Xem mẫu
- II. SẢN XUẤT NHÔM OXIT
Cã 2 ph¬ng ph¸p s¶n xuÊt nh«m oxit chñ yÕu:
- Ph¬ng ph¸p Baye
- Ph¬ng ph¸p KiÒm thiªu kÕt
II.1.Ph¬ng ph¸p Baye
- Ph¬ng ph¸p Baye thùc chÊt lµ ph¬ng ph¸p dïng dung dÞch NaOH ®Ó hoµ t¸ch
b«xit ë nhiÖt ®é cao vµ ¸p suÊt,do K.I.Baye ngêi Aã ph¸t minh vµo n¨m 1887.
Sau ®©y lµ s¬ ®å tãm t¾t ph¬ng ph¸p Baye s¶n xuÊt nh«m oxit :
- Boxit CaO
NaOH
Hoµ t¸ch ¤t«cla
Bïn
quÆng
L¾ng läc
C« ®Æc vµ
costic ho¸
dd
NaAlO
Dung
KhuÊy ph©n ho¸
dÞch c¸i
MÇm
Al(OH)3
Al(OH)
Nung
Al2O3
- C¸c kh©u chÝnh cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Nh«m «xit gåm :
1.Hoµ t¸ch b«xit
2.KhuÊy ph©n ho¸ dung dÞch NaAlO2
3.Nung Nh«m hy®r«xit
4.C« ®Æc dung dÞch c¸i vµ costic ho¸.
II1.1.Hoµ t¸ch b«xit:
- B«xit sau khi nghiÒn nhá trén vµo víi KiÒm cho vµo ¤t«cla(thiÕt bÞ hoµ
t¸ch). Trong ¤t«cla x¶y ra t¸c dông cña dung m«i víi c¸c thµnh phÇn cña
b«xit.
- Nh«m «xit trong b«xit phÇn lín ë d¹ng ngËm níc(hi®r«xit) khi hoµ t¸ch sÏ
t¸c dông víi NaOH t¹o natri aluminat theo ph¶n øng sau :
Al(OH)3 + NaOH + aq = NaAl(OH)4 + aq
AlOOH + NaOH + aq = Na Al(OH)4 + aq
- S¾t «xit kh«ng t¸c dông víi NaOH nªn n»m l¹i trong b·, Silic «xit t¸c dông
víi NaOH t¹o ra Natri silicat hoµ tan vµo dung dÞch theo ph¶n øng:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
- Natri silicat l¹i t¸c dông víi Natri aluminat t¹o thµnh natri alumosilicat :
Na2SiO3 + NaAl(OH)4 + aq = Na2O.Al2O3.mSiO2.nH2O + NaOH
- Hîp chÊt Natri alumosilicat ngËm níc kh«ng tan trong NaOH ë d¹ng r¾n,
lÉn vµo cÆn ®á.
- Ph¶n øng trªn cã Ých lµ khö SiO2 trong dung dÞch nhng cã h¹i lµ g©y mÊt
m¸t KiÒm vµ Al. Hµm lîng SiO2 trong b«xit cµng lín th× hµm lîng mÊt m¸t
kiÒm vµ Al cµng nhiÒu => ph¬ng ph¸p Baye chØ ¸p dông cho c¸c lo¹i quÆng
cã hµm lîng SiO2 thÊp.
- HiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch phô thuéc vµo nhiÒu nh©n tè : NhiÖt ®é, thêi
gian, nång ®é dung dÞch, tØ sè r¾n láng, b¶n chÊt quÆng.
- II.1.2.KhuÊy ph©n ho¸ dung dÞch natri aluminat.
- Sau l¾ng läc dung dÞch natri aluminat ®îc ®em ®i khuÊy ph©n ho¸. Dung
dÞch nµy ph©n ho¸ t¹o ra nh«m hi®r«xit theo ph¶n øng sau:
Na AlO2 + H2O -> Al(OH)3 + NaOH
- VÒ c¬ chÕ th× qu¸ tr×nh ph©n ho¸ sÏ ®îc chia lµm 2 giai ®o¹n :
+ T¹o mÇm Al(OH)3
+ Ph¸t triÓn mÇm
- NÕu n©ng cao tØ sè costic th× qu¸ tr×nh t¹o mÇm sÏ ngõng. Khi tØ sè costic cao
h¬n n÷a th× qu¸ tr×nh sÏ diÔn ra theo chiÒu ngîc l¹i, tøc lµ t¹o ra natri
aluminat. V× vËy ph¶i khèng chÕ nång ®é kiÒm thÝch hîp. Gi¶m nång ®é kiÒm
sÏ cã lîi cho qu¸ tr×nh khuÊy ph©n ho¸.NhiÖt ®é còng cã t¸c dông víi qu¸
tr×nh khuÊy ph©n ho¸, nÕu gi¶m nhiÖt ®é th× qu¸ tr×nh khuÊy ph©n ho¸ sÏ x¶y
ra nhanh, nhng c¸c h¹t Al(OH)3 kÕt tinh sÏ nhá, kh«ng cã lîi cho viÖc läc röa
sau nµy.
- Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, cÇn cho thªm Al(OH)3 vµo ®Ó lµm mÇm. Sè mÇm
Al(OH)3 cho vµo b»ng kho¶ng 1,5-2,5 lÇn träng lîng Al2O3 cã trong dung
dÞch.
- Môc ®Ých cña khuÊy lµ lµm cho nång ®é dung dÞch ®ång ®Òu vµ h¹t tinh thÓ
lu«n ë tr¹ng th¸i l¬ löng.
- Sau khi khuÊy ph©n ho¸, dung dÞch cã tØ sè costic lµ 3,6-3,7.KÕt tinh xong
®a Al(OH)3 ®i ph©n cÊp. Lo¹i Al(OH)3 cã cì h¹t lín ®em ®i röa vµ nung, cßn
lo¹i h¹t nhá cho quay l¹i mÇm kÕt tinh cho qu¸ tr×nh sau. Dung dÞch c¸i sau
khi khuÊy ph©n ho¸ ®îc ®em ®i c« ®Æc vµ costic ho¸.
II.1.3.Nung Al(OH)3
Môc ®Ých cña viÖc ®em nung lµ lµm mÊt níc cña Al(OH)3 ®Ó thu ®îc Al2O3
theo ph¶n øng:
- 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O
II.1.4.C« ®Æc dung dÞch c¸i vµ costic ho¸
- Sau khi läc, lÊy Al(OH)3 ra, dung dÞch c¸i cßn l¹i chñ yÕu chøa NaOH,
nhng nång ®é thÊp, kh«ng ®¸p øng ®îc yªu cÇu cña dung dÞch tuÇn hoµn. V×
vËy ®em c« ®Æc ®Ó n©ng nång ®é lªn 300 g/l th× dõng l¹i.Trong qu¸ tr×nh vËn
hµnh, mét lîng CO2 trong kh«ng khÝ t¸c dông víi NaOH trong dung dÞch t¹o
ra Na2CO3. Khi c« ®Æc sÏ kÕt tinh ra Na2CO3, ®em läc t¸ch Na2CO3 ra. Sau ®ã
dïng Ca(OH)2 ®Ó costic ho¸ theo ph¶n øng:
Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3
- Sau ®ã l¾ng läc, th¶i b·, dung dÞch ®em dïng l¹i.
Mét sè u nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy:
-¦u ®iÓm: Lu tr×nh ®¬n gi¶n, chÊt lîng s¶n phÈm tèt, gi¸ thµnh h¹.
-Nhîc ®iÓm: ChØ thùc hiÖn víi quÆng b«xit cã hµm lîng SiO2 thÊp míi cã lîi
vÒ mÆt kinh tÕ.
II.2. Ph¬ng ph¸p KiÒm thiªu kÕt
Khi hµm lîng SiO2 trong quÆng cao, dïng ph¬ng ph¸p Baye ®Ó s¶n xuÊt sÏ
kh«ng cã lîi vÒ mÆt kinh tÕ do lµm mÊt m¸t nh«m «xit vµ kiÒm. Ph¬ng ph¸p
kiÒm thiªu kÕt cho phÐp chÕ biÕn mét c¸ch hîp lÝ c¸c lo¹i quÆng cã hµm lîng
Silic cao.
Thùc chÊt cña ph¬ng ph¸p lµ ®em hçn hîp B«xit - Na2CO3 vµ ®¸ v«i nung ë
nhiÖt ®é cao, kÕt qu¶ lµ nhËn ®îc s¶n phÈm thiªu kÕt chøa natri aluminat. Sau ®ã
hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm trong níc, natri aluminat hoµ tan ë d¹ng dung dÞch, c¸c
hîp chÊt kh¸c n»m l¹i ë d¹ng cÆn b·. Läc t¸ch b· thu ®îc dung dÞch aluminat
th«. Sau khi khö Silic sÏ thu ®îc dung dÞch aluminat s¹ch.§em cacbon¸t ho¸
- b»ng khÝ CO2 sÏ thu ®îc Al(OH)3. Sau khi nung Al(OH)3 ë 12000 C sÏ ®îc
Al2O3.Lu tr×nh s¶n xuÊt Al2O3 b»ng ph¬ng ph¸p kiÒm thiªu kÕt gåm c¸c kh©u
chÝnh sau: Thiªu kÕt, hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm, khö silic, cacbonat ho¸, nung.
- §¸ v«i B«xit X« ®a
Xay
Xay nghiÒn
nghiÒn
Phèi liÖu
Thiªu kÕt
NgiÒn thiªu kÕt
phÈm
Hoµ t¸ch
CÆn ®á
L¾ng läc
Khö silic
L¾ng läc
dd
NaAlO s¹ch
dd c¸i C« ®Æc
Cacbonat
ho¸
Al(OH)3 Nung Al2O3
- II.2.1.Thiªu kÕt:
- Môc ®Ých: biÕn nh«m oxit trong quÆng boxit thµnh natri aluminat (NaAlO2)
dÔ tan trong dung dÞch níc, cßn l¹i SiO2 trong b«xit t¹o canxisilicat
(2CaOSiO2) khã tan.
- Cho boxit, dd Na2CO3,CaCO3 cïng håi liÖu vµo m¸y nghiÒn, sau ®ã ph©n tÝch
thµnh phÇn ho¸ häc cña nguyªn liÖu ®· nghiÒn ®iÒu chØnh cho phï hîp víi yªu
cÇu thiªu kÕt,bïn quÆng nµy chøa 70% níc, dïng má phun vµo lß thiªu
kÕt.Bïn liÖu sau khi vµo lß ®îc gia nhiÖt, tr¶i qua c¸c vïng khö níc, nung
nãng, lµm nguéi.T¹i vïng thiªu kÕt,phèi liÖu tr¶i qua c¸c bíc sau:
Bíc 1:thiªu kÕt ë nhiÖt ®é thÊp, x¶y ra c¸c ph¶n øng:
Na2CO3 + Fe2O3 = Na2O.Fe2O3 + CO2
Na2CO3 + SiO2 = Na2O.SiO2 + CO2
Na2CO3 +Al2O3 = Na2O.Al2O3 + CO2
- NÕu ë nhiÖt ®é thÊp cã thÓ t¹o Na2O.Al2O3.SiO2
Bíc 2:thiªu kÕt ë nhiÖt ®é cao, x¶y ra c¸c ph¶n øng sau:
Na2O.Fe2O3 + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + Fe2O3
Na2O.SiO2 + 2CaO + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + 2CaO.SiO2
Na2O.Al2O3.SiO2 + 4CaO = Na2O.Al2O3+ 2(2Na2O.SiO2)
II.2.2.Hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm
- S¶n phÈm thiªu kÕt sau khi nghiÒn nhá ®îc ®a ®i hoµ ®a ®i hoµ t¸ch.
- Môc ®Ých lµ chuyÓn natri aluminat tõ pha r¾n vao dd níc, cßn t¹p chÊt kh¸c
vÉn ®Ó ë pha r¾n t¸ch khái dung dÞch,dung m«i hoµ t¸ch cã thÓ lµ níc,dd
kiÒm lo·ng, dd natri aluminat lo·ng.
- Khi hoµ t¸ch thiªu kÕt phÈm x¶y ra c¸c qu¸ tr×nh sau:
+ natri aluminat hoµ tan vµo dung dÞch
- + natri ferit bÞ ph©n huû theo ph¶n øng:
Na2O.Fe2O3 + H2O = Fe2O3 + 2NaOH
- S¾t oxit n»m l¹i trong cÆn, Natri ferit thuû ph©n lµm t¨ng lîng NaOH cã lîi
cho qu¸ tr×nh hoµ t¸ch.
- 2CaO.SiO2 thùc tÕ kh«ng hoµ tan, nhng nÕu thêi gian hoµ t¸ch kÐo dµi,
nång ®é dung dÞch ®Ëm ®Æc, nhiÖt ®é hoµ t¸ch cao th× canxi silicat còng b¾t
®Çu ph¶n øng víi dung dÞch kiÒm vµ qu¸ tr×nh sÏ phøc t¹p.
- Mét sè natri silicat t¹o thµnh còng tan vµo trong dung dÞch v× vËy cÇn ®em
dung dÞch ®i khö SiO2
II.2.3.Khö Silic
- Sau hoµ t¸ch ®îc dung dÞch Aluminat th«, v× trong dung dÞch cßn nhiÒu
SiO2. V× vËy cÇn khö SiO2 tríc khi kÕt tinh Al(OH)3.
- Qu¸ tr×nh khö silic cña dung dÞch dÞch natri aluminat tiÕn hµnh trong otocla
t¬ng tù nh ¤t«cla dïng ®Ó hoµ t¸ch b«xit theo ph¬ng ph¸p Baye. NhiÖt ®é
khö SiO2 kho¶ng 1700C.Ph¶n øng chñ yÕu cña qu¸ tr×nh khö SiO2:
Na2O.Al2O3 +2(Na2O.SiO2) +4H2O= 4NaOH +Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O
Sau khi khö SiO2 ®a dung dÞch ®i l¾ng läc, kÕt tña ®a vÒ trén cïng quÆng vµ
®em ®i thiªu kÕt. Dung dÞch c¸i ®em cacbonat ho¸.
II.2.4.Cacbonat ho¸ dung dÞch natri aluminat
- Môc ®Ých: lµm cho dung dÞch natri aluminat bÞ ph©n huû, kÕt tña Al(OH)3
theo c¸c bíc sau:
+Tríc tiªn, cho CO2 trong kh«ng khÝ t¸c dông víi NaOH
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
do NaOH bÞ trung hoµ, tØ sè costic cña dung dÞch gi¶m xuèng, hîp chÊt natri
aluminat trë nªn kh«ng bÒn v÷ng mµ ph©n huû theo ph¶n øng :
nguon tai.lieu . vn
