Tag: Vũ Chất Phác

14

Hoà tách quặng tinh bauxit Bảo Lộc ở điều kiện áp suất khí quyển

Để góp thêm căn cứ khoa học cho việc lựa chọn nhiệt độ hoà tách phù hợp, cần thiết khảo sát thêm khả năng hoà tách loại quặng này ở điều kiện áp suất khí quyển tương ứng với nhiệt độ 1070C theo cơ chế hoà tách sau.

Atmospheric pressure digestion of Baoloc bauxite concentrates

Trương Ngọc Thận, Vũ Chất Phác
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Ở chế độ hoà tách thử nghiệm, hiệu suất thực tế thu hồi nhôm ôxit từ quặng tinh bauxit gipxit Bảo Lộc đạt 90%. Kết quả cho thấy, có thể sử dụng loại bauxit này cho sản xuất alumin bằng công nghệ Bayer châu Mỹ với chế độ hoà tách ở điều kiện áp suất khí quyển tương ứng nhiệt độ hoà tách 107°C.

Abstract

   The actual recovery of Al2O3 from BaoLoc gibbsitic bauxite concentrate reached 90% at the experimental degestion conditions. Obtained results show that it is possible to use this kind of bauxite for alumin production by the american Bayer technology at degestion regimes under atmospheric pressure (equivalent to 107°C).

1. Đặt vấn đề

   Theo công nghệ Bayer châu Mỹ, có thể hoà tách bauxit gipxit ở nhiệt độ 107°C hoặc 140°C. Kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy, hiệu suất hoà tách thực tế của bauxit Bảo Lộc ở nhiệt độ 140°C đạt giá trị tương đương hiệu suất hoà tách lý thuyết [1]. Để góp thêm căn cứ khoa học cho việc lựa chọn nhiệt độ hoà tách phù hợp, cần thiết khảo sát thêm khả năng hoà tách loại quặng này ở điều kiện áp suất khí quyển tương ứng với nhiệt độ 107°C theo cơ chế hoà tách sau. Ở nhiệt độ 107°C, nhôm ôxit trong bơmit hoặc điaspo hoặc ở dạng thay thế đồng hình trong mạng alumogơtit không tan [2,3] mà chỉ có gipxit – Al2O3.3H2O [hay 2Al(OH)3] tác dụng với kiềm theo phản ứng:

Al(OH)3+NaOH+nH2O = NaAl(OH)4+nH2O (1)

   Silic ôxit từ caolinit hoà tan tạo thành natrisilicat theo phản ứng (2):

Al2O3.2SiO2.2H2O + 6NaOH + nH2O = 2NaAl(OH)4 + 2Na2SiO3 + (n+1)H2O (2)

    Natrisilicat tiếp tục phản ứng tạo ra kết tủa Bayersodalit đi vào bùn đỏ:

6NaAl(OH)4 + 6Na2SiO3 + 3Na2X + nH2O → 3(Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O).Na2X +12NaOH + (n-6)H2O (3)

– (Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O).Na2X là kết tủa Bayersodalit
– X có thể là 2AlO2– , 2Cl– , CO32- …

   Trong khi đó, SiO2 ở dạng thạch anh chỉ có thể hoà tan theo cơ chế tương tự caolinit ở nhiệt độ cao hơn với điều kiện cỡ hạt mịn hơn. Các khoáng vật sắt (hêmatit, gơtit, alumogơtit) hoàn toàn không tan trong kiềm và đi vào bùn đỏ.

2. Thực nghiệm

2.1. Mẫu nghiên cứu

   Bauxit gipxit Bảo Lộc dùng cho nghiên cứu có thành phần hóa học [%]: 45,36 Al2O3; 24,17 Fe2O3; 2,44 SiO2 và 3,81 TiO2, còn lại là các tạp chất khác.

2.2. Thiết bị và quy trình hoà tách

a. Thiết bị hoà tách

   Với nhiệt độ 107°C, quá trình hoà tách chỉ cần tiến hành trong bình kín. Tuy nhiên, để hạn chế sự thay đổi thành phần của dung dịch luân lưu, dung dịch natrialuminat và đảm bảo vệ sinh môi trường trong quá trình hoà tách, có thể sử dụng ôtôcla đứng như trên hình 1. Bauxit và dung dịch luân lưu được cấp vào ôtôcla qua nắp đậy. Huyền phù sau hoà tách được tháo từ đáy ôtôcla và theo ống dẫn làm nguội bằng nước ra ngoài. Ôtôcla được gia nhiệt bằng dây điện trở. Nhiệt độ của thiết bị hoà tách được ổn định bằng hệ thống tự động. Vận hành thiết bị hoà tách được thực hiện theo trình tự các bước sau: – Nạp dung dịch luân lưu và bauxit theo khối lượng tính toán. – Cố định nắp đậy ôtôcla. Bắt đầu quá trình gia nhiệt và khuấy trộn. Thời gian hoà tách được tính từ khi nhiệt độ đạt 107°C – Kết thúc quá trình hoà tách, ngắt nguồn điện, mở van tháo huyền phù vào bình lắng.

Hình 1

Hình1. Ôtôcla

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
14

Ảnh hưởng của một số yếu tố tới phân huỷ dung dịch natrialuminat từ hoà tách bauxit Bảo Lộc

Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ mồi kết tủa Al(OH)3 và thời gian tới mức độ phân huỷ của dung dịch natrialuminat từ hoà tách quặng tinh bauxit Bảo lộc ở điều kiện áp suất thấp.

Influence of some parameters on the decomposition of NaAl(OH)4 solution obtained from digestion of Baoloc bauxite

Trương Ngọc Thận, Vũ Chất Phác
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tóm tắt

   Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ mồi kết tủa Al(OH)3 và thời gian tới mức độ phân huỷ của dung dịch natrialuminat từ hoà tách quặng tinh bauxit Bảo lộc ở điều kiện áp suất thấp. Mức độ phân huỷ đạt 54,63% và Al(0H)3 thu được có độ sạch 98% với chế độ tối ưu được xác định qua nghiên cứu .

Abstract

   This article presents the influence of some technological parameters such as: temperature, ratio of seed alu- minium hydrate and holding time on the decomposition of NaAl(OH)4 solution obtained from degestion of Baoloc bauxite under low pressure. The recovery of decomposition may reach 54,63% by optimal experimental conditions and the purity of obtained Al(OH)3 is 98%.

1. Đặt vấn đề

   Dung dịch natrialuminat phân huỷ để tạo ra nhôm hyđrôxít kết tủa theo phản ứng

NaAl(OH)4+ nH2O → Al(OH)3↓ + NaOH+ nH2O

   Đây là một quá trình phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, trước hết là nồng độ dung dịch, nhiệt độ, thời gian phân huỷ và tỷ lệ mồi kết tủa Al(OH)3 … Khi xác định điều kiện tối ưu của phân huỷ cần xét đến ảnh hưởng của khâu này tới các khâu khác trong toàn bộ quy trình Bayer sản xuất alumin.

   Mức độ phân huỷ (η) hay còn gọi là thu hoạch nhôm hydroxit được tính bằng %. Đó là tỷ số khối lượng Al(OH)3 kết tủa ra so với khối lượng Al(OH)3 có trong dung dịch ban đầu. Cũng có thể xác định thu hoạch trên cơ sở môđun côstic của dung dịch ban đầu (αcđ) và sau phân huỷ (αcc) theo biểu thức:

η = (1-αcc/αcđ)x100% ( 1 )

   Nhiệt độ là yếu tố có ảnh hưởng lớn tới mức độ phân huỷ. Từ giản đồ trạng thái cân bằng hệ Al2O3 – Na2O – H2O suy ra độ quá bão hoà của Al2O3 sẽ giảm khi tăng nhiệt độ, do đó độ bền của dung dịch sẽ tăng, tốc độ phân huỷ giảm. Trong thực tế, quá trình phân huỷ được tiến hành qua 2 giai đoạn: Giai đoạn 1- tạo mầm, tích tụ mầm ở nhiệt độ cao hơn, giai đoạn 2 – phát triển mầm.

   Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thể hiện như sau: dung dịch có nồng độ cao, thì tốc độ phân huỷ nhỏ, các dung dịch có nồng độ thấp hoặc loãng thì ngược lại, mức độ phân huỷ cao. Môđun costic (αc) là chỉ tiêu đánh giá độ bền hay độ bão hoà của dung dịch. Khi αc càng nhỏ thì dung dịch càng phân huỷ nhanh.Trong thực tế, nồng độ Al2O3 của dung dịch cho phân huỷ khoảng 120 ÷ 230 g/l Al2O3 và αc =1,4 ÷ 1,8.

   Phụ thuộc vào thời gian theo quy luật: ở thời điểm đầu tốc độ phân huỷ tăng nhanh, sau đó giảm dần cho tới giá trị không đổi, có nghĩa quá trình đạt cân bằng.

   Để tăng tốc độ phân huỷ, cần sử dụng mồi kết tủa Al(OH)3 từ chu trình phân huỷ trước. Tỷ lệ mồi được tính bằng lượng Al(OH)3 đưa vào so với lượng Al(OH)3 có trong dung dịch. Ngoài ra, khuấy trộn cũng có tác dụng tốt đối với phân huỷ.

2. Thực nghiệm

Dung dịch natrialuminat, mồi kết tủa và thiết bị phân huỷ

   Các dung dịch natrialuminat từ hoà tách ở nhiệt độ 140°C dùng cho nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tỷ lệ mồi kết tủa và thời gian tới mức độ phân huỷ được ký hiệu lần lượt là: M1, M2, M3, M4, M5 với thể tích 2,5 lít và có thành phần như trong bảng 1.

Mẫu phân hủy Thành phần (g/l) αc
Na2Oc Al2O3
M1
M2
M3
M4
M5		 150,77
149,89
150,78
150,85
150,77		 130,20
130,20
130,20
130,21
130,20		 1,42
1,42
1,42
1,42
1,42

Bảng 1. Thành phần các mẫu dung dịch cho phân huỷ

   Mồi kết tủa Al(OH)3 có độ sạch 98%, độ ẩm 15%. Số lượng mồi (Mm) được tính theo công thức:

Công thức

   trong đó:

A – nồng độ Al2O3 [g/l] ;
a – Độ ẩm [%] ;
V – Thể tích dung dịch [l] .

   Quá trình phân huỷ được tiến hành trong thiết bị hoà tách với dung tích 5 lít có cơ cấu khuấy trộn, hệ thống gia nhiệt bằng điện trở và ổn nhiệt tự động.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3
12

Nghiên cứu thử nghiệm điện phân nhôm trong thiết bị tự chế tạo

Nhằm mục đích góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực luyện kim màu, tăng cường năng lực nghiên cứu, tiến tới làm chủ công nghệ điện phân kim loại trong dung dịch muối nóng chảy nói chung và nhôm nói riêng…

Study on electrolyse of aluminium in home-made equipment

Trương Ngọc Thận và Vũ Chất Phác
Đại học Bách Khoa Hà Nội

TÓM TẮT

   Điện phân nhôm là một công nghệ phức tạp và hoàn toàn mới mẻ đối với các nhà luyện kim nước ta. Bằng thiết bị tự thiết kế và chế tạo, đã thử nghiệm thành công điện phân nhôm trong dung dịch muối nóng chảy cryolit- alu- min (Na3AlF6 – Al2O3 ) với các thông số công nghệ sau:

Hàm lượng alumin  Al 2O3 trong dung dịch muối nóng chảy :
 10 %
Nhiệt độ điện phân :
 960°C
Điện áp :
 7,5 V
Mật độ dòng catốt :
 1,51 A/cm2
Khoảng cách điện cực :
 2,5 cm
Nhôm điện phân đạt độ sạch :
 98,5 %

 

ABSTRACT

   Electrolyse of aluminium is a complicated technology and still completely new for Vietnamese metallurgists. For the first time at HUT has been succesfully realized the electrolyse of the aluminium in cryolit – alumina (Na3AlF6 – Al2O3) melting solution by a home-made electrolyser with following conditions : 

Alumina content [Al2O3] in melting solution : 10 %
Electrolyse temperature : 960°C
Cell voltage : 7,5 V
Cathode current density : 1,51 A/cm2
Distance between electrodes : 2,5 cm
The purity of electrolytic aluminium : 98,5 %

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

   Nguồn bauxit-gipxit với trữ lượng lớn và chất lượng trung bình ở khu vực phía Nam là tiền đề quan trọng cho việc xây dựng nền công nghiệp nhôm trong một tương lai gần ở nước ta.

   Trừ một lượng rất nhỏ được sản xuất bằng phương pháp hoàn nguyên hoá học trong thời gian 1854-1888, ngay từ đầu, nhôm được sản xuất ở quy mô công nghiệp bằng điện phân. Khác với điện phân Cu, Ni, Sn…, điện phân nhôm thực hiện trong dung dịch muối nóng chảy cryolit (Na3AlF6)– alumin (Al2O3) ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của nhôm (658°C). Đây là công nghệ rất phức tạp và hoàn toàn mới mẻ đối với các nhà luyện kim Việt Nam trước năm 2004.

   Nhằm mục đích góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực luyện kim màu, tăng cường năng lực nghiên cứu, tiến tới làm chủ công nghệ điện phân kim loại trong dung dịch muối nóng chảy nói chung và nhôm nói riêng, với sự phối hợp của Viện nghiên cứu Mỏ – Luyện kim, tập thể khoa học bộ môn Vật liệu kim loại màu & Compozit đã tiến hành thử nghiệm điện phân nhôm trong thiết bị tự thiết kế, chế tạo.

2. CƠ CHẾ ĐIỆN PHÂN MUỐI NÓNG CHẢY CRYOLIT-ALUMIN

   Cho đến nay, vẫn chưa có sự thống nhất quan điểm về thành phần phân tử của hỗn hơp muối nóng chảy cryôlit-alumin và cơ chế điện phân của hỗn hợp này. Tuy nhiên, có thể nêu ra đây một trong những thuyết giúp chúng ta hình dung được một cách đơn giản nhất về quá trình điện phân nhôm.

   Trong muối nóng chảy, sự phân ly cryôlit không chỉ ở mức thành các muối natri và nhôm florua (NaF và AlF3) mà còn tạo ra các ion theo phản ứng:

Na3AlF6 = 3Na+ + AlF6 3- (1)

Alumin cũng bị phân ly:

Al2O3 = Al3+ + AlO3 3- (2)

   Như vậy, trong dung dịch muối nóng chảy tồn tại các cation Na+, Al3+ và các anion AlF6 3- , AlO3 3- . Dưới tác dụng của dòng điện một chiều, xảy ra các phản ứng điện cực sau đây :

Trên cực âm (catôt) Al 3+ + 3e = Al (3)

   Trên cực dương (anôt)

2AlO3 3- – 6e = Al2O3 + 1,5O2 (4)

   Các phản ứng (3) và (4) cho thấy, trên catôt sẽ tiết ra nhôm kim loại, còn trên anôt ôxi sẽ ôxy hoá cacbon của cực dương để tạo ra khí CO và CO2 trong quá trình điện phân.

Pages: Page 1, Page 2, Page 3