ĐỀ TÀI " Tài nguyên bôxit - Tình hình, triển vọng và công nghệ khai thác, chế biến "

Chia sẻ: Phạm Huy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

128
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ khi ngành công nghiệp nhôm ra đời cho tới nay và theo dự báo trong tương lai, sản xuất nhôm vẫn bao gồm chủ yếu hai giai đoạn: - Giai đoạn đầu: Sản xuất nhôm oxit sạch, gọi là alumin cấp luyện kim. - Giai đoạn tiếp theo: Sản xuất nhôm kim loại bằng phương pháp điện phân alumin trong dung dịch muối criolit nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 950Â°C (phương pháp Hall - Heroult, được phát minh năm 1886). Những nét đặc trưng cơ bản của ngành công nghiệp nhôm là tiêu hao năng lượng cao và...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: ĐỀ TÀI " Tài nguyên bôxit - Tình hình, triển vọng và công nghệ khai thác, chế biến "

ĐỀ TÀI Tài nguyên bôxit - Tình hình, triển vọng và công nghệ khai thác, chế biến
I. TÀI NGUYÊN BÔXIT TRÊN THẾ GIỚI, TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN ................................................................................... 4 1. Tài nguyên bôxit trên thế giới........................................................ 4 2. Tình hình khai thác quặng bôxit trên thế giới............................ 13 3. Thị trường các sản phẩm đi từ quặng bôxit trên thế giới............ 18 4. Tình hình sản xuất các sản phẩm đi từ quặng bôxit trên thế giới27 II. TÀI NGUYÊN BÔXIT Ở VIỆT NAM, TÌNH HÌNH KHAI THÁC ........................................................................................................... 33 1. Tài nguyên bôxit ở Việt Nam....................................................... 33 2. Tình hình khai thác, nghiên cứu, chế biến quặng bôxit Việt Nam, xu hướng phát triển............................................................................... 45 III. CÔNG NGHỆ LÀM GIÀU, CHẾ BIẾN QUẶNG BÔXIT ..... 49 1. Công nghệ làm giàu quặng bôxit ................................................. 49 2. Công nghệ sản xuất alumin.......................................................... 50 3. Công nghệ sản xuất nhôm kim loại ............................................. 66 IV. KẾT LUẬN................................................................................. 80
Từ khi ngành công nghiệp nhôm ra đời cho tới nay và theo dự báo trong tương lai, sản xuất nhôm vẫn bao gồm chủ yếu hai giai đoạn: - Giai đoạn đầu: Sản xuất nhôm oxit sạch, gọi là alumin cấp luyện kim. - Giai đoạn tiếp theo: Sản xuất nhôm kim loại bằng phương pháp điện phân alumin trong dung dịch muối criolit nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 950Â°C (phương pháp Hall - Heroult, được phát minh năm 1886). Những nét đặc trưng cơ bản của ngành công nghiệp nhôm là tiêu hao năng lượng cao và vốn đầu tư lớn. Tiêu hao năng lượng để sản xuất 1 tấn nhôm kim loại là 150 - 170 GJ/T, trong khi đó tungsten (vonfram) cần 180 -190 GJ/T, đồng cần 85 - 100 GJ/T, kẽm 55 - 60 GJ/T, thép 15 - 20 GJ/T. Như vậy ngành công nghiệp nhôm là một trong những ngành tiêu tốn nhiều năng lượng nhất. Trong công nghiệp, có một số công nghệ sản xuất alumin tùy theo loại nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu. Hiện tại và trong tương lai, 85% alumin trên thế giới được sản xuất từ quặng bôxit, 10% từ quặng nephelin và alunit, 5% từ các nguyên liệu khác. Điều đó cho thấy bôxit vẫn là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất trong sản xuất alumin nói riêng và sản xuất nhôm nói chung. Nếu nguyên liệu là bôxit chất lượng tốt (tỷ lệ Al2O3/SiO2 >= 7), hàm lượng SiO2 thấp, thì có thể áp dụng công nghệ Bayer. Nếu là bôxit chất lượng trung bình, có thể áp dụng phương pháp kết hợp Bayer - thiêu kết song song hoặc nối tiếp. Nếu là bôxit chất lượng xấu, hàm lượng SiO2 cao, có thể áp dụng
phương pháp thiêu kết đơn thuần. Hiện tại và dự báo trong tương lai, khoảng 90% sản lượng alumin trên thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ Bayer. I. TÀI NGUYÊN BÔXIT TRÊN THẾ GIỚI, TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN 1. Tài nguyên bôxit trên thế giới Bôxit là một trong những nguồn tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên thế giới. Với sản lượng khai thác và mức tăng trưởng bình quân hàng năm như hiện nay, trữ lượng bôxit có thể đảm bảo cho nhân loại sử dụng trong 100 - 125 năm tới, nếu tính cả tài nguyên thì thời gian có thể tăng lên gấp đôi. Bôxit có thành phần hóa học và khoáng vật cơ bản như sau: Thành phần hóa học Thành phần khoáng vật Al2O3: 40 - 65% điaspor a - Al2O3.H2O bơmit g - Al2O3.H2O gipxit g - Al2O3.3H2O SiO2 : 0,5 - 10% kaolinit Al4(OH)8.SiO2.O10 thạch anh SiO2
Fe2O3 : 3 - 30% hematit a - Fe2O3, gơtít a - Fe2O3.H2O TiO2 : 0,5 - 8% anatat TiO2, rutin TiO2 H2O : 10 - 34% trong điaspor, bơmit, gipxit, kaolinit, gơtít Các nguyên tố đi kèm Mn, P, V, Cr, Ni, Ga, Ca, Mg, C... và các tạp chất Theo nguồn gốc thành tạo địa chất, bôxit được chia làm hai loại: bôxit laterit và bôxit karstic. Bôxit laterit được thành tạo từ quá trình phong hóa đá bazan, chiếm khoảng 90% trữ lượng bôxit của thế giới, thành phần chủ yếu là gipxit. Bôxit karstic được thành tạo trên nền đá vôi chiếm khoảng 10% trữ lượng. Đối với mục đích công nghệ xử lý, người ta chia bôxit thành các loại sau: - Bôxit gipxit (hàm lượng bơmit < 5%), tập trung ở các nước: Braxin, Sierra Leone, Surinam, Inđônêxia, Ghinê, Giamaica, ôxtrâylia, Vênêzuêla, Guana, Việt Nam, Ấn Độ. - Bôxit hỗn hợp gipxit - bơmit (hàm lượng bơmit 5 - 20%), tập trung ở các nước: ôxtrâylia, Ghana, Ghinê, Giamaica, Ấn Độ. - Bôxit bơmit (hàm lượng bơmit > 20%), tập trung ở các nước: Nam Tư, Pháp, Hungari. - Bôxit điaspor (hàm lượng điaspor > 5%), tập trung ở các nước: Hy Lạp, Iran, Trung Quốc (TQ), Nam Tư, Việt Nam, Rumani.
Phần lớn các mỏ bôxit đều là sản phẩm của quá trình phong hóa laterit đã chứa thành phần oxyt nhôm (Al2O3) cao. Vì vậy, các mỏ bôxit trên thế giới thường tập trung ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Theo tài liệu thống kê chưa đầy đủ năm 1996, cả thế giới có khoảng 55 nước có mỏ bôxit với trữ lượng 19,630 tỷ tấn, tài nguyên 29,793 tỷ tấn, tổng cộng 49,423 tỷ tấn. Bảng 1: Trữ lượng bôxit trên thế giới (triệu tấn) Khu vực/ nước Trữ lượng Tài nguyên Cộng 1. Bắc Mỹ 33 0 33 Hoa Kỳ 33 0 33 2. Trung Mỹ 78 200 278 Costa Rica 78 120 198 Hondurat 0 10 10 Panama 0 70 70 3. Vùng Caribê 1.905 305 2.210 Giamaica 1.866 250 2.116
Haiti 10 40 80 Cộng hòa Đominic 29 15 14 Guyana (thuộc Pháp) 42 130 172 Columbia 0 100 100 4. Nam Mỹ 3.566 10.275 13.841 Braxin 2.140 2.750 4.890 Guyana 674 300 974 Surinam 535 225 760 Venezuela 217 7.000 7.217 5. Tây âu 945 2.010 2.955 Hy Lạp 572 400 972 Nam Tư 320 500 820 Pháp 21 500 521 Đức 2 0 2 Ý 5 45 50
Tây Ban Nha 5 125 130 Thổ Nhĩ Kỳ 20 435 455 Anh 0 3 3 Áo 0 2 2 6. Đông âu 521 425 946 Hungari 273 75 348 Cộng đồng các quốc gia 201 350 551 độc lập (CIS) 47 0 47 Rumani 7. Châu Phi 6.663 6.213 12.876 Ghinê 5.407 3.400 8.807 Ghana 446 100 546 Camơrun 680 800 1.480 Siralion 126 0 126 Môzămbic 2 0 2
Zimbabuê 2 3 5 Mali 0 880 880 Ghi-nê Bit-xô 0 500 500 Nam Phi 0 70 70 Malagasi 0 200 200 Malauy 0 60 60 Zaia 0 200 200 8. Châu Á 1.829 7.550 9.179 Trung Quốc 94 850 944 Ấn Độ 952 3.000 3.952 Inđônêxia 739 1.500 2.239 Malaysia 11 5 16 Pakistan 15 105 120 Iran 9 70 79 A Rập Xê-út 9 145 154
Philippin 0 250 250 Việt Nam 0 1.550 1.550 Đài Loan 0 75 75 9. Châu Đại Dương 4.048 2.585 6.633 ôxtrâylia 3.998 2.500 6.498 Đảo Salomon 50 10 60 Fiji 0 10 10 Niu Dilân 0 20 10 Palau 0 45 45 Tổng cộng 19.630 29.793 49.423 Chú thích: - Tài nguyên: Là tích tụ tự nhiên của quặng bôxit bên trong hoặc trên bề mặt vỏ trái đất, có hình thái, số lượng và chất lượng đáp ứng tiêu chuẩn tối thiểu để khai thác, sử dụng đem lại hiệu quả kinh tế ở thời điểm hiện tại hoặc trong tương lai.
- Trữ lượng: Lượng quặng bôxit đã được thăm dò qua nghiên cứu khả thi hoặc với trình độ công nghệ, giá cả thị trường, các yếu tố khác có liên quan tại thời điểm đánh giá sẽ mang lại hiệu quả kinh tế. Nguồn tài nguyên, trữ lượng này được phân bố như sau: 1. Nam Mỹ: 28% 2. Châu Phi: 26% 3. Châu Á: 19% 4. Châu Đại Dương: 14% 5. Châu âu: 8% 6. Vùng Caribê và Trung, Bắc Mỹ: 5% Trong đó, 10 nước có tổng tài nguyên, trữ lượng hàng đầu thế giới là: Ghinê, ôxtrâylia, Vênêzuêla, Braxin, Ấn Độ, Giamaica, Inđônêxia, Việt Nam, Camơrun và Guyana với tổng tài nguyên và trữ lượng là 39,723 tỷ tấn, chiếm 80,37% toàn thế giới. Xét về trữ lượng, tỷ lệ phân bố theo các khu vực và châu lục như sau: 1. Châu Phi: 34,6% 2. Châu Úc: 20,8% 3. Nam Mỹ: 18,5% 4. Giamaica: 9,7% 5. Châu Á: 9,3% 6. Các khu vực khác: 7,1% Các mỏ bôxit được phân thành các loại hình như sau: - Dạng lớp chùm phủ
- Dạng túi - Dạng lớp xen kẹp - Dạng mảnh vụn Các mỏ dạng lốp chùm phủ rất đặc trưng cho loại bôxit có nguồn gốc phong hóa laterit, là loại hình phổ biến trên thế giới và trữ lượng chiếm ưu thế. Các mỏ này có nhiều ở Tây Phi, ôxtrâylia và Ấn Độ. Do quá trình phong hóa diễn ra rất triệt để trong điều kiện thuận lợi và thời gian dài nên dẫn đến việc thành tạo quặng bôxit chất lượng rất tốt, hàm lượng Al2O3 bằng 50-70%. Các mỏ bôxit ở Miền Nam nước ta cũng thuộc loại hình này, song đáng tiếc là quá trình phong hóa chưa chín muồi nên chất lượng quặng thấp, phải qua tuyển rửa mới nâng hàm lượng các thành phần Al2O3 và mođun silic đến mức trung bình của thế giới, là mức cho phép áp dụng phương pháp Bayer để sản xuất alumin. Các mỏ dạng túi thường gặp ở Giamaica và miền Nam âu, thân quặng có chiều dày biến đổi lớn, từ 1m đến 30m, thành phần khoáng vật quặng thường gồm gipxit, điaspor và bơmit, hàm lượng Al2O3 > 45%, hàm lượng SiO2 rất thấp (khoảng 1,5%). Các mỏ dạng lớp xen kẹp thường phát triển ở Liên Xô, Trung Quốc, Mỹ, Braxin, Hungari v.v..., thành phần khoáng vật chủ yếu gồm điaspor và bơmit. Các mỏ dạng mảnh vụn được thành tạo do quá trình tái trầm tích các vật liệu và quặng bôxit bị phá hủy, xói mòn và vận chuyển từ mỏ khác tới. Các mỏ loại này ít phổ biến. Mỏ Arkansas của Mỹ thuộc loại hình mỏ này. Ở nước ta, các mỏ bôxit Miền Bắc thuộc cả 3 loại hình kể trên.
2. Tình hình khai thác quặng bôxit trên thế giới Do nhu cầu nhôm kim loại ngày càng tăng, sản lượng khai thác bôxit cũng đã tăng theo để đảm bảo cung cấp đủ nguyên liệu cho sản xuất alumin và điện phân nhôm kim loại. Trong vòng 10 năm gần đây, từ 1993 đến 2003, quy mô khai thác quặng bôxit trên thế giới tăng từ 101 triệu tấn lên 178 triệu tấn, với tốc độ tăng trưởng khoảng 6,5%/ năm. Theo số liệu thống kê năm 2003, trên toàn thế giới có 19 nước khai thác quặng bôxit với sản lượng 178 triệu tấn cung cấp cho các nhà máy sản xuất 60 triệu tấn alumin. Bảng 2. Sản lượng khai thác bôxit và sản xuất alumin trên thế giới năm 2003 (triệu tấn) TT Nước Quặng tự Quặng khô Alumin nhiên 1 Ghana 0,28 0,26 0,12 2 Ghinê 17,57 16,32 7,22 3 Braxin 18,83 16,65 7,33 4 Guyana 3,93 3,64 0,80
5 Giamaica 17,50 14,86 6,08 6 Surinam 4,79 4,14 1,95 7 Vênêzuêna 4,26 3,84 1,75 8 Ấn Độ 10,82 9,87 2,89 9 Inđônêxia 1,33 1,20 10 Iran 0,84 0,76 0,28 11 Thổ Nhĩ Kỳ 0,43 0,40 0,18 12 Việt Nam 0,03 0,02 - 13 Hy Lạp 1,78 1,61 0,74 14 ôxtrâylia 61,84 45,03 13,59 15 Nam Tư 1,16 1,03 0,44
16 Hungari 0,90 0,82 0,30 17 Azecbaigian 0,69 0,63 0,09 18 Kazăcxtan 3,69 3,29 1,20 19 Nga 12,92 11,29 3,27 20 Trung Quốc 14,39 12,29 5,85 Tổng cộng 178,00 159,00 60,00 10 nước đứng đầu trong số 19 nước khai thác quặng bôxit trên thế giới là: Bảng 3. Sản lượng bôxit 10 nước hàng đầu thế giới năm 2003 (triệu tấn) TT Nước Quặng tự Quặng khô Alumin nhiên 1 ôxtrâylia 61,84 45,03 13,59 2 Braxin 18,83 16,65 7,33 3 Ghinê 17,57 16,32 7,22
4 Giamaica 17,50 14,86 6,08 5 Trung Quốc 14,39 12,29 5,85 6 Nga 12,92 11,29 3,27 7 Ấn Độ 10,82 9,87 2,89 8 Surinam 4,79 4,14 1,95 9 Vênêzuêna 4,26 3,84 1,75 10 Guyana 3,93 3,64 0,80 Tổng cộng 166,85 137,93 50,73 10 mỏ khai thác quy mô lớn nhất thế giới có sản lượng tổng cộng 110,36 triệu tấn, chiếm 62% sản lượng toàn thế giới, riêng ôxtrâylia có tới 5 mỏ. Mỏ Huntly ở phía Tây ôxtrâylia, cách thành phố Perth về phía nam 80km, có trữ lượng 700 triệu tấn và sản lượng khai thác 20,28 triệu tấn/năm, đứng đầu thế giới. Mỏ Gove ở phía Bắc, thân quặng dày 3 - 4m, lớp phủ khoảng 1m tương tự các mỏ bôxit ở Miền Nam nước ta, sản lượng khai thác 6,7 triệu tấn/ năm v.v.... Các mỏ trên đều được khai thác bằng phương pháp lộ thiên với công nghệ ô tô, máy xúc năng suất lớn và rất lớn. Các mỏ bôxit của ôxtrâylia thuộc quyền quản lý của các tập đoàn nhôm hàng đầu thế giới như: ALCOA of Australia, NABALCO, Worsley Alumin (WAPL) và COMALCO, chất lượng quặng bôxit tốt, trung bình tiêu hao 2,5 tấn quặng để sản xuất 1 tấn alumin.
