Phần 1: TỔNG QUAN VỀ CANXI OXIT1.Giới thiệu chung về canxi oxit:1.1.Vai trò và ứng dụng:Khi cho tác dụng với nước nó trở thành vôi tôi (Ca(OH)2), được sử dụng trong các loại vữa để làm tăng độ lên kết và độ cứng. Phản ứng này diễn ra rất mãnh liệt và tỏa nhiều nhiệt. Vôi sống cũng được sử dụng trong sản xuất thủy tinh và khả năng phản ứng của nó với các muối silicat cũng được sử dụng trong công nghiệp sản xuất kim loạihợp kim ngày nay (thép, magiê, nhôm và một số kim loại màu khác) để loại bỏ các tạp chất dưới dạng xỉ.Vôi sống (CaO) cũng được sử dụng trong xử lý nước và nước thải để làm giảm độ chua, để làm mềm như là chất kết bông và để loại bỏ các tạp chất phốtphat và các tạp chất khác; trong sản xuất giấy để hòa tan linhin, như là chất làm đông trong tẩy rửa; trong nông nghiệp để cải thiện độ chua của đất; và trong kiểm soát ô nhiễm trong các máy lọc hơi để khử các khí thải gốc lưu huỳnh và xử lý nhiều chất lỏng. CaO cũng là chất khử nước và được sử dụng để làm tinh khiết axít citric, glucoza, các thuốc nhuộm và làm chất hấp thụ CO2. Vôi sống cũng được sử dụng trong công nghiệp sản xuất đồ gốm, xi măng, sơn…1.2.Thực trạng sản xuất và xuất khẩu vôi tại Việt Nam:Ngành sản xuất vôi tại Việt Nam hiện nay còn rất sơ khai đa phần được sản xuất theo công nghệ nung thủ công. Các sơ sở sản xuất mang tính chuyên nghiệp, công nghiệp rất khiêm tốn. Cả nước chỉ có khoảng 6 đến 7 cơ sở, với công suất thiết kế của mỗi lò khoảng 150 tấn đến 200 tấnngày. Còn lại đa số là các lò thủ công công suất từ 5 đến 7 tấnmẻ hoặc từ 15 đến 20 tấnngày.Về tiêu thụ, với nền kinh tế của Việt Nam hiện nay chủ yếu vẫn là lấy nông nghiệp và gia công các hàng công nghiệp nhẹ, công nghiệp nặng hoặc công nghiệp cơ bản đang rất khiêm tốn và hiện tại đang trong giai đoạn đẩy nhanh công nghiệp hóa, hiện đại hóa với những ngành công nghiệp có công nghệ cao, do vậy việc tiêu thụ vôi ở Việt Nam cũng rất khiêm tốn và không có thị trường, sản lượng vôi tiêu thụ chủ yếu là dựa vào xuất khẩu.Theo số liệu điều tra từ các Sở Xây dựng, Niên giám thống kê các tỉnh năm 20102012 và quy hoạch phát triển VLXD tại địa phương thì sản lượng vôi ở Việt Nam nămSTTChỉ tiêu2010201120121Tiêu thụ trong nước (tấn)1.628.6061.689.1931.150.0002Xuất khẩu (tấn)300.000450.0002.000.000Tổng lượng vôi tiêu thụ1.928.6062.139.1933.150.000Do công nghệ nung thủ công nên việc sản xuất sinh ra lượng khí thải khổng lồ, gây ô nhiễm môi trường. Do đó, việc phát triển sản xuất vôi công nghiệp để thay thế dần các lò nung vôi thủ công là một yêu cầu bức thiết và là xu hướng tất yếu.2.Nguyên liệu sản xuất CaO:2.1. Nguyên liệu chính: Là từ núi đá vôi (CaCO3) thiên nhiênThành phần chủ yếu của đá là CaCO3 ngoài ra còn pha lẫn một ít tạp chất nhưMgCO3, SiO2, Al2O3, Fe2O3...Phân loại: gồm 2 loại chính là loại dùng cho công nghiệp hoá chất và loại cho công nghiệp sản xuất ximăng, tùy thuộc vào độ cứng của đá, thành phần các chất, màu sắc mà người ta sử dụng trong từng lĩnh vực cụ thể.Ví dụ:a. Đá vôi hóa chất Thanh Nghị:Đá vôi hóa chất Thanh Nghị ở huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam là khu mỏ nằm sát bờ phải sông Đáy, cách quốc lộ 1A gần 1,5km. Đá vôi lộ ra từ độ cao 7,5 đến 180 m tạo ra những núi vách dốc, kéo dài theo phương kinh