khái niệm cơ bản về luyện quặng nhôm

Giới thiệu về quá trình xử lý quặng nhôm: Từ Bauxite đến Alumina

Hành trình của nhôm, một kim loại đồng nghĩa với sự hiện đại, bắt đầu không phải với chất liệu trắng bạc mà chúng ta nhận ra, nhưng với loại đá sét màu nâu đỏ được gọi là bauxite. Là quặng chính của nhôm, bauxit không trực tiếp tạo ra kim loại. Thay vì, nó phải trải qua một quá trình chuẩn bị quan trọng được gọi là trộn quặng hoặc sự hưởng lợi, được gọi cụ thể hơn là Quy trình của Bayer cho nhôm. Giai đoạn ban đầu này là cơ bản, biến đổi thô, bauxite tạp chất thành oxit nhôm tinh khiết (nhôm), nguyên liệu thiết yếu cho quá trình khử điện phân tiếp theo để tạo ra nhôm kim loại.

Bản chất của Bauxite và nhu cầu chế biến

Bauxite là một khoáng chất không đồng nhất chủ yếu bao gồm các khoáng chất nhôm hydroxit, chủ yếu là gibbsite (Al(Ồ)₃), boehmit (γ-alo(Ồ)), và hải ngoại (A-Alo(Ồ)). Tuy nhiên, nó không bao giờ được tìm thấy ở trạng thái tinh khiết. Một mỏ bauxite điển hình là một hỗn hợp phức tạp chứa nhiều tạp chất, đáng chú ý nhất:

• silic (SiO₂): Ở dạng như thạch anh và khoáng sét (VÍ DỤ., kaolinit).
• Oxit sắt (Fe₂O₃): Làm cho bauxite có màu đỏ đặc trưng.
• Titan dioxit (TiO₂): Thường hiện diện dưới dạng khoáng vật rutile.
• Nhiều nguyên tố vi lượng khác.

Sự có mặt của các tạp chất này, đặc biệt là silic, rất bất lợi cho hiệu quả và tính kinh tế của quá trình nấu chảy. Vì thế, Mục tiêu cốt lõi của việc xử lý quặng nhôm là tối đa hóa hàm lượng alumina và giảm thiểu silic phản ứng, sản xuất đồng phục, sản phẩm chất lượng cao cho quy trình Bayer.

Quy trình của Bayer: Cốt lõi của việc xử lý quặng nhôm

Quy trình của Bayer, được phát triển bởi Karl Josef Bayer vào năm 1887, vẫn là phương pháp công nghiệp nền tảng để tinh chế bauxite thành alumina. Đây là một quá trình thủy luyện kim tận dụng tính chất lưỡng tính của nhôm hydroxit, nghĩa là nó có thể phản ứng với cả axit và bazơ. Quá trình này bao gồm một số giai đoạn hoạt động chính:

• 1. Nghiền và mài: Bauxite khai thác được trước tiên được nghiền và nghiền thành bột mịn để tăng diện tích bề mặt., tạo điều kiện cho phản ứng hóa học hiệu quả hơn ở bước tiếp theo.
• 2. tiêu hóa: Sau đó, bauxit nghiền được trộn với hỗn hợp nóng, xút đậm đặc (natri hydroxit, NaOH) dung dịch trong các bình lớn gọi là bể phân hủy. Dưới áp suất và nhiệt độ cao (thông thường trong khoảng 150-280°C tùy thuộc vào loại bauxite), các khoáng chất nhôm hydroxit hòa tan để tạo thành dung dịch natri aluminat hòa tan:
  Al(Ồ)₃ + Naoh → naalo₂ + 2H₂O
  Các tạp chất oxit sắt và titan dioxide, không tan trong kiềm mạnh, vẫn ở dạng rắn như một phần của "bùn đỏ" dư lượng.
• 3. Làm rõ/Giải quyết: Bùn thu được từ quá trình phân hủy - hỗn hợp rượu aluminat natri và chất rắn bùn đỏ không hòa tan - được chuyển đến bể lắng lớn hoặc bể lắng. Đây, những hạt bùn đỏ nặng lắng xuống đáy. Để hỗ trợ cho sự tách biệt này, chất keo tụ thường được thêm vào. Dung dịch natri aluminate đã được làm rõ được gạn và lọc cẩn thận để loại bỏ các hạt mịn còn lại.
• 4. Sự kết tủa: Đây là sự đảo ngược của quá trình tiêu hóa. Dung dịch natri aluminat trong suốt được làm lạnh và gieo hạt tinh thể alumina ngậm nước mịn. Việc khuấy trộn trong khoảng thời gian vài giờ đến vài ngày sẽ làm dung dịch bị phân hủy, kết tủa tinh thể nhôm hydroxit tinh khiết:
  Naalo₂ + 2H₂o → al(Ồ)₃↓ + NaOH
  Xút được tái sinh ở bước này và tái chế trở lại giai đoạn tiêu hóa.
• 5. nung:Nhôm hydroxit kết tủa được rửa sạch để loại bỏ cặn rồi nung (đun nóng) trong lò quay hoặc lò nung tầng sôi ở nhiệt độ khoảng 1000-1200°C. Nhiệt độ cao này làm mất đi nước liên kết hóa học, dẫn đến khô, trắng, bột cát được gọi là alumina cấp lò luyện (Al₂O₃).

  Quá trình thiêu kết: Con đường bổ sung cho bauxite hàm lượng silic cao

  Quy trình Bayer tiêu chuẩn phải đối mặt với những thách thức kinh tế khi xử lý bauxit có hàm lượng silic cao do tiêu thụ quá nhiều xút.
  Một phương pháp thay thế hoặc bổ sung phổ biến cho các loại quặng chịu lửa đó là thiêu kết.
  Thiêu kết kết hợp bauxite hàm lượng silic cao với tro soda (Na₂CO₃) và đá vôi (CaCO₃) ở nhiệt độ cao.
  Silica phản ứng tạo thành canxi silicat không hòa tan trong khi tạo ra natri aluminat.
  Khối thiêu kết sau đó có thể được lọc để chiết xuất alumina.
  Quá trình thiêu kết có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp với quá trình xử lý của Bayer tùy thuộc vào đặc tính quặng.

  Sản phẩm phụ không thể tránh khỏi: Quản lý bùn đỏ

  Một vấn đề môi trường đáng quan tâm trong sản xuất alumina liên quan đến việc quản lý bùn đỏ - bùn kiềm có chứa oxit sắt/titan/chất rắn không phản ứng/và dấu vết của kim loại nặng được tạo ra trong quá trình làm rõ.
  Ngành này đang phải đối mặt với những thách thức liên tục liên quan đến các chiến lược lưu trữ/xử lý an toàn/và sử dụng tiềm năng như thu hồi kim loại có giá trị/sử dụng nó trong sản xuất xi măng/hoặc trung hòa nó cho mục đích cải tạo đất.

  Bước nền tảng hướng tới sản xuất nhôm bền vững

  Trình tự phức tạp liên quan đến việc xử lý quặng nhôm không chỉ đơn thuần là việc chuẩn bị đơn giản.; nó tạo thành một kỳ công kỹ thuật hóa học phức tạp quan trọng nhằm hỗ trợ cuộc sống hiện đại thông qua các sản phẩm kim loại nhẹ/bền/và có thể tái chế, đồng thời thể hiện các trách nhiệm quản lý môi trường quan trọng đòi hỏi sự đổi mới liên tục trong lĩnh vực nền tảng này.

  </html