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 - Fe₂O_3, gơtít a - Fe₂O₃.H₂O

TiO₂  :  0,5 - 8%                         anatat TiO_2,  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 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 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-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
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

 

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

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

 

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 %		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.

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 (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, 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.

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 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 - 107^oC), 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 1200^oC 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   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 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 Na₂O_c).

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 - 300 240 - 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 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:

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, 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/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:

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 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.