tuyến. Đá vôi ở đây thuộc hệ Đồng Giao, chia thành 3 tầng đá vôi công nghiệp:Đá vôi hóa chất (đá vôi sạch):Calcit (CaCO3) 9098%)Đôlômít (CaCO3.MgCO3) 03%CaO 55,04 55,33%MgO 0,41 0,80%SiO2 0,050,16%…Đá vôi xi măng:Calcit (CaCO3) 9095%Đôlômít (carbonat magie) 3 5%Các khoáng vật khác nhỏ hơn 5%CaO 53,89 54,94%MgO 1,16 1,43%SiO2 0,09 0,20%,…Đá vôi xây dựng có tỷ lệ nhỏ hơn gồm các đá đôlômít, đôlômít vôi màu xám tro, xám đen; kiến trúc hạt mịn nhỏ; cấu tạo phân lớp hoặc dạng thấu kính. Mỏ có trữ lượng tiềm năng 154,610 triệu tấn (công nghiệp hóa chất); 59,725 triệu tấn (công nghiệp xi măng); 0,337 triệu tấn (đá xây dựng). Đây là một mỏ đá vôi lớn.b. Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê:Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê ở huyện Thanh Liêm là mỏ đá vôi lộ trong vùng đồng bằng. Diện tích đã thăm dò dài khoảng 500m, rộng 100m. Đây là mỏ đá vôi công nghiệp (đá vôi sạch), màu xám, màu xanh, hoặc xám trắng có hàm lượng Calcit > 95%.Thành phần gồm:CaO: 54,23 54,25%MgO:0,61 0,55%Trữ lượng tiềm năng của mỏ khoảng 2,222 triệu tấn.c. Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn:Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn ở huyện Kim Bảng là khu mỏ nằm gần rìa tây Công ty Xi măng Bút Sơn, với tổng diện tích 3km2. Mỏ là dải núi đá cacbonat kéo dài theo phương bắc – nam, phân bố ở độ cao 70 326m, nằm trong hạ tầng Đồng Giao.Thành phần đá vôi gồm:CaO 54,30 55,19%MgO 0,57 0,85%SiO2 0,13 0,71%Trữ lượng tiềm năng của mỏ khoảng 163,084 triệu tấn đá cho công nghiệp hóa chất 414,428 triệu tấn cho công nghiệp xi măng và khoảng 12,463 triệu tấn đá cho xây dựng.2.2.Các yêu cầu về đá vôi: a.Yêu cầu về chất lượng:Yêu cầu nguồn nguyên liệu đá vôi sử dụng cho ngành hóa chất là phải sạch, ít pha lẫn tạp chất cơ học, có hàm lượng CaO cao, do vậy để xác định thành phần của mẫu đá vôi, phương pháp chính là phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm.b.Yêu cầu về kích thước hình dáng:Căn cứ vào kiểu lò và nguyên liệu đốt lò để quyết định kích thước và hình dạng cho đá thích hợp, như vậy mới đảm bảo lò hoạt động tốt và tạo được sản phẩm chín điều. Hình dạng viên đá phải có diện tích tiếp xúc nhiệt lớn để CO2 thoát ra nhanh và đá chóng chín. Kích thước các viên đá phải đồng điều nhằm tránh hiện tượng khi xếp đá tạo ra khe hở lớn làm cho ngọn lửa cháy nhanh gây ra hiện tượng cháy lưới, ngoài ra khe hở lớn còn làm cho than vụn bị dồn xuống đáy lò gây ra hiện tượng vôi ở phần dưới lò bị quá lửa và vôi ở phần trên lò bị sống.Do vậy trong thực tế để thuận tiện cho quá trình vận hành và thu sản phẩm, người ta ta thường dùng kích thước hạt của nguyên liệu khá lớn (60 đến 200 mm), tỉ lệ giữa đá vôi và nhiên liệu là 9:1, do vậy mà nhiệt độ của lò để phân hủy CaCO3 khá cao (từ 900 đến 1200oC)3.Tính chất của các chất tham gia phản ứng:3.1.Canxi carbonat (đá vôi trong tự nhiên):Phương trình phân hủy vôi ở 25oC (phản ứng thu nhiệt)CTPTCaCO3Tên gọi theo IUPACCanxi carbonatPhân tử gam100gmolTỷ trọng, pha2.83gcm3 , rắnĐộ hòa tan trong nướcKhông tanĐiểm nóng chảy825oC (phân hủy)Biểu hiệnBột màu trắng CaCO3 CaO + CO2 (– 42.50 kcalmol) Bảng 1: Tính chất vật lý của CaCO3 (số liệu của bản ở điều kiện 25 oC, 100 KPa)Là một chất thường được sử dụng trong