Giới thiệu chung

Quá trình sản xuất nhôm – Nhôm chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp điện phân oxit nhôm. Bài viết này sẽ trình bày khái quát đầy đủ về quá trình sản xuất nhôm cơ bản, từ sản xuất oxit nhôm từ quặng bauxite cho đến những dụng cụ nhôm cuối cùng. Với sản xuất nhôm thứ cấp, nó bao gồm quá trình bắt đầu từ việc nấu chảy nhôm phế liệu.Bài viết này còn đề cập tới sự phát thải từ quá trình sản xuất nhôm. Chất gây ô nhiễm nhất phát ra từ quá trình điện phân nhôm cơ bản là sulphur dioxide (SO₂), carbon monoxide (CO), polycyclic aromatic hydrocarbon (PAHs) và khí nhà kính carbon dioxide (CO₂).

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.

Phản ứng xảy ra ở cathode là

Al³⁺( ) + 3e^– → Al( )

Đây là quá trình khử.

Phản ứng xảy ra ở anode là

2O^2-( ) → O₂(g) + 4e^–

Đây là quá trình oxi hóa.
Phản ứng điện phân tổng có thể được viết như sau

2 Al2O₃+ 3 C → 4 Al + 3 CO₂

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.