I. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NHÔM TRÊN THẾ GIỚI HIỆN NAY

I.1 Giới thiệu chung về nhôm

Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí. Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc; nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ. Nó cũng không nhiễm từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thông thường

Tổng quát

Tên, Ký hiệu, Số Nhôm, Al, 13

Phân loại kim loại yếu

Nhóm, Chu kỳ, Khối 13, 3, p

Khối lượng riêng, Độ cứng 2.700 kg/m³, 2,75

Bề ngoài màu trắng bạc

Tính chất nguyên tử

Khối lượng nguyên tử 26,981538 đ.v.

Bán kính nguyên tử (calc.) 125 (118) pm

Bán kính cộng hoá trị 118 pm

Cấu hình electron 3s23p1

e- trên mức năng lượng 2, 8, 3

Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) 3 (lưỡng tính)

Cấu trúc tinh thể hình lập phương

Tính chất vật lý

Trạng thái vật chất rắn

Điểm nóng chảy 933,47 K (1.220,58 °F)

Điểm sôi 2.792 K (4.566 °F)

Trạng thái trật tự từ thuận từ

Thể tích phân tử 10 ×10-6 m³/mol

Nhiệt bay hơi 293,4 kJ/mol

Nhiệt nóng chảy 10,79 kJ/mol

Áp suất hơi 100.000 Pa tại 2.792 K

Vận tốc âm thanh 5.100 m/s tại 933 K

Thông tin khác

Độ âm điện 1,61 (thang Pauling)

Nhiệt dung riêng 897 J/(kgãK)

Độ dẫn điện 3,774x107 /Ωãm

Độ dẫn nhiệt 237 W/(mãK)

Năng lượng ion hóa

1. 577,5 kJ/mol

2. 1.816,7 kJ/mol

3. 2.744,8 kJ/mol

4. 11.577 kJ/mol

5. 14.842 kJ/mol

6. 18.379 kJ/mol

7. 23.326 kJ/mol

8. 27.465 kJ/mol

9. 31.853 kJ/mol

10. 38.473 kJ/mol

11. 42.647 kJ/mol

12. 201.266 kJ/mol

13. 222.316 kJ/mol

I.2 Lịch sử ngành Sản xuất nhôm

Mặc dù nhôm là nguyên tố phổ biến trong vỏ trái đất (8,1%), nó lại hiếm ở dạng tự do và đã từng được cho là kim loại quí có giá trị hơn vàng (Người ta nói rằng Napoleon III của Pháp có các bộ đồ ăn bằng nhôm dự phòng cho những người khách quý nhất của ông. Những người khách khác chỉ có bộ đồ ăn bằng vàng). Vì thế nhôm là kim loại tương đối mới trong công nghiệp và được sản xuất với số lượng công nghiệp chỉ khoảng trên 100 năm.

Khi mới được phát hiện nhôm rất khó tách ra khỏi các loại đá có chứa nó. Vì toàn bộ nhôm của Trái Đất nằm trong các hợp chất nên nó là kim loại khó nhận được nhất. Lý do là nhôm bị ôxi hóa rất nhanh và ôxít nhôm là một hợp chất cực kỳ ổn định, không giống như gỉ sắt, nó không bị bong ra.

Người khởi nghiệp

Vào cuối thế kỷ thứ XIX, nhôm là thứ kim loại quí, còn hiếm hơn cả bạc. Tổng lượng nhôm sản xuất ở Mỹ vào năm 1884 chỉ có 125 pound (01 pound tương đương 450 gram). Tại Trường Cao đẳng Oberlin ở Bang Ohio, Giáo sư Frank Jewett đã chỉ cho các sinh viên thấy một mẩu nhôm nhỏ và nói với họ rằng, bất cứ người nào có thể tìm ra được phương pháp sản xuất một cách kinh tế thứ kim loại quí này thì người đó sẽ trở nên giàu có. Charless Martin Hall là một trong số những sinh viên đó. Say mê với các mẩu kim loại từ khi mới 12 tuổi, Hall đã nung nấu trong lòng khát vọng sản xuất nhôm và ông đã biến ngôi nhà kho bằng gỗ nhỏ đằng sau vườn nhà mình thành một phòng thí nghiệm thô sơ để hàng ngày vùi mình vào đó nghiên cứu.

Tài liệu tham khảo

Suốt trong thời gian học và sau khi tốt nghiệp, Hall liên tục miệt mài với các thí nghiệm trong nhà kho và đã tự chế tạo được một nồi nấu kim loại bằng cacbon để phục vụ việc tạo ra ôxít nhôm-alumina. Đầu năm 1886, ông đổ đầy dung dịch cryolite có chứa alumina (Al2O3) vào nồi nấu kim loại đó và cho dòng điện chạy qua. Kết quả là ông thu được một đống lổn nhổn những chất đông cứng, ông để cho chúng nguội đi, sau đó dùng búa đập vụn ra. Trong đám bụi bốc lên có thấy một vài mảnh nhôm nguyên chất.

Điện phân nhôm tiêu tốn một lượng điện rất lớn, chi phí điện đã chiếm 25% giá thành; để làm chảy 1 tấn nhôm cần khoảng 13,5 - 18,5 MWh để tách nhôm ra khỏi oxi trong alumina; mức tiêu thụ thấp nhất là 13.500 kWh/tấn nhôm ở nhà máy điện phân nhôm Moral của BHP ở Mozambic, cao là 16.292 Kwh/tấn nhôm ở nhà máy Bratsk ở Nga. Vì vậy, sản xuất nhôm chỉ đem lại hiệu quả khi giá điện thấp < 3 US cent/kWh. Để có được giá thành hạ, các công ty thường có nhà máy điện riêng, hầu hết là thuỷ điện như Alcan có tới 11 nhà máy thuỷ điện với tổng công suất 4.156 MW, Alcoa tự sản xuất được 25% lượng điện cho sản xuất

Tái chế nhôm

Sự tái chế nhôm từ các phế thải đã trở thành một trong những thành phần quan trọng của công nghiệp luyện nhôm. Việc tái chế đơn giản là nấu chảy kim loại, nó rẻ hơn rất nhiều so với sản xuất từ quặng. Việc tinh chế nhôm tiêu hao nhiều điện năng; việc tái chế chỉ tiêu hao khoảng 5% năng lượng để sản xuất ra nó trên cùng một khối lượng sản phẩm. Một thực tế phổ biến cho đến đầu thập niên 1900 là việc tái chế nhôm là không mới. Tuy nhiên, nó là lĩnh vực hoạt động trầm lắng cho đến tận những năm cuối thập niên 1960 khi sự bùng nổ của việc sử dụng nhôm để làm vỏ của các loại đồ uống cuối cùng đã đưa việc tái chế nhôm vào trong tầm chú ý của cộng đồng. Các nguồn tái chế nhôm bao gồm ô tô cũ, cửa và cửa sổ nhôm cũ, các thiết bị gia đình cũ, contener và các sản phẩm khác