y tế như một chất bổ sung canxi hay một chất khử chua. Chất này thường được tìm thấy dưới dạng đá ở khắp nơi trên thế giới, là thành phần chính trong mai, vỏ của các loài sò, ốc hoặc vỏ của ốc sên. Nó là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nước cứng.3.2.Canxi oxit (vôi sống):Phương trình hòa tan ở 25 oCCaO + H2O Ca(OH)2 + 15.6 kcalmolBảng 2: Tính chất vật lý CaO:CPTPCaOTên gọiCanxi oxitBiểu hiệnChất rắn, màu trắngPhân tử gam56 gmolĐiểm nóng chảy2572oCĐiểm sôi2850oCTỷ trọng riêng103kgcm3Độ hòa tanPhản ứng với nước tạo Ca(OH)2 hoặc CaCO3Hút ẩm mạnh(số liệu ở điều kiện 25oC và 100KPa)Là chất rắn có dạng tinh thể màu trắng và là một chất ăn da và có tính kiềm. Như là một sản phẩm thương mại thì vôi sống có chứa lẫn cả oxyt magie (MgO), oxyt silic (SiO2) và một lượng nhỏ oxyt nhôm (Al2O3) và các oxyt sắt.Oxyt canxi thông thường được sản xuất bằng cách phân hủy bởi nhiệt (nung nóng) các loại vật liệu tự nhiên như đá vôi là khoáng chất chứa cacbonat canxi (CaCO3). Diễn ra khi vật liệu này bị nung nóng tới nhiệt độ khoảng 900°C.Bảng 3: Độ hòa tan CaO trong nước theo nhiệu độ (S, gam chất tan trên 100g dung dịch, %khối lượng)Nhiệt độ (oC)Hàm lượng (%)00.1310200.123300.113400.104500.096600.086800.067100(tra sổ tay Quá Trình Thiết Bị tập 1, trang 265)3.3.CO2:Bảng 4: Tính chất vật lý CO2CTPTCO2Tên gọi theo IUPACCarbon dyoxitPhân tử gam44 gmolTỷ trọng, pha1.98 kgm3 , khíĐộ hòa tan trong nước 1.45 kgm3Điểm nóng chảy57oCĐiểm sôi78oCTan rất nhiều trong nước tạo axit H2CO3, hằng số phân li pKa1 = 6.35 và pKa2 = 10.33, ở 25 oC. Trong dạng rắn, nó được gọi là băng khô.Ứng dụng:Đioxyt cacbon lỏng và rắn là chất làm lạnh quan trọng, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm, trong đó chúng tham gia vào quá trình lưu trữ và vận chuyển các loại kem và các thực phẩm đông lạnh.Đioxyt cacbon được sử dụng để sản xuất nước giải khát cacbonat hóa và nước sôđa. Bột nở sử dụng trong các loại bánh nướng tạo ra khí cacbonic làm cho khối bột bị phình to ra, do tạo ra các lỗ xốp chứa bọt khí. Men bánh mì tạo ra khí cacbonic bằng sự lên men trong khối bột, trong khi các loại bột nở hóa học giải phóng ra khí cacbonic khi bị nung nóng hoặc bị tác dụng với các axít. Đioxyt cacbon dập tắt lửa, và một số bình cứu hỏa, đặc biệt là các loại được thiết kế để dập cháy do điện, có chứa đioxyt cacbon lỏng bị nén. Điôxít cacbon lỏng là một dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ, và được dùng để loại bỏ cafêin từ cà phê... 3.4.Ảnh hưởng của các tạp chất đến sản phẩm nung vôi:Do nung ở nhiệt độ cao, trong nguyên liệu thường có tạp chất là silic và các nguyên tố khác dễ nóng chảy, sẽ tạo thành hợp chất nóng chảy (ít nhất cũng là lớp màng bọc bên ngoài khối CaO) và làm mất hoặc giảm khả năng hợp nước của vôi sống gọi là vôi chết.4.Giới thiệu nguyên liệu:Chúng ta có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như:•Nhiên liệu rắn: than, củi, rơm rạ …•Nhiên liệu lỏng: dầu mazut, dầu DO, dầu FO …•Nhiên liệu khí: khí thiên nhiên, khí lò cao, khí lò cốcNhiên liệu sử dụng tốt nhất là khí hoặc lỏng để không có xỉ than lẫn vào vôi. Tuy nhiên cũng có thể dùng than bụi và đương nhiên sẽ lẫn vào vôi chín dưới dạng bụi và phải sàng lọc để loại sỉ và thu được vôi sạch. Để năng suất đạt 500 tấnngày thì ta cần sử dụng nhiên liệu khí, và nguồn nguyên liệu khí hóa là nuồn nguyên liệu rẻ và được khai thác trong nước.Thành phần nguyên tố và tính chất:Các loại nhiên liệu rắn, lỏng, khí có giá trị khác nhau tùy theo nhiệt lượng khi cháy phát ra. Đặc trưng cho giá trị nhiệt là phần cháy được của nó, còn phần không cháy được ở dạng rắn (tro), dạng lỏng (nước), dạng khí (trơ). Nói chung phần cháy chiếm một khối lượng khá lớn, tùy theo từng loại. Thành phần chủ yếu của phần cháy là hydrocarbon, oxyt carbon, lưu huỳnh, còn phần không cháy được gọi là alumosilicat, một vài loại oxyt vô cơ (rắn), nước (lỏng), và các khí trơ như N2Phương trình phản ứngCO2CO2CO2CO + O2 = 2CO2CH4CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2OH2H2 + 0.5 O2 = H2ON2N2TổngĐể đánh giá chất lượng của nhiên liệu cần phân tích thành phần hóa học của nhiên liệu. Ở đây sử dụng nhiên liệu khí hóa than nên thành phần chính gồm: CO, CO2, H2, CH4, C2H2, …
TỔNG QUAN VỀ CANXI OXIT
Giới thiệu chung về canxi oxit
1.1 Vai trò và ứng dụng:
Khi tác dụng với nước, vôi sống (CaO) chuyển thành vôi tôi (Ca(OH)2), được ứng dụng trong các loại vữa nhằm tăng cường độ kết dính và độ cứng Phản ứng này diễn ra mạnh mẽ và tỏa ra nhiều nhiệt Ngoài ra, vôi sống còn được sử dụng trong sản xuất thủy tinh và có khả năng phản ứng với các muối silicat, góp phần quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất kim loại và hợp kim như thép, magiê, nhôm và các kim loại màu khác để loại bỏ tạp chất dưới dạng xỉ.
Vôi sống (CaO) được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước và nước thải nhằm giảm độ chua, làm mềm nước, kết bông và loại bỏ tạp chất như phốtphat Trong ngành sản xuất giấy, CaO giúp hòa tan linhin và được sử dụng làm chất đông trong các sản phẩm tẩy rửa Ngoài ra, vôi sống cải thiện độ chua của đất trong nông nghiệp và kiểm soát ô nhiễm thông qua việc khử khí thải gốc lưu huỳnh và xử lý chất lỏng CaO cũng là chất khử nước, được dùng để tinh chế axít citric, glucoza, thuốc nhuộm và hấp thụ CO2 Hơn nữa, vôi sống còn được sử dụng trong sản xuất đồ gốm, xi măng và sơn.
1.2 Thực trạng sản xuất và xuất khẩu vôi tại Việt Nam:
Ngành sản xuất vôi tại Việt Nam hiện nay chủ yếu dựa vào công nghệ nung thủ công, với sự phát triển còn hạn chế Số lượng cơ sở sản xuất chuyên nghiệp và công nghiệp rất ít, chỉ khoảng 6 đến 7 cơ sở, mỗi lò có công suất thiết kế từ 150 đến 200 tấn/ngày Phần lớn còn lại là các lò thủ công có công suất thấp hơn, điều này cho thấy tiềm năng phát triển lớn cho ngành sản xuất vôi tại Việt Nam.
5 đến 7 tấn/mẻ hoặc từ 15 đến 20 tấn/ngày.
Tiêu thụ vôi ở Việt Nam hiện nay còn rất khiêm tốn, chủ yếu do nền kinh tế vẫn phụ thuộc vào nông nghiệp và gia công hàng công nghiệp nhẹ Mặc dù đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa với sự phát triển của các ngành công nghiệp công nghệ cao, thị trường tiêu thụ vôi vẫn chưa phát triển mạnh mẽ Sản lượng vôi tiêu thụ chủ yếu dựa vào xuất khẩu, cho thấy tiềm năng phát triển trong tương lai.
Theo số liệu từ các Sở Xây dựng và Niên giám thống kê các tỉnh trong giai đoạn 2010-2012, cũng như quy hoạch phát triển vật liệu xây dựng tại địa phương, sản lượng vôi ở Việt Nam đã có sự biến động đáng kể trong những năm qua.
Tổng lượng vôi tiêu thụ 1.928.606 2.139.193 3.150.000
Việc sản xuất vôi thủ công gây ra lượng khí thải lớn, dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Do đó, phát triển sản xuất vôi công nghiệp để thay thế các lò nung thủ công là nhu cầu cấp thiết và là xu hướng tất yếu hiện nay.
Nguyên liệu sản xuất CaO
Là từ núi đá vôi (CaCO3) thiên nhiên
Thành phần chủ yếu của đá là CaCO3 ngoài ra còn pha lẫn một ít tạp chất như
Phân loại đá vôi bao gồm hai loại chính: loại dành cho công nghiệp hóa chất và loại phục vụ cho sản xuất ximăng Việc lựa chọn loại đá phù hợp phụ thuộc vào độ cứng, thành phần hóa chất và màu sắc của đá, nhằm đáp ứng yêu cầu cụ thể trong từng lĩnh vực.
Đá vôi hóa chất Thanh Nghị tọa lạc tại huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam, gần bờ phải sông Đáy và cách quốc lộ 1A khoảng 1,5km Mỏ đá vôi này lộ ra từ độ cao 7,5m, mang lại nguồn nguyên liệu quý giá cho ngành công nghiệp hóa chất.
Dãy núi cao 180 mét tạo ra những vách dốc ấn tượng, kéo dài theo phương kinh tuyến Khu vực này có đá vôi thuộc hệ Đồng Giao, được phân chia thành ba tầng đá vôi công nghiệp, trong đó nổi bật là đá vôi hóa chất, hay còn gọi là đá vôi sạch.
Calcit (CaCO3) 90-98%) Đôlômít (CaCO3.MgCO3) 0-3%
SiO2 0,05-0,16%… Đá vôi xi măng:
Calcit (CaCO3) 90-95% Đôlômít (carbonat magie) 3- 5%
Các khoáng vật khác nhỏ hơn 5%
Mỏ đá vôi Kiện Khê có chứa SiO2 từ 0,09-0,20%, bao gồm các loại đá như đôlômít và đôlômít - vôi màu xám tro, xám đen Đá tại đây có kiến trúc hạt mịn nhỏ, cấu tạo phân lớp hoặc dạng thấu kính Mỏ này có trữ lượng tiềm năng lớn, với 154,610 triệu tấn cho ngành công nghiệp hóa chất, 59,725 triệu tấn cho ngành công nghiệp xi măng, và 0,337 triệu tấn cho đá xây dựng, khẳng định đây là một trong những mỏ đá vôi lớn tại khu vực.
Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê, tọa lạc tại huyện Thanh Liêm, là một mỏ đá vôi lộ thiên trong khu vực đồng bằng Diện tích mỏ được thăm dò dài khoảng 500m và rộng 100m, cung cấp đá vôi công nghiệp với chất lượng cao Đá vôi tại đây có màu xám, xanh, hoặc xám trắng và chứa hàm lượng Calcit lớn, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp.
Trữ lượng tiềm năng của mỏ khoảng 2,222 triệu tấn. c Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn:
Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn, tọa lạc tại huyện Kim Bảng, gần Công ty Xi măng Bút Sơn, có tổng diện tích 3km² Khu mỏ này hình thành dải núi đá cacbonat kéo dài theo hướng bắc – nam, với độ cao từ 70 đến 326m, nằm trong hạ tầng Đồng.
Thành phần đá vôi gồm:
Mỏ có trữ lượng tiềm năng 163,084 triệu tấn đá phục vụ cho ngành hóa chất, 414,428 triệu tấn cho ngành xi măng và khoảng 12,463 triệu tấn đá dành cho xây dựng.
2.2 Các yêu cầu về đá vôi: a Yêu cầu về chất lượng:
Ngành hóa chất yêu cầu nguồn nguyên liệu đá vôi phải sạch, ít tạp chất cơ học và có hàm lượng CaO cao Để xác định thành phần của mẫu đá vôi, phương pháp chính được áp dụng là phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm Ngoài ra, kích thước và hình dáng của đá vôi cũng cần được đảm bảo theo yêu cầu.
Để đảm bảo lò hoạt động hiệu quả và sản phẩm đạt độ chín đồng đều, cần xác định kích thước và hình dạng viên đá phù hợp dựa trên kiểu lò và nguyên liệu đốt Viên đá cần có diện tích tiếp xúc nhiệt lớn để CO2 có thể thoát ra nhanh chóng, giúp đá chín nhanh hơn Kích thước các viên đá cũng phải đồng đều để tránh tạo ra khe hở lớn khi xếp, điều này có thể làm ngọn lửa cháy nhanh, dẫn đến hiện tượng cháy lưới Hơn nữa, khe hở lớn còn gây hiện tượng than vụn bị dồn xuống đáy lò, làm cho vôi ở phần dưới bị quá lửa trong khi vôi ở phần trên lại không chín.
Để thuận tiện cho quá trình vận hành và thu sản phẩm, kích thước hạt của nguyên liệu thường được sử dụng khá lớn, từ 60 đến 200 mm, với tỉ lệ giữa đá vôi và nhiên liệu là 9:1 Do đó, nhiệt độ của lò để phân hủy CaCO3 cần phải đạt mức khá cao.
Tính chất của các chất tham gia phản ứng
3.1 Canxi carbonat (đá vôi trong tự nhiên):
Phương trình phân hủy vôi ở 25 o C (phản ứng thu nhiệt) CaCO3 CaO + CO2 (– 42.50 kcal/mol)
Bảng 1: Tính chất vật lý của CaCO 3
(số liệu của bản ở điều kiện 25 o C, 100 KPa)
Chất này thường được sử dụng trong y tế như một bổ sung canxi và chất khử chua Nó xuất hiện dưới dạng đá trên toàn cầu, là thành phần chính trong mai và vỏ của sò, ốc, cũng như vỏ ốc sên Đây cũng là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nước cứng.
Phương trình hòa tan ở 25 o C CaO + H2O Ca(OH)2 + 15.6 kcal/mol
Bảng 2: Tính chất vật lý CaO:
Biểu hiện Chất rắn, màu trắng Phân tử gam 56 g/mol Điểm nóng chảy 2572 o C Điểm sôi 2850 o C
Tỷ trọng riêng 103kg/cm 3 Độ hòa tan Phản ứng với nước tạo Hút ẩm mạnh
Tên gọi theo IUPAC Canxi carbonat
Tỷ trọng, pha 2.83g/cm 3 , rắn Độ hòa tan trong nước Không tan Điểm nóng chảy 825 o C (phân hủy)
Biểu hiện Bột màu trắng
(số liệu ở điều kiện 25 o C và 100KPa)
Vôi sống là một chất rắn màu trắng, có dạng tinh thể, được biết đến với tính ăn da và tính kiềm Trong thương mại, vôi sống thường chứa oxyt magie.
Oxyt canxi (CaO) thường được sản xuất bằng cách phân hủy nhiệt các vật liệu tự nhiên như đá vôi, một khoáng chất chứa cacbonat canxi (CaCO3) Quá trình này diễn ra khi đá vôi được nung nóng đến khoảng 900°C, dẫn đến sự hình thành oxyt canxi cùng với các oxyt khác như oxyt magiê (MgO), oxyt silic (SiO2) và một lượng nhỏ oxyt nhôm (Al2O3) và oxyt sắt.
Bảng 3: Độ hòa tan CaO trong nước theo nhiệu độ (S, gam chất tan trên 100g dung dịch, %khối lượng)
(tra sổ tay Quá Trình & Thiết Bị tập 1, trang 265)
Bảng 4: Tính chất vật lý CO 2
Tên gọi theo IUPAC Carbon dyoxit
Tỷ trọng, pha 1.98 kg/m 3 , khí Độ hòa tan trong nước 1.45 kg/m 3 Điểm nóng chảy -57 o C Điểm sôi -78 o C
Đioxít cacbon (CO2) là một axit carbonic (H2CO3) với hằng số phân li pKa1 = 6.35 và pKa2 = 10.33 ở 25°C, tồn tại ở dạng rắn gọi là băng khô CO2 lỏng và rắn là chất làm lạnh quan trọng trong ngành thực phẩm, hỗ trợ lưu trữ và vận chuyển kem và thực phẩm đông lạnh Ngoài ra, CO2 được sử dụng trong sản xuất nước giải khát có ga và nước sôđa Trong ngành bánh nướng, bột nở tạo ra khí cacbonic, giúp bột phồng lên với các lỗ xốp Men bánh mì cũng sản xuất khí cacbonic qua quá trình lên men, trong khi bột nở hóa học giải phóng khí khi bị nung nóng hoặc tác dụng với axit CO2 còn được sử dụng để dập tắt lửa, đặc biệt trong các bình cứu hỏa dành cho cháy điện, và là dung môi hiệu quả để loại bỏ caffeine từ cà phê.