Ngoài việc cung cấp cho các nhà máy điện phân nhôm trong nước, lượng alumin sản xuất được còn được xuất khẩu sang các nước khác để sản xuất nhôm. 10 mỏ khai thác lớn nhất trên thế giới năm 2003 (triệu tấn) là: TT Nước Tên mỏ Quặng tự Quặng Alumin nhiên khô 1 Ghinê Boke 12,62 11,82 5,59 2 nt Trombetas 16,13 14,40 6,71 3 Ghana Manchesterplateau 7,48 6,23 2,64 4 Giamaica Watervalley 6,59 5,65 2,29 5 ôxtrâylia Weipa 12,54 11,20 5,21 6 nt Huntly 20,28 18,43 5,20 7 nt Willowdale 9,36 8,51 2,40 8 nt Gove 6,70 6,14 2,69 9 nt Boddington 12,96 11,95 3,30 10 Nga Kiyashaltyr 5,70 5,09 1,10
Tổng cộng 110,36 99,42 37,13 Trong công tác khai thác, vấn đề bảo vệ môi trường, hoàn thổ đất trồng hiện rất được quan tâm. Hầu hết các mỏ sau khi khai thác hết trữ lượng đều được san gạt, trồng cây xanh và có biện pháp làm tăng độ phì nhiêu của đất. 3. Thị trường các sản phẩm đi từ quặng bôxit trên thế giới 3.1. Phân loại sản phẩm, lĩnh vực sử dụng Khoảng 96% bôxit khai thác được sử dụng cho ngành luyện kim, 4% còn lại được sử dụng cho các ngành công nghiệp khác như: vật liệu chịu lửa, gốm sứ, vật liệu mài - đánh bóngâ€¦ Hơn 90% sản lượng alumin (gọi là alumin cấp luyện kim) trên thế giới được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình điện phân để sản xuất nhôm kim loại, còn lại khoảng 10% sử dụng cho công nghiệp hóa chất và các ngành công nghiệp khác. Phân loại bôxit theo lĩnh vực sử dụng như sau: Lĩnh vực Thành phần hóa học, % sử dụng Al2O3 SiO2 Fe2O3 Ti2O
Luyện kim 50 - 55 0 - 15 5 - 30 0-6 Xi măng 45 - 55 max 6 20 - 30 3 Vật liệu mài min 55 max 5 max 6 min 2,5 Ngành hóa min 55 - 58 max 5 - 12 max 2 0-6 Chịu lửa min 54 - 61 max 1,5 - 5,5 max 2 max 2,5 Bôxit nung cho ngành vật liệu chịu lửa: Quặng bôxit dùng để sản xuất vật liệu này phải có hàm lượng sắt, titan và kiềm thấp, nung ở nhiệt độ khoảng 16500C. Trên thế giới, hiện tại chỉ có hai vùng có loại bôxit này, đó là Guyana và TQ. Thành phần hóa học và tính chất vật lý đặc trưng của hai loại bôxit này sau khi nung như sau: Thành Bôxit Guyana Bôxit TQ phần, % RASC (Cấp bôxit Cấp bôxit nung cho vật liệu chịu lửa) 85 80 75
Al2O3 88,3 87,5 84,5 78,6 SiO2 6,5 6,0 6,5 14,5 Fe2O3 1,75 1,50 1,50 1,20 TiO2 3,20 3,75 4,0 3,5 M.K.N 0,25 0,20 0,20 0,20 Các loại nhôm oxit đặc biệt. Về nguyên tắc các loại oxit này được sản xuất từ quặng bôxit bằng công nghệ Bayer với những công đoạn đặc biệt. Các sản phẩm đặc biệt chủ yếu được sản xuất ở các nước: Mỹ, Pháp, Đức, Nga, Nam Tư, Hungari, TQâ€¦ Người ta chia alumin đặc biệt thành hai loại: alumin hoạt tính và alumin đặc biệt. Alumin hoạt tính là alumin có diện tích bề mặt riêng lớn hơn 40m2/g, được sản xuất bằng cách nung ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nung alumin cho mục đích luyện kim thông thường. Alumin đặc biệt là những alumin có đặc tính sau: