Đề tài Phương pháp sản xuất bột nhẹ CaCO3 và một số ứng dụng của bột nhẹ trong kỹ thuật và đời sống ? Nhu cầu về bột nhẹ trong một số ngành công nghiệp ở nước ta hiện nay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT VÔ CƠ ĐỒ ÁN NHẬP MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐỀ TÀI: Phương pháp sản xuất bột nhẹ CaCO3 và một số ứng dụng của bột nhẹ trong kỹ thuật và đời sống ? Nhu cầu về bột nhẹ trong một số ngành công nghiệp ở nước ta hiện nay ? GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS.LA THẾ VINH SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRỊNH KHÁNH HÒA SHSV : 20103134 LỚP : KTHH 6 – K55 Mục Lục Lời mở đầu 3 Đồ án 4 I, BỘT NHẸ LÀ GÌ? 4 II.TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ: 5 1.Tình hình sản xuất bột nhẹ tại Việt Nam 6 2. Tình hình sản xuất bột nhẹ trên thế giới 7 3. Tình hình thị trường 8 III.TÍNH CHẤT CỦA CANXI CACBONAT 9 1.Tính chất hóa học 9 2.Tính chất vật lý 9 IV. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NHẸ 10 A.CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ 12 B.CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 17 C.GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ PHỤ 23 V. ỨNG DỤNG CỦA BỘT NHẸ 25 VI. NHU CẦU VỀ BỘT NHẸ HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI 33 Kết luận và kiến nghị 35 Lời mở đầu Đồ án trình bày về phương pháp sản xuất bột nhẹ CaCO3 và một số ứng dụng của bột nhẹ trong kỹ thuật và đời sống, nhu cầu về bột nhẹ trong một số ngành công nghiệp ở nước ta hiện nay. Bài báo cáo được hoàn thành trên cở sở sự hướng dẫn của thầy La Thế Vinh và sự tìm hiểu tài liệu theo nhiều phương pháp. Em xin gửi lời cảm ơn đến bộ môn Công nghệ các hợp chất vô cơ và đặc biệt là thầy La Thế Vinh đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án nhập môn. Do thời gian ngắn, sự hiểu biết chưa thật đầy đủ nên đồ án chắc chắn có nhiều thiếu sót, mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô. Hà Nội, Tháng 12 năm 2011. Sinh viên Trịnh Khánh Hòa I, BỘT NHẸ LÀ GÌ? Bột nhẹ (CaCO3 kết tủa) là một chất phụ liệu quan trọng của nhiều ngành công nghiệp khác nhau được sử dụng ở dạng tinh khiết và dạng kém tinh khiết tùy theo nhu cầu và mục đích sử dụng cụ thể. Bột nhẹ là một tên gọi thông thường trên thị trường của hợp chất carbonat caxi (CaCO3). Trên thị trường nó được bán dưới dạng bột ở nhiều kích cỡ khác nhau. Được sử dụng rộng rãi trong các ngành như: sơn, nhựa, bột trét tường, dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm, sản xuất thức ăn chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, cao su, giấy…. Ngoài ra trên thị trường còn có sản phẩm cùng loại giống như bột nhẹ cũng là bột cacbonat caxi (CaCO3) nhưng người ta gọi là bột nặng (bột đá nghiền CaCO3), nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau là do chúng được sản xuất theo phương án khác nhau, từ đó tính chất của chúng cũng khác xa nhau cũng như lĩnh vực ứng dụng cũng khác nhau. Tiêu chuẩn qui định chất lượng bột nhẹ: Tiêu chuẩn này áp dụng cho canxi cacbonat nhẹ được sản xuất từ đá vôi và có dạng bột mịn, xốp, màu trắng, không có mùi. Tuỳ theo chất lượng canxi cacbonat nhẹ được phân thành hai loại: loại 1, loại 2. Các chỉ tiêu hoá lý của canxi cabonat nhẹ phải đạt yêu cầu quy định trong bảng sau: Bảng 1: Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng sản phẩm bột nhẹ (theo TCVN 3728-82 có hiệu lực từ 1/7/1983) TÊN CHỈ TIÊU Mức Loại 1 Loại 2 1.Tổng hàm lượng cacbonat tính theo canxi cacbonat, không nhỏ hơn 99,00 98,00 2.Độ kiềm tính theo CaO, không lớn hơn 0,10 0,15 3.Độ ẩm, không lớn hơn 0,50 0,50 4.Hàm lượng chất không tan trong axit clohidric ( HCl) không lớn hơn 0,15 0,25 5. Độ mịn qua sàng( sàng có kích thước lỗ 0,125 mm 6 5% theo TCVN 2230-77) không nhỏ hơn 99,00 98,00 II.TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ: Đá vôi trầm tích có khoáng vật chủ yếu là canxi cacbonat. Thành phần hóa học chủ yếu của đá vôi là CaCO3, ngoài ra còn có một số tạp chất khác như MgCO3, SiO2, Fe2O3, Al2O3... Tại nước ta, 125 tụ khoáng đá vôi đã được tìm kiếm và thăm dò, trữ lượng ước đạt 13 tỷ tấn, tài nguyên dự báo khoảng 120 tỷ tấn. Đá vôi Việt nam phân bố tập trung ở các tỉnh phía Bắc và cực Nam. Đá vôi ở Bắc Sơn và Đồng Giao phân bố rộng và có tiềm năng lớn hơn cả. Tại Hải Dương, đá vôi được phân bố chủ yếu trong phạm vi giữa sông Bạch Đằng và sông Kinh Thày. Những núi có quy mô lớn như núi Han, núi áng Dâu, núi Nham Dương đã được thăm dò tỉ mỉ. Tại Hải Phòng, đá vôi tập trung chủ yếu ở Trại sơn và Tràng kênh thuộc huyện Thuỷ Nguyên. Ngoài ra còn có những mỏ đá vôi phân bố rải rác ở Dương Xuân - Pháp Cổ, Phi Liệt, Thiếm Khê, Mai Động và Nam Quan. Đá vôi đôlômit tập trung ở dãy núi Han, núi dãy Hoàng Thạch - Hải Dương với trữ lượng lên tới 150 triệu tấn. Trữ lượng địa chất đá vôi của khu vực Hải Phòng là 782.240 nghìn tấn cấp 111,cấp 112,cấp 121 (theo Quy định về phân cấp trữ lượng và tài nguyên khoáng sản rắn của Bộ Tài nguyên – Môi trường ban hành ngày 7/6/2006). Hình 1: Đá vôi Bảng 2: Thành phần đá vôi ở một số khu vực Mỏ Hàm lượng (%) CaO SiO2 Fe2O3 MgO MKN Tràng kênh (Hải Phòng) 55,44 0,2 0,48 0,4 41,36 Chùa Trầm (Hà Tây) 55,33 0,23 0,1 0,41 43,28 Núi Voi (Bắc Thái) 50,57 0,87 0,63 0,65 31,3 Núi Nhồi (Thanh Hóa) 53,4 0,8 0,65 1,21 43,5 Diễn Châu (Nghệ An) 50,51 1,24 0,24 3,12 43,57 1.Tình hình sản xuất bột nhẹ tại Việt Nam: Từ hơn 40 năm nay, bột nhẹ được sản xuất tại Việt Nam với công nghệ do chúng ta tự thiết kế, chế tạo và lắp đặt. Tuy nhiên do mức độ cơ khí hóa thấp, các thiết bị như sấy, nghiền còn thô sơ nên chất lượng sản phẩm chưa cao, chưa đáp ứng được nhu cầu trong nước. Hiện nay nhu cầu trong nước vẫn rất cao, sản xuất trong nước chưa đáp ứng đủ nên hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu bột nhẹ. Việt nam có trên 10 cơ sở sản xuất bột nhẹ. Hà nội có: 2 cơ sở TP. Hồ chí Minh có: 2 Hải Phòng có: 2 Phủ Lý có: 1 Vĩnh Phúc có 1 Bắc Giang có 1 Lạng Sơn có 1 Công nghệ sản xuất bột nhẹ chủ yếu theo công nghệ hấp thụ CO2. Sản phẩm bột nhẹ của ta thường có độ kiềm cao và không ổn định về chất lượng do qui trình thiết bị lạc hậu, thủ công, không đầu tư sâu vào việc nghiên cứu chế độ công nghệ. Tuy một số cơ sở có cải tiến thiết bị ở một số khâu nhưng việc thay đổi cục bộ, đơn lẻ cũng ít đem lại hiệu quả. Kể cả một dây chuyền nhập công nghệ cũng như thiết bị toàn bộ của nước ngoài cũng không hoạt động hiệu quả vì giá thành sản phẩm cao hơn nhiều so với giá của sản phẩm được sản xuất trên dây chuyền thủ công và sản phẩm cũng không hoàn toàn đạt tiêu chuẩn "bột nhẹ cao cấp". 2. Tình hình sản xuất bột nhẹ trên thế giới: Trên thế giới có Mỹ, Canada, Châu Âu, Châu Á là những nơi sản xuất và tiêu thụ bột nhẹ lớn nhất. Chất độn khoáng trong sản phẩm giấy gồm canxi cacbonat nghiền mịn, bột nhẹ, cao lanh và titan dioxyt. Canxi cacbonat tự nhiên chất lượng cao không dễ kiếm ở Bắc Mỹ. Do đó sản lượng sản xuất bột nhẹ tăng lên rất mạnh trên thị trường chất độn của ngành giấy ở Bắc Mỹ. Một lý do khác cũng làm tăng nhu cầu bột nhẹ trong công nghiệp sản xuất bột giấy là việc sử dụng giấy tái sinh. Sợi giấy tái sinh ngắn hơn và mềm hơn nên độ trắng kém hơn sợi ban đầu, vì vậy đòi hỏi một lượng lớn hơn các chất độn có độ trắng cao để nâng độ trắng của giấy lên. Mức độ độn của các khoáng trong bột giấy có thể lên đến 50%. Công thức độn của Bắc Mỹ là 80% cao lanh, 20% CaCO3. Hiện nay đang chuyển dần sang công thức là 40% cao lanh và 60% bột nhẹ. Ngoài nhu cầu bột nhẹ trong sản xuất giấy còn có nhu cầu bột nhẹ trong sản xuất cao su, chất dẻo, sơn, dược phẩm v.v... Tổng sản lượng bột nhẹ ở Bắc Mỹ là 600.000 tấn/năm. Các công ty sản xuất bột nhẹ hàng đầu ở Bắc Mỹ là Plizer Inc và ECC international Inc. Plizer có 25 cơ sở sản xuất bột nhẹ trên toàn nước Mỹ. Các cơ sở sản xuất bột nhẹ này nằm trong khu vực sản xuất giấy. Bột nhẹ dạng huyền phù được vận chuyển theo đường ống sang cơ sở nghiền bột giấy. Đến cuối năm 1992 Plizer có tổng số cơ sở sản xuất bột nhẹ lên đến 32 cơ sở. Anh quốc có 3 công ty sản xuất bột nhẹ là ICI, PLC, Rhon-Poulenc và một công ty nhỏ hơn là WR.Luscombe Ltd. ICI sản xuất bột nhẹ chủ yếu dùng làm chất độn cho công nghiệp cao su, keo gắn, keo trát. Sản phẩm của hãng 60% cung cấp cho Châu âu. Nhà máy bột nhẹ đầu tiên được Rhon-Poulenc khánh thành vào năm 1991. Nhà máy được thiết kế hoàn toàn tự động và có công suất 30.000 tấn/năm. Sản phẩm bột nhẹ của Rhon-Poulenc cung cấp cho ngành công nghiệp sản xuất kem đánh răng, giấy, keo gắn, keo trát, sơn, dược phẩm và mỹ phẩm. Công ty WR.Lurcombe Ltd. có trụ sở ở London, công ty này chỉ sản xuất bột nhẹ với công suất 1.000 tấn/năm do khai thác các sản phẩm phụ trong công nghiệp làm mềm nước. Công ty Fax Kalk của Đan mạch hiện được xem là công ty cung cấp bột nhẹ lớn nhất Châu Âu. Nhà máy sản xuất bột nhẹ đầu tiên của Fax Falk là nhà máy Lesebo đặt tại Thuỵ Điển với công suất 6.000 tấn/năm. Nhà máy sản xuất bột nhẹ thứ hai được đặt tại Nymola (Thuỵ điển). Sản phấm bột nhẹ của nhà máy này được ký hiệu PCC95. Sản phẩm của nó cung cấp cho tập đoàn làm giấy Stora, đây là tập đoàn sản xuất giấy và bột giấy lớn nhất Châu Âu. Phần Lan cũng là một nước cung cấp bột nhẹ quan trọng ở Châu Âu. Tổng công suất của tập đoàn Partek là 60.000 tấn/năm. Ở khu vực châu á thì chỉ hai nước Trung Quốc và Nhật Bản đã vượt xa các khu vực khác về tổng sản lượng bột nhẹ. Năm 1992 sản lượng bột nhẹ của Trung Quốc đạt tới 550.000 tấn.Trong đó nhu cầu thị trường trong nước là 512.000 tấn. Ở Nhật Bản người ta sản xuất 2 loại bột nhẹ chính. Một loại là light PCC và loại cloidal PCC. Cũng như các khu vực khác nhu cầu bột nhẹ cho ngành giấy là cao nhất, sau đó là các ngành sơn, chất dẻo, cao su v.v... 3. Tình hình thị trường: Nhu cầu sử dụng bột nhẹ của các lĩnh vực trong nước như sau: (theo vinachem.com) Ngành sơn 12% Sản xuất nhựa 14% Giấy 4% Chất tẩy rửa 10% Kem đánh răng và mỹ phẩm 24% Cao su 31% Sản xuất vỏ bình acqui 5% Sản phẩm bột nhẹ của ta chưa cung cấp đủ cho các nhu cầu sử dụng ở trong nước, hơn nữa đối với những nhu cầu đòi hỏi chất lượng sản phẩm cao thì của ta chưa đạt yêu cầu, vì vậy hàng năm ta phải nhập khoảng 150.000 tấn bột nhẹ cho các nhu cầu sử dụng ở trong nước như ngành sơn, nhựa, mỹ phẩm, giấy v.v... III.TÍNH CHẤT CỦA CANXI CACBONAT: 1.Tính chất hóa học: Phương trình phân hủy đá vôi ở 825oC (phản ứng thu nhiệt) CaCO3 →CaO + CO2 (∆H=- 42.50 kcal/mol) Là chất rắn màu trắng không tan trong nước.Cacbonat canxi có chung tính chất đặc trưng của các chất cacbonat. Đặc biệt là: 1.Tác dụng với axít mạnh, giải phóng điôxít cacbon: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O 2.Khi bị nung nóng, giải phóng điôxít cacbon (trên 825 °C trong trường hợp của CaCO3), để tạo canxi oxit, thường được gọi là vôi sống: CaCO3 → CaO + CO2 Cacbonat canxi sẽ phản ứng với nước có hòa tan điôxít cacbon để tạo thành bicacbonat canxi tan trong nước. CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 Phản ứng này quan trọng trong sự ăn mòn núi đá vôi và tạo ra các hang động, gây ra nước cứng. 2.Tính chất vật lý: Bảng 3: Tính chất vật lý của CaCO3 CTPT CaCO3 tên gọi theo IUPAC carbonat caxi phân tử gam 100 g/mol tỷ trọng, pha 2.83 g/cm3, rắn độ hòa tan trong nước không tan điểm nóng chảy 825 oC (phân hủy) biểu hiện bột màu trắng (số liệu của bảng ở điều kiện 25 oC, 100 Kpa) Hình 2: Bột nhẹ 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. IV. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NHẸ: Có 3 phương pháp để sản xuất bột nhẹ, đó là phương pháp cacbonat hóa, phương pháp clorua canxi và phương pháp trao đổi sữa vôi. Phương pháp cacbonat hóa được sử dụng rộng rãi nhất do có nhiều ưu điểm về công nghệ cũng như nguyên liệu. Phương pháp trao đổi sữa vôi có nhược điểm lớn là sản phẩm có lẫn một lượng đáng kể canxi hydroxyt và xút. Vì vậy để đảm bảo chất lượng cần phải tốn rất nhiều công lọc, rửa... Vì vậy phương pháp trên chỉ nên áp dụng tại các nhà máy sản xuất sôda. Còn phương pháp canxi clorua thì sẽ tạo được sản phẩm có độ tinh khiết cao. Phương pháp này có thể khống chế chế độ kết tủa canxi cacbonat, do đó có thể tạo được các tinh thể có kích thước như mong muốn. Vì vậy người ta thường sử dụng phương pháp này để tạo sản phẩm có độ tinh khiết cao, được sử dụng vào các mục đích đặc biệt. Sau đây là phương pháp sản xuất bột nhẹ: Sơ đồ qui trình công nghệ Chú thích: (1) Lò nung vôi (2) Bể chứa (3) Thiết bị hòa tan CaO (4) Thiết bị khuấy trộn (5) Thiết bị làm sạch khí lò vôi (6) Thiết bị phản ứng (7) Thiết bị khuấy trộn (8)(9)(10) Thiết bị sấy phun (11) Bồn chứa sản phẩm bột nhẹ Từ nhà kho đá vôi sẽ được nhập liệu cho lò nung vôi bằng gầu tải với tỉ lệ giữa đá vôi và than một cách thích hợp. Trước khi nhập liệu cho lò nung, người ta sẽ mồi lửa trong lò nung với một lượng vôi và than đã được xếp sẵn trong lò nung theo một tỉ lệ 1/3 so với chiều cao lò. Lò nung đạt được nhiệt độ thích hợp khoảng 700 oC thì tiến hành nhập liệu. Lò nung hoạt động theo chế độ liên tục vì khói thải của lò nung được sử dụng cho phản ứng tạo bột nhẹ. Sản phẩm của lò nung là vôi sống, khi sản phẩm ra khỏi lò sẽ được vận chuyển bằng băng tải vào thiết bị thổi khí nhằm làm sạch lớp tro của than bám lên trên bề mặt của vôi trước khi tiếp tục đi vào bồn chứa bằng gầu tải. Khói thải của lò nung sẽ dẫn qua thiết bị làm nguội và làm sạch tro, bụi cơ học, sau đó được chia thành 2 dòng, dòng 1 tiếp tục làm nguội thấp đến nhiệt độ khoảng 25 oC đến 40 oC có thể bằng nuớc hoặc bằng cách đối lưu nhiệt tự nhiên. Dòng 2 sẽ được làm sạch và được giữ ở mức nhiệt độ cao để sử dụng nhiệt cho thiết bị sấy phun. Vôi sống ở bồn chứa, và nước được vận chuyển đến thiết bị khuấy trộn bằng gầu tải và bằng bơm, sản phẩm sau khi ra bồn khuấy sẽ được đưa vào các bồn lắng nhằm 2 mục đích là loại bỏ được các tạp chất cơ học không tan trong nước hoặc đá vôi chưa chín, đồng thời là quá trình làm nguội sản phẩm bằng không khí, sau đó sản phẩm từ bồn lắng sẽ được vận chuyển vào bồn khuấy cùng vời lượng nước thích hợp, lần này nhằm làm giảm nhiệt độ sản phẩm, đồng thời pha loãng nồng độ sản phẩm, sau đó sản phẩm sẽ được đưa đến bồn chứa và gọi là vôi tôi. Vôi tôi được vận chuyển đến thiết bị phản ứng tháp phun, khói thải chứa CO2 được nạp vào tháp ở phía đáy, sản phẩm thu được sẽ được đưa vào các bể lắng với mục đích nhằm loại bỏ bớt nước, huyền phù thu được sẽ được bơm vận chuyển vào thiết bị sấy phun, nhiệt độ sấy của thiết bị lấy từ khói thải lò nung vôi, Sản phẩm sau khi sấy sẽ được đưa vào bồn chứa là sản phẩm cuối cùng của qui trình sản xuất. A.CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NHẸ 1. Quá trình nung vôi : Việc nung đá vôi thành vôi sống đã được con người phát hiện và ứng dụng từ lâu, nhiên liệu đầu tiên là gỗ, củi, sau này và hiện nay người ta dùng nhiên liệu là than đá hoặc than cốc. Thực chất của quá trình nung vôi là dùng nhiệt độ cao để phân hủy Carbonat canxi của đá vôi thành oxit canxi theo phản ứng sau. CaCO3 ⇌ CaO + CO2 (∆H= - 42.50 kcal/mol) Sau khi nung, hình dạng và kích thước của vôi vẫn không đổi (giống như hình dạng lúc nhập liệu) Muốn phản ứng diễn ra theo chiều thuận phải giảm áp suất khí CO2 bằng cách tạo điều kiện cho khí CO2 bay ra khỏi lò nung nhanh và tăng thêm nhiệt độ nung so với nhiệt độ nung tính toán lý thuyết. Trong thí nghiệm, carbonat canxi phân hủy ở nhiệt độ 900 oC. Thực ra ở 600 oC nó đã phân hủy nhưng rất yếu, đến khi nhiệt độ đạt 850 oC nó mới phân hủy mạnh. Để đá vôi phân hủy hoàn toàn chúng ta cần giữ nhiệt độ 600 oC đến 960 oC trong một thời gian nhất định. Trong thực tế đá vôi nung ở 1000 oC đến 1200 oC vì thường phải nung một lượng nhiên liệu lớn với thành phần hóa học không đều, không ổn định, chứa nhiều tạp chất khác nhau và tốc độ nung lại lớn. Ngoài ra theo phản ứng phân hủy đá vôi ở trên về lý thuyết CaO có trọng lượng bằng trọng lượng của CaCO3 giảm đi 44% (do mất CO2), nhưng vì thể tích chỉ giảm 10 đến 15% nên vôi có độ xốp lớn và do đó nhẹ. Xét một viên đá vôi khi nung trong lò, trước tiên có một lớp vôi xuất hiện và bao bọc bên ngoài, vì lớp vôi này xốp hơn đá vôi nên hệ số dẫn nhiệt giảm, làm nhiệt truyền vào trong khó nên phải tăng thêm nhiệt độ nung, giúp viên đá vôi có thể tăng hệ số dẫn nhiệt để phân hủy hết. 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: cục vôi nặng hơn vôi chín khi có cùng một thể tích. Vôi sống nhìn qua không phân biệt được vì lớp ngoài đã chín và trong lõi vẫn còn dạng đá vôi. Nguyên nhân là do nhiệt độ nung thấp, kích thước đá vôi quá lớn, hay than cháy lướt quá nhanh, hoặc có thể lấy vôi ra nhiều lần và nhanh quá - Vôi quá lửa: thông thường thể tích đá vôi giảm 10 đến 15% sau khi nung, nhưng nếu quá nhiệt thì giảm đến 40%, vậy nếu nhiệt độ quá cao thì cục vôi càng rắn và càng nặng. Vì vậy khi tôi vôi quá lửa, phân tử khó thấm nước vào nên tôi vôi rất chậm. Quá trình nung vôi trong lò đứng thông thường Đá vôi và than cho vào miệng lò khi di chuyển dần xuống, sẽ được khói nóng bốc lên đốt nóng trước, khi than vụn đốt nóng đến 700 oC sẽ bắt đầu cháy, nhiệt độ trong lò tăng lên tới khoảng 900 oC đến 1200 oC thì đá vôi phân hủy thành vôi. Sau khi thành vôi thì di chuyển xuống khu vực dưới của lò và tiếp xúc với không khí phía ngoài đi vào lò làm nguội. Như vậy theo chiều cao của lò đã hình thành ba phần, phần trên cùng là sấy, phần giữa là nung, phần đáy là làm nguội. Thông thường theo kinh nghiệm thực tế, phần sấy sẽ chiếm 25% tổng thể tích lò, phần nung chiếm 50% tổng thể tích lò và phần làm nguội là phần còn lại. Sự phân chia trên chỉ mang tính ước lượng. Trong quá trình nung vôi, khoảng cách của các phần đó dài ngắn phụ thuộc vào thao tác như: nhập liệu, quá trình chọc xỉ, thông lò, khối lượng mỗi lần ra lò… -Phần sấy: đá vôi và than đá cho vào lò gặp khí khói có nhiệt độ từ 800 đến 1200 oC từ phần nung đi lên, làm bốc hơi nước, than bốc hơi, các hợp chất hữu cơ cháy hết, MgCO3 bị phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ từ 700 oC đến 800 oC. Chất bốc có trong than ở phần này thoát ra, lượng không khí cho vào lò nếu thiếu than sẽ không cháy hết, nếu thừa thì nhiệt độ trong lò giảm, do khối lượng oxi trong không khí còn ít,vì vậy chất bốc không cháy được sẽ theo khói thải thoát ra ngoài. Từ đó cho thấy than cho vào lò càng ít chất bốc thì càng đỡ làng phí. Nhưng ngược lại, lúc ban đầu bắt đầu mồi lò than được xếp khoảng 1/3 chiều cao của lò (tính từ đáy lên) cần có nhiều chất bốc để cháy và có ngọn lửa dài. -Phần nung: phần này rất quan trọng vì nó quyết định chất lượng và sản phẩm vôi ở khu vực này, than cháy nên nhiệt độ đạt từ 1000 oC đến 1200 oC, với nhiệt độ này đá vôi bị phân hủy. Trong quá trình thao tác điều khiển lò, yêu cầu duy trì phần nung ổn định cả về nhiệt độ và khoảng cách. -Phần nguội: đầu phần này là chổ than cháy hết và cuối phần này là nơi lấy xỉ than ra. Nếu đá vôi còn xót lại ở phần này thì nó không thể tiếp tục phân hủy và nhiệt độ đã giảm xuống nhiều (so với phần nung) do không khí ở ngoài lùa vào nhiều. Như vậy, qua tính toán sự cháy của quá trình nung thấy rằng nếu nhiệt độ của không khí đưa vào lò càng tăng thì nhiệt độ ngọn lửa càng cao, nếu duy trì nhiệt độ ngọn lửa không đổi thì nhiệt hao phí sẽ giảm. 2. Quá trình làm sạch khí thải lò nung: Việc sản xuất vôi thường đi đôi với sản xuất bột nhẹ (CaCO3 tạo thành do phản ứng giữa sữa vôi với CO2), một sản phẩm quan trọng. Người ta tận dụng CO2 sinh ra trong quá trình nung vôi để sản xuất bột nhẹ. Tuy nhiên do hỗn hợp khí thải của nung vôi chứa khá nhiều tạp chất cơ học như tro, bụi than, và một hàm lượng SO2… Ngoài ra nhiệt độ của khí thải cũng rất lớn vào khoảng 800 oC đến 900 oC. Vì vậy trước khi dẫn CO2 vào thiết bị phản ứng thì khí thải phải được làm sạch và làm nguội. Mặt khác, trong qui trình sản xuất chúng ta cần sấy vật liệu nên cũng có thể sử dụng năng lượng nhiệt của khói thải để tiết kiệm được năng lượng của nhà máy. Do vậy vật liệu dẫn ống chúng ta phải làm bằng vật liệu chiệu nhiệt, đồng thời trên đường ống chúng ta sẽ làm các thiết bị lọc cơ học lọc một phần các tạp chất cơ học trước khi cho qua thiết bị làm sạch khí. Việc làm sạch và làm nguội khí chúng ta có thể sử dụng nước để vừa có khả năng rửa bụi, vừa có tác dụng làm giảm nhiệt độ khí. Ngoài ra chúng ta có thể làm nguội khói thải mới ra lò bằng cách qua thiết bị phối trộn khói thải và không khí bên ngoài trước khi đưa khói thải vào thiết bị rửa bụi. Dựa vào các phương trình cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng chúng ta sẽ xác định được lượng nước cần thiết để giải nhiệt cho khí thải. Ta biết rằng để phản ứng sản xuất bột nhẹ của chúng ta đạt hiệu quả chúng ta cần làm nguội CO2 xuống nhiệt độ mà ở nhiệt độ đó, khả năng hòa tan của CO2 vào nước là tương đối hiệu quả 3. Quá trình hòa tan CaO vào H2O: Vôi sống hợp nước sẽ cho vôi tôi (hydroxyt canxi). Đây là phản ứng tỏa nhiệt mảnh liệt, do vậy cần phải chú ý trong việc làm giảm nhiệt độ của quá trình phản ứng để nâng cao hiệu suất phản ứng. ở 25oC CaO + H2O --> Ca(OH)2 + 15.6 kcal/mol Ta cũng biết CaO tan rất ít trong nước, và nhiệt độ tăng thì khả năng hòa tan cũng sẽ giảm theo. Do đó hydroxyt canxi thường được dùng dưới dạng huyền phù (sữa vôi). Chúng ta cần phải quan tâm một điều là cần phải biết nhiệt độ tối ưu của nước cần để hòa tan CaO: Bảng 4: Độ hòa tan của CaO trong H2O theo nhiệt độ (S, g chất khan trên 100 g dung dịch, % khối lượng)(theo sổ tay Quá trình thiết bị I) Nhiệt độ (oC) Hàm lượng (%) 0 0,13 10 - 20 0,123 30 0,113 40 0,104 50 0,096 60 0,086 80 0,067 100 - đồng thời giả sử muốn hòa tan 1 tấn CaO thì chúng ta cần bao nhiêu nước, sau đó sản phẩm thu được chúng ta sẽ hòa tan thêm với nước để làm giảm nhiệt độ vôi tôi và làm tăng độ tan của vôi sống trong sản phẩm. Mục đích cuối cùng của chúng ta là làm nguội vôi tôi về nhiệt độ cần thiết, sao cho ở nhiệt độ đó CaO tan tốt trong nước và CO2 cũng tan tốt trong nước nhằm tăng khả năng truyền khối khi hai pha tiếp xúc trực tiếp nhau. Thiết bị để hòa tan CaO vào nước phải làm từ vật liệu chiệu nhiệt, và cần có thiết bị giải nhiệt cho thiết bị này (nếu cần thiết). Thiết bị phản ứng cho quá trình hòa tan thông thường được chọn là bồn khuấy trộn có bộ phận giải nhiệt nhằm 2 tác dụng -Khuấy trộn sẽ giúp cho khả năng khuếch tán giữa 2 pha đạt hiệu quả cao. -Giải nhiệt cho thiết bị vì đây là phản ứng tỏa nhiệt, tốc độ hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ quá trình phản ứng. Trong quá trình hào tan CaO, cũng là giai đoạn loại bỏ các tạp chất cơ học có trong vôi như MgO, Al2O3, Fe2O3 không tan vào nước được tháo bỏ dưới đáy thiết bị, đồng thời để vôi có độ tinh khiết cao đòi hỏi nguồn nước cung cấp phải đảm bảo không chứa nhiều tạp chất ion kim loại. 4. Quá trình phản ứng tạo sản phẩm: Đây là công đoạn quan trọng quyết định đến năng suất của sản phẩm. Do vậy, để phản ứng đạt hiệu suất cao chúng ta cần tạo điều kiện cho 2 pha khí (CO2) và lỏng (vôi tôi) có bề mặt tiếp xúc pha lớn, nhiệt độ của các dòng nhập liệu, đồng thời trong suốt quá trình phản ứng Ca(OH)2 (r) + CO2 (k) = CaCO3 (r) + H2O (l) + 26.908 Kcal/mol Vì đây là phản ứng tỏa nhiệt, do nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến quá độ tan của Ca(OH)2, và CO2 trong nước, nên chúng ta cần giảm nhiệt độ của thiết bị nhằm giúp phản ứng đạt hiệu quả. Về bản chất đây là một quá trình hấp thụ có kèm phản ứng hóa học. Chúng ta có hai trường hợp cho một phản ứng của pha khí vào pha lỏng. -Trường hợp 1: Phản ứng hóa học xảy ra trong lòng pha lỏng (nghĩa là phản ứng rất chậm). Do đó, quá trình thực tế là quá trình vận tải chất vào chất lỏng có thể tách biệt như là một quá trình xảy ra trước nối tiếp với phản ứng hóa học. -Trường hợp 2: Phản ứng hóa học xảy ra chủ yếu ngay trên mặt biên của pha lỏng. Khi đó quá trình vận tải và quá trình phản ứng xảy ra song song. Rõ ràng trường hợp phản ứng giữa CO2 và Ca(OH)2 rơi vào trường hợp 2 còn gọi là xảy ra ở miền phản ứng nhanh. Ở miền phản ứng này