Nhôm là gì? Quy trình sản xuất nhôm cơ bản

Nhôm là gì?

Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ màu xám bạc có ánh kim mờ, dẻo, nhiệt độ nóng chảy cao và không bị oxy hóa khiến nhôm có một độ bền đáng nể, vì lý do này nên nhôm được sử dụng rất rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày như lợp mái nhà, sản xuất vách dựng, muỗng nĩa, dây dẫn điện,…

Nguyên liệu để tạo ra nhôm

Các hợp chất nhôm xảy ra trong tất cả các loại đất sét, nhưng quặng dùng nhiều 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, hầu hết bao gồm các bụi bẩn tương đối mềm, dễ dàng đào từ các mỏ lộ thiên.
Phải mất khoảng 4 lb (2 kg) bauxite để tạo ra 1 lb (0,5 kg) kim loại nhôm.

Caustic soda (natri hydroxit) được sử dụng để hòa tan các hợp chất nhôm có trong bauxite, tách chúng ra khỏi tạp chất. Tùy thuộc vào thành phần của quặng bauxite, một lượng nhỏ các hóa chất khác có thể được sử dụng trong khai thác nhôm như tinh bột, vôi và natri sunfua.

Thành phần chính khác được sử dụng trong hoạt động luyện kim là carbon.

Khoảng nửa pound (0,2 kg) carbon được sử dụng cho mỗi pound (2,2 kg) nhôm được sản xuất.

Bởi vì luyện nhôm liên quan đến việc truyền một dòng điện qua chất điện phân nóng chảy, nó đòi hỏi 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.

Đặc tính và ứng dụng của nhôm

Nhôm có bốn đặc tính chính tương ứng với các ứng dụng của nó.

- Đầu tiên, vì dễ dát mỏng, nhẹ, và dẫn điện tốt, nên nhôm được dùng làm dây dẫn điện vì dây dẫn cần phải nhẹ để có thể giăng, kéo đi xa.

- Thứ hai, nhôm có độ bền với thời tiết cao do lớp màng chống oxy hóa nên nhôm không bị oxy hóa trực tiếp, tính chất này thích hợp cho việc ứng dụng làm cửa, cửa sổ phải hứng chịu nắng mưa nhiều.

- Thứ ba, nhôm rất nhẹ, do đó nhôm là một giải pháp tốt trong nhiều lĩnh vực như làm: vỏ máy bay, vỏ tàu vũ trụ, vỏ điện thoại… nhưng thường dưới dạng hợp kim nhôm vì nhôm nguyên chất không đáp ứng được về độ cứng. Để chế tạo các sản phẩm, bộ phận yêu cầu độ chi tiết cần áp dụng các phương pháp gia công cơ khí chính xác.

- Cuối cùng, nhôm dễ phản ứng với oxy nên được sử dụng trong pháo hoa. Ngoài ra với nhiệt độ đủ cao thì nhôm sẽ phản ứng với oxy tạo thành phản ứng nhiệt nhôm nổi tiếng dùng để nung chảy kim loại, điển hình là ứng dụng để hàn đường ray xe lửa.

Quy trình sản xuất nhôm cơ bản

- Sản xuất oxit nhôm

Sản xuất nhôm cơ bản bắt đầu bằng quá trình sản xuất nhôm oxit từ bauxit, hay còn gọi là “quá trình Bayer”. Đây là một quá trình chuẩn, sử dụng kiềm soda để triết alumina từ bauxit ở nhiệt độ và áp xuất cao. Bùn được sinh ra trong quá trình này chứa sodium aluminate đã được hòa tan và hỗn hợp oxit kim loại được gọi là bùn đỏ, nó được lấy ra trong những bể lắng. Dung dịch aluminate được làm nguội và kết hạt với alumina kết tinh thành alumina hydrated. Những tinh thể được rửa và sau đó nung trong lò quay hoặc lò nung tầng sôi trước khi sử dụng.

- Khử điện phân

Nhôm cơ bản được sản xuất bởi sự khử điện phân, alumina được hòa tan trong bồn nấu chảy cùng khoáng chất criolit ở nhiệt độ xấp xỉ 960 oC. Quá trình điện phân xảy ra trong những cell thép phủ carbon. Điện cực carbon được kéo dài trong cell và tác dụng như những anot, trong khi lớp bọc carbon của cell là cathode. Nhôm lỏng được tạo ra ở cathode, trong lúc ở anode oxygen kết hợp với carbon từ anode tạo thành carbon dioxide.

Nhôm nấu chảy tập trung ở đáy của cell và sau đó được rút ra. Alumina được thêm vào các cell để duy trì lượng 2-6 % trong bồn nấu chảy. Một nhà máy hiện đại sẽ sử dụng máy tính để điều khiển quá trình tiếp liệu. Thành phần khác là fluoride được thêm vào để làm giảm điểm nóng chảy, làm quá trình có thể vận hành tại các cell ở nhiệt độ thấp hơn. Aluminium fluoride (AlF3) ngoài ra còn được thêm vào để trung hòa sodium oxide có mặt như một tạp chất trong alumina nguyên liệu.

Lượng lớn năng lượng đã được sử dụng để gia nhiệt criolit và cho điện sản xuất. Như một kết quả, aluminium thành phẩm sẽ đắt. Và nó sẽ rẻ hơn khi nhôm sản xuất từ tái chế nhôm.

- Lọc tạp chất trong nhôm

Sau khi điện phân, kim loại được lọc để loại bỏ tạp chất như sodium, hạt calcium oxide và hydrogen. Bước lọc này được thực hiện bằng cách phun khí gas vào kim loại nóng chảy, thường trong một thiết bị nối tiếp. Khí gas xử lý được sử dụng thay đổi tùy thuộc vào tạp chất.

Xỉ nổi được tạo ra ở bước này và được loại bỏ ra từ bề mặt của kìm loại nóng chảy. Chúng được tái sử dụng cho công nghiệp nhôm thứ cấp.

- Đúc nhôm

Thanh, thỏi-T hoặc phôi được đúc trong thiết bị đúc làm mát trực tiếp thẳng đứng, sử dụng nước làm mát những khuôn kim loại và một bàn giữ ở phần đáy của khuôn. Bàn giữ hạ xuống khi thỏi được hình thành. Một số phương pháp đúc khác bao gồm sử dụng khuôn kim loại, đúc liên tục tấm mỏng và đúc liên tục bó sợi.

Kim loại nóng chảy liên tục cung cấp từ gầu múc tới gầu trung gian, từ đây nó được rót liên tục vào trong khuôn ở một tốc độ điều chỉnh được, giữ cấp độ nóng chảy ở vị trí không thay đổi.

Khuôn mạ đồng làm lạnh bằng nước (vùng làm nguội chính) hút nhiệt của kim loại làm nó đóng rắn.

Khi vật đúc đi ra từ khuôn, nó được làm lạnh trong vùng làm lạnh thứ cấp bằng nước (hoặc nước cùng khí) phun lên bề bặt vật đúc.

Trên đây là những thông tin cơ bản về nhôm. Để hiểu sâu hơn về quy trình sản xuất và chất lượng sản xuất nhôm Rocket, quý khách vui lòng liên hệ Hotline để được hỗ trợ.

Bạn tham khảo thêm