Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm là quặng bauxite với công thức 4-7 tấn bauxite thô tạo ra 2 tấn alumin oxit bằng 1 tấn nhôm. Bề mặt trái đất có khoảng 7% nhôm, duy nhất chỉ có bauxite là loại quặng kim loại dùng để tách nhôm. Quặng kim loại Bauxite thường được tìm thấy trong các lớp rận tuyết, bên dưới lớp chất thải nặng.
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm là gì?
Hợp chất nhôm hiện có trong các loại đất sét, nhưng nguyên liệu chính để sản xuất nhôm là loại quặng bauxite.
Bauxite có cấu tạo gồm 45-60% oxit nhôm, cùng các loại tạp chất như cát, sắt và một số kim loại khác. Cần khoảng 4 lb (tương đương 2kg) bauxite để sản xuất 1 lb (tương đương 0,5kg) nhôm kim loại.
Caustic soda sẽ được sử dụng nhằm mục đích hòa tan các hợp chất nhôm có trong bauxite, từ đó dễ dàng tách các tạp chất. Cryolite là hợp chất hóa học, được sử dụng làm môi trường dẫn điện trong hoạt động luyện kim. Thành phần được sử dụng trong hoạt động nấu chảy là carbon, truyền dòng điện qua chất điện phân và được tiêu thụ khi nó kết hợp với oxy để tạo thành carbon dioxide.
Nhìn chung, nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm là quặng bauxite, quá trình luyện nhôm liên quan đến việc cho 1 dòng điện chạy qua chất điện phân nóng chảy, do đó mà nó cần một lượng rất lớn năng lượng điện. Cứ trung bình, sản xuất 2 lb (tương đương 1kg) nhôm thì cần 15 kilowatt giờ (kWh) năng lượng. Chi phí điện chiếm khoảng ⅓ chi phí luyện nhôm.
>>> Có thể bạn quan tâm: Khối lượng riêng là gì? Ký hiệu & Công thức tính chuẩn 2023
Những điều bạn cần biết về quy trình sản xuất nhôm
Nguyên liệu chính sản xuất nhôm là quặng bauxite, và thông thường, quy trình sản xuất nhôm sẽ trải qua 2 giai đoạn như sau:
Tinh chế quặng bauxite của Bayer có quy trình thế nào?
Đối với quy trình Bayer, đầu tiên quặng bauxite sẽ được máy nghiền nhỏ và trộn với xút để tạo ra bùn chứa các hạt quặng rất mịn. Bùn được bơm vào bể để phân giải ở nhiệt độ 110 – 270°C, dưới áp suất 340 kPa trong khoảng thời gian từ 30 phút đến vài giờ. Có thể bổ sung thêm xút để đảm bảo rằng tất cả các hợp chất chứa nhôm được hòa tan đều nhất có thể.
Ta thu được dung dịch natri aluminat, đi qua 1 loạt các bể chứa nhanh để giảm áp suất, thu hồi nhiệt có thể được tái sử dụng trong quá trình tinh chế.
Bùn sau đó được bơm vào bể lắng, tuy nhiên các tạp chất sẽ không hòa tan trong xút lắng xuống đáy bình, nhưng nhôm trong bể lắng vẫn hòa tan trong xút. Cặn – hay còn gọi là “bùn đỏ” tích tụ dưới đáy bể có thể là các chất như cát mịn, oxit sắt và oxit của các nguyên tố vi lượng.
Sau khi các tạp chất được lắng xuống, phần chất lỏng còn lại sẽ được bơm qua bộ lọc bằng vải. Nếu còn hạt tạp chất mịn nào còn sót lại trong dung dịch thì sẽ bị bộ lọc giữ lại. Những vật liệu này sẽ được rửa để thu hồi alumin và xút có thể tái sử dụng.
Chất lỏng đã lọc sẽ được bơm qua bể kết tủa cao 6 tầng. Các tinh thể hạt của nhôm liên kết với các phân tử nước sẽ được thêm vào qua đỉnh của mỗi bể. Các tinh thể hạt phát triển khi lắng qua chất lỏng và alumina hòa tan sẽ gắn vào chúng.
