2.1. TỔNG QUAN VỀ ðÁ CACBONAT VÀ CÁC LĨNH VỰC SỬ DỤNG
2.1.4. Phõn loại ủỏ cacbonat
a. Phân loại theo hàm lượng cacbonat
Theo cỏch phõn loại này thỡ cú 3 loại ủỏ cacbonat chớnh cần phải nhớ ủú là ủỏ vụi, dolomit và cỏc ủỏ chuyển tiếp (marno, sột vụi, vụi cỏt) dựa trờn 2 trong 3 hợp phần chính là dolomit, calcit và hợp chất không tan (sét, cát,...).
Vôi
Dolomit Chât không tan
Từ ủú phõn ra ủược cỏc loại ủỏ cacbonat ủược tổng hợp ở bảng sau:
Bảng 2.1: Cỏc loại ủỏ nằm trung gian giữa vụi và dolomit
Tờn ủỏ Calcit (%) Dolomit (%)
đá vôi 100-95 0-5
đá vôi magie 95-75 5-25
đá vôi dolomit 75-50 25-50
đá dolomit vôi 50-25 50-75
Dolomit lẫn vôi 25-5 75-95
Dolomit 5-0 95-100
Bảng 2.2: Cỏc ủỏ nằm trung gian giữa vụi và cỏc chất khụng tan
Tờn ủỏ Calcit (%) Dolomit (%)
đá cát kết 100-95 0-5
đá cát kết lẫn vôi 95-75 5-25
đá cát kết vôi 75-50 25-50
đá vôi chứa cát 50-25 50-75
đá vôi lẫn cát 25-5 75-95
đá vôi 5-0 95-100
b. Phân loại theo thành phần không tan
Cỏch phõn loại này căn cứ theo 3 cấu tử của tam giỏc ủều là Calcit, dolomit và thành phần khụng tan, phõn chia ra 22 trường tương ứng với 22 loại ủỏ:
100% không tan
100% CaM g(CO3)2 100% CaCO3
1 2 4
9 15
21
5 6
3
10 8
7
16 14
13 12 11
20 19
18
17 22
Ký hiệu cỏc trường và tờn cỏc ủỏ tương ứng như sau:
1- đá sét
2- đá sét chứa vôi và dolomit 3- Marno sét
4- Marno sét chứa dolomit 5- Marno sét dolomit vôi 6- Marno sét-dolomit 7- Marno
8- Marno chứa dolomit 9- Marno dolomit chứa vôi 10- Marno dolomit
11- đá vôi chứa sét
12- đá vôi chứa sét-dolomit 13- đá vôi chứa dolomit 14- đá vôi
15- đá vôi chứa dolomit 16- đá vôi- dolomit 17- Dolomit chứa vôi-sét 18- Dolomit chứa sét vôi 19- Dolomit chứa sét 20- Dolomit chứa vôi 21- Dolomit vôi 22- Dolomit
2.1.5. Một số yờu cầu cơ bản về chất lượng ủỏ cacbonat cho cỏc lĩnh vực sử dụng 2.1.5.1. Cỏc lĩnh vực sử dụng ủỏ cacbonat
đá cacbonat là một khoáng chất công nghiệp. Hiện nay trên thế giới có nhiều ủịnh nghĩa khỏc nhau về khoỏng chất cụng nghiệp (KCCN), tuỳ theo quan ủiểm "thực dụng" hay "lý thuyết". Mặt khỏc, tuỳ theo trỡnh ủộ kỹ thuật - cụng nghệ chế biến KCCN của mỗi nước mà phân loại KCCN có thể chi tiết sản phẩm bậc cao hoặc công
dụng cuối cùng. Theo các chuyên gia của các nước phát triển trong nhóm IMIWOG thì KCCN và ủỏ là những khoỏng chất tự nhiờn hoặc do tổng hợp mà cú, nhờ những ủặc tớnh hoỏ học, vật lý mà chỳng ủược sử dụng trực tiếp hay sau khi ủó sơ chế. Theo ủịnh nghĩa này tuỳ theo tính chất cơ lý (cơ học, vật lý), thành phần hoá học khoáng vật mà ủỏ cacbonat ủược sử dụng cho cỏc ngành cụng nghiệp khỏc nhau hoặc ở trạng thỏi tự nhiên, hoặc phải qua khâu chế biến.
Trờn thế giới ủỏ cacbonat ủược sử dụng cho rất nhiều lĩnh vực cụng nghiệp; tại Việt Nam ủỏ cacbonat cũng ủược khai thỏc, chế biến và sử dụng cho nhiều lĩnh vực cụng nghiệp khỏc nhau. Cú thể chia ra cỏc lĩnh vực sử dụng ủỏ cacbonat ở Việt Nam như sau:
- Nhóm vật liệu xây dựng dính kết: gồm xi măng, vôi xây dựng các loại thường sử dụng ủỏ vụi và ủỏ vụi sột.
- Nhúm nguyờn liệu trợ dung luyện kim: gồm luyện kim ủen, luyện kim màu, calci kim loại, tuyển nổi quặng kim loại màu, thường sử dụng ủỏ vụi sạch.
- Nhúm nguyờn liệu hoỏ chất: gồm sản xuất xụ ủa (natri cacbonat) ... thường sử dụng loại ủỏ vụi sạch.
- Nhúm chất ủộn nặng dựng cho sản xuất giấy, sơn, nhựa cao su... sử dụng loại ủỏ hoa sạch, tinh khiết cú ủộ trắng cao.
- Nhúm vật liệu xõy dựng tự nhiờn: gồm ủỏ hộc, ủỏ dăm, ủỏ ốp lỏt, sử dụng ủỏ vụi và ủỏ hoa.
- Nhóm lĩnh vực khác: gồm sản xuất thuỷ tinh, sành sứ, chất tẩy, chất lọc, cực ủiện, bụng khoỏng, gia cụng kim loại... sử dụng ủỏ vụi và ủỏ hoa cú chất lượng cao.
ðối với từng nhóm, tuỳ thuộc vào công nghệ chế biến và lĩnh vực sử dụng có thể chia ra nhỏ hơn, vớ dụ ủỏ vụi xi măng, ủỏ vụi ủất ủốn, ủỏ vụi thủy tinh, ủỏ vụi trợ dung....
2.1.5.2. Một số yờu cầu cơ bản về chất lượng ủỏ cacbonat cho cỏc lĩnh vực sử dụng a. Sản xuất xi măng portland
Xi măng portland là loại vật liệu xây dựng kết dính, có thành phần hoá học:
CaO: 60-68%; SiO2: 18 - 26%; Al2O3: 5 - 8%; Fe2O3: 2 - 5%; MgO < 5%; K2O +
Na2O: 0,6 - 1%. ðể tạo nờn thành phần hoỏ học của xi măng phải sử dụng ủỏ cacbonat, mà chủ yếu là ủỏ vụi, sột và cỏc phụ gia khỏc. Theo tiờu chuẩn Việt Nam (TCVN 6072:1996) quy ủịnh ủỏ vụi dựng cho sản xuất xi măng phải sử dụng nguyờn liệu chứa CaCO3 không nhỏ hơn 85% (CaO ≥ 47,6%); MgCO3 ≤ 5% (MgO ≤ 2,4%). Thực tế sản xuất xi măng portland ở Việt Nam chủ yếu dựng loại ủỏ vụi chứa trờn 50% CaO và dưới 2,5% MgO, R2O5 khụng quỏ 1%, chỉ một số nơi khan hiếm ủỏ vụi sạch mới sử dụng ủỏ vụi với hàm lượng CaO: 48-50%; MgO ủến 3% và Al2O3 + SiO2 + Fe2O3 khoảng 5-7%.
ðối với ủỏ vụi dựng cho lĩnh vực sản xuất xi măng, cỏc thành phần cú hại bao gồm: MgO, SO3, P2O5, Cl-, Na2O, K2O. Chất MgO có hại vì là chất trơ trong phối liệu ủến khi ủưa vào khối xõy mới dần hidrat hoỏ, trương lờn gõy nứt nẻ cho khối xõy. Chất SO3 gõy ra sự trương nở khụng ủều trong vữa xõy dẫn ủến nứt vỡ, vỡ vậy giới hạn cho phép SO3 trong clinke không quá 3%. Hàm lượng chất P2O5 khi lớn hơn 1,5% sẽ làm cho chất khoáng cấu thành clinke khó rắn lại khi thiêu kết. Kiềm Na2O + K2O làm cho thời hạn ủụng cứng của xi măng trở lờn thất thường và tạo ra cỏc vết ố trờn bề mặt khối xõy nờn ủược giới hạn từ 0,5-1%.
Với lĩnh vực sản xuất xi măng trắng, ủỏ vụi phải chứa cỏc chất gõy màu ớt nhất:
Fe2O3 ≤ 0,2%; Cr2O3 ≤ 0,002% ; Mn2O3 ≤ 0,002% , ủộ trắng tự nhiờn thường khụng nhỏ hơn 70%.
Trong sản xuất xi măng, ngoài thành phần húa học cũn phải xột ủến tớnh chất cơ lý của ủỏ vụi, ủỏ sột và ủỏ silic làm phụ gia ủể ủỏnh giỏ ủộ khú dễ trong khi nghiền chỳng.
b. Sản xuất vôi
để sản xuất vôi thường sử dụng nguyên liệu ựầu vào là ựá vôi và ựá vôi sét. đá vụi sau khi nung ở nhiệt ủộ khoảng 900ºC sẽ tạo thành vụi sống, vụi sống ủược hũa tan trong nước sẽ tạo thành vôi tôi.
Vụi xõy dựng ủược sử dụng làm hồ vữa xõy dựng, làm bờ tụng, làm ủỏ nhõn tạo, ủỏ khối, ủỏ sản xuất bột nhẹ, cải tạo mụt trường và cỏc chi tiết xõy dựng khỏc. Cú 2 loại vụi xõy dựng: Vụi khớ chỉ ủụng cứng ủược ở trờn cạn và vụi thủy cú khả năng ủụng cứng ủược cả dưới nước.
Căn cứ vào hàm lượng MgO phân ra: Vôi calci, vôi nghèo magie, vôi magie là vôi giàu magie. Dựa vào hàm lượng sét phân ra: Vôi béo, vôi gày, vôi thường, vôi thủy lực yếu và vụi thủy lực mạnh. Việc phõn loại này nhằm mục ủớch sản xuất và sử dụng cho các lĩnh vực xây dựng ở các môi trường khác nhau.
ðể sản xuất vụi khớ dựng ủỏ vụi cú hàm lượng CaCO3 ≥ 82% ( CaO≥ 46%), MgCO3 ≤ 10% (MgO≤5%), SiO2+Al2O3+Fe2O3 ≤ 8%. Cũn ủể sản xuất vụi thủy lực thỡ dựng ủỏ vụi sột hoặc ủỏ vụi pha cựng với sột.
c. Sản xuất hoá chất
Trong cụng nghiệp hoỏ chất sử dụng ủỏ vụi cú chất lượng tốt ủể sản xuất xụ ủa (natri cacbonat), cacbua calci, KOH, NaOH....
ðể sản xuất xụ ủa dựng loại ủỏ vụi chứa khụng dưới 95-97% CaCO3, khụng quỏ 1,5% MgCO3 và các thành phần SiO2 < 3%, R2O < 1%, Al2O3 + Fe2O3 < 1%, P <
0,008% và ủộ ẩm < 14%. Từ ủỏ vụi cú chất lượng nờu trờn ủể sản xuất CO2 trong cỏc lũ giếng cao 19 - 24m, rồi ủưa chế xụ ủa nung. Cũn chất vụi thu ủược ủem sản xuất thành sữa vụi làm tỏi sinh chất NH3. Cứ mỗi tấn xụ ủa nung cần 1,24 tấn ủỏ vụi.
ðể sản xuất NaOH dựng xụ ủa nung và vụi. Loại vụi dựng ủể sản xuất sỳt NaOH phải chứa thật ít sét và MgCO3 không quá 2,5%.
