Khai thác đá vôi. Công nghiệp silicate SVIP

I. Khai thác đá vôi 

1. Nguồn đá vôi 

Đá vôi có nhiều ở vỏ Trái Đất, được tìm thấy ở những dãy núi đá, mỏ đá hay những bãi vỏ, xương động vật (san hô, vỏ ngao, ốc,...) ở ven biển. Ở nước ta, các dãy đá vôi tập trung nhiều ở các tỉnh thuộc Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ.

2. Thành phần chính của đá vôi 

Đá vôi có thành phần chính là calcium carbonate (CaCO₃). Calcium carbonate là chất rắn màu trắng, không tan trong nước. Đá vôi thường lẫn tạp chất nên có nhiều màu sắc khác nhau.

3. Ứng dụng từ đá vôi 

Đá vôi được sử dụng trong nhiều ngành như: xây dựng, công nghiệp, nông nghiệp.

a) Đá vôi nghiền

Đá vôi được nghiền thành hạt nhỏ mịn, dùng làm chất độn cao su trong quá trình sản xuất săm lốp xe, chất độn trong sản xuất chất dẻo và trong công nghiệp thủy tinh, xi măng,...

b) Calcium oxide, calcium hydroxide

Đá vôi ở nhiệt độ cao xảy ra phản ứng phân hủy tạo thành vôi sống (calcium oxide) và khí carbon dioxide.

Calcium oxide (CaO) là chất rắn, màu trắng, hút ẩm mạnh, phản ứng với nước tạo calcium hydroxide.

Calcium oxide được sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất thủy tinh, làm chất tạo xỉ trong luyện kim và trong xử lí nước thải, khử chua cho đất, khử trùng.

Calcium hydroxide (Ca(OH)₂) là chất rắn, màu trắng, ít tan trong nước, tạo dụng dịch base mạnh (nước vôi trong).

Calcium hydroxide có nhiều ứng dụng như khử chua đất trồng, sản xuất clorua vôi dùng để tẩy trắng và khử trùng,...

II. Công nghiệp silicate 

1. Ứng dụng của silicon và hợp chất chứa silicon

Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ Trái Đất (chiếm 28,2% về khối lượng, chỉ sau oxygen). 

Trong tự nhiên, silicon chỉ tồn tại ở dạng hợp chất (SiO₂) có trong thạch anh và cát,... hoặc muối silicate có trong đất sét, cao lanh, mica,... Được sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp silicate, sản xuất gốm, sứ, thủy tinh, xi măng,... 

Silicon tinh là chất bán dẫn, được sử dụng làm vi mạch điện tử, thiết bị quang điện, cảm biến, pin mặt trời,...

Thạch anh (SiO₂ gần nguyên chất) được dùng trong máy phát siêu âm, dụng cụ quang học, sản phẩm thủy tinh chịu nhiệt, sợi cáp quang,...

2. Ngành công nghiệp silicate 

Công nghiệp silicate bao gồm các ngành sản xuất đồ gốm, thủy tinh, xi măng.

a) Sản xuất đồ gốm 

- Gạch ngói:

+ Nghiền, phối trộn nguyên liệu (đất sét, nước,...) thành khối dẻo; tạo hình; phơi (sấy) khô sản phẩm thô.

+ Nung sản phẩm thô trong lò ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian thích hợp.

- Đồ sứ:

+ Nghiền, phối trộn nguyên liệu (đất sét trắng, cát trắng, nước,...) thành khối dẻo; tạo hình; phơi (sấy) khô sản phẩm thô.

+ Nung sản phẩm lần thứ nhất trong lò ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian thích hợp.

+ Tráng men, trang trí lên sản phẩm rồi nung lần hai.

Nước ta có nhiều nhà máy sản xuất gốm, sứ lớn ở Hà Nội, Hải Dương, Thành Hồ Chí Minh, Bình Dương, Đồng nai,... và các làng nghề sản xuất gốm như Bát Tràng (Hà Nội), Phù Lãng (Bắc Ninh), Thổ Hà (Bắc Giang), Thanh Hà (Hội An), Bàu Trúc (Ninh Thuận),...

b) Sản xuất thủy tinh 

Thủy tinh loại thông thường (được dùng làm cửa kính, chai lọ,...) là hỗn hợp của sodium silicate, calcium silicate. Thủy tinh loại này được sản xuất từ các nguyên liệu: cát thạch anh (cát trắng), đá vôi và soda (NaCO₃).

Các công đoạn sản xuất thủy tinh: 

- Trộn hỗn hợp cát trắng, đá vôi, soda theo một tỉ lệ thích hợp.

- Nung hỗn hợp trong lò ở nhiệt độ cao khoảng 1400 ^oC thành thủy tinh dạng nhão. 

- Làm nguội từ từ được thủy tinh dẻo, ép thổi thủy tinh dẻo thành các đồ vật.

Các phương trình hóa học:

\(CaCO_3\overset{t^o}{\rightarrow}CaO+CO_2\)

\(CaO+SiO_2\overset{t^o}{\rightarrow}CaSiO_3\)

\(Na_2CO_3+SiO_2\overset{t^o}{\rightarrow}Na_2SiO_3+CO_2\)

Nước ta có nhiều cơ sở sản xuất thủy tinh ở Hải Phòng, Hà Nội, Bắc Ninh, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh,...

c) Sản xuất xi măng 

Xi măng là một loại vật liệu kết dính, được dùng trong xây dựng, đó là chất bột mịn, thường có màu lục xám.

Xi măng được sản xuất bằng cách nghiền nhỏ đá vôi, trộn với đất sét có nhiều SiO₂ và một ít quặng sắt rồi nung hỗn hợp trong lò quay, hoặc lò đứng ở 1400 - 1600 ^oC. Sau khi nung, thu được hỗn hợp rắn màu xám gọi là clanhke (clinker). Nghiền clanhke với thạch cao (CaSO₄.2H₂O) (khoảng 5%) và một số chất phụ gia khác thành bột mịn sẽ thu được xi măng.

Nước ta có nhiều cơ sở sản xuất xi măng ở Hải Dương, Thanh Hóa, Hải Phòng, Hà Nam, Nghệ An, Tây Ninh, Hà Tiên,...

1. Thành phần chính của đá vôi là CaCO₃. Đá vôi được dùng làm nguyên liệu sản xuất vôi, xi măng, thủy tinh, cao su, chất dẻo, gang,...

2. Các hợp chất của silicon có trong cát, cao lanh, đất sét,... là nguyên liệu cho các ngành sản xuất gốm, sứ, thủy tinh, xi măng,...

3. Silicon là vật liệu bán dẫn được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử.