Sản xuất nhôm

TRƯỜNG THPT TRẦN HƯNG ĐẠO

SẢN XUẤT NHÔM
Một số loại đá quí.
Hồng ngọc, hay ngọc đỏ, là một loại đá quý thuộc về loại khoáng chất corundum. Chỉ có những Corundum màu đỏ mới được gọi là hồng ngọc, các loại corundum khác được gọi là xa-phia (sapphire). Màu đỏ của hồng ngọc là do thành phần nhỏ của nguyên tố crôm trong ngọc tạo nên. Tên loại đá này (tiếng An ruby) xuất phát từ ruber trong tiếng La tinh có nghĩa là "màu đỏ". Hồng ngọc trong tự nhiên rất hiếm.
Một số loại đá quí.
Ngọc lam là một khoáng chất phosphat ngậm nước của nhôm và đồng, có công thức hóahọc là CuAl6(PO4)4(OH)8.5H2O, có màu từ xanh nước biển ngả sang xanh lá cây, không trong suốt. Ngọc lam hiếm, có giá trị nếu tinh khiết và được ưa chuộng dùng làm trang sức và trang trí từ hằng ngàn năm nay vì màu sắc độc đáo của nó.
Một số loại đá quí.
Xa-phia vân sao Xa-phia thô
SẢN XUẤT NHÔM
Yêu cầu:
Tại sao phải sản xuất nhôm?
Nguyên liệu sản xuất nhôm?
Phương pháp làm sạch nguyên liệu, ý nghĩa? (Bài toán tách chất).
Nguyên tắc, phương pháp sản xuất nhôm.
Qui trình công nghiệp.
Một số ứng dụng
I. Nhôm trong tự nhiên
Nhôm dễ bị oxi – hóa:
→ Nhôm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.
Một số khoáng chất quan trọng:
- Đất sét: Al2O3.2SiO2.2H2O
- Mica: K2O.Al2O3.6SiO2.2H2O
- Bôxít: Al2O3.nH2O
- Criolit: Na3AlF6 (hay AlF3.3NaF)
Al → Al3+ + 3e
II. Sản xuất nhôm
1. Nguyên liệu:
Quặng bôxit
- Thành phần chính:
- Tạp chất:


Al2O3
Fe2O3, SiO2
II. Sản xuất nhôm
2. Làm sạch nguyên liệu
Nhôm không nguyên chất rất dễ bị ăn mòn điện hóa.
II. Sản xuất nhôm
2. Làm sạch nguyên liệu:
Tính chất của các thành phần?
- SiO2
- Fe2O3
- Al2O3
(Oxít axít): không tan trong axít; tan trong kiềm.

(oxít bazơ): không tan trong kiềm; tan trong axít.
(oxít lưỡng tính): Tan trong axít và kiềm
II. Sản xuất nhôm
2. Làm sạch nguyên liệu
Qui trình
Na2SiO3
Al(OH)3
nung
Al2O3
II. Sản xuất nhôm
2. Làm sạch nguyên liệu
Qui trình
- Nấu quặng trong NaOH đặc:
Al2O3 +2NaOH 2NaAlO2 + H2O
- Lọc bỏ chất rắn, xử lý dung dịch bằng CO2
NaAlO2 + CO2 + 2H2O Al(OH)3 + NaHCO3
- Lọc lấy kết tủa, nung ở to cao thu được Al2O3
2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O

~900oC

II. Sản xuất nhôm
3. Luyện nhôm từ nhôm oxit:
a. Nguyên tắc:

b. Phương pháp:
Điện phân nóng chảy Al2O3
(Al2O3 nóng chảy ở 2050oC)
Khử ion Al+3
II. Sản xuất nhôm
3. Luyện nhôm từ nhôm oxit:
b. Phương pháp:ĐP nóng chảy Al2O3.
* Chuẩn bị chất điện li nóng chảy:


Tiết kiệm năng lượng
Dẫn điện tốt
Khối lượng riêng nhỏ hơn Al
Ưu điểm
II. Sản xuất nhôm
Catot
* Cấu tạo thùng điện phân
II. Sản xuất nhôm
Các phản ứng xảy ra ở hai điện cực:



Phương trình điện phân:



(Al3+)
(O2-)
2Al2O3 4Al + 3O2
đpnc

II. Sản xuất nhôm
Anot
Catot
II. Sản xuất nhôm
Phản ứng phụ ở anot:
Oxi tạo thành đốt cháy anot ở nhiệt độ cao:

Qui trình sản xuất nhôm
trong công nghiệp
Khai thác Quặng nhôm
Nghiền nhỏ
Tinh chế Al2O3
Sản xuất Al từ Al2O3
Gia công
Tái chế
Cán
Đúc
Sơ chế
Trắc nghiệm
1. Hãy ghép tên quặng với công thức phù hợp:
1. Boxit A. Al2O3.2SiO2.2H2O
2. Criolit B. Al2O3.nH2O
3. Đất sét C. Na3AlF6.
4. Mica D. K2O.6SiO2.Al2O3.2H2O
1_ B 2_C 3_A 4_D
Trắc nghiệm
2. Kết quả quá trình làm sạch nguyên liệu sản xuất nhôm?
A. Thu được Al nguyên chất.
B. Thu được Al2O3 nguyên chất.
C. Thu được Al(OH)3 nguyên chất.
D. Tất cả đều đúng
Câu B
Trắc nghiệm
3. Chọn phát biểu đúng khi nói về các cực của thùng điện phân nhôm:
A. Anot và catot bằng than chì.
B. Catot bằng than chì, anot bằng sắt.
C. Catot bằng sắt, anot bằng than chì.
D. Cả A, B, C đều sai.
Câu A
Bài tập
1. Tại sao phải làm sạch nguyên liệu khi sản xuất nhôm? Viết các ptpư xảy ra.
2. Trong giai đoạn làm sạch nguyên liệu có thể thay NaOH bằng HCl được không? Nếu có hãy viết ptpư.
3. Sự kết tủa Al(OH)3 từ NaAlO2 có thể thay CO2 bằng dung dịch HCl không?
4. Bài 3,4_Sgk.
Tài liệu tham khảo
Mặc dù nhôm là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất (8,1%), nó lại hiếm ở dạng tự do và đã từng được cho là kim loại quí có giá trị hơn vàng (Người ta nói rằng Napoleon III của Pháp có các bộ đồ ăn bằng nhôm dự phòng cho những người khách quý nhất của ông. Những người khách khác chỉ có bộ đồ ăn bằng vàng). Vì thế nhôm là kim loại tương đối mới trong công nghiệp và được sản xuất với số lượng công nghiệp chỉ khoảng trên 100 năm.
Khi mới được phát hiện nhôm rất khó tách ra khỏi các loại đá có chứa nó. Vì toàn bộ nhôm của Trái Đất nằm trong các hợp chất nên nó là kim loại khó nhận được nhất. Lý do là nhôm bị ôxi hóa rất nhanh và ôxít nhôm là một hợp chất cực kỳ ổn định, không giống như gỉ sắt, nó không bị bong ra.
Tài liệu tham khảo
Người khởi nghiệp
Vào cuối thế kỷ thứ XIX, nhôm là thứ kim loại quí, còn hiếm hơn cả bạc. Tổng lượng nhôm sản xuất ở Mỹ vào năm 1884 chỉ có 125 pound (01 pound tương đương 450 gram). Tại Trường Cao đẳng Oberlin ở Bang Ohio, Giáo sư Frank Jewett đã chỉ cho các sinh viên thấy một mẩu nhôm nhỏ và nói với họ rằng, bất cứ người nào có thể tìm ra được phương pháp sản xuất một cách kinh tế thứ kim loại quí này thì người đó sẽ trở nên giàu có. Charless Martin Hall là một trong số những sinh viên đó. Say mê với các mẩu kim loại từ khi mới 12 tuổi, Hall đã nung nấu trong lòng khát vọng sản xuất nhôm và ông đã biến ngôi nhà kho bằng gỗ nhỏ đằng sau vườn nhà mình thành một phòng thí nghiệm thô sơ để hàng ngày vùi mình vào đó nghiên cứu.
Tài liệu tham khảo
Suốt trong thời gian học và sau khi tốt nghiệp, Hall liên tục miệt mài với các thí nghiệm trong nhà kho và đã tự chế tạo được một nồi nấu kim loại bằng cacbon để phục vụ việc tạo ra ôxít nhôm-alumina. Đầu năm 1886, ông đổ đầy dung dịch cryolite có chứa alumina (Al2O3) vào nồi nấu kim loại đó và cho dòng điện chạy qua. Kết quả là ông thu được một đống lổn nhổn những chất đông cứng, ông để cho chúng nguội đi, sau đó dùng búa đập vụn ra. Trong đám bụi bốc lên có thấy một vài mảnh nhôm nguyên chất.

Tài liệu tham khảo
Điện phân nhôm tiêu tốn một lượng điện rất lớn, chi phí điện đã chiếm 25% giá thành; để làm chảy 1 tấn nhôm cần khoảng 13,5 - 18,5 MWh để tách nhôm ra khỏi oxi trong alumina; mức tiêu thụ thấp nhất là 13.500 kWh/tấn nhôm ở nhà máy điện phân nhôm Moral của BHP ở Mozambic, cao là 16.292 Kwh/tấn nhôm ở nhà máy Bratsk ở Nga. Vì vậy, sản xuất nhôm chỉ đem lại hiệu quả khi giá điện thấp < 3 US cent/kWh. Để có được giá thành hạ, các công ty thường có nhà máy điện riêng, hầu hết là thuỷ điện như Alcan có tới 11 nhà máy thuỷ điện với tổng công suất 4.156 MW, Alcoa tự sản xuất được 25% lượng điện cho sản xuất
Tái chế nhôm
Sự tái chế nhôm từ các phế thải đã trở thành một trong những thành phần quan trọng của công nghiệp luyện nhôm. Việc tái chế đơn giản là nấu chảy kim loại, nó rẻ hơn rất nhiều so với sản xuất từ quặng. Việc tinh chế nhôm tiêu hao nhiều điện năng; việc tái chế chỉ tiêu hao khoảng 5% năng lượng để sản xuất ra nó trên cùng một khối lượng sản phẩm. Một thực tế phổ biến cho đến đầu thập niên 1900 là việc tái chế nhôm là không mới. Tuy nhiên, nó là lĩnh vực hoạt động trầm lắng cho đến tận những năm cuối thập niên 1960 khi sự bùng nổ của việc sử dụng nhôm để làm vỏ của các loại đồ uống cuối cùng đã đưa việc tái chế nhôm vào trong tầm chú ý của cộng đồng. Các nguồn tái chế nhôm bao gồm ô tô cũ, cửa và cửa sổ nhôm cũ, các thiết bị gia đình cũ, contener và các sản phẩm khác.
Tài liệu tham khảo
1. Tài nguyên bô xít Việt Nam
Xét về nguồn gốc, quặng bô xít ở Việt Nam thuộc 2 loại chính là bô xít nguồn gốc trầm tích (một số bị biến chất) tập trung ở các tỉnh phía Bắc như Hà Giang, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang, Sơn La và Nghệ An và bô xít nguồn gốc phong hoá laterite từ đá bazan tập trung ở các tỉnh phía Nam như Kon Tum, Đắc Nông, Lâm Đồng, Đồng Nai, Bình Dương, Phú Yên và Quảng Ngãi.
Tài liệu tham khảo
2. Thuận lợi và thách thức đối với khai thác, chế biến và vận tải đối với bô xít Việt Nam
Trữ lượng và tài nguyên bô xít Việt Nam đã được thăm dò là 2.772 triệu (?), trong đó bô xít laterite là 2.258 triệu tấn. Dự báo quặng bôxít nguyên khai có thể đạt tới 6.750 - 7.600 triệu tấn (?). Nếu số liệu này tin cậy được, thì Việt Nam chúng ta đứng ở vị trí thứ 4 sau Australia, Guinea, Brazil về trữ lượng đã được thăm dò. Điều này nói lên liệu Việt Nam có nên hình thành một nền công nghiệp khai thác bô xít, sản xuất alumina, điện phân nhôm không? Trước tiên cần có một chiến lược phát triển nguồn tài nguyên này.