phản ứng xảy ra rất nhanh và thực tế thời gian phản ứng rất nhỏ so với thời gian khuếch tán tương đương, và phản ứng xảy ra ngay trong thời gian dừng của phân tố lỏng ngay trên bề mặt phân chia pha hay trong màng lỏng (theo thuyết thay đổi bề mặt mới của Higbie). Như vậy trong màng lỏng sẽ xảy ra quá trình khuếch tán và phản ứng hóa học, phương trình cân bằng vật chất cho cấu tử A trong màng lỏng bao gồm khuếch tán và động học. Việc lựa chọn thiết bị phản ứng cho quá trình này cũng rất quan trọng, thiết bị của chúng ta cần tạo bề mặt tiếp xúc pha lớn càng tốt. 5. Quá trình lắng bột nhẹ: Bột nhẹ sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng chúng ta cần loại bớt nước, và thu huyền phù dạng phù hợp cho quá trình sấy sao cho ít tốn nhiệt trong quá trình sấy. Do vậy, phương pháp lắng đơn giản và hiệu quả trong dây chuyền là lắng theo nguyên tắt trọng lực, ít tốn kém chi phí trong quá trình lắng. Các bể lắng được xây dựng tại nơi thiết bị phản ứng nhằm lắng huyền phù đồng thời để làm mát sản phẩm cần thiết. 6. Quá trình sấy khô bột nhẹ: Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đạt chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp. Để sấy các vật liệu lỏng huyền phù như bột nhẹ, sữa, trứng, sữa đậu nành…nên thiết bị sấy tốt nhất là thiết bị sấy phun. Vì quá trình xảy ra rất nhanh đến mức không kịp đốt vật liệu đến giới hạn cho phép, sản phẩm thu được dạng bột mịn nên không cần nghiền, như sữa bột, cà phê hòa tan, xà phòng…. Ở đây chúng ta sử dụng phương pháp sây phun ly tâm, bởi vì phương pháp này phù hợp với chất lỏng dạng huyền phù. Tác nhân sấy là nhiệt độ khói lò nung, sau khi đã qua giai đoạn xử lý tạp chất cơ học, để làm giảm nhiệt độ của khí nóng đến nhiệt độ cần thiết người ta sẽ dùng nước để giải nhiệt B.CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Lò nung vôi: 1.1. Các loại lò nung vôi: Trong nhân dân các lò thủ công các lò thủ công thường được đắp bằng đất hoặc xây bằng gạch thường và người ta nung theo phương pháp gián đoạn từng mẻ. Làm như vậy tất nhiên hiệu suất và chất lượng không cao, song bù lại là tiện lợi và phù hợp với việc sử dụng cho xây dựng tại chỗ. Trong công nghiệp người ta sử dụng lò xây bằng gạch chịu lửa và công nghệ nung liên tục. 1.2. Hình dáng cấu tạo lò nung vôi công nghiệp: Chú thích: 1: Nguyên liệu ban đầu 2: Gầu tải nhập liệu 3: Cổng nhập liệu 4: Vôi trong lò nung 5: Cổng tháo vôi trong lò nung 6: Cửa lấy sản phẩm ra ngoài 7: Cửa thoát khói lò nung Hình 3 : Lò nung vôi 1.3. Nguyên lý hoạt động của lò nung: Đá vôi nguyên liệu với kích thước từ 60 đến 200 mm, sau đó được trộn với than cốc (kích thước hạt cỡ 30 đến 70 mm) với tỉ lệ khoảng 9:1 và được đưa vào lò theo cửa nạp nguyên liệu 2 qua thiết bị cửa 3. Khi than cháy hết, nhiệt độ của lò có thể lên tới 1200 oC. Thời gian chuyển dịch của đá trong lò được tính toán theo kích thước lò và bản chất của nguyên nhiên liệu sao cho đủ để chín vôi. Nghĩa là toàn bộ khối đá carbonat đã được phân hủy tạo thành canxi oxyt. Vôi sống được lấy ra liên tục ở cửa 5 có nhiệt độ khoảng 300 oC, nhờ có sự làm nguội của không khí. Không khí vào lò theo cửa 8 được trao đổi nhiệt với sản phẩm vôi sống trước khi ra lò và tại các tầng cuối của lò. Thông thường trong các lò công nghiệp, 80% lượng nhiệt được sử dụng cho quá trình phân hủy carbonat. 2. Thiết bị hòa tan CaO: Bồn khuấy trộn làm việc liên tục vì quá trình liên tục sẽ dễ dàng điều khiển tự động hóa, thời gian khuấy để đạt cùng yêu cầu công nghệ nhỏ hơn so với quá trình gián đoạn, năng lượng tiêu hao riêng nhỏ hơn và kích thước thiết bị nhỏ gọn hơn nếu cùng năng suất hoặc năng suất lớn hơn nếu cùng kích thước. 2.1. Hình dáng và cấu tạo bồn khuấy: Chú thích 1: Cổng nhập liệu của dòng lỏng 2: Cổng nhập liệu của vôi sống 3: Cổng tháo chất rắn không tan 4: Cổng tháo dung dịch vôi tôi 5: Trụckhuấy 6: Động cơ quay trục khuấy 7: Cổng thoát khí 8: Bộ phận đỡ động cơ Hình 4: Thiết bị hòa tan CaO 2.2. Nguyên tắt hoạt động: Nguyên liệu là vôi sống được đưa vào bồn khuấy bằng gầu tải theo cổng nhập liệu số 2, nước được nhập liệu bằng bơm bởi cổng số 1, được cánh khuấy 5 khuấy trộn sau đó sản phẩm được tháo ra tại cổng 4, sản phảm đáy gồm những hợp chất khó tan tháo ra ở cổng 3 theo định kỳ, thiết bị làm việc liên tục, sản phẩm sẽ đưa xuống bể lắng, tại đây các hợp chất không tan và một phần đá vôi chưa chín sẽ được thải bỏ, sản phẩm dạng huyền phù sẽ được chảy tự động qua bể lắng khác, nhằm mục đích làm nguội sản phẩm bằng môi trường ngoài, và được cung cấp thêm nước, sau đó toàn bộ sản phẩm ở bể được bơm vào bồn khuấy thứ 2, tại đây sản phẩm sẽ được pha loãng thêm nước để hạ nhiệt độ sản phẩm, đồng thời tăng khả năng hòa tan của vôi sống trong nước, sản phẩm được đưa xuống bể và được bơm vào bể chứa sản phẩm. 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng: Chủ yếu là nhiệt độ tỏa ra trong quá trình hòa tan vôi sống sẽ làm hạn chế vôi tan trong nước, do đó cần cung cấp một lượng nước phù hợp cho quá trình hòa tan, chế độ khuấy trộn cũng ảnh hưởng rất lớn đến khuếch tán cấu tử trong quá trình hòa tan. Thời gian khuấy trộn thông thường tối thiểu 2 h để vôi sống có khả năng trương lên khi thấm nước. Nhập liệu liên tục với lượng phù hợp, lượng nước đủ để hòa tan vôi sống trong thời gian khuấy trộn 3. Thiết bị làm sạch khí lò vôi: Để làm sạch khói thải loại bỏ những tạp chất cơ học chúng ta có rất nhiều phương pháp như +Làm sạch bằng phương pháp khô  +Làm sạch bằng phương pháp ướt +Thiết bị lọc Do nhiệt độ khói thải cao, lại nhiễm bụi nên phương án tối ưu là làm sạch bằng phương pháp ướt 3.1. Hình dáng cấu tạo: Chú thích 1: Cửa nhập liệu của khói thải 2: Cửa nhập liệu của nước 3: Của tháo nước nhiễm bẩn 4: Cửa thoát khí sạch 5: Mặt bích gắn bulong Hình 5: Thiết bị làm sạch khí lò vôi 3.2. Nguyên tắt hoạt động: Khói lò sẽ được dẫn vào thiết bị làm nguội và đồng thời rửa bụi bằng tháp đệm nhằm làm giảm trở lực trong so với bồn sục nước, trở lực lớn nên chi phí năng lượng sẽ cao hơn, dung môi làm sạch khí là nước theo cổng 2, khí trơ đi ra ngoài theo cổng 4 được chia thành hai dòng (nhiệt độ của khí trơ lúc này vẫn còn cao), dòng 1 sẽ tiếp tục được làm nguội bằng nước hoặc làm nguội tự nhiên trên đường ống dẫn đến khi đạt nhiệt độ là khoảng 25 oC, sau đó được dẫn vào thiết bị phản ứng kết tủa với Ca(OH)2. Dòng 2 sẽ được quạt hút hút về thiết ị sấy để sấy khô sản phẩm bột nhẹ, nhiệt độ của dòng tác nhân sấy khoảng 150 oC đến 200 oC. Dòng nước thải trong quá trình xử lý sẽ được lọc bẩn và làm nguội để sử dụng lại 4. Thiết bị phản ứng: 4.1. Hình dáng cấu tạo: Chú thích 1:dòng khí 2: dòng lỏng 3: dung dịch 4: khí trơ 5: cửa sữa chữa 6: thiết bị phân phối lỏng 7: mặt bích gắn bulong Hình 6: Thiết bị phản ứng 4.2. Nguyên lý hoạt động: Khói lò được dẫn vào thiết bị theo cửa số 1, dung môi là vôi tôi được nhập liệu qua cửa số 2, hai pha tiếp xúc nhau trên bề mặt riêng của lớp đệm và xảy ra phản ứng, sản phẩm dạng huyền phù được tháo ra ngoài theo cổng 3, sau đó được đưa qua các bể lắng để tách bớt. 5. Thiết bị sấy phun: 5.1. Hình dáng, cấu tạo: Chú thích 1 : Dòng khí nòng 2 : Thiết bị phun huyền phù 3 : Cửa thoát khí ẩm 4 : Của tháo sản phẩm bột khô Hình 7: Thiết bị sấy phun 5.2. Nguyên tắc hoạt động: Dụng dịch chứa CaCO3 dạng huyền phù được bơm hút phun thành những giọt có kích thước nhỏ trong thiết bị từ trên cao, dòng khí nóng vào thiết bị từ cửa 1 hướng dưới lên, khi hai pha tiếp xúc nhau, lượng ẩm sẽ bị bốc hơi thoát ra ngoài theo cửa 3, sản phẩm khô sẽ rớt xuống đáy và được tháo ra ngoài theo cửa 4, có thể được tháo ra ngoài nhờ vít tải... C.Giới thiệu các thiết bị phụ 1. Thiết bị sủi bọt: Là thiết bị trong đó chất khí được phân tán trong chất lỏng và là loại được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp. Ưu điểm của thiết bị này là cấu tạo đơn giản, không có các bộ phận chuyển động, thiết bị làm việc gần như theo chế độ khuấy lý tưởng, dễ khống chế nhiệt độ. Nhượt điểm: mối quan hệ giũa chiều cao cột chất lỏng và đường kính thiết bị, vì bề mặt tiếp xúc pha sẽ giảm rất mạnh theo chiều cao tính từ vị trí sục khí. Ngoài ra cung phải thấy rằng ở thiết bị loại này tồn tại một sự khuấy trộn ngược trong pha lỏng rất lớn. Ứng dụng phổ biến nhất trong các quá trình sinh hóa vì cũng chỉ có loại thiết bị này mới có thể chứa một lượng chất lỏng lớn. 2. Thiết bị khuấy trộn: Được sử dụng khá phổ biến trông công nghiệp đặc biệt trong ngành công nghiệp hóa chất. Dùng năng lượng cơ học của cơ cấu khuấy trộn để làm đồng đều các hỗn hợp đồng thể hoặc dị thể, để tăng cường các quá trình chuyển nhiệt, chuyển khối và phản ứng hóa học, đồng thời tạo ra các hệ nhũ tương, huyền phù và hệ bọt. Do đó thiết bị khuấy trộn góp phần quan trọng vào việc tăng năng suất của các hệ thống máy và thiết bị công nghệ. Ngoài ra, các thiết bị khuấy trộn còn có vai trò quyết định trong việc sản xuất ra các sản phẩm có chất lượng có vai trò quyết định trong việc sản xuất ra các sản phẩm có chất lượng đồng đều, phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật và tạo ra các sản phẩm có chất lượng đặc biệt Hình 8: Thiết bị khuấy trộn 3. Thiết bị phun tia: Loại thiết bị này thật ra ít được sử dụng trong công nghiệp và thường được sử dụng khi trong pha khí và pha lỏng có những phần tử rắn. Ưu điểm lớn nhất của thiết bị này là có bề mặt tiếp xúc pha lớn. Nhượt điểm lớn nhất của thiết bị là bộ phận phun lỏng, huyền phù…. Để hoạt động tốt đòi hỏi công suất lớn, tốn kém nhiều năng lượng. Chú thích: 1: dòng khí nhiễm bẩn 2: dòng lỏng 3: dung dịch 4: khí trơ Hình 9: Thiết bị phun tia 4. Tháp đĩa: Trường hợp phải điều chỉnh nhiệt độ cho quá trình hấp thụ và cho quá trình phản ứng hóa học, tháp đĩa là thích hợp hơn cả. Nó cũng được sử dụng khi lượng chất lỏng không nhiều, và chính các đĩa chia tháp làm nhiều bậc và do đó hạn chế gần như toàn diện hiện tượng khuấy trộn ngược. Nhượt điểm lớn nhất của tháp đĩa là không làm việc vối hệ dạng huyền phù Hình 10 :Tháp đĩa 5. Tháp đệm: Đệm được chất đầy trong tháp chủ yếu nhằm phân nhánh các màng chất lỏng và do đó để làm chất lỏng quanh đệm được trộn lẫn tốt vào nhau. Ưu điểm nữa của thiết bị loại tháp đệm là không cần có bộ phận chuyển động, bề mặt tiếp xúc pha đủ lớn và tiết kiệm năng lượng, do trở lực của tháp không phải là cao lắm. Đệm có thể đổ đống hay xếp theo một trật tự nào đó, tùy theo kích thước của tháp. Một điều chú ý là khi chiều cao tháp đủ lớn thì dọc chiều cao phải bố trí thiết bị phân phối chất lỏng để hạn chế hiệu ứng thành khi thiết bị làm việc. Hình 11: Tháp đệm Ưu điểm nổi trội của thiết bị tháp đệm so với tháp đĩa là nó làm việc được với cả chất lỏng dạng huyền phù nếu có cơ cấu đệm thích hợp. Tính toán đơn giản hơn nhiều so với tháp đĩa. Năng suất của thiết bị đệm không cao V. ỨNG DỤNG CỦA BỘT NHẸ: Bột nhẹ được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp giấy, cao su, nhựa, xốp, thuốc đánh răng, mỹ phẩm, sơn, dược phẩm v.v... Bột nhẹ là một chất độn có nhiều tính ưu việt, nó làm giảm độ co ngót và tạo độ bóng cho bề mặt sản phẩm. Trong công nghiệp cao su và giấy, bột nhẹ vượt trội hơn cao lanh về độ bền và độ trắng. Trong công nghiệp sản xuất keo gắn bột nhẹ được sử dụng làm chất độn do có độ bám dính tốt. Trong những năm tới, do các ngành công nghiệp cao su, giấy, chất dẻo, sơn..., phát triển mạnh cho nên việc sản xuất bột nhẹ cũng đòi hỏi phải có những bước nhảy vọt cả về lượng và chất để đáp ứng được vị trí tương xứng của nó. 1. Trong kỹ thuật: 1.1.Ngành nhựa: a) Tấm trần/Khung/Cửa Nhựa: Canxi cacbonat được sử dụng rộng rãi trong nhựa PVC cứng và được ứng dụng nhiều nhất trong sản xuất ống nhựa và tấm trần.Sử dụng sản phẩm canxi cacbonat Hình 12:Tấm trần làm gia tăng độ bền sản phẩm, độ phân tán trong hóa chất nhựa tốt hơn, độ bóng sản phẩm đạt được tối ưu, cải tiến quá trình sản xuất. Vì vậy Canxi cacbonat là một loại nguyên liệu không thể thiếu trong quá trình sản xuất những loại sản phẩm này.Canxi cacbonat có ảnh hưởng lớn đến những đặc tính của sản phẩm như là độ bền trong môi trường tự nhiên, thời gian sử dụng sản phẩm, vì vậy sự lựa chọn đúng loại canxi cacbonat để sử dụng làm nguyên liệu là rất quan trọng. b) Ống nhựa PVC và phụ kiện nhựa: Ống polyolefin không chịu áp lực và phụ kiệnSử dụng sản phẩm canxi cacbonat trong nhựa polyolefin sẽ tạo độ cứng cao hơn, cải thiện quá trình sản xuất, rút ngắn thời gian và giảm chi phí. Trong phụ kiện chủ yếu làm tăng lợi nhuận.Ống PVC chịu áp lựcLoại này thường sử dụng canxi cacbonat độn với hàm lượng ít vì để tạo cho sản phẩm ống chịu được áp lực mức cao nhất, bề mặt sản phẩm láng nhất và chịu được tác động bề mặt. Hình 13: Ống nhựa c)Dây cáp điện: Hình 14: Dây cáp điện Trong cáp nhựa polyolefin, canxi cacbonat đươc sử dụng ngày càng tăng với mục đích để giảm giá thành, bên cạnh đó canxi cacbonat có thể xem như chất chống cháy (nếu kết hợp đúng với loại nhựa và phụ gia khác). Để đạt được chi phí hiệu quả nhất, nhà sản xuất dây cáp điện có thể chọn nhiều loại canxi cacbonat cho nhiều loại dây cáp, từ loại dây cáp có lớp cách điện mỏng cho đến loại dây cáp có lớp cách điện dày. d) Màng: Hình 15: Màng Canxi cabonat được ứng dụng rộng rãi trong sản suất những màng mỏng cho đến sản xuất những tấm dày, làm tăng các tính chất hóa học và cải thiện năng suất sản xuất. Canxi cacbonat làm giảm chi phí sản xuất, tăng độ cứng, độ bền trong việc làm chất độn cho các sản phẩm.Công nghệ sản xuất màng được ứng dụng trong sản xuất những sản phẩm nhựa rộng rãi, sản xuất từ những màng nhựa thoát hơi cho đến màng bọc đúc ép cũng như là những tấm chịu nhiệt. Màng nhựa thoát hơi Sử dụng canxi cacbonat trong sản xuất sản phẩm màng nhựa thoát hơi với những lổ nhỏ li ti có những ưu điểm vượt trội đặc biệt liên quan đến vấn đề vệ sinh, canxi cacbonat là chất hoạt động trong trường hợp này, cung cấp cho lớp màng với những tính chất đặc biệt cho phép thoát hơi thông qua hệ thống lỗ nhỏ li ti. Màng bọc đúc ép Canxi cacbonat giúp giảm chi phí giá thành trong sản xuất và cải tiến chất lượng bọc, canxi cacbonat được sử dụng trong nhựa LDPE, LLDPE, HDPE và PP, sử dụng sản phẩm canxi cacbonat của Công ty CP Hóa Chất TP.HCM giúp sản xuất những sản phẩm này. e) Sợi: Canxi cacbonat thường được sử dụng trong nhựa PE hoặc túi PP, dệt túi PP chống ảnh hưởng của việc phân đoạn hoặc chống ảnh hưởng của việc kết sợi. Canxi cacbonat thích hợp trong sản xuất hạt polyolefin như: + Giảm phân đoạn định hình nhựa PP, + Tăng độ cứng, + Giảm lượng titan oxit và giảm lượng nguyên vật liệu. f) Sản phẩm đúc Khi sử dụng sản phẩm canxi cacbonate trong sản xuất sản phẩm đúc, độ cứng vàđộ bền sẽ được cải tiến dẫn đến tiết kiệm chi phí. Thổi khuôn:Canxi cacbonat được ứng dụng trong thổi khuôn để sản xuất chai lọ hoặc những sản phẩm dùng làm vật chứa sẽ có những ưu điểm, bằng cách lựa chọn những loại nguyên liệu nhựa phù hợp với canxi cacbonat thì nhà sản xuất sẽ tạo ra sản phẩm hoặc vật chứa có trọng lượng cân bằng và giảm chi phí. Phun khuôn:Sử dụng sản phẩm canxi cacbonat trong phun khuôn là một giải pháp đã được chứng minh cải tiến tính chất sản phẩm và quá trình sản xuất. Nó thường được sử dụng rộng rãi trong sản xuất phụ tùng, thiết bị, sản phẩm gia đình và trong ngành công nghiệp tự động. 1.2. Ngành giấy: Hình 16: Giấy Trong ngành giấy, Canxi cacbonat được dùng làm chất độn và chất tráng phủ bề mặt. Ảnh hưởng lên tính chất giấy: -Ảnh hưởng lên cấu trúc và độ bền: Tăng tỷ lệ sử dụng chất độn làm giảm liên kết xơ sợi.Làm giảm độ bền cơ lý của giấy, giảm độ cứng. Làm tăng độ xốp cho giấy, độ ổn định kích thước tốt, giấy ít bị biến dạng khi gặp ẩm. -Ảnh hưởng đến hiệu quả gia keo chống thấm: Sự có mặt của chất độn làm tăng lượng dùng keo chống thấm và làm giảm hiệu quả gia keo vì chất độn hấp thụ keo chống thấm. -Ảnh hưởng chất độn đến tính chất quang học: Chất độn làm tăng độ trắng, độ nhẵn, độ đục cho giấy.Chất độn làm giảm hiện tượng hồi màu do chất độn ngăn cản tác dụng của ánh sáng mặt trời. -Ảnh hưởng sự phân bố trên tờ giấy: Chất độn làm tăng tính hai mặt của tờ giấy. -Ảnh hưởng lên quá trình sản xuất: Chất độn làm tăng khả năng thoát nước của dòng bột. 1.3.Ngành sơn: Hình 17: Sơn Trong ngành sơn, canxi cacbonat được xem như chất độn. Độ mịn và sự phân bố hạt canxi cacbonat ảnh hưởng đến độ chắn sáng của quá trình sơn phủ. Ngoài ra canxi cacbonat có độ sáng cao, độ hấp thụ dầu thấp, độ phân tán tốt, bền trong môi trường, khả năng mài mòn thấp, độ pH ổn định, nâng cao tính năng chống ăn mòn và cải thiện độ nhớt sản phẩm. Bột nhẹ được dùng rất nhiều trong ngành sơn nước, nó giúp tăng khả năng quang học của sơn và trọng lượng của sơn. Bột nhẹ có thể chiếm đến 60% hàm lượng trong sơn. Ngoài ra trong sơn bột nhẹ còn có tác dụng làm chất kéo duỗi. 1.4.Ngành dược: Hình 18: Dược phẩm Canxi cacbonat có nhiều chức năng trong dược phẩm. Nó là một chất làm loãng trong các viên vi nang và viên thuốc; nó có tác dụng như một chất đệm và hỗ trợ hòa tan trong các viên thuốc, và được dùng như chất nền để điều chế các thuốc chữa răng. Khoáng chất này là thành phần của hỗn hợp tá dược trong các chất làm loãng. Canxi cacbonat dược phẩm được dùng ở dạng không xử lý và thường có đường kính hạt trung bình là 2mm và 2,5mm. Hàm lượng sắt thấp là cần thiết để ngăn ngừa sự biến màu của thành phẩm. Ngoài các ứng dụng trên, canxi cacbonat còn được dùng như một chất kháng axit và nguồn bổ sung canxi. Canxi cacbonat dùng trong các chất kháng axit cần có độ tinh khiết cao (> 99%). Cả canxi cacbonat nghiền (GCC) và canxi cacbonat kết tủa (PCC) đều có thể được sử dụng mặc dù người ta phải cân nhắc giữa chi phí thấp khi sử dụng GCC và độ tinh khiết cao của sản phẩm PCC. Độ mịn cũng là một yếu tố quan trọng đối với canxi cacbonat được dùng trong các sản phẩm dược phẩm vì nó làm giảm sự hao mòn của thiết bị chế biến, do đó chi phí sản xuất sẽ thấp hơn và cho phép sản xuất với công suất lớn hơn. Ngoài ra nó còn có tác dụng chống axit, hút các hơi thối trong ruột, được sử dụng để chữa thừa axit ở dịch