Chuyên mục mới KH&CN: XÂY DỰNG NHÀ MÁY ALUMIN 1,4 TRIỆU TẤN Al2O3/NĂM

Từ hôm nay sẽ có chuyên mục mới "Khoa học- Công nghệ". Bài đầu tiên của bạn Nguyễn Việt Thái, Khoa Hóa Lý kỹ thuật, Học viện KTQS.

Giải pháp công nghệ chính:
Nhà máy sẽ bao gồm các phân xưởng: Phân xưởng đập và nghiền nhỏ nguyên liệu, phân xưởng nung, phân xưởng cơ điện (phục vụ sửa chữa), phân xưởng hấp, phân xưởng kết tủa và lọc và hồ chứa bùn đỏ. Khu chứa bùn đỏ gồm 3 hồ sa lắng, thiết kế sao cho mỗi một hồ sẽ được làm đầy trong vòng 6 tháng, sau đó2 tháng, bùn sẽ được lắng đọng trong hồ. Sau khi bùn đóng rắn, hồ sa lắng sẽ được tiếp tục đổ đầy bùn đỏ. Khi xây dựng hồ sa lắng sẽ tạo màn ngăn cách nhiều lớp (vật liệu ngăn cách – PEHD và bentonit). Dung lượng hồ bùn đỏ được tính cho 30 năm. Chỉ số kinh tế - kỹ thuật của nhà máy được tính vận hành trong 30 năm. Trong tương lai, thời hạn này có thể kéo dài. Lượng tài nguyên và đất đai được tính theo thòi hạn này, nhưng xu hướng của nó kéo dài đến 50 năm.

Ngày nay, nhôm là một trong các kim loại được sử dụng nhiều nhất trên thế giới. Nhôm là một kim loại “mới” theo nghĩa sản xuất thương mại nó bắt đầu vào đầu thế kỷ XXI. Nhôm nhẹ, bền, chống ăn mòn, có tính dẻo và dẫn điện tốt. Nó dùng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Nhu cầu nhôm ngày càng tăng.

Trong tự nhiên, nhôm không tồn tại dạng kim loại nguyên chất, nó ở dạng oxit có trong thành phần hàng loạt các hợp chất hóa học, như bô xít – nhiên liệu chính để sản xuất nhôm sơ cấp. Tuy nhiên, nhôm không nhận được trực tiếp từ bô xít. Đâu tiên, bô xít được chế biến để nhận được nhôm oxit, sau đó từ nhôm oxit sản xuất nhôm kim loại ở nhà máy nhôm.

