Nguyên liệu và phương trình hóa học sản xuất nhôm
Trung tâm gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng giới thiệu NGUYÊN TẮC, NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT NHÔM nhằm hỗ trợ cho các bạn có thêm tư liệu học tập. Chúc các bạn học tốt môn học này. Show 1. Nguyên tắc - Khử ion Al3+ thành Al. Al3+ +3e → Al 2. Phương pháp sản xuất nhôm - Điện phân nóng chảy Al2O3. Tại sao không điện phân nóng chảy AlCl3 hoặc Al(OH)3? Vì: - AlCl3 là chất thăng hoa nên khi đun nóng đến nhiệt độ nhất định AlCl3 sẽ bốc hơi. - Al(OH)3 là chất kém bền. Nên khi đun nóng 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O 3. Nguyên liệu sản xuất nhôm - Quặng boxit Al2O3 có lẫn SiO2 và Fe2O3. 4. Các giai đoạn điều chế - Làm sạch nguyên liệu: 2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O 2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O NaAlO2 + CO2 + 2H2O → NaHCO3 + Al(OH)3 NaOH + CO2 → NaHCO3 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O - Điện phân nóng chảy Al2O3 có mặt criolit Na3AlF6 - Vai trò của criolit Na3AlF6 + Hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3từ 20500C xuống 9000C. + Tăng độ dẫn điện do tạo thành nhiều ion hơn. + Nhôm sinh ra tinh khiết hơn. + Tạo lớp bảo vệ không cho O2 phản ứng với Al nóng chảy. 2Al2O3 → 4Al + 3O2 5. Sơ đồ điện phân nóng chảy Al2O3Catot ( – ) Al2O3 Anot ( + ) Al3+ + 3e → Al 2O2- → O2 + 4e Phương trình điện phân là: 2Al2O3 → 4Al + 3O2 * Lưu ý: Oxi sinh ra ở anot trong điều kiện đó sẽ tác dụng với cacbon của điện cực làm cho anot bị ăn mòn. C + O2 → CO2 CO2 + C → 2CO Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng LIÊN HỆ NGAY VỚI CHÚNG TÔI ĐỂ BIẾT THÊM THÔNG TIN CHI TIẾT ĐÀO TẠO NTIC Địa chỉ: Đường nguyễn lương bằng, P.Hoà Khánh Bắc, Q.Liêu Chiểu, Tp.Đà Nẵng Hotline: 0905540067 - 0778494857 Email: [email protected] 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 7% nhôm có trên bề mặt trái đất. Nhôm được tách ra khỏi nhiều loại quặng khác, nhưng bauxite là loại quặng kim loại duy nhất được dùng để tách nhôm. Trong bauxit chứa 12-25% nhôm. Bauxite thường được tìm thấy trong các lớp rận tuyết bên dưới một vài lớp chất thải nặng. 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. Caustic soda (natri hydroxit) được sử dụng để hòa tan các hợp chất nhôm có trong bauxite, tách chúng ra khỏi các tạp chất. Tùy thuộc vào thành phần của quặng bauxite, một lượng tương đối nhỏ các hóa chất khác có thể được sử dụng trong quá trình khai thác Nhôm được sản xuất theo hai giai đoạn: quy trình tinh chế quặng bauxite của Bayer để thu được oxit nhôm và quy trình Hall-Heroult nấu chảy oxit nhôm để tạo ra nhôm nguyên chất. Nhôm được sản xuất theo hai giai đoạn: quy trình tinh chế quặng bauxite của Bayer để thu được oxit nhôm và quy trình Hall-Heroult nấu chảy oxit nhôm để tạo ra nhôm nguyên chất. bằng nhôm. Tinh bột, vôi và natri sunfua là một số ví dụ. Cryolite, một hợp chất hóa học bao gồm natri, nhôm và flo, được sử dụng làm chất điện phân (môi trường dẫn điện) trong hoạt động 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 nấu chảy là carbon. Các điện cực carbon truyền dòng điện qua chất điện phân. Trong quá trình nấu chảy, một số carbon được tiêu thụ khi nó kết hợp với oxy để tạo thành carbon dioxide. Trên thực tế, khoảng 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 sản phẩm phụ của quá trình lọc dầu; carbon bổ sung thu được từ than đá. Bởi vì quá trình luyện nhôm liên quan đến việc cho một dòng điện chạy qua chất điện phân nóng chảy, nên nó cần một lượng lớn năng lượng điện. Trung bình, sản xuất 2 lb (1 kg) nhôm cần 15 kilowatt giờ (kWh) năng lượng. Chi phí điện chiếm khoảng một phần ba chi phí luyện nhôm. 2. Quy trình sản xuất nhômQuy trình sản xuất nhôm được thực hiện theo hai giai đoạn: quy trình tinh chế quặng bauxite của Bayer để thu được oxit nhôm và quy trình Hall-Heroult nấu chảy oxit nhôm để tạo ra nhôm nguyên chất. 2.1. Quy trình Bayer
2.2. Quy trình Hall-HeroultQuá trình nấu chảy alumin thành nhôm kim loại diễn ra trong một thùng thép gọi là nồi khử. Đáy nồi được lót bằng carbon, hoạt động như một điện cực (dẫn điện) của hệ thống. Các điện cực đối lập bao gồm một tập hợp các thanh carbon treo phía trên nồi; chúng được nhúng vào dung dịch điện phân và được giữ cao hơn bề mặt nhôm nóng chảy tích tụ trên sàn nồi khoảng 1,5 in (3,8 cm). Các nồi khử được sắp xếp thành hàng (potlines) bao gồm 50-200 nồi được mắc nối tiếp để tạo thành một mạch điện. Mỗi potline có thể sản xuất 66.000-110.000 tấn (60.000-100.000 tấn) nhôm mỗi năm. Một nhà máy luyện kim điển hình bao gồm hai hoặc ba đường lò.
3. Các ngành sử dụng nhôm
Từ bauxite, nguồn chính của oxit nhôm, đến cryolite, được sử dụng để hòa tan oxit nhôm trong quá trình điện phân, mỗi nguyên liệu thô đều đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra kim loại linh hoạt này. Hiểu được các đặc tính và nguồn gốc của các nguyên liệu thô này là rất quan trọng để tiếp tục phát triển và cải tiến các quy trình sản xuất nhôm. Khi nhu cầu về nhôm tiếp tục tăng, việc thăm dò và sử dụng các nguyên liệu thô này sẽ vẫn là một khía cạnh quan trọng của ngành công nghiệp nhôm. |