Bài 4: Tái Chế Kim Loại | Chuyên đề học tập Hóa học 12 | Chuyên Đề 2: Trải Nghiệm, Thực Hành Hóa Học Vô Cơ - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Trang 17

MỤC TIÊU

- Trình bày được ý nghĩa của quá trình tái chế kim loại nói chung.

- Trình bày được quá trình tái chế kim loại (nhôm, sắt, đồng,...) của các nước tiên tiến và của Việt Nam.

- Trình bày được tác động đến môi tường của quy trình tái chế thủ công.

Hình 4.1. Phân loại, thu gom kim loại để tái chế

I. Ý NGHĨA CỦA TÁI CHẾ KIM LOẠI

1. Tiết kiệm tài nguyên

Ngày nay, sau mội thời gian dài khai thác tài nguyên thiên nhiên, trữ lượng khoáng sản, ngày càng cạn kiệt, nguồn quặng dùng cho sản xuất kim loại ngày càng khan hiếm và
tăng giá. Do vậy, tái chế kim loại là giải pháp phát triển bền vững, giúp tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên, đem lại lợi ích lâu dài cho các thế hệ hiện tại và tương lai.

Trang 18

2. Tiết kiệm năng lượng

Quy trình tái chế kim loại (quy trình thứ cấp) thường cho chi phí sản xuất thấp hơn nhiều so với quy trình sản xuất từ quặng (quy trình sơ cấp).

3. Bảo vệ môi trường

Quá trình tái chế kim loại thường sử dụng ít nhiên liệu hơn, phát thải khí nhà kính ít hơn và giảm thiểu sử dụng đất đẻ chôn lắp phề liệu, bảo tồn hệ sinh thải,... so với sản
xuất kim loại từ quặng.

4. Tạo việc làm, thu nhập cho người lao động

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã quan tâm, đầu tư cho ngành công nghiệp tái chế kim loại, mang lại cơ hội việc làm cho hàng triệu lao động tham gia vào các khâu từ thu
gom, phân loại tới gia công ở các nhà máy, cơ sở sản xuất.

5. Thúc đẩy sử dụng công nghệ xanh và mô hình kinh tế tuần hoàn

Hiện nay, các nhà máy tái chế kim loại được trang bị công nghệ ngày càng tiên tiến để làm sạch khí thải bằng cách loại bỏ bụi, hợp chất có tính acid (HCI, HF, ,...), chất hữu cơ dễ bay hơi, đioxin và furan,...

Khi các công nghệ tái chế hiện đại được áp dụng triệt để, kim loại thu được ở cuối các quy trình tái chế sẽ có chất lượng tương đương kim loại sản xuất từ quặng.

EM CÓ BIẾT

Một số lợi ích của việo tái chế kim loại

Quá trình sản xuất nhôm từ quặng cần năng lượng điện là 45 kW/eg nhôm trong khi sản xuất nhôm từ phế liệu nhôm chỉcần 2,8 kWh/xg nhôm.

Tương tự, việc sản xuất thép từ quặng sắt tiêu tốn năng lượng là 15 - 24 triệu kJ/ tấn thép (phần lớn nguồn năng lượng này lấy từ than đá), trong khi sản xuất thép từ phế liệu thép chỉ cần tiêu tốn năng lượng là 1,3 - 6,0 triệu kJ/ tấn thép (chủ yếu từ năng lượng điện và điện có thể được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo.

Trên quy mô toàn cầu, công nghiệp sản xuất nhôm phát thải khoảng 3% tổng lượng khí nhà kính (chiếm khoảng 15% tổng lượng phát thải trong vực công nghiệp). Tính trung bình, quá trình sản xuất nhôm từ quặng phát thải 12kg , trong khi sản xuất nhôm từ phế liệu chỉ phát thải 0,6 kg

Nguồn:

Đerk Raabe và cộng sự (2022), Making substanable aluminum by recycling scrap: The science of "dirty" alloys, Progress in Materials Sciense, 128, 100947.

L.D, Danny Harve (2021). lron and steel recycling: Review, conceptual mode, irreducible mining requirements and energy implications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 138, 110553.

Câu hỏi và bài tập

Trình bày ý nghĩa của tái chế kim loại trong việc bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi tường sống trên Trái Đất.

Trang 19

II. QUY TRÌNH TÁI CHẾ CÁC KIM LOẠI PHỔ BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1. Quy trình chung về tái chế kim loại

Quy trình chung về tái chế kim loại gồm nhiều giai đoạn, bắt đầu từ thu gom, phân loại phẾ liệu đến đúc sản phẩm (Hình 4.2)

Hình 4.2. Minh hoạ quy trình chung về tái chế kim loại

• Giai đoạn 1: Thu gom, phân loại phế liệu

Phế liệu kim loại được phân loại theo các kim loại khác nhau như phế liệu nhôm, phế liệu sắt, phế liệu đồng,... Tiếp đó, phế liệu còn được chia thành phế liệu mới và phế liệu cũ. Phế liệu mới được tạo ra trong công đoạn sản xuất, chế tạo như cắt gọt, đúc phôi, tiện, phay, sản phẩm lỗi,... Phế liệu cũ là các sản phẩm bằng kim loại đã qua sử dụng và bị oxi hoá một phần như phương tiện giao thông, vật liệu xây dựng, thiết bị, máy móc, đồ điện, bao bì,...

• Giai đoạn 2: Xử lí sơ bộ

Thường trong giai đoạn này, phế liệu được loại bỏ tạp chất kết dính (như nhựa, dầu mỡ,...) và sau đó có thể được cắt nhỏ, sấy khô để thu được nguyên liệu thô.

• Giai đoạn 3: Phối trộn phế liệu

Trước khi được nạp vào lò, nguyên liệu cần được phối trộn theo một tỉ lệ nhất định để đảm bảo thành phần chính xác của hợp kim trong sản phẩm cuối cùng.

• Giai đoạn 4: Nấu chảy

Phế liệu được nấu chảy trong những lò nung thích hợp, tuỳ theo thành phần, hàm lượng kim loại trong phế liêu cũng như điều kiện chế tạo của hợp kim trong phế liệu.

• Giai đoạn 5: Tinh chế

Sau khi nấu chảy phế liệu lỏng được loại bỏ tạp chất hoặc thêm phụ gia nhằm thu được kim loại hoặc hợp kim có thành phần mong muốn.

Trang 20

• Giai đoạn 6: Đúc

Kết thúc giai đoạn tinh chế, kim loại hoặc hợp kim nóng chảy được đúc thành các sản phẩm ở dạng thỏi, dạng tấm, dạng phôi,...

2. Quy trình tái chế một số kim loại phổ biến

a) Tái chế nhôm

Các giai đoạn quan trọng trong quá trình tái chế nhôm:

• Nấu chảy

Phế liệu nhôm được nấu chảy ở nhiệt độ cao (khoảng 750 °C) cùng với một số muối (như NaCI) nhằm hạn chế sự oxi hoá của nhôm lỏng bởi oxygen trong không khí.

• Tinh chế

Phế liệu nhôm nóng chảy có thể được sục khí chlorine, argon, nitrogen nhằm loại bỏ các tạp chất như calcium và magnesium. Ngoài ra, mội số kim loại có thể được thêm vào ở giai đoạn này nhằm thu được các hợp kim có thành phần mong muốn.

Câu hỏi và bài tập

So sánh một số ưu điểm nổi bật của sản xuất nhôm thứ cấp (tái chế từ phế liệu) so với sản xuất nhôm sơ cấp (sản xuất từ quặng bauxite).

b) Tái chế thép

Các giai đoạn quan trọng trong quả trình tái chế thép:

• Nấu chảy

Thép phổ liệu thường được nấu chảy trong lò điện ở nhiệt độ cao (khoảng 1 600 °C) và được sục khí oxygen để loại bỏ carbon và các tạp chất dễ cháy.

• Tinh chế

Ở giai đoạn này, vôi được thêm vào phế liệu thép lỏng nhằm loại bỏ tạp chất dưới dạng xỉ. Ngoài ra, một số thành phần như carbon, manganesse, silicon,... có thể được bổ sung với lượng phù hợp để thép thành phẩm đạt các yêu cầu kĩ thuật.

c) Tái chế đồng

Các giai đoạn quan trọng trong quá trình tái chế đồng.

• Nấu chảy

Đồng phế liệu được nung chảy ở nhiệt độ cao (khoảng 1 100 °C) trong lò nung thích hợp.

• Tinh chế

Phế liệu đồng nóng chảy được loại bỏ oxygen trong tạp chất oxide bằng khí thiên nhiên để thu được đồng tinh khiết hơn.

Để thu được đồng có độ tinh khiết cao, cần tinh chế đồng bằng phương pháp điện phân.

Trang 21

III. TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CỦA QUY TRÌNH TÁI CHẾ KIM LOẠI THỦ CÔNG

Quy trình tái chế kim loại thủ công sử dụng các công nghệ cũ, tốn nhiên liệu, phát sinh chất thải gây ảnh hưởng xấu đến môi trường.

1. Ô nhiễm không khí

Trong quy trình tái chế thủ công, quá trình đốt cháy nhiên liệu (than đá, khí đốt,...) để nấu chảy phế liệu cũng như quá trình phân huỷ tạp chất trong phế liệu ở nhiệt độ cao
đã phát thải khói bụi và các chất độc hại vào không khí.

Thành phần khí thải của quy trình tái chế thủ công chủ yếu là bụi, bụi mịn; oxide của kim loại; oxide của carbon, nirogen, sulfur; hơi acid; hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

2. Ô nhiễm nguồn nước

Quy trình tái chế thủ công sử dụng một lượng lớn nước để làm sạch phế liệu, vệ sinh thiết bị, nhà xưởng, làm mát,... tạo ra nhiều nước thải gây ô nhiễm môi trường xung quanh.

Thành phần nước thải của quy trình tái chế thủ công thường chứa nhiều chất như: hoá chất tẩy rửa, dầu mỡ, ion kim loại nặng,...

3. Ô nhiễm môi trường đất

Quy trình tái chế thủ công phát thải một lượng lớn chất thải rắn ra mỗi trường như tạp chất từ giai đoạn xử lí sơ bộ, xỉ thải,... gây ô nhiễm môi trường đất.

Hoạt động nghiên cứu

Tìm hiểu ảnh hưởng của quy trình tái chế kim loại thủ công đối với môi trường và sức khỏe người dân ở mội số làng nghề tái chế.

EM ĐÃ HỌC

• Tái chế kim loại giúp tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường, tiết kiệm nguyên liệu, nhiên liệu, gia tăng giá trị kinh tế, đáp ứng được nhu cầu sử dụng kim loại ngày càng tăng của con người.

• Quy trình chung của tái chế kim loại gồm các giai đoạn: thu gom, phân loại; xử lí sơ bộ; phối trộn phế liệu; nấu chảy; tinh chế; đúc.

• Quy trình tái chế kim loại thủ công gây tác động xấu đến môi trường, làm ô nhiễm không khí, nguồn nước và môi trường đất.

EM CÓ THỂ

• Phân loại các loại chất thái rắn chứa kim loại phục vụ cho mục đích tái chế.

• Tuyên truyền về ý nghĩa của tái chế kim loại với sự sống trên Trái Đất.