Nhôm được sản xuất như thế nào?

Nhôm được sản xuất như thế nào? được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy môn Hóa học lớp 9. Hi vọng rằng đây sẽ là những tài liệu hữu ích trong công tác giảng dạy và học tập của quý thầy cô và các bạn học sinh.

Lưu ý: Nếu bạn muốn Tải bài viết này về máy tính hoặc điện thoại, vui lòng kéo xuống cuối bài viết.

Câu hỏi: Nhôm được sản xuất như thế nào?

- Trong tự nhiên, Al tồn tại dưới dạng oxit, muối. Để sản xuất nhôm, người ta sử dụng nguyên liệu chính là quặng boxit, có thành phần chính là Al₂O₃.

- Quặng boxit sau khi được làm sạch tạp chất, sau đó điện phân nóng chảy hỗn hợp Al₂O₃ và criolit (chất làm giảm to nóng chảy của Al) trong bể điện phân.

- Phương trình hóa học:

Sơ đồ bể điện phân nhôm oxit nóng chảy

1. Nhôm định hình công nghiệp là gì?

- Nhôm định hình là những thanh nhôm được trải qua quá trình sản xuất để tối ưu đặc tính của nhôm. Sử dụng vật liệu nhôm có màu trắng bạc, mềm và dễ gia công kết hợp với các loại phụ gia như Si, Mg... Sau quá trình đùn ép sẽ tạo ra những thanh nhôm định hình với nhiều biên dạng khác nhau.

- Nhôm định hình công nghiệp là loại nhôm đã qua xử lý kim loại nhằm tối ưu đặc tính của nhôm. Thành phẩm sẽ là những thanh nhôm có tính chống ăn mòn, độ bền cao nhưng nhẹ và dễ gia công cơ khí. Khả năng kết hợp với nhiều loại kính và khóa khác nhau đã giúp nhôm định hình tạo ra vô vàn lựa chọn cho khách hàng, trở thành loại nhôm có độ phổ biến cao.

- Nhôm định hình có độ bền, khả năng chống ăn mòn cao, khối lượng nhẹ và dễ gia công cơ khí. Dễ dàng lắp ghép với các loại kính, khóa khác nhau tạo ra đa dạng các sản phẩm khi sản xuất.

2. Các Quá trình sản xuất nhôm

- Việc sản xuất nhôm được thực hiện theo hai giai đoạn:

(1) Quy trình tinh luyện quặng bauxite để thu được oxit nhôm

(2) Quy trình Hall-Heroult để nấu chảy oxit nhôm để giải phóng nhôm nguyên chất

- Quy trình tinh luyện quặng Bauxite:

(1) Đầu tiên, quặng bauxite được nghiền bằng cơ học. Sau đó, quặng nghiền được trộn với Caustic soda (natri hydroxit) và được xử lý trong máy nghiền để tạo ra bùn có chứa các hạt quặng rất mịn.

(2) Bùn được bơm vào nồi nấu, bể có chức năng như nồi áp suất. Bùn được làm nóng đến 110-270°C dưới áp suất 50 lb / trong 2 (340 kPa).
Những điều kiện này được duy trì trong một thời gian từ nửa giờ đến vài giờ. Có thể thêm natri hydroxit để đảm bảo rằng tất cả các hợp chất chứa nhôm được hòa tan.

(3) Bùn nóng, hiện là dung dịch natri aluminat, đi qua một loạt các bể chứa flash làm giảm áp suất và thu hồi nhiệt có thể được tái sử dụng trong quá trình tinh chế.

(4) Bùn được bơm vào bể lắng. Khi bùn nằm trong bể này, các tạp chất sẽ không hòa tan trong natri hydroxit lắng xuống đáy tàu.

(5) Sau khi các tạp chất lắng xuống, chất lỏng còn lại, trông giống như cà phê, được bơm qua một loạt các bộ lọc vải.

- Bất kỳ hạt tạp chất mịn nào còn lại trong dung dịch đều bị giữ lại bởi các bộ lọc.

- Vật liệu này được rửa để thu hồi nhôm oxit và natri hydroxit có thể được tái sử dụng.

(6) Chất lỏng được lọc được bơm qua một loạt các bể chứa chất kết tủa cao.

- Các tinh thể hạt của alumina hydrate (alumina liên kết với các phân tử nước) được thêm vào thông qua đỉnh của mỗi bể. Các tinh thể hạt phát triển khi chúng lắng qua chất lỏng và nhôm oxit hòa tan gắn vào chúng.

(7) Các tinh thể kết tủa (lắng xuống đáy bể) và được loại bỏ.

- Sau khi rửa, chúng được chuyển đến lò nung để nung (nung nóng để giải phóng các phân tử nước được liên kết hóa học với các phân tử nhôm oxit).

+ Một băng tải di chuyển một dòng tinh thể liên tục vào một lò quay

+ Nhiệt độ 1.100°C làm mất các phân tử nước, để lại các tinh thể nhôm oxit khan (không nước). Sau khi rời lò, các tinh thể đi qua một bộ làm mát.

- Quá trình Hall-Heroult :

+ Việc nấu chảy alumina thành nhôm kim loại diễn ra trong thùng thép gọi là nồi khử. Đáy nồi được lót bằng carbon, hoạt động như một điện cực (chất dẫn điện) của hệ thống.

+ Các điện cực đối diện bao gồm một bộ thanh carbon lơ lửng phía trên nồi; chúng được hạ xuống thành dung dịch điện phân và giữ khoảng 1,5 in (3,8 cm) trên bề mặt nhôm nóng chảy tích tụ trên sàn nồi.

+ Các nồi khử được sắp xếp theo hàng bao gồm 50-200 chậu được nối tiếp để tạo thành một mạch điện.

+ Mỗi dây chuyền có thể sản xuất 60.000-100.000 tấn nhôm mỗi năm.

(8) Trong nồi khử, các tinh thể nhôm oxit được hòa tan trong cryolit nóng chảy ở nhiệt độ 960-970 °C để tạo thành dung dịch điện phân sẽ dẫn điện từ các thanh carbon đến lớp lót carbon của nồi.

+ Một dòng điện trực tiếp (4-6 volt và 100.000-230.000 ampe) được truyền qua dung dịch. Kết quả là phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử nhôm và oxy trong các phân tử nhôm oxit.

+ Oxy được giải phóng bị thu hút bởi các thanh carbon, nơi nó tạo thành carbon dioxide. Các nguyên tử nhôm được giải phóng lắng xuống đáy nồi dưới dạng kim loại nóng chảy.

+ Quá trình nấu chảy là một quá trình liên tục.

+ Nhôm nóng chảy nguyên chất tích tụ ở đáy nồi và được hút sạch.

(9) Một chén nung được chuyển xuống dây chuyền, thu được 4.000 kg nhôm nóng chảy, nguyên chất 99,8%.

+ Kim loại được chuyển đến lò giữ và sau đó đúc (đổ vào khuôn) dưới dạng thỏi.

+ Một kỹ thuật phổ biến là đổ nhôm nóng chảy vào khuôn dài, nằm ngang. Khi kim loại di chuyển qua khuôn, bên ngoài được làm mát bằng nước, làm cho nhôm cứng lại.

+ Giống như quá trình nấu chảy, quá trình đúc này cũng liên tục.

3. Quy trình sản xuất nhôm định hình công nghiệp tiêu chuẩn

- Để sản xuất được những thanh nhôm định hình có chất lượng cao cần trải qua các bước

+ Kiểm tra chất lượng vật liệu nghiêm ngặt

+ Thực hiện quy trình sản xuất theo tiêu chuẩn

+ Kiểm tra tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm

- Sau đó nhôm thanh định hình mới được dán nhãn hiệu,đóng gói và đưa ra thị trường tiêu thụ. Quy trình sản xuất được thực hiện chi tiết qua các bước dưới đây:

Bước 1: Nhập nguyên liệu thô hay còn gọi là phôi nhôm

- Nguyên liệu ban đầu nhập về sẽ ở dạng thỏi thô, được gọi là phôi nhôm. Phôi nhôm là 1 dạng hợp kim của nhôm và các nguyên tố khác như Silic, magie, mangan, đồng, thiếc…

Bước 2: Kiểm tra chất lượng nhôm trước khi đun nóng

- Hợp kim thường sử dụng trong quá trình sản xuất nhôm định hình là hợp kim nhôm 6063 và 6061. Các nguyên liệu này được nhập khẩu chủ yếu từ Malaysia, Thái Lan, Australia…

- Phôi nhôm nhập về sẽ được kiểm tra biến tính Bo, Ti và đồng hóa bằng máy kiểm tra khuyết tật. Để phân loại phôi nhôm đạt và không đạt yêu cầu cung cấp cho quá trình sản xuất nhôm thanh chất lượng cao.

Bước 3: Thiết kế bản vẽ nhôm định hình

- Nhôm thanh định hình Nhôm Đông Á được thiết kế với dòng sản riêng với đội ngũ kỹ sư chuyên nghiệp. Chúng tôi luôn tìm tòi, nỗ lực và không ngừng sáng tạo để cho ra đời những sản phẩm thiết kế cửa nhôm cao cấp đáp ứng mọi nhu cầu của người tiêu dùng. Bản vẽ nhôm thanh phải đạt tiêu chuẩn về chất lượng, nguyên liệu, an toàn, đảm bảo tính chất sử dụng.

Bước 4: Kiểm tra khuôn đúc

- Khuôn đúc nhôm định hình công nghiệp phải dựa trên tiêu chí bản vẽ chuẩn. Khuôn nhôm đảm bảo quá trình đun đúc một cách an toàn. Tính chịu nhiệt của khuôn đúc được đặt lên hàng đầu. Việc lấy nhôm thanh từ khuôn đúc cũng phải dễ dàng và thuận tiện.

Bước 5: Đun ép nhôm

- Sau khi phân tích phôi nhôm có các thành phần kim loại đạt yêu cầu nó sẽ được đưa vào máy cắt nóng. Sử dụng nhiệt khoảng 430 - 450 độ để cắt thành các đoạn phôi nhôm có chiều dài phù hợp với mục đích sản xuất.

- Trước khi thực hiện quá trình đùn ép cần kiểm tra khuôn đúc đảm bảo đúng mẫu. Tùy theo nhu cầu, mục đích sử dụng khuôn đúc sẽ có kích thước và thiết kế khác nhau. Tính chịu nhiệt là yếu tố quan trọng và được đặt lên hàng đầu trong quá trình ép. Đồng thời việc lấy nhôm từ khuôn đúc sau khi ép phải được thực hiện dễ dàng và thuận tiện.

- Tiến hành đúc phôi nhôm nguyên chất ở nhiệt độ khoảng 600 độ C. Sản phẩm hợp kim bị nấu chảy được rót vào khuôn đúc để hình hình nhôm định hình. Các sản phẩm sau đúc sẽ đồng chất tạo ra sự đồng đều của sản phẩm, tính ổn định của cấu trúc.

Bước 6: Kiểm tra thành phần sau khi đun ép

- Phôi nhôm sau khi nấu đúc, sẽ tiến hành phân tích thành phần kim loại nếu đạt yêu cầu sẽ được cắt thành từng đoạn nhỏ phù hợp với từng loại thanh nhôm rồi đem gia nhiệt và chuyển vào máy ép cho ra thanh nhôm định hình theo khuôn đã thiết kế.

Bước 7: Xử lý độ cứng thanh nhôm

- Các thanh nhôm sau khi qua quá trình đùn ép tương đối mềm và chúng sẽ được đưa vào lò Hóa già. Công đoạn này sẽ được thực hiện trong khoảng 4 tiếng nhiệt độ giao động khoảng 180 - 220 độ C. Tuỳ vào yêu cầu của từng dòng sản phẩm để tạo ra các độ cứng phù hợp trong khoảng 10 - 15 HW.

Bước 8: Xử lý bề mặt

- Nhôm thanh đạt tiêu chuẩn về kích thước, thành phần, độ cứng sẽ được xử lý bề mặt. Bằng cách tạo lớp sơn tĩnh điện. Sau đó được đưa vào bồn chứa sơn tiến hành tới bước nhuộm. Nhôm khi được xử lý bền mặt phải đảm bảo: lớp sơn nhẵn mịn, không bị bong tróc, màu sắc nhôm đúng với thiết kế ban đầu.

- Đến giai đoạn này thanh nhôm đã hoàn chỉnh về kích thước, thành phần, độ cứng công việc cuối cùng là xử lý bề mặt. Chúng sẽ được đưa vào các bồn chứa sơn và tiến hành nhuộm. Để tạo lớp sơn tĩnh điện đảm bảo yêu cầu: nhẵn mịn, không bong tróc, màu sơn đúng theo thiết kế ban đầu

Bước 9: Kiểm tra

- Chất lượng sản phẩm là yếu tố quyết định quy trình sản xuất nhôm thanh định hình công nghiệp có đạt tiêu chuẩn hay không. Sản phẩm sẽ trải qua quá trình kiểm tra về chất lượng, độ bền, màu sắc để có kết luận. Đồng thời loại bỏ các sản phẩm có vấn đề như: lệch màu, hư hỏng, sai tỉ lệ…

- Nhôm định hình phải đảm bảo 3 tiêu chí cơ bản: màu sắc, chất lượng và độ bền. Các sản phẩm bị loại bỏ thường gặp các vấn đề: màu lệch, hư hỏng, đúc khuôn không theo tỷ lệ. Sau khi hoàn tất quá trình kiểm tra, đánh giá các sản phẩm sẽ được đưa vào kho nhà máy và phục vụ cho quá trình phân phối sản phẩm tiếp theo.

- Quá trình kiểm tra hoàn tất các sản phẩm đạt yêu cầu sẽ được chứng nhận và chuyển sang kho để đóng gói và phân phối ra thị trường.

-------------------------------

Ngoài Nhôm được sản xuất như thế nào? đã được VnDoc giới thiệu, mời các bạn cùng tham khảo thêm Chuyên đề Hóa học lớp 9, Trắc nghiệm Hóa học 9, Lý thuyết môn Hóa học lớp 9 để hoàn thành tốt chương trình học THCS.