3. Kết quả và thảo luận
3.1. Tính chất công nghệ của bauxit Gia Nghĩa
Với hàm lượng 50,74% Al2O3, quặng tinh bauxit Gia Nghĩa thuộc loại giàu thành phần có ích so với bauxit khác trên thế giới (35-60%), nhưng lại thấp hơn so với bauxit gipxit được xử lý bằng công nghệ Bayer châu Mỹ (55-57%)[4]. ứng với hàm lượng 2,86% SiO2, môđun silic-MSi có giá trị là 17,7. Như vậy, bauxit Gia Nghĩa là loại nguyên liệu có chất lượng tốt, thích hợp với việc sử dụng phương pháp Bayer để sản xuất alumin. Tuy nhiên, với hàm lượng 16,42% Fe2O3, bauxit này thuộc loại bauxit cao sắt so với bauxit của một số nước (thường trong khoảng 7-9% Fe2O3) đang sử dụng công nghệ Bayer châu Mỹ. Khoáng vật sắt trong bauxit càng nhiều thì lượng cặn đỏ sinh ra càng lớn, tiêu hao nước rửa, năng lượng cho cô bay hơi và tổn thất kiềm cùng với alumin cũng càng lớn. Đối với ôxit titan, hàm lượng này hiếm khi vượt quá 3% trong bauxit [5] và như vậy, bauxit Gia Nghĩa chứa 2,05% TiO2 không thuộc trường hợp ngoại lệ. Ôxit titan sẽ gây nên sự mất mát kiềm trong quá trình hòa tách do tạo ra kết tủa natri metatitanat.
Tiếp theo là một vài nhận xét về tính chất công nghệ của bauxit Gia Nghĩa từ phương diện thành phần các khoáng vật chính của nhôm, silic và sắt.
Nước hyđrat trong bauxit liên kết chủ yếu với ôxit nhôm tạo ra các mạng tinh thể khác nhau và tương ứng với chúng là các tính chất vật lý, hóa học cũng khác nhau (bảng 3).
Khoáng vật | Công thức hóa học | Hệ tinh thể | Tỷ trọng, g/cm3 | Độ cứng MOOS |
Hyđragilit hay gipxit Bơmit Điaspor Corinđum |
Al2O3.3H2O Al2O3.H2O Al2O3.H2O Al2O3 |
Một nghiêng Chính phương Chính phương Sáu phương |
2,3-2,4 3,0 3,3-3,5 4,0 |
2,5-3,0 3,5-4,0 6,5-7,0 9,0 |
Bảng 3. Một số khoáng vật nhôm và tính chất của chúng
Theo thống kê, hơn 90% sản lượng alumin thế giới được sản xuất bằng phương pháp kiềm, trong đó chủ yếu bằng phương pháp Bayer. Bản chất của phương pháp này là Al2O3 từ bauxit được hòa tách trong kiềm NaOH theo phản ứng:
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
và sau đó là quá trình phân hủy dung dịch natrialuminat theo chiều ngược lại để tạo ra kết tủa nhôm hyđrôxit – Al2O3.3H2O.
Xử lý bauxit theo phương pháp Bayer bao gồm nhiều công đoạn, trong đó công đoạn có tầm quan trọng hàng đầu là hòa tách. Mức độ hòa tách Al2O3 phụ thuộc trước hết vào khoáng vật nhôm và kể cả dạng thù hình của nó theo thứ tự từ cao xuống thấp như sau:
Với giá trị MKN cao (bảng 1) cùng với kết quả phân tích nhiệt và phân tích Rơnghen khá trùng hợp (bảng 2) thấy rõ ôxit nhôm trong bauxit Gia Nghĩa tồn tại chủ yếu ở dạng gipxit rất dễ hòa tách theo sơ đồ trên.
Các cấu tử chính | Bauxit Gia Nghĩa (%) | Bauxit Tân Rai (%) |
Al2O3 | 50,74 | 47,60 |
SiO2 | 2,86 | 2,50 |
Fe2O3 | 16,42 | 21,04 |
TiO2 | 2,05 | 2,70 |
MKN | 26,46 | 25,20 |
Bảng 1. Thành phần các cấu tử chính của quặng tinh bauxit Gia Nghĩa và Tân Rai
Khoáng vật chính, % | Phân tích Rơnghen | Phân tích nhiệt |
Gipxit | 74-75 | 75 |
Gơtit | 6 | 7 |
Hêmatit | 5 | – |
Ilmenit | 5 | – |
Clorit | 3 | – |
Caolinit, Thạch anh… | 3 | – |
Bảng 2. Thành phần khoáng vật của quặng tinh bauxit Gia Nghĩa
Điều đó cho phép sản xuất alumin từ loại bauxit này bằng công nghệ Bayer châu Mỹ, hòa tách ở áp suất khí quyển (ứng với nhiệt độ 105-107°C) hoặc ở áp suất thấp (ứng với nhiệt độ 140-145°C). Đây là lợi thế cơ bản của bauxit Gia Nghĩa nói riêng và bauxit Tây nguyên nói chung.
Như đã biết, chất lượng của bauxit không chỉ được đánh giá qua hàm lượng Al2O3 mà còn căn cứ cả vào hàm lượng tạp chất SiO2. Tác hại của silic là làm giảm độ sạch của nhôm điện phân, hạn chế khả năng trao đổi nhiệt trong thiết bị hòa tách và giảm thể tích làm việc của thiết bị này cũng như đường ống dẫn dung dịch do lắng đọng kết tủa natrialumosilicat (hay còn gọi là Bayer- Sodalit). Do vậy, trong quy trình công nghệ Bayer thường có thêm khâu tiền khử silic trong quá trình nghiền ướt trước khi hòa tách ở bất cứ nhiệt độ nào, hoặc phải thêm cả công đoạn hậu khử silic nếu như hàm lượng SiO2 trong dung dịch alumi- nat chưa đạt yêu cầu bằng cách kéo dài thời gian hòa tách, thường là ở nhiệt độ thấp. Như vậy, đối với bauxit Gia Nghĩa có hàm lượng SiO2 là 2,86% và nếu như so với bauxit Tân Rai có hàm lượng silic thấp hơn (2,5%) thì trong quy trình Bayer châu Mỹ không thể bỏ qua khâu tiền khử silic ở cả hai điều kiện hòa tách ở áp suất khí quyển và áp suất thấp. Nếu hòa tách ở áp suất khí quyển, cũng như đối với bauxit Tân Rai và bauxit Bảo Lộc cần tiến hành thêm khâu hậu khử silic.