Lựa chọn công nghệ:
Dựa trên khối lượng khai thác và chất lượng bô xít, đã lựa chọn phương pháp Bayer – là phương pháp tiện lợi nhất sản xuất nhôm oxit theo chất lượng luyện kim.
Các giai đoạn của quá trình Bayer: quá trình nguyên tắc gồm 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: nghiền nhỏ và hấp
Trong giai đoạn này, bô xit được nghiền nhỏ đến đường kính hạt nhở hơn 0,5mm. Để làm điều này, bô xit được xay khi có mặt natri hydroxyt trong máy nghiền tấm / bi. Huyền phù nhận được đun nóng đến 100°C và giữ ở nhiệt độ này vài giờ để quá trình tách silic bắt đầu xảy ra (lượng silic trong thành phần bô xit bị hòa tan và phản ứng với natri hydroxyt tạo silicat không tan). Huyền phù chất bô xit đã nghiền đưa vào lò hấp, ở đó được khuấy trộn với lượng natri hydroxyt bổ sung. Khi ở áp suất và nhiệt độ cao, nhôm oxyt từ bô xit sẽ chuyển vào dung dịch theo phản ứng sau:
Аl2ОЗ.хН2О + 2NaOH -> 2NaAlО2 + (x+l)H2O
Điều kiện trong lò hấp (nồng độ tác nhân, áp suất, nhiệt độ) phụ thuộc vào tính chất quặng sử dụng. Việc lựa chọn nhiệt độ và các giá trị nồng độ dung dịch natri hydroxyt được xác định bởi quan điểm kinh tế (chi phí đầu tư cho thiết bị, ổn định nhiệt độ, áp suất, nồng độ, chi phí dung dịch natr hydroxyt) và các yếu tố khác.
Giai đoạn 2: Làm trong hay lắng, lọc
Bùn nhận được sau khi hấp là dung dịch của natri aluminat và phần không tan của bô xit, phần này gồm oxyt của nhôm, sắt, silic và titan. Tách hỗn hợp này nhờ sa lắng (keo tụ) trong thiết bị, sau đó lọc bổ sung để tách lượng hạt rắn còn lại. Phần kết tủa không hòa tan của bô xit được gọi là “bùn đỏ”, bùn này được rửa bằng nước trong thiết bị dòng ngược để tách phần lớn dung dịch natri hydroxyt. Bùn đỏ đã được rửa chuyển tới hồ chứa để thu gom.
Giai đoạn 3: Làm lạnh và kết tủa
Dung dịch sạch của natri aluminat đưa qua hệ thống trao đổi nhiệt để làm lạnh đến nhiệt độ, mà tại đó xảy ra quá trình biến đổi dung dịch tách ra kết tủa nhôm hydroxyt. Nhiệt của dung dịch nóng natri aluminat được thu hồi: nó sử dụng để đun nóng thứ cấp dung dịch natri aluminat, dung dịch này quay về vùng lò hấp. Dung dịch aluminat đã được làm lạnh được đưa vào bề chứa lớn có cánh khuấy (thiết bị kết tụ hay phân hủy). Ở đó, đưa vào các hạt nhôm hydroxyt nhỏ để tạo mầm kết tinh nhôm hydroxyt sạch. Quá trình xảy ra theo phản ứng sau:
2NaAlO2 + 4Н2О -> А12О3.ЗН2О + 2NaOH
Sau đó, nước thải bùn đã gia công được sử dụng lại trong giai đoạn nghiền và hấp qua hệ thống thu hồi nhiệt nêu trên. Làm bay hơi nước từ nước thải trong thiết bị bay hơi bằng hơi nước nóng. Quá trình được thực hiện sao cho cân bằng nước sử dụng để bay hơi với thể tích nước sử dụng để rửa bùn đỏ.
Giai đoạn 4: Sấy khô và nung
Tinh thể nhôm hydroxyt nhận được trong giai đoạn kết tủa được phân loại theo kích thước với mục đích tách ra các phân đoạn tinh thể nhỏ để sử dụng sau này làm mầm tinh thể. Huyền phù tinh thể nhôm hydroxyt (sản phẩm) sau đó được lọc, rửa để tách dung dịch kiềm và chuyển vào lò nung lớp sôi. Tại đó, ở 1100°C xảy ra quá trình giải phóng các phân tử nước liên kết. Sản phẩm cuối cùng la nhôm oxit Al₂O₃ – là bột màu trắng. Cơ chế nhận được nhôm oxit phức tạp, nhưng khi kiểm soát cẩn thận tham số công nghệ cho phép nhận được sản phẩm chất lượng cao.
Yêu cầu tài nguyên:
Nguyên liệu: Để sản xuất 1,4 triệu tấn nhôm oxit cần 4,4-4,8 triệu tấn bô xit có độ ẩm tự nhiên. Thành phần hóa học bô xit:

Cấu tử	Hàm lượng. %
	Theo mỏ
А12О3	49.03
SiO2	8.77
Fe2O3	22.00
FeO	3.42
TiO2	2.78
MgO	0.52
MnO	0.31
CaO	0.34
P2O5	0.22
Na,0 K,0	0.36
Ga	0.007
V2O3	0.043
Nnn	11.6
Copr	0.10
CO2	0.34
S tổng	0.02

Nguyên liệu bổ sung:
- Vôi: 123,48 nghìn tấn/năm
- Kiềm: 201,00 nghìn tấn/năm
- Chất keo tụ: 0,97 nghìn tấn/năm
(Còn tiếp)