ðể sản xuất cacbua calci dùng hỗn hợp nguyên liệu 60% vôi và 40% than antraxit hoặc than cốc ủem nung trong lũ ủiện cú nhiệt ủộ 20000C. Ngày nay cú thể sản xuất cacbua calci trực tiếp từ ủỏ vụi và bỏ qua khõu nung ủỏ vụi thành vụi.
d. Sản xuất bột nặng
Bột nặng là bột calci cacbonat tự nhiên có ký hiệu trên thương trường quốc tế là GCC (Ground Calcium Cacbonate). Cựng với bột nhẹ (PCC), bột nặng ủược sử dụng một lượng lớn trong cụng nghiệp sản xuất giấy, sơn, chất phủ bề mặt, chất ủộn phụ gia chất dẻo, caosu, cỏc loại sợ, cỏp, dược phẩm nhờ kết hợp ủược tớnh kinh tế và ủặc trưng vật lý quý giỏ cú sẵn như: giỏ rẻ, màu ủẹp, ớt hấp phụ và kớch thước hạt tựy ý.
đòi hỏi chất lượng ựá vôi, ựá hoa làm chất ựộn: CaCO3 ≥ 97% (hoặc CaO ≥ 54%), MgO ≤ 0,5%, SiO2 ≤ 0,5%, SO3 ≤ 0,2%, Al2O3+Fe2O3 ≤ 0,5%, tỷ trọng 2,7g/cm³, ủộ hấp phụ dầu ≤ 23g/100g CaCO3 và ủộ trắng tự nhiờn ≥ 85%.
đá vôi ựược nghiền ựến cỡ hạt thô (≤ 75ộm) ựến siêu mịn (≤ 6ộm). Các ựặc tớnh kỹ thuật chủ yếu của chất ủộn là: tinh khiết về thành phần húa học, trơ, ủộ trắng và ủộ phản chiếu cao, cú ủộ dẻo và ủặc tớnh lưu biến, cú tớnh hấp phụ ủều mực và chất nhuộm màu, tỷ trọng và mật ủộ phự hợp.
e. Sản xuất vật liệu tự nhiên
Lĩnh vực sản xuất vật liệu xõy dựng tự nhiờn sử dụng ủỏ vụi, ủỏ hoa, ủỏ hộc xõy tường, ủỏ rải ủường ụ tụ, rải balỏt ủường sắt, ủỏ dăm ủổ bờ tụng, bột ủỏ trỏm cỏc cụng trỡnh xõy dựng, ủỏ ốp lỏt...
- đá hộc: dùng ựể xây móng, chân tường, củng cố ựê kè... Theo quy ựịnh ựá hộc phải cú một cạnh dài 100 - 450mm, ủộ hỳt nước khụng vượt quỏ 10%, ủộ bền nộn không dưới 100kg/cm2, hệ số hoá mềm không nhỏ hơn 0,7 và thể trọng không dưới 1,8g/cm3. Loại ủỏ vụi sạch kết tinh và ủỏ hoa là nguyờn liệu cho thứ ủ ỏ hộc cú chất lượng tốt nhất.
- đá xây tường có 14 nhãn, từ nhãn 4 ựến nhãn 500 ứng với giới hạn bền nén từ 4 - 500kg/cm2, ựộ hút nước dưới 30%, hệ số hoá mềm khi no nước ≥ 0,6. đá tường có kớch thước dài 390 - 490mm, rộng 190 - 240mm, cao 188 - 288mm, chịu ủúng ủinh và giữ chặt ủinh, chịu khoan ren ủể bắt bulụng và vớt.
- đá ốp lát dùng ựể trang trắ vẻ ựẹp bên ngoài cho công trình, làm khoang cửa, bệ cửa sổ, bậc sàn, bậc cầu thang, cột, trụ gúc tường... nờn ủũi hỏi ủỏ phải cú sức tụ ủiểm (võn hoa ủẹp), khụng lẫn bọc ủỏ lạ (pyrit, cỏc sulfur gõy ố, rũ rỉ). ðể làm ủỏ ốp lỏt và trang trớ thường sử dụng ủỏ vụi hạt mịn màu trắng, xỏm, ủen, dăm kết vụi, màu hồng, vàng, ủen, ủỏ hoa màu trắng tinh khiết, trắng cú võn rừ, màu xỏm, trắng xanh...
đá vôi làm ựá ốp lát và trang trắ phải ựáp ứng những ựòi hỏi về ựộ nguyên khối, phẩm chất tụ ủiểm, ủộ bền lõu và sức chịu ủục ủẽo...
