Tài nguyên bôxit - Tình hình, triển vọng và công nghệ khai thác, chế biến

12:00' AM - Thứ ba, 11/04/2006

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 SiO2thấp, 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

Haiti

Cộng hòa Đominic

Guyana (thuộc Pháp)

Columbia

1.905

1.866

10

29

42

0

305

250

40

15

130

100

2.210

2.116

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

Tây Ban Nha

Thổ Nhĩ Kỳ

Anh

Áo

945

572

320

21

2

5

5

20

0

0

2.010

400

500

500

0

45

125

435

3

2

2.955

972

820

521

2

50

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

Zimbabuê

Mali

Ghi-nê Bit-xô

Nam Phi

Malagasi

Malauy

Zaia

6.663

5.407

446

680

126

2

2

0

0

0

0

0

0

6.213

3.400

100

800

0

0

3

880

500

70

200

60

200

12.876

8.807

546

1.480

126

2

5

880

500

70

200

60

200

8. Châu Á

Trung Quốc

Ấn Độ

Inđônêxia

Malaysia

Pakistan

Iran

A Rập Xê-út

Philippin

Việt Nam

Đài Loan

1.829

94

952

739

11

15

9

9

0

0

0

7.550

850

3.000

1.500

5

105

70

145

250

1.550

75

9.179

944

3.952

2.239

16

120

79

154

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 Al2O3bằng 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 SiO2rất 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. Ởnước 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

4

5

6

7

8

9

10

ôxtrâylia

Braxin

Ghinê

Giamaica

Trung Quốc

Nga

Ấn Độ

Surinam

Vênêzuêna

Guyana

61,84

18,83

17,57

17,50

14,39

12,92

10,82

4,79

4,26

3,93

45,03

16,65

16,32

14,86

12,29

11,29

9,87

4,14

3,84

3,64

13,59

7,33

7,22

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: 

Lĩnh vực
sử dụng

Thành phần hóa học, %

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:

Thành phần, %

Bôxit Guyana

Bôxit TQ

RASC (Cấp bôxit nung cho vật liệu chịu lửa)

Cấp bôxit

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-Al2O3dùng 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

Fe2O­3

SiO2

TiO2

Na2O

Na2O

V2O5

P2O5

CaO

MgO

ZnO

CuO

MnO2

SO3

Ga2O3

Cr2O3

NiO

0,01 - 0,05

0,01 - 0,02*

0,002 - 0,01

0,25 - 0,5

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

Tỷ trọng riêng (tự do), kg/dm3

Tỷ trọng riêng (nén), kg/dm3

Diện tích bề mặt riêng, m2/g

a-Al2O3, %

Góc trượt, độ

Độ ẩm (1050C), %

Độ ẩm (3000C), %

Mất khi nung (11000C), %

0,930 - 1,030

1,100 - 1,300

5 - 100

5 - 90

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 âu

3.297

3.549

3.718

3.801

3.885

3.928

4.068

4.295

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 Dương

1.804

1.934

2.029

2.094

2.122

2.170

2.198

2.246

Tổng

19.479

19.949

20.646

21.191

20.551

21.199

21.935

22.591

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+ C2trong 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 %

Modul silic

Trữ lượng  (triệu tấn)

Al2O3

SiO2

Ma Mèo

22 thân

quặng deluvi

100 - 900

50 - 350

1 - 50

50

6.5

7.7

9.53

Đồng Đăng

4 thân deluvi

200 - 800

60 - 400

3 - 30

50

9.2

5.5

4.60

Tam Lung

1 thân quặng gốc

1800

30 - 300

30 - 50

49.50

12.60

4

2.84

Cộng

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.

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
(khu mỏ)

Trữ lượng tinh quặng (triệu tấn)

Trữ lượng quặng nguyên khai

 (B + C1)

C2

P

Cộng

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, Fe2O3đều 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.

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 Al2O347-49%, SiO23-5%, 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.

IV. 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 SiO2thấp. Bôxit có hàm lượng SiO2hoạt 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/ SiO2lên > 7, thích hợp cho công nghệ Bayer.

Trên thế giới, các phương pháp làm giàu đơn giản và phổ biến để giảm hàm lượng SiO2trong 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 SiO2cao 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 SiO2trong 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 Al2O3trong 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 Na2CO3có 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+ CaCO3trong 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

NaAlO2rắn 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 SiO2cao và hàm lượng Fe2O3thấp, 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 Na2CO3và 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 SiO2cao 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

4

5

Sơn Đông

Trịnh Châu

Mở rộng

Sơn Tây

Mở rộng

Trụ Châu

Mở rộng

Quí Châu

Mở rộng

Thiêu kết

Kết hợp

Bayer

Kết hợp

Bayer

Thiêu kết

Bayer

Kết hợp

Bayer

860

1200

750

1200

800

800

700

700

400

1956

1962

2005

1995

2005

1993

2004

1968

2005

930

1375

1416

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 Al2O3được tách ra trong dạng NaAlO2tan 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 NaAlO2được làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết và cho mầm Al(OH)3để kết tủa.

- Sản phẩm Al(OH)3cuối 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 Al2O3của 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 Al2O3của 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

240 - 260

100 - 150

240 - 260

Không có xưởng hoạt 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 khuấy phân huỷ, g/l

500 - 700

150-250

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, %

Góc trượt, độ

Dạng bột

-

10

40

50

5 - 10

60 - 70

~0,5

40 - 50

Dạng cát

<5

60

25

<10

>30

<30

~1

~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 Al2O3trong huyền phù mầm với Al2O3trong 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 SiO2cao 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 Al2O3và SiO2cao (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/m3thì 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.

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, KWh/t Al

18100

15700

13500

13300

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/AlF3thấp (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).

tháp rửa, dung dịch Na2CO3được 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 SO2đạt 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:

Sơ đồ làm sạch

Hiệu quả khử, %

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 AlCl3khoảng 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 TiB2trên 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.         

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,