Lý thuyết KHTN 9 Bài 34: Khai thác đá vôi. Công nghiệp silicate

- 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 núi đá vôi tập trung nhiều ở các tỉnh thuộc Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ.

Mở rộng: Khai thác đá vôi có các bước chính sau:

- Khoan và nổ mìn: khoan lỗ vào đá và lấp đầy chúng bằng chất nổ. Chất nổ sau đó được kích nổ, phá vỡ đá thành nhiều mảnh nhỏ hơn.

- Bốc xếp và vận chuyển đá đến nhà máy.

- Chế biến đá vôi: đá vôi được đập nhỏ và phân loại. Đá vôi đã xử lí sẽ được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Cần lưu ý là việc khai thác đá vôi có thể gây ra các tác động đến môi trường, bao gồm xói mòn đất, ô nhiễm nước và phá huỷ môi trường sống. Vì vậy, việc khai thác đá vôi cần phải được quy hoạch, cấp phép và thực hiện các biện pháp để giảm thiểu những tác động này.

- 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.

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 sản xuất săm lốp xe, chất độn trong sản xuất chất dẻo,…; được sử dụng nhiều trong công nghiệp thuỷ tinh, xi măng,…

b) Calcium oxide, calcium hydroxide

- Nung nóng đá vôi ở nhiệt độ cao xảy ra phản ứng thuỷ phân tạo thành vôi sống (thành phần chính là calcium oxide (CaO) và khí carbon dioxide.

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

+ CaO là chất rắn, màu trắng, hút ẩm mạnh, phản ứng với nước tạo thành calcium hydroxide (Ca(OH)₂): CaO + H₂O → Ca(OH)₂

+ CaO được sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất thuỷ tinh, làm chất tạo xỉ trong luyện kim và còn được sử dụng 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 dung dịch base mạnh (gọi là nước vôi trong).

Ca(OH)₂ có nhiều ứng dụng như khử chua đất trồng, sản xuất clorua vôi dùng để tẩy trắng và khử trùng,…

- 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, chủ yếu là oxide (SiO₂) có trong thạch anh, các loại cát,… hoặc muối silicate có trong đất sét, cao lanh, mica,… Các hợp chất và khoáng chất này được sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp silicate, sản xuất gốm, sứ, thuỷ tinh, xi măng,…

- Silicon tinh khiết là vật liệu bán dẫn, được sử dụng rộng rãi để chế tạo các vi mạch điện tử, thiết bị quang điện, cảm biến, pin Mặt Trời,…

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

Công nghiệp silicate bao gồm các ngành sản xuất đồ gốm, thuỷ 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 trăng, cát trắng, nước,…) thành khối dẻo; tạo hình; phơi (sấy) khô sản phẩm thô.

+ Nung sản phẩm thô 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, Bình Dương,… và các làng nghề sản xuất gốm như Bát Tràng (Hà Nội), Phù Lăng (Bắc Ninh),..

b) Sản xuất thuỷ tinh

- Thuỷ tinh thông thường (được dùng làm cửa kính, chai lọ,…) là hỗn hợp của sodium silicate, calcium silicate.

- Nguyên liệu sản xuất: Cát, thạch anh (cát trắng), đá vôi và soda (Na₂CO₃).

- Các công đoạn chính sản xuất thuỷ 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 thuỷ tinh dạng nhão.

+ Làm nguội từ từ được thuỷ tinh dẻo, ép thổi thuỷ tinh dẻo thành các đồ vật.

Các phương trình hoá học:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}+\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_3$

$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3+\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_3+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

- Nước ta có nhiều cơ sở sản xuất thuỷ tinh ở Hải Phòng, Hà Nội, Bắc Ninh, Đà Nẵng, Thành phố 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 min, 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 (clinke). 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 Hoá, Hải Phòng, Hà Nam, Nghệ An,….