- đá dăm là loại ựá ựược chế biến từ ựá vôi, ựá hoa dùng trong xây dựng các công trình giao thông, các công trình dân dụng và công nghiệp. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1771-87 ủỏ dăm ủược phõn loại theo cỡ hạt 5 - 10mm; 10 - 20mm; 20 - 40mm; 40 - 60mm. Tuỳ theo lĩnh vực sử dụng mà xỏc ủịnh cỏc chỉ tiờu ủộ bền cơ học chủ yếu sau:
+ ðối với ủỏ dăm làm chất ủộn bờ tụng phải xỏc ủịnh ủộ nộn dập trong xi lanh.
+ ðối với ủỏ dăm xõy dựng ủường ụ tụ phải xỏc ủịnh ủộ nộn dập trong xi lanh, ủộ mài mũn trong tang quay, ủộ bỏm dớnh nhựa ủường.
+ ðối với ủỏ dăm trải ba lỏt ủường sắt phải xỏc ủịnh ủộ chống va ủập trờn mỏy thử va ủập "ПM".
Bảng 2.3- Phõn cấp ủỏ dăm theo cường ủộ khỏng nộn
Mỏc ủỏ dăm
ðộ nén dập bão hoà nước (%)
Mỏc ủỏ dăm
ðộ nén dập bão hoà nước (%)
đá vôi đá hoa đá vôi đá hoa
1400 - ủến 12 600 15 - 20 25 - 34
1200 ủến 11 12 - 16 400 20 - 28 -
1000 11 - 13 16 - 20 300 28 - 38 -
800 13 - 15 20 - 25 200 38 - 54 -
Tỷ lệ hạt mềm yếu trong ủỏ dăm khụng quỏ 10% và hạt thoi dẹt khụng quỏ 35%.
Theo ủộ mài mũn trong tang quay, ủỏ dăm phải phõn thành 4 mỏc.
Bảng 2.4- Phõn cấp ủỏ dăm theo ủộ mài mũn
Mỏc ủỏ dăm
ðộ mài mòn (%)
đá vôi đá hoa
Mn-I ủến 30 ủến 25
Mn-II 30 - 40 25 - 35
Mn-III 40 - 50 35 - 45
Mn-IV 50 - 60 45 - 55
Theo mức ủộ chống va ủập, ủỏ dăm phõn thành 3 mỏc.
Bảng 2.5- Phõn cấp ủỏ dăm theo ủộ chống va ủập
STT Mỏc ủỏ dăm ðộ chống va ủập trờn mỏy thử và ủập “ΠΠΠΠΜΜΜΜ”
1 Vủ40 40 - 49
2 Vủ50 49 - 74
3 Vủ75 Khụng dưới 75
Ngoài ra, cũn quy ủịnh hàm lượng SO3 trong ủỏ dăm khụng quỏ 1%, silic vụ ủịnh hỡnh khụng quỏ 50milimol/100ml NaOH, hàm lượng sột bựn, bụi khụng quỏ 2%
(ủối với ủỏ hoa) và 3% (ủối với ủỏ vụi) cho ủỏ dăm ủổ bờ tụng mỏc dưới 300 và 1%
(ủối với ủỏ hoa); 2% (ủối với ủỏ vụi) cho ủỏ dăm ủổ mỏc bờ tụng trờn 300. ðối với ủỏ dăm rải ủường ụ tụ phải xỏc ủịnh chỉ tiờu ủộ bỏm dớnh nhựa ủường.
Trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xõy dựng, ủỏ tự nhiờn cũn dựng bột ủỏ hoa, ủỏ vụi làm chất liệu ốp lỏt trau chuốt, vữa trỏt bậc, bệ cửa sổ, chất ủộn cho bờ tụng atphan và xoa chống dắnh khi cuộn giấy lợp. đá hoa, ựá vôi làm bột khoáng cho bê tông nhựa núng phải cú ủộ bền cơ học khụng dưới 200km/cm2. ðể cải thiện ủộ hạt của cỏt hạt nhỏ, hạt mịn trong bờ tụng nhựa phải dựng bột ủỏ bố cỡ hạt 1,25mm. Bột ủỏ khụng nhiễm macnơ với hàm lượng Al2O3 + Fe2O3 không quá 1,5%. Bè cỡ hạt 0,1 - 5,0mm chiếm 5,33%.; bè cỡ hạt 0,5 - 0,001mm chiếm 25 - 60% và bè 0,01 - 0,005mm chiếm 22,55%. ðộ hoạt của bột ủộn.
