh khiết.Dung dịch điện phân là muối Criolit không hòa tan các kim loại dương hơn nhôm. Vì vậy bùn điện phân chứa các kim loại dương hơn nhôm. Thành phần này chủ yếu là các kim loại nặng và độc hại. Ngoài ra trong quá trình sản xuất còn phát sinh các nguồn thải khác như bao bì đựng hóa chất có thể còn dính các hóa chất độc hại, rất cần được xử lý kỹ để đảm bảo an toàn đối với sức khỏe cũng như môi trường. I.2 Qui Trình Xử Lý Đối với chất thải rắn thì hiện nay hai phương pháp phổ biến nhất được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới là chôn lấp và thiêu hủy.trong đó thiêu hủy được cho là sạch hơn. Ngoài ra còn có phương pháp hóa lý hoặc cũng có thể dùng xỉ làm nguyên liệu cho ngành xây dựng như ép gạch viên hoặc làm vật liệu phụ cho sản xuất xi măng. Tuy nhiên có thể không an toàn vì trong xỉ có chứa một lượng nhỏ kim loại nặng có thể gây nguy hiể m đối với người sử dụng nếu tiếp xúc lâu dài với các sản phẩm này. Chất thải rắn trước tiên sẽ được phân loại và xử lý cơ học gồm: nghiền, sang, tuyển từ…rồi mới được xử lý bằng các phương pháp khác.
I.2.1 Công Nghệ Chôn Lấp Là biện pháp tiêu hủy được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Theo công nghệ này chất thải rắn được cố định dạng viên hay khối và đem chôn lấp ở bãi chôn lấp. bãi chôn lấp phải đảm bảo cách xa khu dân cư trên 5km, nền đất ổn định, chống thấm tốt, mực nước ngầ m thấp,cách xa sông hồ. Để tăng hiệu quả chôn lấp thì chất thải rắn thường được hóa rắn trước khi chôn thông qua việc thay đổi tính chất hóa lý, tăng sức bền, giả m độ hòa tan,giảm độ lan truyền chất thải độc hại. Vật liệu đóng rắn chủ yếu là xi măng hoặc có thể trộn thêm một vài chất vô cơ khác để tăng độ ổn định và kết cấu. Tỷ lệ phối trộn phụ thuộc vào từng loại chất thải cụ thể. Thường sau khi đóng rắn người ta kiể m tra khả năng hòa tan rồi phân tích mẫu nước lọc để xác định các chỉ tiêu đặc trưng rồi so sánh với tiêu chuẩn. Nếu đạt tiêu chuẩn sẽ được chôn ở bãi rác công nghiệp, nếu không đạt tiêu chuẩn phải tăng tỷ lệ xi măng. Ở Việt Nam hiện nay chưa có tiêu chuẩn này. Theo tiêu chuẩn Nhật Bản chất thải rắn sau khi hóa rắn đem ngâm và khuấy liên tục trong 6h trong nước cất sau đó đem lọc và phân tích. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay việc đóng rắn chưa được thực hiện và các tiêu chuẩn về chôn lấp sạch chất thải công nghiệp chưa đạt được.
Bãi chôn lấp rác thải rắn : I.2.2 Thiêu Đốt Đây là quá trình oxi hóa chất thải ở nhiệt độ cao phù hợp để xử lý chất thải rắn ( thường từ 1200oC đến 1300oC ) và cung cấp đủ oxi. Phương pháp này chỉ hiệu quả khi các vật liệu khó cháy trong chất thải dưới 30%. Có hai phương pháp thiêu đốt . + Đốt tự nhiên là trực tiếp đốt chất thải trong môi trường tự nhiên ở xa khu dân cư, cách này lại gây ô nhiễm không khí,không tận dụng được nhiệt và chỉ áp dụng với chất dễ cháy. + Đốt trong lò thiêu sử dụng các lò đốt chuyên dụng để đốt. Các lò đốt này sử dụng qui trình đốt khép kín và có hệ thống tận dụng nhiệt. Phương pháp này sạch và an toàn được sử dụng ở nhiều các nước phát triển. Tuy nhiên ở nước ta phương pháp này mới chỉ được áp dụng để đốt chất thải y tế ở những cơ sở lớn. Còn các nhà máy luyện kim thì chưa có điều kiện tiếp cận công nghệ này. Công nghệ này có nhiều ưu điểm : khả năng tận dung nhiệt, xử lý triệt để khối lượng, tương đối sạch, không tốn đất chôn. Nhược điểm của công nghệ này là chi phí lớn, dễ tạo ra sản phẩ m phụ nguy hiểm. II.2.3 Công Nghệ Hóa Lý. Là công nghệ xử lý sử dụng các quá trình biến đổi hóa lý . Công nghệ này chỉ có hiệu quả với những nhà máy có qui mô lớn, phù hợp để thu hồi các chất thải rắn có chứa các kim loại nặng hay các dung môi hữu cơ.Một số biện pháp hóa lý cơ bản sau.
+ Trích ly : là quá trình tách các cấu tử ra khỏi hôn 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 mục đích khác. + Chưng cất : Là quá trình hỗn hợp chất lỏng bay hơi thành từng pha cấu tử từ đó tách được các chất cần tách + Oxi hóa khử : Sử dụng các 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.Thường sử dụng một số chất oxi hóa sau : Na2S2O4 , KmnO4 K2Cr2O7 , , … để xử lý một số kim loại đa hóa trị . H2O2 II- KHÍ THẢI II.1 Thành Phần Hỗn Hợp Khí Khí thải của quá trình sản xuất nhôm chứa nhiều loại khí và bụi. Trong đó nhiều nhất là bụi quặng từ khâu nghiền và tuyển quặng. CO2, CO từ quá trình điện phân, đốt nhiên liệu và một lượng nhỏ từ các thiết bị vận chuyển trong nhà máy , hơi nước thoát ra từ octola có tính kiềm , ngoài ra còn có các khí Cl2, F2, H2 từ quá trình điện phân và tinh luyện nhôm . Một lượng nhỏ hơi kim loại thoát ra từ các lò luyện và tinh luyện. Ở các nước SNG, oxit nhôm được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau do đó lượng khí thoát ra rất lớn và chứa hàm lượng bụi cao. Nếu sử dụng Alunit để sản xuất nhôm oxit thì khí ra còn chứa cả SO2 . Bụi thoát ra từ quá trình nung vôi, thiêu kết, nung oxit nhôm và gia công chuẩn bị nguyên liệu. Các hợp chất sunphua thoát ra khi ủ và hoàn nguyên Alunit … Sau đây là bảng thống kê hàm lượng bụi từ một số thiết bị :