Các tinh thể lắng xuống đáy bể sẽ bị loại bỏ. Sau khi rửa sạch sẽ được chuyển đến lò nung để nung nhằm giải phóng các phân tử nước được liên kết hóa học với alumina. Một băng tải trục vít sẽ di chuyển 1 dòng tinh thể liên tục vào 1lò nung hình trụ quay nghiêng. Nhiệt độ lên tới 2.000° F ( tương đương 1.100° C) có nhiệm vụ đẩy các phân tử nước ra ngoài, để lại các tinh thể alumina khô. Sau khi bỏ ra khỏi lò nung, các tinh thể sẽ được làm mát bằng thiết bị chuyên dụng.
Quy trình Hall-Heroult để sản xuất nhôm
Quy trình nấu chảy alumin thành nhôm kim loại được thực hiện trong 1 thùng thép gọi là nồi kử. Đáy nồi khử được lót bằng carbon, các điện cực đối lập bao gồm 1 tập hợp các thanh carbon treo trên nồi, chúng sẽ được nhúng vào dung dịch điện phân, cao hơn bề mặt nhôm nóng chảy tích tụ trên sàn nồi khoảng 3,8 cm.
50-200 nồi khử sẽ được sắp xếp thành hàng, mắc nối tiếp nhau để tạo thành 1 mạch điện. Mỗi potline có thể sản xuất ra khoảng từ 66.000-110.000 tấn nhôm mỗi năm.
>>> Xem thêm: Bảng giá sắt phế liệu mới nhất hôm nay
Một số ngành cần sử dụng nhôm hiện nay
Biết được nguyên liệu chính được dùng để sản xuất nhôm là quặng bauxite thì bạn cũng nên tìm hiểu một số ngành liên quan đến việc sử dụng nhôm. Dưới đây là một số ngành cần sử dụng nhôm hiện nay:
- Bao bì: Từ đầu những năm 1900, nhôm đã được ứng dụng như 1 dạng bao bì thực phẩm và đồ uống. Nếu để ý, bạn sẽ thấy giấy nhôm được dùng để bọc như kẹo, đồ đông lạnh….. Nhu cầu về bao bì nhôm sẽ phải tiếp tục tăng nhằm đáp ứng sự gia tăng tiêu thụ của người dùng.
- Ô tô: Nhôm được ứng dụng trong sản xuất ô tô thay thép để trọng lượng nhẹ hơn nhiều và có thể tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu.
- Xây dựng: Ngành xây dựng sử dụng nhôm để tăng hiệu quả bền vững và tiết kiệm năng lượng.
- Hàng không: anh em nhà Wright đã ứng dụng Nhôm để chế tạo động cơ cho chiếc máy bay 2 tầng cánh đầu tiên của họ. Do đó mà ngày nay, nhôm vẫn được sử dụng để chế tạo cả máy bay và tàu vũ trụ. Bởi hợp kim nhôm có độ nhẹ và tính ổn định cơ học cao, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các phương tiện bay.
- Điện: Từ đầu thế kỷ 20, Nhôm đã được sử dụng trong hệ thống dây điện. Sau đó, nhôm bắt đầu thay thế đồng và hiện tại là sự lựa chọn tốt để dẫn điện.
- Đồ gia dụng: Nhôm được sử dụng để chế tạo các đồ gia dụng như máy giặt, điện thoại thông minh, vỏ tivi….
Tóm lại, nguyên liệu chính dùng sản xuất nhôm là quặng bauxite bằng phương pháp điện phân. Thành phần của quặng bauxite trong hóa học là Al2O3. Vì nhôm có đặc tính nhẹ, dẫn điện tốt và dễ dát mỏng, có độ bền cao nên nhôm không bị oxy hóa trực tiếp, do đó thường được dùng làm dây dẫn điện, đồ gia dụng, ô tô, bao bì hay trong ngành xây dựng.