3.4 Ảnh hưởng của các tạp chất đến sản phẩm nung vôi:
Khi nung ở nhiệt độ cao, các tạp chất như silic và các nguyên tố khác dễ nóng chảy thường có trong nguyên liệu sẽ tạo thành hợp chất nóng chảy, bao phủ cả lớp màng bên ngoài khối CaO Điều này làm giảm hoặc mất khả năng hợp nước của vôi sống, dẫn đến tình trạng vôi chết.
Giới thiệu nguyên liệu
Chúng ta có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như:
Nhiên liệu rắn: than, củi, rơm rạ …
Nhiên liệu lỏng: dầu mazut, dầu DO, dầu FO …
Nhiên liệu khí, bao gồm khí thiên nhiên, khí lò cao và khí lò cốc, là lựa chọn tối ưu cho quá trình sản xuất vôi, giúp tránh tình trạng lẫn xỉ than vào sản phẩm Mặc dù có thể sử dụng than bụi, nhưng điều này sẽ dẫn đến sự xuất hiện của bụi trong vôi chín, yêu cầu phải sàng lọc để đảm bảo vôi sạch Để đạt năng suất 500 tấn/ngày, việc sử dụng nhiên liệu khí là cần thiết, và nguồn nguyên liệu khí hóa từ các nguồn rẻ và được khai thác trong nước là giải pháp hiệu quả.
Thành phần nguyên tố và tính chất:
Các loại nhiên liệu như rắn, lỏng và khí có giá trị nhiệt khác nhau, phụ thuộc vào lượng nhiệt phát ra khi cháy Giá trị nhiệt được xác định bởi phần cháy của nhiên liệu, trong khi phần không cháy bao gồm tro (rắn), nước (lỏng) và khí trơ Phần cháy chủ yếu bao gồm hydrocarbon, oxyt carbon và lưu huỳnh, trong khi phần không cháy chứa alumosilicat, một số oxyt vô cơ, nước và khí như N2 Để đánh giá chất lượng nhiên liệu, cần phân tích thành phần hóa học, đặc biệt là trong trường hợp sử dụng nhiên liệu khí hóa than, với thành phần chính là CO.
Trong đó: CO2 và N2 là chất trơ nên hoàn toàn chuyển vào sản phẩm cháy (khói thải)
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUI TRÌNH SẢN XUẤT VÔI
Quá trình nung vôi
Quá trình nung đá vôi thành vôi sống đã được phát hiện và ứng dụng từ lâu, bắt đầu với nhiên liệu gỗ và củi, sau này chuyển sang sử dụng than đá hoặc than cốc Nung vôi thực chất là quá trình phân hủy Carbonat canxi của đá vôi thành oxyt canxi dưới tác động của nhiệt độ cao.
CaCO3 CaO + CO2 – 42.50 kcal/mol Sau khi nung, hình dạng và kích thước của vôi vẫn không đổi (giống như hình dạng lúc nhập liệu)
Để phản ứng diễn ra theo chiều (1), cần giảm áp suất khí CO2 bằng cách tạo điều kiện cho khí CO2 thoát ra khỏi lò nung nhanh chóng, đồng thời tăng nhiệt độ nung so với mức nhiệt độ lý thuyết đã tính toán.
Trong thí nghiệm, carbonat canxi phân hủy ở nhiệ độ 900 o C Thực ra ở
Đá vôi bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ 600 o C, nhưng quá trình này diễn ra yếu Chỉ khi nhiệt độ đạt 850 o C, sự phân hủy diễn ra mạnh mẽ hơn Để đảm bảo đá vôi phân hủy hoàn toàn, cần duy trì nhiệt độ từ 600 o C đến 960 o C trong một khoảng thời gian nhất định.
Khi nung đá vôi ở nhiệt độ từ 1000 o C đến 1200 o C, quá trình này thường yêu cầu một lượng lớn nhiên liệu với thành phần hóa học không đồng nhất và chứa nhiều tạp chất Tốc độ nung lại cũng diễn ra nhanh chóng Theo lý thuyết, trong phản ứng phân hủy, trọng lượng của CaO giảm 44% so với trọng lượng của CaCO3 do sự mất mát CO2.
Khi nung đá vôi (CaCO3), thể tích chỉ giảm 10 đến 15%, dẫn đến việc vôi có độ xốp lớn và trọng lượng nhẹ Trong quá trình nung, một lớp vôi xốp hình thành bao bọc bên ngoài viên đá vôi, khiến hệ số dẫn nhiệt giảm Điều này làm cho nhiệt truyền vào bên trong khó khăn, do đó cần tăng nhiệt độ nung để nâng cao hệ số dẫn nhiệt, giúp viên đá vôi phân hủy hoàn toàn.
Trong quá trình nung nếu ta khống chế nhiệt độ không chính xác thí sản phẩm thu được có thể là vôi chín, vôi sống, vôi quá lửa
Vôi sống có trọng lượng nặng hơn vôi chín khi so sánh cùng một thể tích Bề ngoài của vôi sống không thể phân biệt được vì lớp ngoài đã chín, trong khi lõi bên trong vẫn giữ nguyên dạng đá vôi Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này có thể do nhiệt độ nung thấp, kích thước đá vôi quá lớn, than cháy quá nhanh, hoặc việc lấy vôi ra quá nhiều và nhanh chóng.
Vôi quá lửa là hiện tượng mà thể tích đá vôi giảm từ 10 đến 15% sau khi nung, nhưng nếu nhiệt độ quá cao, sự giảm thể tích có thể lên đến 40% Khi nhiệt độ tăng, cục vôi trở nên rắn và nặng hơn, dẫn đến việc phân tử khó thấm nước, làm cho quá trình vôi hóa diễn ra rất chậm.
1.1 Quá trình nung vôi lò quay:
Bước đầu tiên trong quy trình sản xuất vôi là nghiền nát đá vôi để giảm kích thước Có hai loại máy nghiền chính được sử dụng: máy nghiền nén ép và máy nghiền kiểu impact.
Máy nghiền ép nén hoạt động chậm và ổn định, hiệu quả trong việc giảm kích thước đá vôi, trong khi máy nghiền kiểu impact phụ thuộc vào cường độ cao và thích hợp cho đá nhỏ hơn Đá vôi sau khi nghiền được sàng lọc để đạt kích thước mong muốn và sau đó được chuyển đến kho dự trữ Để đá vôi vào si lô, nó được nâng lên bằng máy nâng hạ và đưa đến máy nghiền bột siêu mịn phía trên máy hòm nóng, nơi có hai máy đo cấp liệu để điều phối đá vôi qua ống cấp liệu một cách đều đặn.
Để phân hủy nhiệt đá vôi thành vôi, cần đun nóng đá đến nhiệt độ phân ly của cacbonat và duy trì nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định Nhiệt độ phân ly này thay đổi tùy thuộc vào loại đá vôi được đốt cháy.
Ví dụ: canxit phân ly ở 898 °C (1.648 °F), trong khi phân ly cacbonat magiê tại 402 - 480 °C (756 - 896 °F)
Bởi vì đây là một phản ứng hóa học thuận nghịch, lượng khí carbon dioxide thải ra trong quá trình nung phải được loại bỏ để ngăn chặn recarbonation.
Lò nung vôi hiện nay được chia thành hai loại chính: lò quay và lò đứng Trong quá trình nung, khí nóng di chuyển lên trên để sấy sơ bộ đá vôi Sản phẩm thu được từ lò nung gọi là vôi hoạt tính, có thể là cao canxi hoặc đolomit, tùy thuộc vào loại đá vôi sử dụng Đá vôi trong máy hòm nóng được gia nhiệt lên khoảng 900℃ bằng hơi lò.
1150℃, có khoảng 30% sẽ phân giải, cần đẩy sức nước sẽ đầy về lò quay, qua nung kết đá vôi trong lò quay được phân giải thành CaO và CO2
Sau khi được phân giải, đá vôi sẽ được làm lạnh đến 100℃ bằng không khí lạnh từ máy quạt thông gió, rồi được đưa vào thiết bị sấy khô Không khí nhiệt 600℃ sẽ được sử dụng để trao đổi nhiệt vào máy nghiền Khí thải kết hợp với không khí lạnh sẽ được dẫn vào máy hút bụi túi và sau đó qua van thải gió vào máy nghiền kiểu ống khói Đá vôi từ máy làm lạnh sẽ được vận chuyển qua máy cấp liệu kiểu rung, băng tải xích và băng tải cao su vào kho vôi, với yêu cầu phân cấp bằng sàng rung nếu có từ phía khách hàng.
Khói khí thải có nhiệt độ cao từ lò quay nung đốt được làm mát khi trao đổi nhiệt với đá vôi trong máy hòm nóng, giảm xuống dưới 2800 o C Sau đó, qua máy làm lạnh đa ống, nhiệt độ khói khí thải tiếp tục giảm xuống dưới 2000 o C trước khi vào máy lọc bụi túi Cuối cùng, sau khi lọc bụi, hàm lượng bụi trong khói khí thải đạt mức