Bảng 2.6- Yờu cầu ủộ hoạt bột ủộn khoỏng dựng trong sản xuất bờ tụng atphan
Tên vật liệu S Σ S ∞ S ∞ + 30o
S Σ A P l U C
đá vôi yếu 161 1670 10,38 41 7 8 155 80
đá vôi chắc 119 860 7,2 71 6,5 7,3 127 80
đá hoa 191 429 5,24 87 6,6 5 100 80
Ghi chú: S Σ: Bề mặt tổng; S ∞ : Năng lực hút bám; A: ðộ hoạt hút bám; P:
Sức khỏng góy, kg/cm2; l: ðộ giản dài; U: Cụng góy, kg/mm; c: Hàm lượng chất ủộn.
Thứ bột cú ủộ vững bỏm tốt, cú năng lực hỳt thu bitum với lượng 75 – 150% so với thể tích của vật chất cứng.
f. Các lĩnh vực khác
Ngoài những lĩnh vực sử dụng như ủó trỡnh bày ở trờn, ủỏ cacbonat cũn ủược sử dụng cho nhiều lĩnh vực công nghiệp khác:
- Trong cụng nghiệp sản xuất thuỷ tinh: Dựng bột mịn ủỏ vụi và vụi cấu thành 30% trọng lượng phối liệu nấu thuỷ tinh. đá vôi có tác dụng làm cho thuỷ tinh bền nhiệt, bền cơ học, chịu tỏc dụng của hoỏ chất. Tạp chất sắt trong ủỏ vụi là thành phần cú hại vỡ nú làm cho thuỷ tinh trở thành xanh lỏ cõy và làm giảm ủộ thoỏt sỏng của thuỷ tinh. đá vôi dùng trong công nghiệp sản xuất thuỷ tinh theo tiêu chuẩn của Anh phải chứa trên 95% CaCO3 (hoặc CaO lớn hơn 55,2%), các chất tạo màu như sắt có thể từ 0,02% ủến 0,05% tuỳ từng loại thuỷ tinh, như crụm, coban và niken phải rất nhỏ, hàm lượng SiO2 không quá 1% và SO3 dưới 0,1%. Thực tế ở Việt Nam sử dụng loại ủỏ vụi chứa trờn 53% CaO, Al2O3 dưới 0,8%, Fe2O3 dưới 0,03%.
- Trong công nghiệp sành sứ:
Dựng ủỏ vụi làm nguyờn liệu tạo xương, làm men và tạo màu. Sự cú mặt của CaCO3 làm tăng sức gión nở, tăng ủộ bong và hạn chế sự nứt nẻ của men.
- Trong xử lý mụi trường: Do sức ộp về mụi trường, việc sử dụng ủỏ vụi và vụi ủể khử lưu huỳnh trong ống khúi rất phỏt triển. Yờu cầu dỏ vụi cho lĩnh vực này là hàm lượng CaCO3 lớn hơn 95%, SiO2 nhỏ hơn 0,65%, Al2O3 nhỏ hơn 1%, Fe2O3 nhỏ hơn 0,25%. Ngoài ra, trong lĩnh vực lọc nước và xử lý nước thải thường dùng là vôi tôi.
- Trong cụng nghiệp chế biến giấy xelulo: Dựng ủỏ vụi ủể chế vụi và H2SO4 cho quy trình chế biến gỗ thành giấy.
Ngoài ra trong cụng nghiệp cũn dựng ủỏ vụi, ủỏ ủolomit cho cỏc lĩnh vực ủường ăn, giấy, cao su, bột mài, dược liệu, trừ sâu hại, …
Túm lại, ủỏ cacbonat calci là khoỏng chất cụng nghiệp rất hữu ớch và linh hoạt.
Trờn thế giới và ở Việt Nam chỳng ủược sử dụng cho rất nhiều lĩnh vực cụng nghiệp khác nhau. đá cacbonat trong khu vực nghiên cứu có thành phần khoáng vật, hoá học
và cơ lý ủỏp ứng yờu cầu sử dụng của nhiều lĩnh vực cụng nghiệp, ủặc biệt là lĩnh vực công nghiệp sản xuất xi măng và sản xuất vật liệu xây dựng thông thường.