Sản xuất nhôm


Nhôm (Aluminium) là kim loại nhẹ, dẫn điện và chịu ăn mòn có ái lực hóa học lớn đối với Oxy. Tổ hợp tính chất này làm cho vật liệu này được sử dụng rộng rãi, như các ứng dụng trong hàng không, xây dựng kiến trúc và công nghiệp hàng hải, cũng như nhiều ứng dụng dân dụng khác. Chỉ mới qua một thế kỷ vừa qua, tuy nhiên, đã có những tiến bộ về kinh tế trong tinh luyện Al, do nó tiêu tốn lượng năng lượng khổng lồ để điện phân dạng oxyt của nó.
Al xuất hiện trong tự nhiên ở dạng khoáng bauxite (hỗn hợp cơ bản là Al2O3.3H2O, Fe2O3 và SiO2), và được tinh luyện theo quá trình sau.Bước 1 – Làm sạch và làm giàu nguyên liệu thô
Quặng bô xít (Bauxite) được khai thác từ mỏ nguyên liệu sau đó được nghiền và rửa để loại bỏ tạp tan trong nước. Nguyên liệu rửa sạch được hòa tan trong NaOH và nung nóng. khi đó Al2O3 được tan một cách chọn lọc bằng phản ứng

Image

Một phần dạng tinh thể của SiO2 cũng hòa tan theo phản ứng

Image

Hai thành tố mới này hòa tan, ngoại trừ Fe2O3 là oxyt bazơ và do đó nó không hò tan trong dung dịch và có thể lọc khỏi dung dịch. Theo thời gian Na3Al(OH)6 phân hủy thành Al(OH)3 (là thành phần không tan), cũng được lọc bỏ.

Image

Thành tố này được phân hủy nhiẹt ở nhiệt độ trên 1000 oC để nhận được oxyt nhôm, Al2O3

Image

Bước 2 – Hoàn nguyên oxyt nhôm

Kim loại Al không được sản xuất trực tiếp bằng phản ứng hoàn nguyên oxyt Al:

Image

Oxyt nhôm (Al2O3) ở bước 1 được hòa tan trong dung dịch muối nóng chảy cryolite (Na3AlF6), tạo thành dạng ion và dung dich dẫn điện. Chúng sẽ được phân tách bằng điện phân, sử dụng cực dương (anode) C tự thiêu với hai phản ứng đồng thời xảy ra theo phuơng trình sau:

Image

Quá trình sử dụng điện cực dương Cacbon tự thiêu (tiêu hao)  với điện thế thấp khoảng 1V với nhiệt độ vào khoảng 950-980oC.

Oxyt nhôm là oxyt có dạng liên kết hóa trị, do đó nó có thể được điẹn phân khi nhôm ở dạng ion. Nó tan trong muối nóng chả Cryolite, Na3AlF6 (chất điện phân, nghĩa là hợp chất ion), và tạo thành phức chất ion dẫn điện.Sự điện phân yeu cầu lượng rất lớn năng lượng bởi vì ái lực hóa học của Al với O tạo thành phản ứng

Image

tỏa nhiệt lớn. Hiệu ứng nhiệt tạo thành Al2O3 là -1575kJ/mol.

Sự điện phân được thực hiện trong lò điện sử dụng điện cực C. Hình 1 là mặt cắt của bộ phận điện phân của lò điện, và Hình 2 là hình ảnh của nó trong thực tế.

Image

Hình 1: Mặt cắt của lò điện điện phân

Mỗi buồn có kích thước 4 m chiều rộng và 10 m chiều dài, và có hình dạng như 1 bể tắm nông. Buồng được xây bằng gạch Cacbon và tạo điện cực âm ở đó Al sẽ lắng đọng. Lơ lửng phía trên buồng và được nhúng vào hôn hợp muối nóng chảy là 18 khối điện cực C (cực dương) sẽ bị oxy hóa do điện phân từ ion của các oxyt. Mỗi khối C có đủ vạt liệu để làm việc trong thời gian từ 24 đến 28 trên mỗi buồng.
Dòng điện xấp xỉ 170 000 A chạy qua mỗi điện cực, với điện thế từ 4.2 đến 4.4 volts. Điện thế này sẽ duy trì nhiệt độ hoạt động ở khoảng 1000 oC cũng như làm tác nhân hoàn nguyên oxyt Al. Al nóng chảy sẽ đựoc tập hợp trên điện cực âm và được tháo ra với tốc độ khoảng 1 tấn trên 1 ngày.

Image

Hình 2: Hình ảnh của buồng Điện phân (4 buồng)

Al sản xuất ra tiếp theo được hợp kim hóa tùy theo yêu cầu của sản phẩm cuối cùng. Các tác nhân hợp kim hóa gồm có Cu, Mg và Si và chúng được bổ sung trong các lò nấu chảy bởi vì tầm quan trọng của điều khiển độ chính xác về thành phần sẽ đem lại các tính chất mong muốn.
Chú ý:

Trong luyện kim sử dụng thuật ngữ “hoàn nguyên” sẽ tuơng đương với khái niệm “phản ứng khử/quá trình khử” trong hóa vô cơ.

Sưu tầm và biên dịch.

Luyenkim.Net

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: