Tờ hướng dẫn Vam kẹp đồng bộ thủy lực Và phụ kiện POWERFUL ...
LUAN VAN 13 - Tài Liệu Học Tậpdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/... · -...
Transcript of LUAN VAN 13 - Tài Liệu Học Tậpdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/... · -...
ĐỀ TÀI
Tài nguyên bôxit - Tình hình,
triển vọng và công nghệ khai
thác, chế biến
I. TÀI NGUYÊN BÔXIT TRÊN THẾ GIỚI, TÌNH HÌNH KHAI THÁC
VÀ CHẾ BIẾN ................................................................................... 4
1. Tài nguyên bôxit trên thế giới........................................................ 4
2. Tình hình khai thác quặng bôxit trên thế giới............................ 13
3. Thị trường các sản phẩm đi từ quặng bôxit trên thế giới............ 18
4. Tình hình sản xuất các sản phẩm đi từ quặng bôxit trên thế giới27
II. TÀI NGUYÊN BÔXIT Ở VIỆT NAM, TÌNH HÌNH KHAI THÁC
........................................................................................................... 33
1. Tài nguyên bôxit ở Việt Nam....................................................... 33
2. Tình hình khai thác, nghiên cứu, chế biến quặng bôxit Việt Nam, xu
hướng phát triển............................................................................... 45
III. CÔNG NGHỆ LÀM GIÀU, CHẾ BIẾN QUẶNG BÔXIT ..... 49
1. Công nghệ làm giàu quặng bôxit ................................................. 49
2. Công nghệ sản xuất alumin.......................................................... 50
3. Công nghệ sản xuất nhôm kim loại ............................................. 66
IV. KẾT LUẬN................................................................................. 80
Từ khi ngành công nghiệp nhôm ra đời cho tới nay và theo dự báo trong
tương lai, sản xuất nhôm vẫn bao gồm chủ yếu hai giai đoạn:
- Giai đoạn đầu: Sản xuất nhôm oxit sạch, gọi là alumin cấp luyện kim.
- Giai đoạn tiếp theo: Sản xuất nhôm kim loại bằng phương pháp điện phân
alumin trong dung dịch muối criolit nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 950°C
(phương pháp Hall - Heroult, được phát minh năm 1886).
Những nét đặc trưng cơ bản của ngành công nghiệp nhôm là tiêu hao năng
lượng cao và vốn đầu tư lớn. Tiêu hao năng lượng để sản xuất 1 tấn nhôm
kim loại là 150 - 170 GJ/T, trong khi đó tungsten (vonfram) cần 180 -190
GJ/T, đồng cần 85 - 100 GJ/T, kẽm 55 - 60 GJ/T, thép 15 - 20 GJ/T. Như vậy
ngành công nghiệp nhôm là một trong những ngành tiêu tốn nhiều năng
lượng nhất.
Trong công nghiệp, có một số công nghệ sản xuất alumin tùy theo loại
nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu. Hiện tại và trong tương lai, 85%
alumin trên thế giới được sản xuất từ quặng bôxit, 10% từ quặng nephelin và
alunit, 5% từ các nguyên liệu khác. Điều đó cho thấy bôxit vẫn là nguồn
nguyên liệu quan trọng nhất trong sản xuất alumin nói riêng và sản xuất
nhôm nói chung.
Nếu nguyên liệu là bôxit chất lượng tốt (tỷ lệ Al2O3/SiO2 >= 7), hàm lượng
SiO2 thấp, thì có thể áp dụng công nghệ Bayer. Nếu là bôxit chất lượng trung
bình, có thể áp dụng phương pháp kết hợp Bayer - thiêu kết song song hoặc
nối tiếp. Nếu là bôxit chất lượng xấu, hàm lượng SiO2 cao, có thể áp dụng
phương pháp thiêu kết đơn thuần. Hiện tại và dự báo trong tương lai, khoảng
90% sản lượng alumin trên thế giới vẫn được sản xuất bằng công nghệ Bayer.
I. TÀI NGUYÊN BÔXIT TRÊN THẾ GIỚI, TÌNH HÌNH KHAI THÁC
VÀ CHẾ BIẾN
1. Tài nguyên bôxit trên thế giới
Bôxit là một trong những nguồn tài nguyên khoáng sản khá dồi dào trên thế
giới. Với sản lượng khai thác và mức tăng trưởng bình quân hàng năm như
hiện nay, trữ lượng bôxit có thể đảm bảo cho nhân loại sử dụng trong 100 -
125 năm tới, nếu tính cả tài nguyên thì thời gian có thể tăng lên gấp đôi.
Bôxit có thành phần hóa học và khoáng vật cơ bản như sau:
Thành phần hóa học Thành phần khoáng vật
Al2O3: 40 - 65% điaspor a - Al2O3.H2O
bơmit g - Al2O3.H2O
gipxit g - Al2O3.3H2O
SiO2 : 0,5 - 10% kaolinit Al4(OH)8.SiO2.O10
thạch anh SiO2
Fe2O3 : 3 - 30% hematit a - Fe2O3, gơtít a - Fe2O3.H2O
TiO2 : 0,5 - 8% anatat TiO2, rutin TiO2
H2O : 10 - 34% trong điaspor, bơmit, gipxit, kaolinit, gơtít
Các nguyên tố đi kèm Mn, P, V, Cr, Ni, Ga, Ca, Mg, C... và các
tạp chất
Theo nguồn gốc thành tạo địa chất, bôxit được chia làm hai loại: bôxit laterit
và bôxit karstic. Bôxit laterit được thành tạo từ quá trình phong hóa đá bazan,
chiếm khoảng 90% trữ lượng bôxit của thế giới, thành phần chủ yếu là gipxit.
Bôxit karstic được thành tạo trên nền đá vôi chiếm khoảng 10% trữ lượng.
Đối với mục đích công nghệ xử lý, người ta chia bôxit thành các loại sau:
- Bôxit gipxit (hàm lượng bơmit < 5%), tập trung ở các nước: Braxin, Sierra
Leone, Surinam, Inđônêxia, Ghinê, Giamaica, ôxtrâylia, Vênêzuêla,
Guana, Việt Nam, Ấn Độ.
- Bôxit hỗn hợp gipxit - bơmit (hàm lượng bơmit 5 - 20%), tập trung ở các
nước: ôxtrâylia, Ghana, Ghinê, Giamaica, Ấn Độ.
- Bôxit bơmit (hàm lượng bơmit > 20%), tập trung ở các nước: Nam Tư,
Pháp, Hungari.
- Bôxit điaspor (hàm lượng điaspor > 5%), tập trung ở các nước: Hy
Lạp, Iran, Trung Quốc (TQ), Nam Tư, Việt Nam, Rumani.
Phần lớn các mỏ bôxit đều là sản phẩm của quá trình phong hóa laterit đã
chứa thành phần oxyt nhôm (Al2O3) cao. Vì vậy, các mỏ bôxit trên thế giới
thường tập trung ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Theo tài liệu thống kê
chưa đầy đủ năm 1996, cả thế giới có khoảng 55 nước có mỏ bôxit với trữ
lượng 19,630 tỷ tấn, tài nguyên 29,793 tỷ tấn, tổng cộng 49,423 tỷ tấn.
Bảng 1: Trữ lượng bôxit trên thế giới (triệu tấn)
Khu vực/ nước Trữ lượng Tài nguyên Cộng
1. Bắc Mỹ
Hoa Kỳ
33
33
0
0
33
33
2. Trung Mỹ
Costa Rica
Hondurat
Panama
78
78
0
0
200
120
10
70
278
198
10
70
3. Vùng Caribê
Giamaica
1.905
1.866
305
250
2.210
2.116
Haiti
Cộng hòa Đominic
Guyana (thuộc Pháp)
Columbia
10
29
42
0
40
15
130
100
80
14
172
100
4. Nam Mỹ
Braxin
Guyana
Surinam
Venezuela
3.566
2.140
674
535
217
10.275
2.750
300
225
7.000
13.841
4.890
974
760
7.217
5. Tây âu
Hy Lạp
Nam Tư
Pháp
Đức
Ý
945
572
320
21
2
5
2.010
400
500
500
0
45
2.955
972
820
521
2
50
Tây Ban Nha
Thổ Nhĩ Kỳ
Anh
Áo
5
20
0
0
125
435
3
2
130
455
3
2
6. Đông âu
Hungari
Cộng đồng các quốc gia
độc lập (CIS)
Rumani
521
273
201
47
425
75
350
0
946
348
551
47
7. Châu Phi
Ghinê
Ghana
Camơrun
Siralion
Môzămbic
6.663
5.407
446
680
126
2
6.213
3.400
100
800
0
0
12.876
8.807
546
1.480
126
2
Zimbabuê
Mali
Ghi-nê Bit-xô
Nam Phi
Malagasi
Malauy
Zaia
2
0
0
0
0
0
0
3
880
500
70
200
60
200
5
880
500
70
200
60
200
8. Châu Á
Trung Quốc
Ấn Độ
Inđônêxia
Malaysia
Pakistan
Iran
A Rập Xê-út
1.829
94
952
739
11
15
9
9
7.550
850
3.000
1.500
5
105
70
145
9.179
944
3.952
2.239
16
120
79
154
Philippin
Việt Nam
Đài Loan
0
0
0
250
1.550
75
250
1.550
75
9. Châu Đại Dương
ôxtrâylia
Đảo Salomon
Fiji
Niu Dilân
Palau
4.048
3.998
50
0
0
0
2.585
2.500
10
10
20
45
6.633
6.498
60
10
10
45
Tổng cộng 19.630 29.793 49.423
Chú thích:
- Tài nguyên: Là tích tụ tự nhiên của quặng bôxit bên trong hoặc trên bề mặt
vỏ trái đất, có hình thái, số lượng và chất lượng đáp ứng tiêu chuẩn tối thiểu
để khai thác, sử dụng đem lại hiệu quả kinh tế ở thời điểm hiện tại hoặc trong
tương lai.
- Trữ lượng: Lượng quặng bôxit đã được thăm dò qua nghiên cứu khả thi
hoặc với trình độ công nghệ, giá cả thị trường, các yếu tố khác có liên quan
tại thời điểm đánh giá sẽ mang lại hiệu quả kinh tế.
Nguồn tài nguyên, trữ lượng này được phân bố như sau:
1. Nam Mỹ: 28% 2. Châu Phi: 26%
3. Châu Á: 19% 4. Châu Đại Dương: 14%
5. Châu âu: 8% 6. Vùng Caribê và Trung, Bắc
Mỹ: 5%
Trong đó, 10 nước có tổng tài nguyên, trữ lượng hàng đầu thế giới là: Ghinê,
ôxtrâylia, Vênêzuêla, Braxin, Ấn Độ, Giamaica, Inđônêxia, Việt Nam,
Camơrun và Guyana với tổng tài nguyên và trữ lượng là 39,723 tỷ tấn, chiếm
80,37% toàn thế giới.
Xét về trữ lượng, tỷ lệ phân bố theo các khu vực và châu lục như sau:
1. Châu Phi: 34,6% 2. Châu Úc: 20,8%
3. Nam Mỹ: 18,5% 4. Giamaica: 9,7%
5. Châu Á: 9,3% 6. Các khu vực khác: 7,1%
Các mỏ bôxit được phân thành các loại hình như sau:
- Dạng lớp chùm phủ
- Dạng túi
- Dạng lớp xen kẹp
- Dạng mảnh vụn
Các mỏ dạng lốp chùm phủ rất đặc trưng cho loại bôxit có nguồn gốc phong
hóa laterit, là loại hình phổ biến trên thế giới và trữ lượng chiếm ưu thế. Các
mỏ này có nhiều ở Tây Phi, ôxtrâylia và Ấn Độ. Do quá trình phong hóa diễn
ra rất triệt để trong điều kiện thuận lợi và thời gian dài nên dẫn đến việc thành
tạo quặng bôxit chất lượng rất tốt, hàm lượng Al2O3 bằng 50-70%. Các mỏ
bôxit ở Miền Nam nước ta cũng thuộc loại hình này, song đáng tiếc là quá
trình phong hóa chưa chín muồi nên chất lượng quặng thấp, phải qua tuyển
rửa mới nâng hàm lượng các thành phần Al2O3 và mođun silic đến mức trung
bình của thế giới, là mức cho phép áp dụng phương pháp Bayer để sản xuất
alumin.
Các mỏ dạng túi thường gặp ở Giamaica và miền Nam âu, thân quặng có
chiều dày biến đổi lớn, từ 1m đến 30m, thành phần khoáng vật quặng thường
gồm gipxit, điaspor và bơmit, hàm lượng Al2O3 > 45%, hàm lượng SiO2 rất
thấp (khoảng 1,5%). Các mỏ dạng lớp xen kẹp thường phát triển ở Liên Xô,
Trung Quốc, Mỹ, Braxin, Hungari v.v..., thành phần khoáng vật chủ yếu gồm
điaspor và bơmit. Các mỏ dạng mảnh vụn được thành tạo do quá trình tái
trầm tích các vật liệu và quặng bôxit bị phá hủy, xói mòn và vận chuyển từ
mỏ khác tới. Các mỏ loại này ít phổ biến. Mỏ Arkansas của Mỹ thuộc loại
hình mỏ này. Ở nước ta, các mỏ bôxit Miền Bắc thuộc cả 3 loại hình kể trên.
2. Tình hình khai thác quặng bôxit trên thế giới
Do nhu cầu nhôm kim loại ngày càng tăng, sản lượng khai thác bôxit cũng đã
tăng theo để đảm bảo cung cấp đủ nguyên liệu cho sản xuất alumin và điện
phân nhôm kim loại. Trong vòng 10 năm gần đây, từ 1993 đến 2003, quy mô
khai thác quặng bôxit trên thế giới tăng từ 101 triệu tấn lên 178 triệu tấn, với
tốc độ tăng trưởng khoảng 6,5%/ năm. Theo số liệu thống kê năm 2003, trên
toàn thế giới có 19 nước khai thác quặng bôxit với sản lượng 178 triệu tấn
cung cấp cho các nhà máy sản xuất 60 triệu tấn alumin.
Bảng 2. Sản lượng khai thác bôxit và sản xuất
alumin trên thế giới năm 2003 (triệu tấn)
TT Nước Quặng tự
nhiên
Quặng khô Alumin
1 Ghana 0,28 0,26 0,12
2 Ghinê 17,57 16,32 7,22
3 Braxin 18,83 16,65 7,33
4 Guyana 3,93 3,64 0,80
5 Giamaica 17,50 14,86 6,08
6 Surinam 4,79 4,14 1,95
7 Vênêzuêna 4,26 3,84 1,75
8 Ấn Độ 10,82 9,87 2,89
9 Inđônêxia 1,33 1,20
10 Iran 0,84 0,76 0,28
11 Thổ Nhĩ Kỳ 0,43 0,40 0,18
12 Việt Nam 0,03 0,02 -
13 Hy Lạp 1,78 1,61 0,74
14 ôxtrâylia 61,84 45,03 13,59
15 Nam Tư 1,16 1,03 0,44
16 Hungari 0,90 0,82 0,30
17 Azecbaigian 0,69 0,63 0,09
18 Kazăcxtan 3,69 3,29 1,20
19 Nga 12,92 11,29 3,27
20 Trung Quốc 14,39 12,29 5,85
Tổng cộng 178,00 159,00 60,00
10 nước đứng đầu trong số 19 nước khai thác quặng bôxit trên thế giới là:
Bảng 3. Sản lượng bôxit 10 nước hàng đầu thế giới năm 2003 (triệu tấn)
TT Nước Quặng tự
nhiên
Quặng khô Alumin
1
2
3
ôxtrâylia
Braxin
Ghinê
61,84
18,83
17,57
45,03
16,65
16,32
13,59
7,33
7,22
4
5
6
7
8
9
10
Giamaica
Trung Quốc
Nga
Ấn Độ
Surinam
Vênêzuêna
Guyana
17,50
14,39
12,92
10,82
4,79
4,26
3,93
14,86
12,29
11,29
9,87
4,14
3,84
3,64
6,08
5,85
3,27
2,89
1,95
1,75
0,80
Tổng cộng 166,85 137,93 50,73
10 mỏ khai thác quy mô lớn nhất thế giới có sản lượng tổng cộng 110,36
triệu tấn, chiếm 62% sản lượng toàn thế giới, riêng ôxtrâylia có tới 5 mỏ. Mỏ
Huntly ở phía Tây ôxtrâylia, cách thành phố Perth về phía nam 80km, có trữ
lượng 700 triệu tấn và sản lượng khai thác 20,28 triệu tấn/năm, đứng đầu thế
giới. Mỏ Gove ở phía Bắc, thân quặng dày 3 - 4m, lớp phủ khoảng 1m tương
tự các mỏ bôxit ở Miền Nam nước ta, sản lượng khai thác 6,7 triệu tấn/ năm
v.v.... Các mỏ trên đều được khai thác bằng phương pháp lộ thiên với công
nghệ ô tô, máy xúc năng suất lớn và rất lớn. Các mỏ bôxit của ôxtrâylia thuộc
quyền quản lý của các tập đoàn nhôm hàng đầu thế giới như: ALCOA of
Australia, NABALCO, Worsley Alumin (WAPL) và COMALCO, chất lượng
quặng bôxit tốt, trung bình tiêu hao 2,5 tấn quặng để sản xuất 1 tấn alumin.
Ngoài việc cung cấp cho các nhà máy điện phân nhôm trong nước, lượng
alumin sản xuất được còn được xuất khẩu sang các nước khác để sản xuất
nhôm.
10 mỏ khai thác lớn nhất trên thế giới năm 2003 (triệu tấn) là:
TT Nước Tên mỏ Quặng tự
nhiên
Quặng
khô
Alumin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ghinê
nt
Ghana
Giamaica
ôxtrâylia
nt
nt
nt
nt
Nga
Boke
Trombetas
Manchesterplateau
Watervalley
Weipa
Huntly
Willowdale
Gove
Boddington
Kiyashaltyr
12,62
16,13
7,48
6,59
12,54
20,28
9,36
6,70
12,96
5,70
11,82
14,40
6,23
5,65
11,20
18,43
8,51
6,14
11,95
5,09
5,59
6,71
2,64
2,29
5,21
5,20
2,40
2,69
3,30
1,10
Tổng cộng 110,36 99,42 37,13
Trong công tác khai thác, vấn đề bảo vệ môi trường, hoàn thổ đất trồng hiện
rất được quan tâm. Hầu hết các mỏ sau khi khai thác hết trữ lượng đều được
san gạt, trồng cây xanh và có biện pháp làm tăng độ phì nhiêu của đất.
3. Thị trường các sản phẩm đi từ quặng bôxit trên thế giới
3.1. Phân loại sản phẩm, lĩnh vực sử dụng
Khoảng 96% bôxit khai thác được sử dụng cho ngành luyện kim, 4% còn lại
được sử dụng cho các ngành công nghiệp khác như: vật liệu chịu lửa, gốm sứ,
vật liệu mài - đánh bóng…
Hơn 90% sản lượng alumin (gọi là alumin cấp luyện kim) trên thế giới được
sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình điện phân để sản xuất nhôm kim loại,
còn lại khoảng 10% sử dụng cho công nghiệp hóa chất và các ngành công
nghiệp khác.
Phân loại bôxit theo lĩnh vực sử dụng như sau:
Thành phần hóa học, % Lĩnh vực
sử dụng
Al2O3 SiO2 Fe2O3 Ti2O
Luyện kim 50 - 55 0 - 15 5 - 30 0 - 6
Xi măng 45 - 55 max 6 20 - 30 3
Vật liệu mài min 55 max 5 max 6 min 2,5
Ngành hóa min 55 - 58 max 5 - 12 max 2 0 - 6
Chịu lửa min 54 - 61 max 1,5 - 5,5 max 2 max 2,5
Bôxit nung cho ngành vật liệu chịu lửa:
Quặng bôxit dùng để sản xuất vật liệu này phải có hàm lượng sắt, titan và
kiềm thấp, nung ở nhiệt độ khoảng 16500C. Trên thế giới, hiện tại chỉ có hai
vùng có loại bôxit này, đó là Guyana và TQ. Thành phần hóa học và tính chất
vật lý đặc trưng của hai loại bôxit này sau khi nung như sau:
Bôxit Guyana Bôxit TQ
Cấp bôxit
Thành
phần, %
RASC (Cấp bôxit
nung cho vật liệu
chịu lửa) 85 80 75
Al2O3 88,3 87,5 84,5 78,6
SiO2 6,5 6,0 6,5 14,5
Fe2O3 1,75 1,50 1,50 1,20
TiO2 3,20 3,75 4,0 3,5
M.K.N 0,25 0,20 0,20 0,20
Các loại nhôm oxit đặc biệt.
Về nguyên tắc các loại oxit này được sản xuất từ quặng bôxit bằng công nghệ
Bayer với những công đoạn đặc biệt.
Các sản phẩm đặc biệt chủ yếu được sản xuất ở các nước: Mỹ, Pháp, Đức,
Nga, Nam Tư, Hungari, TQ…
Người ta chia alumin đặc biệt thành hai loại: alumin hoạt tính và alumin đặc
biệt.
Alumin hoạt tính là alumin có diện tích bề mặt riêng lớn hơn 40m2/g, được
sản xuất bằng cách nung ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nung alumin cho mục
đích luyện kim thông thường.
Alumin đặc biệt là những alumin có đặc tính sau:
- Nung ở nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ nung thông thường
- Hàm lượng a-Al2O3 > 90%
- Có đặc tính đặc biệt về kích thước hạt, hàm lượng tạp chất...
Tuỳ theo mục đích sử dụng, alumin đặc biệt được chia thành các loại sau:
- Các loại nhôm hyđroxit đặc biệt: làm chất phụ gia để chống cháy cho công
nghiệp dệt may, chất dẻo, cao su và làm phụ gia cho các ngành kỹ thuật như
công nghiệp mỹ phẩm, giấy, hóa, làm các chất xúc tác, nguyên liệu cho
ngành công nghiệp dược phẩm.
- g-Al2O3 dùng làm chất hấp phụ, xúc tác…
- a-Al2O3 : dùng cho sản xuất vật liệu mài - đánh bóng, vật liệu chịu lửa, gốm
sứ…
Các loại nhôm hydroxit sử dụng để sản xuất các muối nhôm khác nhau,
ximăng chịu nhiệt và các vật liệu chịu nhiệt khác không được xếp vào loại
các sản phẩm đặc biệt.
3.2. Thị trường các sản phẩm đi từ quặng bôxit trên thế giới
3.2.1. Thị trường thế giới nói chung
Hiện nay, ôxtrâylia là nhà cung cấp bôxit lớn nhất thế giới, chiếm 40%,
Trung và Nam Mỹ chiếm 25%, Châu Phi chiếm 15%, còn lại là các châu lục
khác. Trong đó 96% bôxit khai thác được sử dụng cho ngành luyện kim, còn
lại 4% sử dụng cho các ngành công nghiệp khác như: vật liệu chịu lửa, gốm
sứ, vật liệu mài - đánh bóng, ximăng…
Nhu cầu bôxit - alumin phụ thuộc chủ yếu vào nhu cầu nhôm của thế giới, vì
hơn 90% sản lượng alumin (gọi là alumin cấp luyện kim) được sử dụng cho
sản xuất nhôm kim loại, còn lại 10% sử dụng cho công nghiệp hóa chất và
các ngành công nghiệp khác.
Hàm lượng tạp chất và tính chất vật lý đặc trưng của alumin cấp luyện kim:
Bảng 4: Hàm lượng tạp chất và tính chất vật lý
đặc trưng của alumin cấp luyện kim
Hàm lượng tạp chất Tính chất vật lý
Tạp chất Giá trị, % Tính chất Giá trị
Fe2OÂ3
SiO2
TiO2
Na2O
0,01 - 0,05
0,01 - 0,02*
0,002 - 0,01
0,25 - 0,5
Tỷ trọng riêng (tự do),
kg/dm3
Tỷ trọng riêng (nén),
kg/dm3
0,930 - 1,030
1,100 - 1,300
5 - 100
5 - 90
Na2O
V2O5
P2O5
CaO
MgO
ZnO
CuO
MnO2
SO3
Ga2O3
Cr2O3
NiO
0,4 - 0,6
0,002 - 0,01
0,001 - 0,003
0,01 - 0,05
0,001 - 0,004
0,005 - 0,025
0,001 - 0,006
0,0005 - 0,003
0,002 - 0,2
0,004 - 0,01
0,0001 - 0,0006
0,001 - 0,005
Diện tích bề mặt riêng, m2/g
a-Al2O3, %
Góc trượt, độ
Độ ẩm (1050C), %
Độ ẩm (3000C), %
Mất khi nung (11000C), %
30 - 50
0,2 - 2,0
0,5 - 3,0
0,3 - 3,0
* Alumin sản xuất bằng phương pháp thiêu kết: 0,06 - 1,0%.
Trên thị trường thế giới có hai dạng alumin: dạng bột và dạng cát, với các
tính chất khác nhau như sau:
Bảng 5: So sánh tính chất của hai loại alumin
Alumin dạng cát Alumin dạng bột
Thành phần cấp hạt, %
+150 mm
75-150 mm
45-75 mm
< 45 mm
< 5
60
25
< 10
-
10
40
50
Diện tích bề mặt riêng,
m2/g
> 30 5 - 10
a- Al2O3, % < 30 50 - 70
Góc trượt, độ ~ 30 40 - 50
Mất khi nung, % ~ 1,0 ~ 0,5
Trong những năm gần đây, theo xu hướng chung là giảm chi phí năng lượng
và bảo vệ môi trường tốt hơn, các nhà máy điện phân nhôm càng ngày càng
áp dụng các công nghệ hiện đại: bể cỡ lớn, anôt thiêu kết trước, hệ thống lọc
bụi khô, nạp điểm tự động… nên nhu cầu sử dụng alumin dạng cát lớn hơn
do chúng có nhiều tính ưu việt hơn dạng bột (diện tích bề mặt riêng lớn nên
hấp phụ khí flo ở các bể điện phân tốt hơn, bảo vệ môi trường tốt hơn, khả
năng hòa tan trong bể điện phân tốt hơn dẫn đến hiệu suất dòng điện cao
hơn…).
Nhiều năm trở lại đây, thị trường alumin thế giới cơ bản ở vào trạng thái cân
bằng, lượng dư thừa hoặc thiếu hụt hàng năm dao động không lớn.
3.2.2. Thị trường alumin Trung Quốc:
TQ là nước tiêu thụ alumin lớn nhất thế giới và cũng là nước nhập khẩu
alumin lớn nhất. Sản lượng nhôm kim loại của TQ và nhu cầu tiêu thụ alumin
ảnh hưởng trực tiếp đến xu thế thị trường alumin thế giới.
Trong 5 năm gần đây, tốc độ tăng trưởng sản lượng alumin của TQ vượt quá
10%/ năm. Tốc độ tăng trưởng này đứng đầu thế giới, song tốc độ tăng trưởng
sản lượng nhôm kim loại vượt quá 21%/ năm, cao hơn tốc độ tăng trưởng sản
lượng alumin rất nhiều, khiến cho nhu cầu alumin trên thị trường TQ ngày càng
tăng.
Tính đến cuối năm 2004 tổng năng lực sản xuất nhôm của TQ là 9,770 triệu
tấn/ năm, sản lượng nhôm thực tế đạt 6,661 triệu tấn/ năm, nhu cầu tiêu thụ
alumin khoảng 13,5 triệu tấn/ năm. Trong 10 năm tới các ngành xây dựng,
giao thông, bao bì... cần sử dụng nhôm của TQ đều có tiềm lực phát triển rất
lớn, sản lượng và nhu cầu tiêu thụ nhôm vẫn sẽ tăng trưởng với tốc độ nhanh,
do đó sẽ dẫn đến nhu cầu tiêu thụ alumin ngày càng tăng. Dự kiến, đến năm
2005 nhu cầu alumin của TQ có khả năng đạt 14,5-15 triệu tấn/ năm, đến
năm 2010 có khả năng đạt 18,5 -19 triệu tấn/ năm.
Chalco là công ty cung cấp alumin lớn nhất TQ, đứng hàng thứ hai sản lượng
alumin toàn cầu. Năm 2004 sản lượng alumin của công ty này là 6,816 triệu
tấn, chiếm 97% tổng sản lượng alumin của TQ. Để nâng cao khả năng cung
cấp alumin của TQ, Chalco đã tiến hành hàng loạt công trình mở rộng. Ngoài
ra TQ hiện có nhiều nhà máy alumin đang ở vào giai đoạn xây dựng. Dự kiến
đến năm 2007 năng lực sản xuất alumin của TQ sẽ đạt khoảng 11 triệu tấn,
đến năm 2010 sẽ đạt khoảng 16 triệu tấn. Tuy lượng cung ứng alumin tăng
rất nhiều, song thị trường TQ vẫn có nhu cầu nhập khẩu alumin với số lượng
lớn.
3.2.3. Giá thành và giá thị trường của sản phẩm alumin:
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến giá thành của sản phẩm alumin, trong đó
chủ yếu là: chất lượng quặng bôxit, phương pháp sản xuất, giá năng lượng và
nhân công.
Giá thành thương mại bình quân alumin trên toàn thế giới năm 2002 là 137
USD/ tấn, trong đó thấp nhất là ở ôxtrâylia (bình quân 120 USD/ tấn); cao
nhất là ở châu âu (193 USD/ tấn); giá thành trung bình ở Nam Mỹ và Bắc Mỹ
lần lượt là 144 USD/ tấn và 178 USD/ tấn, trong đó sự khác biệt chủ yếu là ở
nguồn quặng bôxit và giá quặng bôxit.
Các nhà máy có giá thành alumin thấp nhất đều ở ôxtrâylia, trong đó Công ty
Worsley có giá thành sản phẩm thấp nhất vì có giá quặng bôxit rẻ, cơ chế
quản lý hoàn thiện.
Giá thị trường:
Khoảng trên 80% sản lượng alumin của thế giới được giao dịch nội bộ giữa
các công ty xuyên quốc gia hoặc thông qua các hợp đồng dài hạn với các xí
nghiệp sản xuất nhôm kim loại. Giá hợp đồng alumin phụ thuộc với giá nhôm
kim loại, nói chung bằng 11-14% giá nhôm kim loại.
Ngoài các hợp đồng dài hạn, một phần sản lượng alumin của thế giới được
giao dịch trên thị trường thông qua phương thức hàng đổi hàng hoặc hợp
đồng ngắn hạn. TQ và Nga là thị trường trao đổi alumin lớn nhất thế giới.
Năm 2005, thị trường alumin sẽ tiếp tục nằm trong tình trạng thiếu hụt, giá
alumin sẽ cơ bản duy trì ở mức của năm 2004. Sau năm 2007, tuỳ thuộc vào
các nguồn cung ứng tăng thêm, giá có thể trở lại mức bình thường.
4. Tình hình sản xuất các sản phẩm đi từ quặng bôxit trên thế giới
4.1. Sản xuất alumin
Hiện nay trên thế giới có hơn 30 nước sản xuất alumin, có hơn 70 nhà máy
alumin đã đi vào sản xuất, sản lượng theo thiết kế khoảng 64 triệu tấn/năm.
Bảng 6: Sản lượng alumin của các châu lục trên toàn cầu
2000 2001 2002 2003 2004
Sản
lượng
103T
Sản
lượng
103T
Sản
lượng
103T
Sản
lượng
103T
Sản
lượng
103T
Châu Á 8774,0 9160 10490 11720 12807
Châu Úc 15710 16350 16390 16790 17059
Mỹ Latinh 11500 10850 11190 12480 13082
Bắc Mỹ 5480 5470 5490 6094 6931
Tây âu 5850 5930 6100 6120 6371
Đông âu 5450 5790 5500 5680 6344
Châu Phi 540 675 700 732 769
Cộng 53310 54220 55840 59610 63363
Sản lượng alumin trên thế giới hiện nay chủ yếu tập trung ở ôxtrâylia, Trung
Quốc, Hoa Kỳ, Braxin, Giamaica, và một số nước khác, chiếm trên 61% tổng
sản lượng thế giới.
Năm nước trên thế giới có sản lượng alumin lớn là:
Bảng 7: Năm nước có sản lượng alumin lớn trên thế giới.
Đơn vị: nghìn tấn
Tên nước 1999 2000 2001 2002 2003 2004
ôxtrâylia 14620 15716 16347 16390 16790 17059
Trung Quốc 3838 4339 4743 5470 6140 7031
Hoa Kỳ 4700 4251 4240 4260 4870 5642
Braxin 3490 3733 3501 3860 4740 5096
Giamaica 3576 3690 3583 3630 3850 4062
Hiện nay ôxtrâylia, Trung Quốc, Braxin v.v... đang có nhiều dự án ở vào giai
đoạn xây dựng, chuẩn bị đầu tư hoặc quy hoạch. Năng lực sản xuất alumin
của thế giới đang tăng trưởng với tốc độ tương đối nhanh. Trong 3 năm tới có
thể tăng khoảng 8,5 triệu tấn, năm 2007 sẽ đạt khoảng 72,5 triệu tấn/ năm.
Năm 2010 sẽ đạt khoảng 80 triệu tấn/ năm. Khi đó thị trường alumin thế giới
sẽ đi vào thời kỳ cân bằng mới.
4.2. Sản xuất nhôm
Sản lượng nhôm ở các vùng (các nước) trên thế giới từ năm 1997 đến năm
2004 như sau:
Bảng 8: Sản lượng nhôm nguyên sinh trên thế giới
Đơn vị: 1.000 T
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Bắc
Mỹ
5.930 6.086 6.161 6.041 5.222 5.413 5.495 5.110
Châu
Mỹ
La
tinh
2.116 2.075 2.093 2.167 1.991 2.230 2.275 2.356
Tây 3.297 3.549 3.718 3.801 3.885 3.928 4.068 4.295
âu
Trung
và
Đông
âu
3.316 3.419 3.584 3.689 3.728 3.825 3.996 4.138
Châu
Phi
1.106 1.043 1.095 1.178 1.369 1.372 1.428 1.711
Châu
Á
1.910 1.843 1.966 2.221 2.234 2.261 2.475 2.735
Châu
Đại
Dươn
g
1.804 1.934 2.029 2.094 2.122 2.170 2.198 2.246
Tổng 19.47
9
19.94
9
20.64
6
21.19
1
20.55
1
21.19
9
21.93
5
22.59
1
Để tăng cường sức cạnh tranh, các công ty lớn (tập đoàn) đa quốc gia đã
được thành lập, đáng chú ý nhất là các công ty Mỹ (Alcoa, Kaiser,), Canada
(Alcan), Đức (VAW), Nga (Ruski Alumini). Công ty nhôm Alcoa (Mỹ) là
công ty lớn nhất và lâu đời nhất, hiện nay về quy mô là công ty hàng đầu thế
giới (2.600 ngàn tấn Al/năm). Ở Nga, công ty lớn nhất là Ruski Alumini,
thành lập tháng 3 năm 2000, sản xuất mỗi năm 2,2 triệu tấn Al (70% sản
lượng nhôm của Nga).
10 công ty hàng đầu trong sản xuất alumin và nhôm trên thế giới năm 2003
là:
- Cie de Bauxites de Guinee (CBG) (Ghinê)
- MRN (Braxin)
- Alpartijamalco (Giamaica)
- Kaiser Giamaica Bauxit Ltd (Giamaica)
- Bauxilum (Vênêzuêla)
- Comalco (ôxtrâylia)
- Alcoa Australia (ôxtrâylia)
- Nabalco (ôxtrâylia)
- Wapl (ôxtrâylia)
Đa phần các công ty nhôm ngoài việc thiết kế, sản xuất nhôm trong nước còn
vươn ra hoạt động kinh tế ở nước ngoài. Ví dụ: Công ty Pechiney nổi tiếng ở
Pháp không chỉ chiếm phần lớn sản lượng nhôm ở Pháp mà còn xuất khẩu
công nghệ sang Anh, Nauy, Ôxtrâylia, Ấn Độ, Vênêzuêla. Cấu trúc bể điện
phân do công ty này thiết kế và công nghệ thao tác vận hành bể điện phân của
công ty nổi tiếng khắp thế giới.
II. TÀI NGUYÊN BÔXIT Ở VIỆT NAM, TÌNH HÌNH KHAI THÁC
1. Tài nguyên bôxit ở Việt Nam
Theo kết quả điều tra, thăm dò địa chất cho đến nay, ở nước ta bôxit là một
trong những nguồn tài nguyên khoáng sản rất phong phú. Các mỏ, điểm
quặng bôxit có diện phân bố rất rộng suốt từ Nam đến Bắc. Căn cứ vào
nguồn gốc thành tạo, quặng bôxit được phân ra làm 2 loại: quặng trầm tích
(trong đó có một số mỏ, điểm quặng bị biến chất) và quặng phong hóa laterit.
Các mỏ bôxit trầm tích phân bố chủ yếu ở Miền Bắc, có thành phần khoáng
vật chính là hydrat đơn (bơmit, điaspor); trái lại, các mỏ phong hóa laterit
phát triển chủ yếu ở Miền Nam, có thành phần khoáng vật chính là hydrat 3
(gipxit).
1.1. Các mỏ, điểm quặng bôxit nguồn gốc trầm tích
1.1.1. Vị trí, đặc điểm địa chất
Kết quả nghiên cứu địa chất đã sơ bộ phân loại được 5 vùng có triển vọng về
bôxit trầm tích ở Miền Bắc, đó là: vùng Lạng Sơn, vùng Cao Bằng, vùng Hà
Giang, vùng Sông Đà, vùng Nghệ An và mỏ Lỗ Sơn ở Hải Dương, v.v...
1.1.1.1. Vùng bôxit Lạng Sơn
Vùng bôxit Lạng Sơn nằm trong tỉnh Lạng Sơn và phần Đông Bắc tỉnh Thái
Nguyên là vùng có điều kiện kinh tế, giao thông thuận lợi. Các mỏ bôxit đã
biết gồm các nhóm mỏ: Lạng Sơn, Bắc Sơn, Bằng Mạc thuộc tỉnh Lạng Sơn
và các mỏ Nà Đông, La Chế nằm ở góc Đông Bắc tỉnh Thái Nguyên, trong
đó nhóm mỏ Lạng Sơn có quy mô trữ lượng lớn và được thăm dò chi tiết hơn
cả.
a. Nhóm mỏ Lạng Sơn
Nhóm mỏ Lạng Sơn tạo thành một dải kéo dài 25 km dọc theo đường ô tô và
đường xe lửa từ làng Bản Lóng ở phía Đông Nam qua thị xã Lạng Sơn, thị
trấn Đồng Đăng đến làng Lũng Lừa ở phía Tây Bắc. Nhóm này gồm các mỏ
Ma Mèo, Đồng Đăng, Tam Lung, Khôn Phích và Bản Lóng, nằm cách nhau
từ 0,5 đến 5km. Kết quả tìm kiếm, thăm dò tính được 16,97 nghìn tấn bôxit
cấp A + B + C1 + C2 trong đó, mỏ Ma Mèo - Đồng Đăng có trữ lượng lớn
nhất và được nghiên cứu chi tiết hơn cả.
Bảng 9. Trữ lượng và chất lượng quặng bôxit nhóm mỏ Lạng Sơn
Tên
mỏ
Thân
quặng
Dài (
m)
Rộng (
m)
Dày (
m)
Hàm
lượng %
Mod
ul
Trữ
lượng (tri
Al2O
3
SiO2 silic ệu tấn)
Ma
Mèo
22
thân
quặn
g
delu
vi
100 -
900
50 - 350 1 - 50 50 6.5 7.7 9.53
Đồn
g
Đăn
g
4
thân
delu
vi
200 -
800
60 - 400 3 - 30 50 9.2 5.5 4.60
Tam
Lun
g
1
thân
quặn
g gốc
1800 30 - 300 30 -
50
49.5
0
12.6
0
4 2.84
Cộn
g
16.97
b. Nhóm mỏ Bằng Mạc
Nhóm mỏ Bằng Mạc nằm ở phía Tây Nam của tỉnh Lạng Sơn. Nhóm mỏ này
gồm những mỏ và điểm quặng nằm gần huyện lỵ Bằng Mạc, cách ga Đồng
Mỏ 12km và cách thị xã Lạng Sơn 50km theo đường ô tô. Trữ lượng quặng
bôxit của nhóm này là C1 + C2 = 1317 ngàn tấn; trong đó C1 = 722 ngàn tấn.
c. Nhóm mỏ Bắc Sơn
Nhóm mỏ Bắc Sơn nằm ở phía Tây tỉnh Lạng Sơn, phân bố trên một dải hẹp
kéo dài 15km từ làng Đông Y đến làng Hương Cốc dọc theo đường ô tô Thái
Nguyên - Lạng Sơn. Mỏ cách đường ô tô xa nhất cũng chỉ 2km. Nhóm mỏ
gồm các mỏ Pa Eng, Đông Y, Lân Bạt, Nà Pàn, Vũ Sơn và Hương Cốc.
Trong đó mỏ Vũ Sơn là lớn nhất. Trong nhóm mỏ Bắc Sơn đã thăm dò được
1290 nghìn tấn bôxit cấp C1 + C2, chất lượng thấp, trong đó cấp C1 là 960
nghìn tấn. Bôxit loại này có thể dùng làm chất trợ chảy trong lò Mactin. Nhìn
chung nhóm mỏ bôxit Bắc Sơn quy mô không lớn, chất lượng không cao,
không có loại bôxit đáp ứng yêu cầu sử dụng cho phương pháp Bayer để chế
biến.
Ngoài ra trong vùng bôxit Lạng Sơn còn có 1 số điểm quặng bôxit như Nà
Đông, La Chế, Nà Nậm, Cầu Hin, Đôn Úy, Mỏ Tát...
1.1.1.2. Vùng bôxit Cao Bằng
Vùng bôxit Cao Bằng nằm trong tỉnh Cao bằng là một vùng bôxit có triển
vọng lớn. Các mỏ bôxit đã biết nằm ở phía Tây Bắc, Bắc và Đông Nam thị xã
Cao Bằng, tạo nên 3 nhóm mỏ Táp Ná, Hà Quảng và Quảng Hòa. Các nhóm
mỏ Táp Ná, Hà Quảng có triển vọng lớn về mặt địa chất, song ít thuận lợi về
mặt kinh tế, còn nhóm mỏ Quảng Hòa ít có triển vọng về mặt địa chất, song
điều kiện kinh tế thuận lợi hơn.
Vùng bôxit phân bố ở phía Tây Bắc, Bắc và Đông Nam thị xã Cao Bằng. Trữ
lượng bôxit là cấp B + C1 + C2 + P = 76826 ngàn tấn, trong đó cấp P (tài
nguyên) = 23291 ngàn tấn.
a. Nhóm mỏ Táp Ná
Nhóm mỏ Táp Ná ở phía Tây Bắc thị xã Cao Bằng thuộc huyện Thông Nông
và Nguyên Bình được phát hiện năm 1960. Đây là là nhóm mỏ có triển vọng
nhất trong vùng bôxit Cao Bằng, gồm các khu Phu Luông, Bô Rách, Táp Ná,
Lũng Giang, Pắc Thảy và Tĩnh Túc. Nhóm mỏ Táp Ná gồm 2 loại bôxit :
quặng gốc và quặng deluvi (sa khoáng). Các thân quặng bôxit gốc đã được
phát hiện ở Táp Ná, Lũng Móc, Lũng Sứa, Keo Bao, Nậm Ngũ, Lũng Giang,
Lũng Nạn, Lũng Luông.
b. Nhóm mỏ Hà Quảng
Nhóm mỏ Hà Quảng ở về phía Bắc thị xã Cao Bằng, phần lớn thuộc huyện
Hà Quảng. Các mỏ đã biết gồm những thân quặng bôxit deluvi và bôxit gốc.
Các mỏ Sóc Giang, Tông Cang, Nà Giàng, Chăm Ché và Nà Thang đã được
thăm dò sơ bộ, còn các mỏ Lũng Luông, Tông Pô, Ma Líp, Đại Tổng (Kinh
Tử) và Lũng Nội đã được tìm kiếm bằng phương pháp lộ trình địa chất theo tỉ
lệ 1/100.000. Phần lớn các mỏ đều nằm gần đường ô tô Cao Bằng - Sóc
Giang và có thể khai thác bằng phương pháp lộ thiên.
c. Nhóm mỏ Quảng Hòa
Các nhóm mỏ Tà Lùng và Quảng Uyên gộp chung thành nhóm mỏ Quảng
Hòa. Các mỏ của nhóm mỏ này nằm trong huyện Quảng Hòa, Đông Nam thị
xã Cao Bằng, và phân bố dọc đường ô tô Cao Bằng - Phục Hòa - Lạng Sơn.
Nhóm mỏ Quảng Hòa gồm phần lớn là những thân quặng bôxit deluvi nhỏ,
phần lớn trữ lượng là quặng bôxit chất lượng thấp. Hiện tại nhóm mỏ không
có giá trị công nghiệp đáng kể.
1.1.1.3. Vùng bôxit Hà Giang
Vùng bôxit Hà Giang nằm trong tỉnh Hà Giang gồm các nhóm mỏ Khao Lộc,
Đồng Văn, Lũng Phìn và Mèo Vạc. Nhiều điểm mỏ quặng bôxit trầm tích đã
được phát hiện trên các vùng Quản Bạ, Đồng Văn, Mèo Vạc. Nhìn chung,
mức độ nghiên cứu trên toàn tỉnh còn thấp nên chưa thể đánh giá được giá trị
thương mại của chúng, ngoại trừ khu Mèo Vạc được nghiên cứu kỹ hơn cả và
trữ lượng cũng chỉ đạt cấp C1. Trữ lượng quặng bôxit toàn vùng được đánh
giá cấp C1 + C2 + P = 49323 ngàn tấn, trong đó cấp P = 32995 ngàn tấn.
1.1.1.4. Vùng bôxit Sông Đà
Vùng bôxit Sông Đà phân bố dọc bờ phải khúc uốn sông Đà ở Đông Nam thị
xã Lai Châu. Triển vọng trữ lượng chưa được đánh giá.
1.1.1.5. Vùng bôxit Nghệ An
Phạm vi phân bố bôxit tìm thấy ở các huyện Quỳ Châu và Quỳ Hợp tỉnh
Nghệ An. Những điểm bôxit đã biết nằm ở phần rìa Đông Nam của khối nâng
Phu Hoạt và có liên quan về không gian với đá vôi, đá vôi đá hoa hóa.
Các điểm bôxit Châu Tiến, Đò Ham và Khe Bân ở gần đường ô tô số 48 và
Sông Hiếu là những thành tạo deluvi trong vùng địa hình cactơ, với các tảng,
mảnh bôxit kích thước đến 3m nằm trong tầng trầm tích cát sét dày đến 15m.
Bôxit cứng chắc màu nâu đỏ, xám xanh, kiến trúc hạt đậu, dạng cát kết.
Thành phần hóa học như sau (%): Al2O3: 36 - 59; SiO2: 5,9 - 18,8; Fe2O3: 10
- 32; TiO2: 3 - 9; MKN: 7,4 - 14,6. Trữ lượng dự tính ở 3 điểm quặng trên
khoảng 4,5 triệu tấn.
1.1.1.6. Các mỏ và điểm quặng bôxit khác
Ngoài 5 vùng bôxit nêu trên, Miền Bắc Việt Nam còn có các mỏ bôxit trầm
tích nằm ở những vùng riêng lẻ khác như mỏ Lỗ Sơn (Hải Hưng).
+ Mỏ Lỗ Sơn
Mỏ Lỗ Sơn nằm cạnh làng Lỗ Sơn thuộc Kinh Môn, tỉnh Hải Hưng, cách Hà
Nội 75km. Đến mỏ có thể đi bằng đường ô tô và đường thủy. Mỏ đã được
khai thác và chở sang Nhật Bản 28,5 nghìn tấn bôxit từ 1937 - 1943.
Thân quặng ở đây dài 346m, rộng 96m, độ dày dao động từ 0,3 đến 12m,
trung bình 3m. Hàm lượng trung bình của bôxit (%): Al2O3: 52,42; SiO2:
6,36; Fe2O3: 26,13; TiO2: 2,12; CaO: 0,53; MgO: 0,24; CO2: 1,10; MKN:
12,47. Trữ lượng đã thăm dò: B + C1 là 122 nghìn tấn.
Quy mô mỏ nói chung thuộc loại nhỏ. Tuy vậy có thể khai thác dễ dàng bằng
phương pháp lộ thiên; điều kiện thủy địa chất thuận lợi, hiện tại Nhà máy Đá
mài Hải Dương đang khai thác bôxit để sản xuất bột corindon.
1.1.2. Đặc điểm chất lượng quặng
Theo điều kiện thành tạo và thành phần vật chất, quặng bôxit trầm tích được
phân làm 2 loại quặng gốc và quặng sa khoáng.
Các thân quặng gốc thường nằm trong tầng bôxit gồm có bôxit, alit, đá phiến
sét, phiến sét than và phiến silic. Chất lượng quặng tùy thuộc vào từng mỏ,
thay đổi từ thấp, hàm lượng Al2O3: 41% - 47%; SiO2: 5,5% - 14% (mỏ Táp
Ná) đến trung bình, hàm lượng Al2O3: 49,51%; SiO2: 12,68%; Fe2O3:
22,19%; TiO2: 2,67%; CaO: 0,73%; SO3: 0,17%; FeO: 3,6%; MKN: 12,72%
(mỏ Tam Lung) và khá cao, hàm lượng Al2O3: 49,10% - 56,90%; SiO2:
11,60% - 12,21%; Fe2O3: 9,76 - 25,24%; TiO2: 2,50% - 6,76% (mỏ Mèo Vạc).
Thành phần khoáng vật quặng gồm điaspor, bơmit, hydrohematit, caolinit...
Quặng sa khoáng là sản phẩm của quá trình phong hóa, phá hủy quặng gốc
tại chỗ (sa khoáng eluvi), vận chuyển và tích tụ ở sườn đồi hoặc sườn núi
(deluvi) hoặc vận chuyển xa hơn và lắng đọng tại các thung lũng (aluvi).
Nhìn chung quặng sa khoáng nguyên khai có lượng thấp vì lẫn nhiều các đất,
đá vụn, các vật liệu không chứa quặng, do đó để nâng cao chất lượng, người
ta thường phải tuyển đãi bằng phương pháp thông thường. Tinh quặng thu
được có thể sử dụng để sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer hoặc thiêu
kết. Thành phần khoáng vật quặng thường gồm điaspor và bơmit.
1.2. Các mỏ, điểm quặng bôxit phong hóa laterit
Theo kết quả điều tra thăm dò địa chất, các mỏ bôxit nguồn gốc phong hóa
laterit chiếm ưu thế tuyệt đối về quy mô trữ lượng. Ở Miền Bắc, thành tạo
bôxit laterit được phát hiện ở Điện Biên Phủ, bôxit hình thành trong vỏ phong
hóa đá bazan. Thành phần khoáng chủ yếu là gipxit, ít hơn có bơmit và
điaspor. Điểm mỏ này đã được khảo sát từ những năm 1970, song chưa rõ
triển vọng. Ngoài ra, ở một số nơi khác như Phủ Quỳ - Nghệ An; Tân Phủ,
Tuyên Quang cũng có biểu hiện của quặng bôxit laterit.
Ở Miền Nam, các mỏ bôxit laterit phát triển rộng rãi ở hầu hết các tỉnh Tây
Nguyên.
1.2.1. Vị trí, quy mô trữ lượng
Kết quả hoạt động địa chất từ trước tới nay đã xác minh và khẳng định quy
mô trữ lượng tầm cỡ thế giới của bôxit laterit trên cao nguyên Miền Nam.
Các mỏ và điểm quặng tập trung thành các vùng : Đắc Nông, Bảo Lộc - Di
Linh, Vân Hoà (Phú Yên), Conplong-An Khê (Công Tum), Phước Long.
Bảng 10. Đặc điểm quy mô trữ lượng các mỏ bôxit Miền Nam
TT Tên mỏ Trữ lượng tinh quặng (triệu tấn) Trữ
(khu mỏ) (B +
C1)
C2 P Cộng lượng
quặng
nguyên
khai
I Vùng Đắc Nông 103,14 1.169,17 1.272,41 2.678,75
1 Mỏ 1 - 5 103,14 64,49 167,63 335,00
2 Quảng Sơn 164,50 164,50 362,50
3 Nhân Cơ 164,54 164,54 359,26
4 Gia Nghĩa 155,63 155,63 311,56
5 Bắc Gia Nghĩa 188,94 188,94 401,06
6 Đắc Song 188,47 188,47 372,47
7 Tuy Đức 242,70 242,70 536,90
II Vùng Bảo Lộc - Di
Linh
313,05 763,40
1 Bảo Lộc 45,30 91,16 - 136,04 378,00
2 Tân Rai 57,08 119,51 - 176,59 385,40
III Vân Hòa 10,80 - - 10,80 24,30
IV Conplong - An
Khê
161,20 367,30
1 Măng Đen 87,50 - 87,50 156,80
2 Kon - Hà Nừng 73,72 - 73,72 210,50
V Phước Long 26,25 116,85 143,10 216,68
Tổng cộng 1.901,16 4.050,43
1.2.2. Đặc điểm địa chất
Quặng bôxit laterit Miền Nam được thành tạo trong vỏ phong hóa phát triển
trên đá bazan có tuổi N2 - Q1. Mặt cắt đầy đủ của vỏ phong hóa với sự phân
đới khá rõ tính từ dưới lên gồm:
- Đới dập vỡ cơ học (bazan bán phong hóa) gồm bazan nứt nẻ bị vỡ vụn.
- Đới Saprolit gồm chủ yếu là sét chứa các "nhân" bazan còn tươi. Chiều dày
đới 0 - 6m.
- Đới litoma gồm sét sặc sỡ, đôi chỗ còn sót lại cả "nhân" bazan biến đổi yếu.
Chiều dày đới thay đổi mạnh, có khi đạt tới 20m.
- Đới chứa bôxit gồm alit và bôxit. Đới này thường có màu nâu đỏ. Bề dày có
khi lên tới 14 - 15m.
Thành phần trong vỏ phong hóa biến đổi theo quy luật khá rõ rệt ở từng đới.
Hàm lượng oxyt silic giảm dần từ dưới lên, song đến đới bôxit chúng giảm
đột ngột (tới 5 - 12 lần).
Trong đá bazan tươi và bán phong hóa, hàm lượng SiO2 = 53%; còn trong
dưới bôxit hàm lượng của nó xấp xỉ từ 3 - 15%.
Hàm lượng oxyt nhôm tăng dần từ dưới lên. Trong đá mẹ hàm lượng Al2O3 =
14 - 17%, trong đới bôxit chỉ số này là 30 - 45%. Cũng tương tự như vậy hàm
lượng TiO2, Fe2O3 đều có quy luật tăng dần từ dưới lên. Ngược lại hàm lượng
FeO, R2O phát triển theo quy luật giảm dần từ dưới lên trên.
1.2.3. Đặc điểm chất lượng
Quặng bôxit Miền Nam được hình thành do quá trình phong hóa chưa chín
muồi đá phun trào bazan N1 - Q1. Quặng nguyên khai có chất lượng kém. Sau
khi tuyển rửa bằng phương pháp thông thường, chất lượng bôxit đạt loại
trung bình, đáp ứng yêu cầu sản xuất nhôm bằng phương pháp Bayer. Ở
những vùng khác nhau, chất lượng quặng bôxit nguyên khai và tinh quặng
khác nhau, song không đáng kể. Về thành phần hóa học, khoáng vật và đặc
biệt là đặc tính công nghệ các loại quặng hầu như không có sự khác nhau,
hơn nữa chúng được phân bố không theo quy luật nhất định và khả năng khai
thác riêng từng loại là không thực hiện được, do vậy các dạng quặng này
thường được gộp chung vào một.
2. Tình hình khai thác, nghiên cứu, chế biến quặng bôxit Việt Nam, xu
hướng phát triển
2.1. Tình hình khai thác
Công nghiệp khai thác bôxit ở nước ta còn rất nhỏ bé. Thời Pháp thuộc ở mỏ
Lỗ Sơn (Hải Dương) khai thác được khoảng 36 ngàn tấn. Sau hòa bình lập lại,
hàng năm quặng bôxit ở đây vẫn tiếp tục được khai thác với sản lượng rất
nhỏ. Ngoài ra các mỏ ở Lạng Sơn, Cao Bằng cũng được khai thác thủ công
để cung cấp cho một số nhà máy sản xuất xi măng (Hoàng Thạch) hoặc bán
sang Trung Quốc.
Ở Miền Nam, năm 1977 mỏ Đồi Nam Phương được chính thức đưa vào khai
thác với công suất thiết kế 10.000 tấn tinh quặng/ năm để cung cấp quặng
bôxit cho nhà máy sản xuất phèn chua COPHATA (nay là Nhà máy Hóa chất
Tân Bình). Cho tới nay xí nghiệp khai thác, tuyển khoáng vẫn tiếp tục sản
xuất ổn định và không ngừng phát triển đáp ứng yêu cầu sản xuất không
những phèn chua mà cả nhôm hydroxit. Công nghệ khai thác: ô tô - máy xúc.
Công tác bảo vệ và khôi phục môi trường được quan tâm thích đáng.
2.2. Tình hình nghiên cứu, chế biến quặng bôxit, đánh giá triển vọng phát
triển
Trước năm 1977 với sự hợp tác của Liên Xô và đặc biệt là của Hungari, nước
ta đã tập trung nghiên cứu đánh giá chất lượng quặng bôxit ở các vùng Miền
Bắc như Ma Mèo (Lạng Sơn), Táp Ná (Cao Bằng). Kết quả nghiên cứu ở
nước ngoài và trong nước đã khẳng định bôxit Lạng Sơn và Cao Bằng thuộc
loại điaspor có độ kết tinh bền vững, rất khó hoà tách (nhiệt độ 240-2600C,
với nồng độ kiềm cao >= 200g/l Na2O, phải có chất xúc tác CaO cao hơn
thông thường). Được sự giúp đỡ của Liên Xô, chúng ta đã lập báo cáo nghiên
cứu khả thi xây dựng nhà máy sản xuất 100.000 tấn bột và đá mài coranhdon
ở Chí Linh, sử dụng nguồn bôxit Ma Mèo.
Tại Miền Nam, sau ngày giải phóng với sự hợp tác của khối SEV công tác
thăm dò, tìm kiếm, nghiên cứu quặng bôxit mới được đẩy mạnh. Trong thời
gian 1977-1986, Viện Luyện kim màu (nay là Viện nghiên cứu Mỏ và Luyện
kim) đã triển khai nhiều đề tài nghiên cứu để đánh giá chất lượng quặng và
xem xét khả năng sử dụng đối với tất cả các bôxit ở các vùng chủ yếu của
Miền Nam như: bôxit Bảo Lộc, Tân Rai (Lâm Đồng), bôxit "1-5" Quảng Sơn
(Đắc Nông), bôxit Côngplông Kon - Hà Nừng (Gia Lai - Kontum) và bôxit
Vân Hoà (Phú Yên).
Nhiều mẫu bôxit Miền Nam cũng được gửi sang Liên Xô, Hunggari để
nghiên cứu. Tại Hungary, đã lập báo cáo cơ hội đầu tư xây dựng nhà máy
alumin công suất 600.000 t/năm, dùng quặng bôxit Tân Rai….
Các nghiên cứu trong và ngoài nước đối với bôxit Miền Nam đều đi đến kết
luận bôxit dưới dạng gipxit-gơtit, chất lượng thuộc loại trung bình, thường
phải qua tuyển rửa mới đảm bảo chất lượng để sử dụng cho công nghệ Bayer,
bôxit thuộc loại gipxit dễ hoà tách nên có thể được xử lý bằng công nghệ
Bayer Châu Mỹ (nhiệt độ, nồng độ kiềm hoà tách thấp), tuy vậy bôxit có
chứa nhiều gơtit nên khả năng lắng kém.
Một số nghiên cứu xếp loại tụ khoáng Bảo Lộc, Tân Rai và Đăc Nông (xem
trang 23) vào vị trí cuối cùng trong bảng xếp hạng 13 vùng bôxit có tiềm
năng lớn và chưa được khai thác ở 12 quốc gia trên thế giới. Xếp hạng này
căn cứ trên những tiêu chí sau:
- Tài nguyên bôxit rất lớn, chất lượng quặng có thể chấp nhận được, tuy
nhiên kết quả thăm dò chưa được thẩm tra kỹ.
- Có khả năng khai thác dễ dàng.
- Tính khả tuyển ở mức thấp.
- Thực thu khi tuyển không cao.
- Tính khả luyện alumin ở mức trung bình.
- Khả năng thu được alumin ở mức thấp.
- Giao thông vận tải rất khó khăn.
- Tác động đến môi trường thấp.
- Rủi ro cao.
Tại thành phố Hồ Chí Minh, Nhà máy Hóa chất Tân Bình (là nhà máy duy
nhất ở Việt Nam xử lý quặng bôxit) thuộc Công ty Hóa chất Cơ bản Miền
Nam đã và đang sản xuất nhôm hydroxit, phèn nhôm với công suất khoảng
10.000 tấn Al(OH)3/năm từ quặng bôxit khu vực Bảo Lộc (Lâm Đồng), với
tinh quặng có thành phần Al2O3 47-49%, SiO2 3-5%, Fe2O3 ~20%. Nhà máy
sản xuất nhôm hydroxit bằng công nghệ Bayer Châu Mỹ ở điều kiện hoà tách
nhiệt độ khoảng 1400C, thời gian 2,5-3h. Dự kiến sẽ mở rộng công suất lên
100.000 tấn Al(OH)3/năm, đặt nhà máy tại khu Bảo Lộc.
Ngoài ra đang có một số dự án đang ở giai đoạn ban đầu:
- Dự án 100.000 tấn alumin/năm do Tập đoàn Than Việt Nam tự đầu tư xây
dựng tại Khu công nghiệp Nhân Cơ (Đắc Nông), sử dụng bôxit mỏ Bắc Gia
Nghĩa. Hiện đang ở giai đoạn lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi.
- Dự án 600.000 tấn alumin/năm do Tổng Công ty Khoáng sản Việt Nam tự
đầu tư xây dựng tại Bảo Lộc (Lâm Đồng), sử dụng quặng bôxit Tân Rai.
Hiện đã xong giai đoạn lập báo cáo nghiên cứu khả thi.
- Dự án 1,9 triệu tấn alumin/năm do Tập đoàn Than hợp tác với Công ty
Chalco TQ, sử dụng quặng bôxit ở mỏ "1-5", Quảng Sơn, Đắc Nông. Hiện
đang ở giai đoạn hoàn chỉnh báo cáo nghiên cứu tiền khả thi.
Song song với các dự án trên, một số tập đoàn quốc tế như: BHP Billinton
(ôxtrâylia), Alcoa (Mỹ)? cũng quan tâm nhiều đến quặng bôxit của Việt Nam.
III. CÔNG NGHỆ LÀM GIÀU, CHẾ BIẾN QUẶNG BÔXIT
1. Công nghệ làm giàu quặng bôxit
90% sản lượng bôxit của thế giới được sản xuất bằng công nghệ Bayer,
nhưng công nghệ này đòi hỏi bôxit có hàm lượng SiO2 thấp. Bôxit có hàm
lượng SiO2 hoạt tính > 5% không thể xử lý kinh tế bằng phương pháp Bayer
vì gây mất mát kiềm rất lớn theo bùn đỏ. Nhưng ngược lại, nếu xử lý bằng
công nghệ thiêu kết hoặc thiêu kết - Bayer (hỗn hợp) thì tiêu hao năng lượng
lớn, thường gấp 2 - 4 lần công nghệ Bayer đơn thuần. Vì lẽ đó, bôxit ở một số
nước (Braxin, Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam...) cần phải được làm giàu để
giảm hàm lượng SiO2, nâng tỉ lệ Al2O3/ SiO2 lên > 7, thích hợp cho công
nghệ Bayer.
Trên thế giới, các phương pháp làm giàu đơn giản và phổ biến để giảm hàm
lượng SiO2 trong bôxit là :
- Đập nghiền kết hợp với sàng khô.
- Đập nghiền kết hợp với sàng ướt (tuyển rửa), là phương pháp phổ biến hơn
Bằng phương pháp tuyển rửa, phần lớn SiO2 trong hạt mịn được loại bỏ theo
quặng thải (quặng đuôi), có khi loại bỏ 50% như bôxit ở Braxin. Bôxit vùng
Arkansas (Mỹ) có thành phần Al2O3: 50,4% và SiO2: 15,4%, khi xử lý bằng
phương pháp tuyển rửa thu được các sản phẩm như sau:
Cấp hạt Tỉ lệ, % Al2O3 SiO2, %
< 150 mesh 46,2 51,6 12,3
> 150 mesh 53,8 50,8 4,3
Tương tự, bôxit latenit Việt Nam cũng có thể được loại bỏ đáng kể lượng
SiO2 bằng công nghệ tuyển rửa đơn giản.
Từ bôxit nguyên khai có hàm lượng Al2O3: 36 - 39%; SiO2: 6 - 13%, sau khi
tuyển rửa, loại bỏ cấp hạt < 1mm, thu được tinh quặng có hàm lượng Al2O3:
44 - 58%; SiO2: 1,6 - 4% với thực thu 44 - 50%.
Trong một số trường hợp, nếu hàm lượng SiO2 cao nhưng tồn tại trong dạng
kết tinh bền vững, hạt thô (thạch anh: quarzt) thì có thể cải tiến công nghệ xử
lý bằng cách hòa tách ở nhiệt độ thấp (áp suất thường, 105 - 107oC), thời gian
ngắn với nồng độ kiềm cao (~ 200 g/l Na2O).
Ngoài phương pháp làm giàu quặng bôxit để giảm hàm lượng SiO2 trong một
số vùng bôxit có hàm lượng sắt cao và có từ tính (như bôxit latenit ở vùng
thềm lục địa đông Ấn Độ), người ta dùng phương pháp tuyển từ ướt gradien
cao, từ quặng bôxit nguyên khai có thành phần : Al2O3: 42,6 %; Fe2O3:
29,9%; TiO2: 2,5% thu được sản phẩm (với thực thu 80%) có thành phần :
Al2O3 :58 - 60%, Fe2O3: 9 - 12%, TiO2: 0,75%
2. Công nghệ sản xuất alumin
Quá trình sản xuất alumin thực chất là quá trình làm giàu Al2O3, nhằm tách
lượng Al2O3 trong bôxit ra khỏi các tạp chất khác. Alumin thu được phải đảm
bảo chất lượng cho quá trình điện phân trong bể muối nóng chảy cryolit
(Na3AlF6) để thu được Al kim loại.
2.1. Phương pháp hỏa luyện
Trong số các phương pháp hỏa luyện thì phương pháp thiêu kết bôxit với
Na2CO3 có sự tham gia của CaCO3 (gọi là phương pháp sôđa-vôi) là phương
pháp kinh tế và được ứng dụng công nghiệp. Phương pháp thiêu kết dùng để
xử lý quặng bôxit có chất lượng trung bình hoặc kém (hàm lượng SiO2 cao)
mà nếu xử lý bằng công nghệ Bayer (công nghệ thủy luyện) thì không có
hiệu quả kinh tế.
Nguyên lý của phương pháp hỏa luyện là: Thiêu kết hỗn hợp bôxit + Na2CO3
+ CaCO3 trong lò quay ở nhiệt độ 1200oC để thực hiện các phản ứng sau:
Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2
SiO2 + 2 CaCO3 = 2 CaO.SiO2 + 2CO2
NaAlO2 rắn trong thiêu kết phẩm dễ tan trong nước. Còn 2CaO.SiO2 không
tan trong nước và đi vào cặn thải (bùn thải).
Phương pháp thiêu kết có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp với phương
pháp Bayer: song song hoặc nối tiếp.
Phương pháp kết hợp nối tiếp : Xử lý bằng phương pháp Bayer quặng bôxit
có hàm lượng SiO2 cao và hàm lượng Fe2O3 thấp, sau đó xử lý bùn đỏ thu
được, có hàm lượng alumin và kiềm (liên kết) cao. Sau khi rửa, xử lý bằng
công nghệ thiêu kết với Na2CO3 và CaCO3, thu được thiêu kết phẩm và hoà
tan thiêu kết phẩm.
Sản xuất alumin bằng phương pháp thiêu kết chỉ giới hạn ở một số nước có
nguồn bôxit với hàm lượng SiO2 cao như Tiệp Khắc (cũ), Nga, và hiện nay
chủ yếu là TQ. Bảng 12 giới thiệu các nhà máy sản xuất alumin của TQ áp
dụng công nghệ thiêu kết (thiêu kết đơn thuần hoặc kết hợp thiêu kết với
Bayer).
Bảng 12: Các nhà máy alumin của TQ
áp dụng công nghệ thiêu kết hoặc kết hợp
STT Tên nhà
máy
Công nghệ Công suất đến
năm 2005, 103t/
năm
Năm
vận
hành
Công suất
thực năm
2005, 103t
1
2
3
Sơn Đông
Trịnh Châu
Mở rộng
Sơn Tây
Thiêu kết
Kết hợp
Bayer
Kết hợp
860
1200
750
1200
1956
1962
2005
1995
930
1375
1416
4
5
Mở rộng
Trụ Châu
Mở rộng
Quí Châu
Mở rộng
Bayer
Thiêu kết
Bayer
Kết hợp
Bayer
800
800
700
700
400
2005
1993
2004
1968
2005
851
752
Định mức tiêu hao để sản xuất 1 tấn alumin bằng phương pháp thiêu kết như
sau:
Bôxit khô
Đá vôi (CaCO3)
Vôi (CaO)
Na2CO3
Nhiên liệu
Điện năng
3,4 - 3,5 tấn
1,3 - 1,35 tấn
0,02 - 0,03 tấn
0,18 - 0,185 tấn
1,1 - 1,2 tấn
~ 800 KWh
Nhìn chung, phương pháp thiêu kết đòi hỏi vốn đầu tư và chi phí năng lượng
cao hơn nhiều so với phương pháp Bayer đơn thuần, do đó thường chỉ được
áp dụng ở những nước có nguồn bôxit chất lượng kém (hoặc trung bình kém).
2.2. Phương pháp Bayer (thủy luyện)
Hiện nay và dự báo trong tương lai, khoảng 90% alumin trên thế giới
vẫn được sản xuất bằng công nghệ Bayer do nhà hóa học người Áo Karl
Josef Bayer phát minh ra năm 1888 và 1894.
Công nghệ Bayer dựa trên cơ sở của phản ứng thuận nghịch sau:
Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O
Từ khi phương pháp Bayer được phát minh đến nay, tuy trong quá trình hoàn
thiện công nghệ đã có những bổ sung, cải tiến cần thiết cho phù hợp với
thành phần - chất lượng quặng bôxit, song nguyên lý cơ bản của công nghệ
này không thay đổi.
Công nghệ Bayer chủ yếu gồm các công đoạn sau:
- Bôxit được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH. Lượng Al2O3 được tách ra
trong dạng NaAlO2 tan và được tách ra khỏi cặn không tan (gọi là bùn đỏ mà
chủ yếu là sắt oxit, titan oxit, silic oxit …).
- Dung dịch alumint NaAlO2 được làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết và cho
mầm Al(OH)3 để kết tủa.
- Sản phẩm Al(OH)3 cuối cùng được lọc, rửa và nung để tạo thành Al2O3
thành phẩm.
Trong quá trình sản xuất alumin bằng phương pháp Bayer, tùy theo thành
phần khoáng vật của bôxit mà công nghệ Bayer được chia thành 2 giải pháp
khác nhau:
a. Công nghệ Bayer Châu Mỹ
Được áp dụng nếu Al2O3 của bôxit ở dạng gipxit (trihydrate Al2O3.3H2O), có
thể được hoà tách dễ dàng. Bôxit này thường được hòa tách ở nhiệt độ tối đa
140-1450C trong dung dịch hòa tách có nồng độ kiềm thấp (120-140g/l
Na2Oc).
b. Công nghệ Bayer Châu âu
Được áp dụng nếu Al2O3 của bôxit ở dạng bơmit và điaspor (monohydrate
Al2O3.H2O), phải hòa tách ở nhiệt độ cao hơn 2000C (240-2500C trong các
nhà máy hiện đại và có chất xúc tác đối với quặng điaspor) và trong dung
dịch hòa tách có nồng độ kiềm cao hơn (180-250g/l Na2O).
So sánh những đặc tính cơ bản của công nghệ Bayer Châu âu và Châu Mỹ:
Bảng 13: Những đặc trưng cơ bản của công nghệ Bayer Châu âu và Châu
Mỹ
Các thông số đặc trưng Bayer Châu âu Bayer Châu
Mỹ
Kiềm costic Na2O, g/l 180 - 220,
khi hòa tách đường ống :
140 - 150
100 - 110
Hàm lượng Na2O trong cả
dây chuyền, %
10 - 15 20 - 25
Hàm lượng muối trong cả
dây chuyền, %
13 - 18 25 - 30
Tạp chất hữu cơ trong dung
dịch alumint, g/l
2 - 5 8 - 10
Nhiệt độ hòa tách, 0C
Bôxit gipxit
Bôxit bơmit
Bôxit điaspor
100 - 150
240 - 260,
khi hòa tách đường ống :
260 - 300
100 - 150
240 - 260
Không có
xưởng hoạt
240 - 260 động
Nồng độ kiềm phân hủy
(kết tủa), g/l Na2O
130 - 160 90 - 110
Nhiệt độ khuấy phân huỷ, 0C
Bắt đầu
Kết thúc
50 - 55
40 - 45
68 - 76
58 - 65
Hệ số ac của dung dịch
alumint
Bắt đầu
Kết thúc
1,5 - 1,7
3,2 - 3,7
1,4-1,6
2,7-3,2
Thời gian khuấy phân huỷ,
h
50 - 70 35-45
Tỷ lệ mầm 2 - 3 0,5-1,0
Nồng độ chất rắn sau khi 500 - 700 150-250
khuấy phân huỷ, g/l
Phân loại hyđrat Không các bước bằng
xyclon thuỷ
lực
Phương pháp tách hyđrat đã
phân hủy
lọc xyclon thuỷ
lực lắng, lọc
Alumin
Phân bố cấp hạt, %
+ 150 mm
75-150 mm
45-75mm
-45mm
Diện tích bề mặt riêng,
m2/g
Hàm lượng a-Al2O3, %
M.K.N, %
Dạng bột
-
10
40
50
5 - 10
60 - 70
~0,5
Dạng cát
<5
60
25
<10
>30
<30
~1
Góc trượt, độ 40 - 50 ~30
Nhiệt độ nung, 0C 1100 - 1200 1000 - 1050
Phương pháp nung Có hoặc không cho chất
phụ gia
Không có chất
phụ gia
Cô bay hơi Hệ thống nước dùng nhiều
cấp
Hệ thống
giảm áp
Tỷ lệ mầm: Tỷ lệ Al2O3 trong huyền phù mầm với Al2O3 trong dung dịch
alumint.
Chi phí nguyên nhiên liệu để sản xuất 1 tấn alumin bằng phương pháp Bayer
tuỳ thuộc vào loại và chất lượng bôxit. Giá trị công nghiệp của bôxit chủ yếu
được xác định bởi các chi phí tiêu hao kiềm và bôxit cho 1 tấn alumin. Các
chỉ tiêu này phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng bôxit và được xác định trên cơ
sở các kết quả thí nghiệm công nghệ, còn các chỉ tiêu khác (vôi, năng lượng
điện, vôi, nhiên liệu đốt, nước…) tuy cũng phụ thuộc vào chất lượng bôxit
nhưng chủ yếu phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện về công nghệ, thiết bị công
suất nhà máy, trình độ sản xuất và hàng loạt thông số khác.
Một số tác giả đề nghị chia bôxit xử lý bằng phương pháp Bayer thành 3 loại:
Loại Chất lượng Tiêu hao bôxit (t/t
Al2O3)
Tiêu hao kiềm (kg
Na2O/t Al2O3)
I
II
III
Tốt
Trung bình
Kém
< 2,2
2,2 - 2,9
> 2,9
< 40
40 - 80
>80
Theo một số tài liệu, tiêu hao nguyên vật liệu để sản xuất 1 tấn alumin bằng
phương pháp Bayer đối với 1 số loại bôxit như sau:
Tiêu hao Bôxit vùng
Caribê
Bôxit vùng
Nam Mỹ
Bôxit
Hungary
Bôxit khô, t
Kiềm NaOH,
kg
Vôi, kg
Chất trợ lắng,
kg
2,35 - 2,5
59 - 61
14 - 45
7 - 9
2,0 - 2,25
50 - 64
23 - 45
1 - 5
2,4 - 2,45
130 - 165
50 - 120
4 - 5
Do thiếu nguồn bôxit chất lượng cao nên một số nước đã sử dụng bôxit có
hàm lượng SiO2 cao hơn. Một số hãng lớn như ALCAN (Canađa), ALCOA
(Mỹ) đã tập trung nghiên cứu quá trình khử silic trong dây chuyền công nghệ
Bayer (bằng các bước khử silic trước và sau quá trình hòa tách).
Do nhu cầu về alumin dạng cát cho công nghệ điện phân, các hãng
ALUSUISSE (Thuỵ Sỹ), KAISER (Mỹ) đã nghiên cứu các phương pháp như
kết tủa 2 giai đoạn với nồng độ kiềm cao.
Để nâng cao hiệu suất thu hồi alumin và hiệu quả dây chuyền công nghệ
Bayer, người ta đã nghiên cứu các công nghệ hòa tách đặc biệt và đồng xử lý
các loại bôxit khác nhau. Các công nghệ hoà tách đặc biệt là:
- Hòa tách bằng đường ống.
- Hòa tách bôxit điaspor với các chất xúc tác…
Các công nghệ đồng xử lý các loại bôxit khác nhau như bôxit điaspor
(bơmit) với bôxit gipxit gồm có:
- Công nghệ dòng song song
- Công nghệ hòa hợp
- Công nghệ hòa tách 2 giai đoạn
Để xử lý quặng điaspor đặc biệt có hàm lượng Al2O3 và SiO2 cao (môđun
silic thấp 5-6), trong những năm gần đây TQ là một trong những nước có
nhiều công trình nghiên cứu để tối ưu hóa công nghệ xử lý loại quặng này.
TQ có 6 nhà máy alumin thì chỉ có 1 nhà máy duy nhất sản xuất bằng công
nghệ Bayer còn 5 nhà máy sản xuất bằng công nghệ thiêu kết đơn thuần hoặc
hỗn hợp. Để tiếp kiệm năng lượng và giảm chi phí, TQ đã đề xuất các
phương pháp mới và hoàn thiện công nghệ như sau:
- Công nghệ mới sản xuất alumin bằng phương pháp làm giàu khoáng sản với
công nghệ Bayer
- Công nghệ hòa tách trong đường ống
- Công nghệ thiêu kết tăng cường
Về mặt thiết bị, TQ đã cải tiến các hệ thống thiết bị trong các công đoạn:
- Giai đoạn đập: máy đập trục và đập búa
- Giai đoạn nghiền: nghiền ướt với hệ thống kín
- Giai đoạn hòa tách: chuyển từ giai đoạn gián đoạn sang liên tục
Hòa tách trong nồi hấp với toàn bộ hệ thống là nồi hấp, một phần hòa tách
trong đường ống (phần gia nhiệt).
- Giai đoạn lọc, rửa bùn đỏ: kết hợp hệ thống bể lắng đáy bằng với đáy hình
côn, kết hợp với thiết bị lọc.
- Giai đoạn kết tủa: kết tủa hai giai đoạn, quá trình ximăng hóa và phát triển
tinh thể để tạo ra alumin ở dạng cát (kết hợp với quá trình phân cấp bằng các
cyclon thuỷ lực).
- Giai đoạn nung: chuyển từ lò nung ống quay sang lò nung tầng sôi.
2.3. Vấn đề môi trường trong sản xuất alumin
Vấn đề môi trường lớn nhất trong sản xuất alumin là cặn bôxit thải ra (bùn
đỏ). Khối lượng bùn đỏ thải phụ thuộc vào chất lượng bôxit và công nghệ xử
lý. Thông thường, khi sản xuất 1 tấn alumin bằng phương pháp Bayer thì
lượng bùn đỏ thải ra là 0,8 - 2 tấn, nếu áp dụng công nghệ thiêu kết hoặc
công nghệ hỗn hợp thiêu kết - Bayer thì lượng bùn thải là 2 - 3,5 tấn.
Bùn đỏ thường có thành phần hóa học như sau:
Fe2O3: 25 - 60% Al2O3: 5 - 25%
SiO2: 1 - 20% TiO2: 1 - 10%
Na2O: 1 - 10% CaO: 2 - 8%
Nếu áp dụng công nghệ thiêu kết :
Fe2O3: 19 - 34%
CaO: 24 - 48%
Pha lỏng đi theo bùn đỏ có thành phần như sau:
Na2O: 0,6 - 8 g/l
Al2O3: 0,5 - 3 g/l
Đặc tính của bùn đỏ là các hạt rất mịn, phần lớn <40mm, tỷ trọng 2,7-3,2
tấn/m3. Nếu lấy tỷ trọng trung bình là 3 tấn/m3 thì thể tích 1 tấn bùn đỏ khô là
0,33 m3.
Bùn đỏ thường được bơm ra khỏi nhà máy trong dạng huyền phù với nồng độ
chất rắn 200-350 g/l, sau đó cho lắng và nén đến nồng độ chất rắn chiếm 40-
60% thể tích chất thải. Trong trường hợp bùn được lọc thì nồng độ chất rắn
chiếm 60-70%, nước chiếm 30-40% chất thải.
Theo tính toán, nếu thế giới sản xuất 30 triệu tấn alumin/năm và lượng bùn
đỏ trung bình là 1 tấn/ tấn alumin thì lượng bùn đỏ thải là 30 triệu tấn/năm.
Nếu bùn đỏ thải có nồng độ chất rắn 50% thì sẽ chiếm tổng thể tích 45 triệu
m3/năm. Điều đó có nghĩa là mỗi năm sẽ cần các hồ chứa bùn đỏ với tổng thể
tích 45 triệu m3/năm, dưới đáy hồ cần được bọc lớp lót chống thấm để bảo vệ
nguồn nước ngầm không bị ô nhiễm dung dịch kiềm từ hồ chứa bùn đỏ. Như
vậy nhu cầu bãi thải bùn đỏ là rất lớn và đầu tư rất tốn kém đối với công
nghiệp sản xuất alumin.
Để xem xét khả năng xử lý bùn đỏ, trên thế giới đã có nhiều công trình
nghiên cứu. Có thể chia các phương án đề xuất thành các nhóm phương pháp
như sau:
a. Nhóm 1: Tận thu Na2O và Al2O3 từ bùn đỏ, cặn còn lại để sản xuất thép và
titan. Theo hướng này có các phương pháp sau:
- Xử lý bùn đỏ trong dung dịch nước có CaO để thu hồi Na2O
- Thiêu kết bùn đỏ với các chất phụ gia khác và thiêu phẩm tan để thu hồi
Na2O và Al2O3.
b. Nhóm 2:
- Hoàn nguyên bùn đỏ trong trạng thái rắn hoặc trạng thái nóng chảy với khí
hoặc cacbon, tách sản phẩm sắt bằng phương pháp tuyển từ.
- Nấu chảy bùn đỏ để tạo ra thép và hợp kim, còn xỉ để sản xuất alumin hoặc
ximăng.
c. Nhóm 3: Xử lý bùn đỏ bằng các axit hoặc các hợp chất hóa học khác, thu
hồi từng kim loại bằng phương pháp kết tinh chọn lọc hoặc bằng phương
pháp trao đổi ion.
d. Nhóm 4: Dùng bùn đỏ để sản xuất gạch, làm sạch nước, điều chỉnh độ chua
của đất…
Tuy vậy các phương pháp nêu trên còn nhiều vấn đề về kinh tế kỹ thuật chưa
giải quyết được nên áp dụng công nghiệp còn rất hạn chế. Do đó bùn đỏ thải
ra từ các nhà máy alumin vẫn là một lượng chất thải rắn rất lớn cần được xử
lý. Thế giới hiện có 2 cách để thải bùn đỏ:
- Thải trên đất
- Thải trong nước
Thải trên đất:
- Thải trên các vùng được bao quanh bởi đê chắn.
- Thải trong các thung lũng có đập chắn.
- Chất đống bùn đỏ sau khi lọc.
- Thải vào những khai trường mỏ không còn sử dụng sau khi đã khai thác.
Thải trong nước:
- Thải ra các sông.
- Thải ra biển hoặc các đầm phá ven biển.
3. Công nghệ sản xuất nhôm kim loại
Khác với sản xuất nhôm oxit (alumin), trong sản xuất nhôm kim loại từ
khoảng hơn 100 năm nay chỉ có một phương pháp công nghệ duy nhất, đó là
điện phân alumin trong dung dịch criolit nóng chảy. Phương pháp này thường
được gọi là phương pháp Hall - Heroult.
Phương pháp Hall - Heroult do Paul Louis Toussaint Heroult (người Pháp) và
Charles Martin Hall (người Mỹ) phát minh ra hầu như đồng thời vào năm
1886. Trước đó, người ta áp dụng phương pháp hóa học, phải dùng các kim
loại đắt tiền như Na, K, Mg…. để hoàn nguyên nhôm từ các muối nhôm
halogenua (như AlCl3), sản lượng nhôm rất thấp nhưng giá thành lại rất cao.
Ngay sau khi ra đời, phương pháp điện phân nhôm trong criolit nóng chảy đã
nhanh chóng được áp dụng công nghiệp. Chỉ hai năm sau phát minh của P.
Heroult và C. Hall, cả hai nước Pháp và Mỹ đã xây dựng các bể điện phân
nhôm. Sau đó, các nước khác cũng dần dần áp dụng phương pháp này để sản
xuất nhôm. Hiện nay, trên toàn thế giới đã có khoảng 300 nhà máy điện phân
nhôm tại hơn 40 nước với sản lượng nhôm kim loại năm 2004 đạt khoảng 31
triệu tấn.
Như vậy, phương pháp điện phân alumin trong criolit nóng chảy để sản xuất
nhôm kim loại là phương pháp hiện đại, được phát triển liên tục, cũng là
phương pháp chủ yếu và gần như duy nhất hiện nay trong sản xuất nhôm.
Vì vậy, nếu nước ta sản xuất nhôm thì phương pháp công nghệ này là lựa
chọn tốt nhất.
3.1. Thiết bị điện phân nhôm
Bể điện phân nhôm là thiết bị trung tâm của nhà máy điện phân nhôm. Trên
thực tế, kết cấu các bể điện phân đều có thể được chia thành bốn bộ phận: cực
âm, cực dương, hệ thống làm sạch khí và dây dẫn chính.
3.1.1. Nguyên lý làm việc của bể điện phân nhôm
Quá trình điện phân tiến hành dưới tác dụng của dòng điện 1 chiều có cường
độ lớn. Nhiệt độ điện phân vào khoảng 950-9650C. Chất điện phân là hỗn
hợp nóng chảy criolit - alumin có tính ăn mòn rất mạnh. Vì vậy chỉ có các vật
liệu bằng cacbon mới làm việc được trong điều kiện này, chúng vừa phải chịu
được nhiệt độ cao vừa phải chống được sự ăn mòn. Đây cũng là đòi hỏi kỹ
thuật cao trong thiết kế và xây dựng bể điện phân nhôm.
3.1.2. Phân loại và cấu tạo các bể điện phân nhôm hiện đại
Có nhiều cách phân loại bể điện phân: theo loại hình cực dương, theo
quy mô công suất (nhỏ, trung bình, lớn), theo đáy bể (có đáy, không có đáy)?
nhưng việc phân loại theo loại hình cực dương phổ biến hơn, vì nó phản ánh
tiến trình phát triển của phương pháp điện phân. Theo cách phân loại này có
thể chia thành hai loại cực dương (cực dương thiêu trước và cực dương tự
thiêu) tương ứng với bốn thời kỳ ứng dụng.
a. Thời kỳ đầu:
Dùng bể điện phân có cực dương thiêu trước, công suất nhỏ. Các bể điện
phân nhôm từ những năm 80 của thế kỷ 19 và các bể điện phân dùng trong
công nghiệp đến những năm 20 của thế kỷ qua đều có công suất nhỏ, dòng
điện khoảng 10-20 kA. Đặc điểm của thời kỳ này là dùng khối than cực
dương thiêu trước, được thay theo chu kỳ. Mật độ dòng điện của loại này
bằng 6,5-1,4 A/cm2. Tiêu hao năng lượng khá lớn (80-25 ngàn kWh/t nhôm).
b. Thời kỳ thứ hai:
Dùng bể điện phân có cực dương tự thiêu cọc xiên, có I = 55-56 kA, xây
dựng vào những năm 40 - 50 của thế kỷ qua.
Loại bể này sử dụng một cực dương, không phải từ vật liệu than thiêu trước
mà là vật liệu hồ cực dương. Trong quá trình điện phân, hồ cực dương được
cốc hóa có tác dụng dẫn điện vào bể điện phân. Đây là loại cực điện tự thiêu
liên tục (còn gọi là cực điện Soderberg), cọc dẫn điện cắm xiên vào thành cực
dương.
Việc áp dụng bể điện phân Soderberg cọc xiên đã làm tăng công suất (cường
độ dòng điện) của bể điện phân; từ chỗ nhiều cực dương được thay thế bằng
một cực dương; từ chỗ cực dương làm việc gián đoạn trở thành làm việc liên
tục.
Ở thời điểm đó, việc chuyển đổi sang cực dương tự thiêu Soderberg dẫn tới
việc tăng sản lượng nhôm và giảm giá thành, do trong quá trình công nghệ
loại bỏ được việc ép và thiêu điện cực.
c. Thời kỳ thứ ba:
Dùng bể điện phân tự thiêu cọc đứng, I = 100-130 kA.
Việc đưa vào sử dụng các bể điện phân cỡ lớn (trên 100 kA) của cực
dương Soderberg dẫn tới việc dùng cọc cực dương dẫn điện cắm từ trên
xuống, thường được gọi là bể điện phân cực dương tự thiêu liên tục cọc đứng.
Thời kỳ ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhôm là từ thập kỷ 50 của thế
kỷ trước.
Hệ thống bể điện phân này cho phép tăng công suất của bể điện phân,
do đó tăng năng suất lao động.
d. Thời kỳ thứ tư:
Quay lại dùng bể điện phân cực dương thiêu trước, I = 100-260 kA.
Song song với việc phát triển và đưa vào sử dụng bể điện phân kiểu
Soderberg cọc đứng, người ta tiếp tục đi theo hướng từng bước hiện đại hóa
và hoàn thiện hệ thống cực dương thiêu trước. Điều này tạo khả năng phát
triển tự động hóa sản xuất các khối cực dương có kích thước lớn, cho phép
giảm giá thành và cải thiện chất lượng cực dương. Loại bể điện phân dùng
cực dương thiêu trước bắt đầu xây dựng từ năm 1969 và xuất hiện nhiều vào
những năm 80 của thế kỷ 20.
Điểm mấu chốt ở thời kỳ thứ tư là tăng công suất đơn vị, giảm đáng kể mức
phát thải các chất có hại ra môi trường, đặc biệt là các chất có khả năng gây
ung thư, các chất xảy ra trong quá trình cốc hóa cực dương tự thiêu. Yêu cầu
bức bách về cải thiện điều kiện lao động và bảo vệ môi trường là một trong
những yếu tố làm cho kiểu bể cực dương thiêu trước trở thành loại bể có triển
vọng nhất.
Điểm khác biệt của bể điện phân thời kỳ thứ tư so với thời kỳ đầu là cường
độ dòng điện lớn hơn nhiều, đồng thời áp dụng các biện pháp cơ khí hóa, tự
động hóa, bảo vệ môi trường.
Ngày nay, khi xây mới hoặc hiện đại hóa dây chuyền sản xuất, các công ty lớn
trên thế giới như Pechiney (Pháp), Alcoa, Kaiser (Mỹ), Hydro Aluminium (Na-
uy), VAW (Đức), các xí nghiệp sản xuất nhôm của Nga và các nước SNG đều
sử dụng các bể điện phân có cực dương thiêu trước công suất lớn, I = 160 kA-
300 kA.
Công ty Alcoa (Mỹ) gần đây còn thí nghiệm bể điện phân cực dương thiêu
trước có cường độ dòng điện 400 kA.
Ưu điểm của bể điện phân nhôm cực dương thiêu trước:
Bể điện phân nhôm cực dương thiêu trước có những ưu điểm chính sau:
- Cho phép vận hành công suất lớn. Hiện nay, trong công nghiệp người ta đã
vận hành các bể điện phân công suất lớn, với cường độ dòng điện có thể lên
đến 350 kA. Công ty Alcoa đang thử nghiệm bể điện phân có cường độ dòng
điện trên 400 kA.
- Cho phép thay đổi kết cấu bể để áp dụng cường độ và mật độ dòng điện
kinh tế tuỳ theo giá điện. Mật độ dòng điện sử dụng trong công nghiệp dao
động trong phạm vi 0,7-0,95 A/cm2.
- Đạt các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cao của quá trình điện phân : hiệu suất
dòng điện 93-95%, tiêu hao điện năng thấp (13.000 KWh/t Al), cho phép tiết
kiệm 2500 - 3000 KWh/t Al, tức khoảng 20% điện lượng cần thiết.
- Khi sử dụng bể điện phân cực dương thiêu trước, có thể giải quyết được
vấn đề môi trường vì hấp phụ flo trong khí thải, không thải các chất dầu.
- Cho phép cơ giới hóa quá trình điện phân và giảm chi phí lao động. Các
thao tác công nghệ được cơ giới hóa, tự động hóa tối đa nhờ cầu trục đặc biệt
và kỹ thuật nạp liệu.
Bảng 16 trình bày một số thông số công nghệ và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
của các bể điện phân thiêu trước trong khoảng thời gian 1960-1996.
Bảng 16: So sánh thông số công nghệ và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
của bể điện phân cực dương thiêu trước trong các thời kỳ
Thông số công nghệ và
chỉ tiêu KTKT
Alcoa
Kaiser
(1960)
Kaiser
P69
(1970)
Alcoa
6017
(1986)
Pechiney
AP 300
(1996)
Cường độ dòng điện, kA 74 150 180 280
Điện áp 5,1 4,65 4,2 4,23
Mật độ dòng điện,
A/cm2
1,33 1 0,72 0,72
Nhiệt độ điện phân, 0C 975 970 945 950
Phương pháp nạp liệu trung
tâm
trung
tâm
điểm nạp tự
động
điểm nạp tự
động
Hiệu suất dòng, % 86,2 88,5 93 95
Tiêu thụ điện năng, 18100 15700 13500 13300
KWh/t Al
Năng suất bể, kg
Al/ngày
514 1068 1350 2146
Tiêu hao điện cực,
kg/tAl
471 450 450 415
Tuổi thọ bể, ngày 600 1500 1825 2500
Do những ưu điểm của bể điện phân cực dương thiêu trước nên xu hướng
hiện nay là khi xây dựng mới người ta thường chọn loại bể này. Đồng thời,
một số nhà máy còn tìm cách cải tạo, chuyển đổi loại bể điện phân cực dương
Soderberg thành bể điện phân cực dương thiêu trước.
Việc chuyển đổi cực dương Soderberg cọc xiên sang cực dương thiêu trước
đã được thực hiện ở Nhà máy Nhôm Uran (Nga) có cường độ dòng điện 160
kA. Kết quả đã tiết kiệm năng lượng khoảng 1000 kWh/t nhôm, tiêu hao
muối flo 28 kg/t, hợp chất florua thải ra môi trường dưới 1,3 kg/t, thực tế
không thải chất dầu.
Việc chuyển đổi cực dương Soderberg cọc đứng sang cực dương thiêu trước
được thực hiện ở nhà máy Cratnoiarski (Nga), có cường độ dòng điện 160 kA.
Kết quả: hiệu suất dòng điện 91-92%, tiêu hao cực dương khoảng 530 kg/t
Al; tiêu hao điện năng 14.950 kWh/t Al.
Tuy nhiên cũng cần lưu ý là việc chuyển đổi này đòi hỏi kinh phí đầu tư khá
lớn. Ví dụ ở Nga, Nhà máy luyện nhôm Novokuznetski, xây dựng năm 1943,
loại bể Soderberg cọc xiên và cọc đứng, muốn chuyển sang bể cực dương
thiêu trước, theo tính toán kinh tế phải tốn 500 triệu USD, khoảng 2000 USD
cho 1 tấn công suất.
3.2. Một số xu hướng hiện nay về thiết bị và công nghệ:
Một số xu hướng đáng lưu ý hiện nay về mặt thiết bị và công nghệ điện phân
nhôm là:
+ Dùng bể điện phân có cường độ dòng điện lớn
Cường độ dòng điện chạy qua bể điện phân quyết định công suất của bể. Từ
ngày ra đời phương pháp điện phân đến nay, cường độ dòng điện được sử
dụng đã tăng lên liên tục. Bể điện phân công nghiệp đầu tiên ở Mỹ chỉ dùng
cường độ dòng điện 1,8 kA. Hiện nay Công ty Pechiney (Pháp) đã thiết kế,
xây dựng các bể điện phân 300 kA và lớn hơn. Có thể xem việc tăng cường
độ dòng điện của bể (hay sử dụng bể có công suất lớn) là xu hướng chung.
Tuy nhiên việc lựa chọn quy mô công suất của bể điện phân còn tùy thuộc
vào trình độ cơ khí hóa của nhà máy.
+ Dùng bể điện phân có cực dương thiêu trước
Với trình độ công nghệ hiện nay, có thể sử dụng loại bể điện phân nhôm cực
dương thiêu trước có công suất lớn. Các bể điện phân loại này có nhiều ưu
điểm, đang được phổ biến và thể hiện nhiều chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tiên tiến.
+ Về mặt công nghệ:
- Lựa chọn thích hợp thành phần chất điện phân có tỷ số criolit thấp và hạn
chế chất cho thêm.
- Áp dụng quá trình điện phân ở tỷ lệ mol NaF/AlF3 thấp (dưới 2,2), 4-6%
CaF2. Tỷ lệ này được sử dụng rộng rãi trong thực tế ở các bể điện phân cực
dương thiêu trước trên thế giới nhằm đảm bảo hiệu suất dòng đạt 95%. ưu
điểm cơ bản của chất điện phân như vậy là cho phép điện phân ở nhiệt độ
thấp hơn. Thực tiễn đã chứng minh, khi hạ nhiệt độ xuống 10C thì hiệu suất
dòng tăng 0,25-0,30%.
+ Tăng cường cơ khí hóa, tự động hóa và bảo vệ môi trường
Nét nổi bật trong xu hướng này là việc cấp liệu tự động cho bể. Mỗi tấn
nhôm sản xuất ra đòi hỏi phải cung cấp cho bể điện phân 2 tấn alumin dạng
bột. Vấn đề này càng có ý nghĩa khi công suất của bể càng lớn.
Có thể coi việc tự động hóa khi nạp nhôm oxit vào bể điện phân là một tiến
bộ kỹ thuật nổi bật trong công nghệ điện phân nhôm.
Vấn đề thu bụi và làm sạch khí trong công nghiệp điện phân nhôm cũng được
các nhà nghiên cứu và sản xuất đặc biệt quan tâm, nhằm cải tạo điều kiện lao
động và bảo vệ môi trường sinh thái.
Cho đến nay, một số nhà máy còn sử dụng hệ thống lọc bụi ướt, chỉ đơn
thuần là tháp rửa (lọc bụi một bậc) hoặc gồm pin điện và tháp rửa (lọc bụi hai
bậc).
Ở tháp rửa, dung dịch Na2CO3 được sử dụng để khử HF và SO2. Tuy nhiên,
hệ thống lọc bụi ướt bộc lộ nhiều nhược điểm. Cụ thể là:
- Hiệu suất khử bụi thấp. Khi dùng tháp rửa hai bậc thì hiệu quả khử bụi
và fluorua rắn đạt 80-90%, khử HF đạt 95-98%, khử SO2 đạt khoảng 90%,
khử chất dầu đạt 60-70%. Đối với hệ thống thu bụi một bậc, các chỉ tiêu còn
thấp hơn nhiều.
- Tốc độ ăn mòn thiết bị cao.
- Muốn sử dụng lại các thành phần có giá trị trong bụi thì phải thêm
công đoạn tái chế phức tạp và tốn kém.
Đó là những lý do khiến phương pháp lọc bụi ướt tới thời điểm này không
còn được ưa chuộng.
Ngày nay, bộ lọc bụi khô (gồm bình phản ứng và lọc túi vải) có hiệu quả khử
khí và khử bụi rất cao (99,6-99,9%). Kể cả chất dầu và benz(a)piren cũng có
thể được tách với hiệu quả 98,3-99,6%. Do vậy, thiết bị lọc bụi kiểu khô cần
được sử dụng thay bộ lọc ướt.
Hiện nay công nghệ của Công ty Procedair (Pháp) về làm sạch flo và các chất
dầu trong khí thải đang được áp dụng ngày càng rộng rãi. Cho đến nay khắp
thế giới có trên 10 ngàn bể điện phân nhôm sử dụng thiết bị lọc bụi khô của
công ty này.
Trên thực tế, kết quả áp dụng công nghệ lọc bụi khô tại nhiều nhà máy điện
phân nhôm rất khả quan. Chẳng hạn, nhà máy Crasnoiarski sử dụng thiết bị lọc
khô của công ty Procedair (Pháp) mức độ lọc khí flo và bụi đạt 99%, khử các
chất dầu (trong đó có benz(a)piren) đạt 97-98%. Còn các nhà máy nhôm Uran
dùng thiết bị lọc khô của hãng Flect (Na Uy), bình phản ứng kiểu ống Venturi
thẳng đứng, với công suất 780.000 m3/h thì mức độ làm sạch khí HF và bụi
florua là 99%.
Hiệu quả khử bụi và chất thải của các hệ thống lọc khác nhau:
Hiệu quả khử, % Sơ đồ làm sạch
HF Frắn SO2 Bụi
điện
phân
Chất
chứa
dầu
Benz(a)prien
Lọc ướt 1 bậc (tháp
rửa)
95-
98
60-
75
80-
90
60-75 40-60 40-50
Lọc ướt 2 bậc trong
điện phân và tháp
rửa
95-
98
80-
85
80-
90
80-85 70-75 60-70
Lọc khô bằng
alumin trong bình
phản ứng và túi vải
>=99 >=99 - >=99 >=95 >=95
3.3. Một số hướng nghiên cứu
Để khắc phục những nhược điểm của phương pháp điện phân truyền thống
trong criolit - alumin nóng chảy, hiện nay người ta đang tập trung nghiên cứu
theo một số hướng sau:
· Điện phân clorua
Nhiều nước đã nghiên cứu theo hướng này. Riêng công ty Alcoa (Mỹ) đã
nghiên cứu 15 năm gần đây. Cơ sở của phương pháp này là dựa vào sự phân
ly điện hóa của clorua nhôm hòa tan trong hỗn hợp natri clorua và liti clorua,
hàm lượng AlCl3 khoảng 7%, điện phân ở khoảng 7200C trong thiết bị có cấu
tạo đặc biệt.
· Phủ đáy bằng chất thấm ướt nhôm
Công ty Kaiser đã nghiên cứu phủ TiB2 trên đáy bể, dùng cực âm có rãnh
thoát.
· Dùng cực dương trơ
Một số công ty đã thử nghiệm với cực dương bằng vật liệu compozit (gồm
oxit và kim loại 83-95% NiFe2O4/NiO và 5-17% Cu).
Tuy nhiên, những công trình nghiên cứu này đang ở giai đoạn thử nghiệm và
áp dụng thử. Trong khi đó, phương pháp công nghệ được lựa chọn cho sản
xuất phải vừa mang tính chất tiên tiến, vừa phải ổn định để đảm bảo sự tin
cậy.
Vì vậy, việc lựa chọn phương pháp điện phân criolit - alumin nóng chảy với
các cực than là có căn cứ khoa học và phù hợp với thực tiễn.
3.4. Xu hướng chung trong sản xuất nhôm:
Ngành công nghiệp nhôm là ngành sản xuất với tiêu hao năng lượng cao và
yêu cầu đầu tư lớn, do đó hướng phát triển của ngành đang tập trung ưu tiên
vào một số vấn đề sau:
- Chuyển quá trình sản xuất alumin từ các nước phát triển đến các vùng có
mỏ bôxit (chi phí vận tải bôxit rất lớn: chi phí vận chuyển bôxit từ ôxtrâylia
về châu âu tương đương chi phí năng lượng sản xuất 1 tấn alumin ở nhà máy
hiện đại ~8GJ/t).
- Chuyển dời các nhà máy điện phân nhôm đến các vùng có nguồn năng
lượng đòi hỏi đầu tư thấp, đặc biệt những nơi có nguồn thuỷ điện.
Cả hai điều kiện về mỏ và nguồn thuỷ điện đều tập trung chủ yếu ở các nước
đang phát triển, do đó ngành công nghiệp nhôm nói chung và alumin nói
riêng có xu hướng phát triển ở các nước đang phát triển (Ôxtrâylia, Braxin,
Nam Mỹ, Giamaica…).
- Xây dựng các nhà máy mới có công suất lớn, thiết bị hiện đại, tự động hóa
cao. Áp dụng công nghệ hoàn thiện nhất với công suất tối thiểu như sau :
Khai thác mỏ: 5 triệu t/năm
Nhà máy alumin: 1 triệu t/năm
Nhà máy điện phân nhôm : 0,5 triệu t/năm
- Đối với các nhà máy đang vận hành, cần phải tối ưu hóa quá trình công
nghệ, hiện đại hóa thiết bị để giảm chi phí nguyên, nhiên liệu và năng lượng
đến mức thấp nhất. Ví dụ: bổ sung hệ thống bốc hơi nhiều giai đoạn, lò nung
tầng sôi, kết tủa 2 giai đoạn để tạo ra alumin ở dạng cát….
- Về mặt công nghệ có thể lựa chọn các khả năng tiết kiệm năng lượng và
nguyên nhiên vật liệu như: cải tiến quy trình công nghệ, lựa chọn nồng độ tối
ưu. Áp dụng công nghệ hòa tách đặc biệt hòa tách bằng đường ống, hòa tách
với các chất xúc tác), công nghệ đồng xử lý các loại bôxit: điaspor (bơmit) với
bôxit gipxit (công nghệ dòng song song), công nghệ hài hòa, công nghệ hòa
tách 2 giai đoạn), tăng hiệu quả quá trình kết tủa (sản xuất alumin dạng cát
với nồng độ kiềm cao), giảm mất mát kiềm, sử dụng các chất kết bông tổng
hợp cho quá trình lắng…
IV. KẾT LUẬN
Trong giai đoạn hiện nay, do điều kiện nguồn điện còn hạn chế nên việc tập
trung khai thác bôxit - sản xuất alumin tại Việt Nam là hướng đi đúng theo xu
hướng phát triển của thế giới. Nhưng để phát triển bền vững, chúng ta nên lựa
chọn công suất nhà máy có hiệu quả kinh tế là >= 1 triệu tấn alumin/năm và
lựa chọn đối tác liên doanh có công nghệ, thiết bị tiên tiến.
Do đặc thù đầu tư và chi phí năng lượng cho điện phân nhôm lớn hơn nhiều
so với sản xuất alumin (đầu tư nhà máy điện phân 4.500 - 5.500 USD/T,
trong khi đó nhà máy alumin 800 - 1.400 USD/T; chi phí điện năng nhà máy
điện phân 13.000 - 14.000 kWh/T, nhà máy alumin 200 - 256 kWh/T ) nên
khó có thể phát triển điện phân nhôm trong tình trạng thiếu điện hiện nay.
Chúng ta chỉ có thể nghĩ đến xây dựng nhà máy điện phân nhôm sau năm
2010. Khi đó việc lựa chọn công nghệ điện phân và công suất nhà máy nên
theo những tiêu chí sau:
- Áp dụng phương pháp điện phân nhôm trong dung dịch criolit nóng chảy
(phương pháp Hall - Heroult) với quy mô công suất 1 dãy bể tối thiểu
250.000 tấn Al/năm.
- Chọn loại bể điện phân có quy mô công suất (tính theo cường độ dòng một
chiều) là 300-400 kA, sử dụng cực dương thiêu trước và hệ thống nạp liệu tự
động.
- Chọn hệ thống lọc bụi khô có sử dụng alumin dạng cát để hấp phụ khí
flo.