vị, bồi dưỡng canxi cho trẻ em, phụ nữ có thai và cho con bú, phụ trị các bệnh loãng xương, giảm canxi huyết và tăng photpho huyết của những người suy thận. Làm tá dược trong sản xuất phấn rôm, thuốc đánh răng. Ngoài ra, CaCO3 dược dụng sản xuất từ vỏ hàu, Bổ sung can xi nhằm ngăn ngừa chống loãng xương. Đặc biệt người già, người đang mang thai, trẻ em ở tuổi đang lớn. Canxi carbonat được dùng chủ yếu trong tình trạng thiếu canxi do hấp thụ can xi kém của đường ruột, tăng tích tụ trong xương hoặc thiếu hụt can xi trong quá trình mang thai hoặc nuôi con bú. Canxi cacbonat được dùng phòng và điều trị bệnh loãng xương ở người trưởng thành. Kháng acid, bổ sung chất điện giải, dùng làm hồ nước, dùng làm tá dược độn. 1.5.Caosu: Hình 19: Caosu Bột nhẹ được sản xuất từ đá vôi rất tốt cho việc độn caosu. Kết tủa canxi cacbonat thong thường nhất là các hạt hình cầu, dạng keo hoặc tập hợp của một vài hạt hình cầu. Hình dạng này có thể cung cấp gia cố độ bền của caosu. Bột nhẹ được sử dụng như một chất phụ gia bán tăng cường trong các sản phẩm giày và các hang hóa caosu công nghiệp, đặc biệt là khi các hợp chất đòi hỏi phải có độ ẩm thấp hoặc phải sử dụng sản phẩm trong môi trường kiềm. Ngoài ra bột nhẹ còn được ứng dụng trong nhiều ngành như mực in,…….. 2. Trong đời sống: Trong đời sống bột nhẹ được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, phấn viết bảng, thực phẩm, mĩ phẩm, kem đánh răng, bột trát tường,….. Trong nông nghiệp bột nhẹ được trộn với thóc lúa để nuôi cấy các giống nấm, trộn với mùn cưa để làm nguyên liệu trồng nấm vì bột nhẹ có tác dụng cân bằng pH tạo môi trường thuận lợi cho nấm phát triển, đồng thời bột nhẹ còn có tính ăn mòn nhẹ giúp phân hủy mùn cưa. Ngoài ra trong nông nghiệp bột nhẹ còn được sử dụng để khử chua đất. Hình 20: Trồng nấm Trong công nghiệp thực phẩm, bột nhẹ còn được sử dụng làm các chất phụ gia, chất độn trong thực phẩm như kẹo và nhiều thực phẩm chức năng bổ xung canxi cho con người. Hình 21: Kẹo Trong sản xuất phấn viết bảng, người ta sử dụng nguyên liệu chính là bột nhẹ vì nó có độ phủ, độ mịn, độ trắng cao đảm bảo chỉ cần một lớp rất mỏng đã có thể cho các nét viết rõ rệt. Trong mĩ phẩm, bột nhẹ cũng được làm nguyên liệu cho các loại bột phủ. Hình 22: Phấn viết bảng Hình 23: Mĩ Phẩm Ngoài ra bột nhẹ còn ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác của đời sống. VI. NHU CẦU VỀ BỘT NHẸ HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI. Thống kê mỗi năm, nhu cầu sử dụng vôi bột nhẹ tăng trưởng liên tục với bình quân 15 - 20%. Hiện tại, sản phẩm vôi nung đang được sử dụng làm nguyên liệu cho các lĩnh vực sản xuất khác nhau như: Trong lĩnh vực sản xuất giấy (dùng để in, viết, bao bì cao cấp và giấy tráng phấn), làm phụ gia một số lĩnh vực khác (sơn, màu, cao su, phân bón, hóa chất, xử lý môi trường, luyện thép); các sản phẩm gốm sứ (gia dụng, mỹ nghệ, kỹ thuật); hàng nhựa (gia dụng, bao bì, kỹ thuật và VLXD, trang trí, hoàn thiện); nuôi trồng thủy sản (làm chất độn, làm thức ăn nuôi tôm và xử lý môi trường nước).Trên thực tế, các cơ sở sản xuất vôi đều có tác động xấu tới môi trường và sinh thái, đặc biệt là các cơ sở sản xuất vôi thủ công. Bên cạnh đó, những cơ sở sản xuất vôi theo quy mô công nghiệp ở các địa phương tuy đã đầu tư nhưng chưa được quy hoạch. Việc đầu tư các cơ sở sản xuất vôi đã theo xu hướng thị trường, nhưng chưa có sự kiểm soát việc nhập khẩu công nghệ, thiết bị sản xuất vôi công nghiệp từ nước ngoài, quy hoạch vị trí xây dựng nhà máy, mỏ nguyên liệu để đảm bảo an toàn trong khai thác mỏ và bảo vệ môi trường... Vì vậy, để sản xuất vôi phát triển bền vững, thì nhất thiết phải có sự quản lý theo quy hoạch để tránh việc đầu tư các cơ sở sản xuất vôi theo phong trào mà không được tính toán dựa trên nhu cầu và phát triển ổn định bền vững. Việc nhập khẩu thiết bị công nghệ cũng cần có những tiêu chí để đảm bảo về chất lượng sản phẩm và các tiêu chí về bảo vệ môi trường chung, đảm bảo sức khoẻ cho người lao động trực tiếp tại cơ sở sản xuất. Chính vì thế, sắp tới Bộ Xây dựng sẽ nghiên cứu đưa ra quy hoạch phát triển sản xuất vôi công nghiệp giai đoạn đến 2020 và có xét đến năm 2030. Từ mục tiêu đó, các tiêu chí về đầu tư, về công nghệ, về quy mô công suất và bố trí quy hoạch phát triển vật liệu này cũng phải tuân thủ theo một nguyên tắc. Đó là, khi đầu tư, phải ưu tiên cho các cơ sở xi măng lò đứng mà không có điều kiện chuyển đổi sang công nghệ lò quay, để sử dụng lao động và cơ sở vật chất hiện có. Trong khi đó, phải sử dụng công nghệ tiên tiến, tự động hoá ở mức cao, tiết kiệm tối đa tài nguyên, khoáng sản và năng lượng trong sản xuất vôi. Đối với các dự án phát triển nhà máy, cũng phải có sự nghiên cứu về quy mô công suất phù hợp đối với những vùng không thuận lợi với việc tiêu thụ. Các nhà máy sản xuất vôi phải được lựa chọn xây dựng ở những nơi có điều kiện thuận lợi về nguồn nguyên liệu, hạ tầng và trên cơ sở nhu cầu thị trường địa phương và khu vực, có tính đến điều tiết cung cầu trong phạm vi toàn quốc và nhu cầu xuất khẩu. Bảng 5: Nhu cầu sử dụng bột CaCO3 và CaO cho lĩnh vực công nghiệp Nguồn: Viện Chính sách Chiến lược (Bộ Công Thương)Viện VLXD (Bộ Xây dựng) KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sản phẩm bột nhẹ trên thế giới hiện nay đã được đa dạng hóa đến hàng trăm loại với các phẩm cấp khác nhau để phục vụ cho các mục đích khác nhau. Công nghệ sản xuất của các nước sản xuất lớn đã rất hoàn chỉnh. Công nghệ sản xuất bột nhẹ của ta nhìn chung còn lạc hậu, tuy có nhập một dây chuyền sản xuất hiện đại nhưng cho đến nay sản phẩm sản xuất ra rất khó tiêu thụ do giá thành sản phẩm khá cao. Để có được sản phẩm đạt chất lượng cho các mục đích sử dụng khác nhau và có khả năng cạnh tranh trên thị trường, các cơ sở sản xuất bột nhẹ nên nghiên cứu kỹ các chế độ công nghệ, cải tiến thiết bị trong các khâu như: chọn nguyên liệu, tạo sữa vôi, lọc, sấy, nghiền, đồng thời phấn đấu giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm.