phương án xây dựng nhà máy sản xuất sôđa

ĐỀ TÀI

PHƯƠNG ÁN
XÂY DỰNG NHÀ
MÁY SẢN XUẤT
SÔĐA
MỤC LỤC
I. NHU CẦU VÀ ĐIỀU KIỆN THỊ TRƯỜNG ĐỐI VỚI SÔĐA
CÔNG NGHIỆP 3
II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SÔĐA 15
III. KHẢ NĂNG THỰC HIỆN DỰ ÁN 33
IV. NHỮNG VẤN ĐỀ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA DỰ ÁN 41
V. ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG DỰ ÁN 49
VI. TỔ CHỨC THỰC HIỆN VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG 52
VII. KẾT LUẬN 54
I. NHU CẦU VÀ ĐIỀU KIỆN THỊ TRƯỜNG ĐỐI VỚI SÔĐA
CÔNG NGHIỆP
1. Thị trường thế giới
Sôđa là mặt hàng hóa chất mà lượng tiêu thụ có xu hướng tăng tỷ lệ
thuận với tỷ lệ tăng dân số và tốc độ tăng trưởng tổng sản phẩm quốc
dân của các nước.
Nhu cầu sôđa ngày càng tăng khi nền công nghiệp ngày càng phát triển,
vì vậy sản lượng sôđa tăng liên tục trong vòng 100 năm nay theo thống
kê như sau (triệu tấn):
Năm 1900 1923 1932 1940 1980 1995 2001 2005
Sản
lượng
thế
giới
1,30 3,5 5,0 8,12 21,80 29,0 35,10 45,0
Trên thế giới hiện có 9 nước có công suất sản xuất sôđa trên 1 triệu

tấn/năm, đó là (xếp theo thứ tự công suất): Mỹ, Trung Quốc, Nga, Ấn
Độ, Đức, Pháp, Italia, Ba lan và Anh. Các nước Bungari, Rumani và
Ukraina có công suất sôđa khoảng 1 triệu tấn/năm, nhưng do điều kiện
kinh tế bất lợi nên hiện nay các nước này phải sản xuất dưới mức công
suất.
Phần lớn các nước sản xuất sôđa hàng đầu thế giới đều có dân số lớn và
nhu cầu cao đối với các sản phẩm tiêu dùng được sản xuất từ nguyên
liệu sôđa. Nhìn chung, so với các nước công nghiệp phát triển, các
nước kém phát triển hơn có xu hướng có tốc độ gia tăng nhu cầu sôđa
cao hơn và ngành sản xuất sôđa tại các nước này cũng thường đạt tốc
độ tăng trưởng cao hơn.
Trong hơn mười năm qua, vai trò của Trung Quốc (TQ) trên thị trường
sôđa thế giới đã thay đổi mạnh. Đầu thập niên 1990 TQ còn phải nhập
nhiều sôđa để cung cấp cho các ngành sản xuất thủy tinh, hoá chất và
chất tẩy rửa. Nhưng từ giữa đến cuối thập niên 1990, ngành sản xuất
sôđa của TQ đã phát triển nhanh đến mức có lúc trở thành nguồn cung
ứng sôđa lớn nhất cho các ngành sản xuất nội địa, vượt qua nguồn nhập
khẩu từ Mỹ. Năm 2002, sản lượng sôđa của TQ đạt 8,2 triệu tấn. Dự
kiến năm 2003 sản lượng sôđa tại nước này sẽ tăng 5,7%, đạt 8,7 triệu
tấn. Có nhiều khả năng là TQ sẽ sớm vượt Mỹ để trở thành nước sản
xuất sôđa lớn nhất thế giới.
Ấn Độ là nước đang phát triển của châu Á, nơi có khí hậu nhiệt đới
nóng nắng nhiều cũng đã phát triển sản xuất sôđa, sản lượng sôđa năm
1939 đạt 30.000 tấn, đến năm 1984 đạt 717.000 tấn và thời kỳ 1999 -
2001 đạt 1.950.000 tấn/ năm.
Hiện nay, Mỹ là nước sản xuất và tiêu thụ sôđa lớn nhất thế giới, chiếm
gần 30% tổng sản lượng sôđa của thế giới. Các số liệu về sản xuất,
nhập khẩu, xuất khẩu sôđa của Mỹ trong giai đoạn 1998-2002 như sau
(tính theo triệu tấn):
Năm 1998 1999 2000 2001 2002

Sản xuất 10,1 10,2 10,2 10,3 10,3
Nhập 3,66 3,62 3,90 4,04 4,10
Xuất 0,083 0,092 0,075 0,033 0,01
Các công ty sản xuất sôđa lớn của Mỹ được kết hợp trong Hiệp hội
sôđa Mỹ (ANSAC). Hàng năm, ANSAC xuất khẩu khoảng 3,5 triệu tấn
sôđa đi nhiều nước trên thế giới. Sản phẩm của họ chủ yếu là sôđa tinh
chế từ quặng trona tự nhiên và nổi tiếng nhờ 2 đặc điểm là độ trắng cao
và hàm lượng tạp chất thấp.
ANSAC cung cấp ra thị trường sản phẩm sôđa 99,2%, với hai loại là
sôđa nhẹ và sôđa nặng. Quy cách kỹ thuật của 2 loại sôđa này như sau:

Sôđa nặng Sôđa nhẹ
Na
Â2
ÂCO
Â3
min. 99,2% min. 99,2%
Na
Â2Â
ÂO min. 58,0% -
Na
Â2
ÂSO
Â4
max. 0,20% max. 0,20%
NaCl max. 0,1% max. 0,1%
Fe max. 0,002% max. 0,002%
Các chất không tan
trong nước
- max. 0,05%

Khối lượng riêng 0,89 - 1,09 g/
cm
3

0,68 - 0,84 g/cm
3

Cỡ hạt:
- > 600 micron
- > 425 micron
- > 150 micron
- < 75 micron

- max. 5,0%
-
- min.
85,0%
- max. 3,0%


- max. 5,0%
- max.
15,0%
- min. 75,0%

- max. 7,0%
Một trong những nhà sản xuất sôđa hàng đầu thế giới là công ty Solvay.
Công ty này hiện đang vận hành 9 nhà máy sôđa trên thế giới: 1 nhà
máy tại Wyoming (Mỹ) sản xuất sôđa từ quặng trona và 8 nhà máy tại
châu Âu sản xuất sôđa theo quy trình Solvay truyền thống. Sản phẩm

sôđa của Solvay cũng có hai loại như sau:
- sôđa nhẹ : cỡ hạt rất mịn (trung bình 100 micron), mật độ khối
0,5 tấn/m
3
, thích hợp làm nguyên liệu sản xuất các chất tẩy rửa và hóa
chất.
- sôđa nặng : cỡ hạt 300-500 micron, mật độ khối 1 tấn /m
3
, chủ
yếu được sử dụng trong ngành sản xuất thủy tinh.
Còn theo tiêu chuẩn của Nga GOST - 5100 - 85, sôđa được chia làm 2
loại như sau:
Loại 1 Loại 2
Na
2
CO
3
≥ 99% 0,9
NaCl ≤ 0,5% 0,8
Fe
2
O
3
≤ 0,003% 0,008
Cặn không tan ≤ 0,004% 0,08
SO
4
≤ 0,05%
Loại 1 dùng cho các ngành công nghệ cao như sản xuất thủy tinh quang
học, sợi cáp quang và màn hình; loại 2 dùng các ngành công nghiệp

luyện kim mầu, giấy, thủy tinh dân dụng và các ngành công nghiệp
khác.
Hiện nay tiêu chuẩn sôđa vẫn theo quy định của mỗi nước, chưa có tiêu
chuẩn quốc tế.
Đối với TQ thì tiêu chuẩn sôđa theo GB - 210 - 89:
Na
2
CO
3
= 99,2 % SO
4
= 0,03 %
NaCl = 0,2 % Fe
2
O
3
= 0,04 %
Ozon = 0,04 % Mất khi nung = 0,8 %
Nhìn chung, tiêu chuẩn các nước cũng dựa trên các tiêu chuẩn một số
nước tiên tiến để quy định cho thích hợp để trao đổi trên thị trường
quốc tế và khu vực với các chỉ số chủ yếu sau:
- Độ trắng của sôđa nhẹ.
- Hàm lượng Na
2
CO
3

- Hàm lượng tạp chất tan
- Hàm lượng tạp chất không tan
- Mật độ khối của sản phẩm sôđa.

Các giá trị này khác nhau không nhiều theo tiêu chuẩn của các nước. Vì
vậy, với Việt Nam tiêu chuẩn sôđa cũng sẽ theo tiêu chuẩn của một
trong 3 nước là Mỹ, Nga, Trung Quốc để hiệu chỉnh và bổ sung cho
phù hợp với điều kiện hiện nay của nền kinh tế mở.
Phân bố diện dùng sôđa ở Mỹ theo các tỷ lệ sau:
Công nghiệp hóa chất 26%
Thủy tinh, kính thông dụng 18%
Thủy tinh đặc dụng 4%
Thủy tinh sợi các loại 4%
Thủy tinh bao bì các loại 26%
Các ngành công nghiệp khác 22%
Tổng 100%
Theo tài liệu của Nga thì tỷ lệ sử dụng sôđa trong các ngành công
nghiệp như sau:
Công nghiệp hóa chất 28%
Công nghiệp thủy tinh 26%
Luyện kim màu 15,1%
Công nghiệp giấy, thực phẩm 6,3%
Công nghiệp dầu mỏ 3,2%
Các ngành công nghiệp khác 22,4%
Tổng 100%
Các số liệu trên cho thấy, các ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất
thủy tinh và kim loại màu là những lĩnh vực tiêu thụ sôđa lớn nhất và
chiếm trên 50% tổng lượng sôđa dùng trong các ngành công nghiệp.
Do vậy khi các ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất thủy tinh và luyện
kim loại màu phát triển thì lượng sôđa tiêu thụ sẽ tăng.
Những năm gần đây nhu cầu sôđa cho ngành thủy tinh ở Mỹ và Nhật
Bản chiếm tới gần 60% tổng lượng sôđa hiện dùng trong nước.
Định mức tiêu hao sôđa cho một đơn vị sản phẩm trung bình như sau:
- Thủy tinh công nghiệp: 170 - 200 kg/tấn

- Luyện nhôm : 145 - 220 kg/tấn
- Chế tạo criolit: 608 - 610 kg/tấn
- Bột giặt tổng hợp: 560 kg/tấn
- Luyện gang: 50 kg/tấn
- Khoan dầu : 2 kg/m giếng khoan
- Tách lưu huỳnh khỏi dầu mỏ: 350 kg/tấn S
- Giấy : 120 kg/tấn
2. Thị trường Việt Nam
Những số liệu tiêu hao trên cho phép chúng ta dự đoán được tổng
lượng sôđa công nghiệp cho các ngành công nghiệp đang có nhu cầu
phát triển. Đối với nước ta, trong thời kỳ 2005 - 2020 cần phải phát
triển sản lượng một số sản phẩm quan trọng như sau :
- Gang thép 1,5 - 2 triệu tấn/ năm
- Thủy tinh các loại 0,8 - 1 triệu tấn/ năm
- Nhôm kim loại 0,3 - 0,5 triệu tấn
- Bột giặt tổng hợp 0,3 - 0,4 triệu tấn
- Giấy 0,3 triệu tấn
Với quy mô phát triển các ngành như trên thì nhu cầu sôđa tương ứng
hàng năm sẽ như sau:
- Gang thép 2. 10
6
tấn x 50kg/tấn = 100.10
6
kg
- Thủy tinh 1.10
6
tấn x 200 kg/tấn = 200.10
6
kg
- Nhôm kim loại 0,5.10

6
tấn x 220 kg/tấn = 110.10
6
kg
- Bột giặt tổng hợp 0,4.10
6
x 560 kg/tấn = 224.10
6
kg
- Giấy 0,3.10
6
x 120 kg/tấn = 36.10
6
kg
Tổng sôđa tối thiểu 670.10
6
kg
Như vậy, nhu cầu là 670.000 tấn/ năm cho các ngành dự kiến nêu trên,
chưa kể một số ngành công nghiệp khác cũng phải dùng sôđa. Hiện nay
chúng ta phải nhập từ 100.000 đến 130.000 tấn/ năm cho các ngành
thủy tinh, giấy, bột giặt, các lĩnh vực này ngày càng có xu hướng mở
rộng và phát triển. Do vậy không kể các ngành mới như luyện nhôm,
dầu khí, nhu cầu sôđa tới năm 2010 cũng phải tăng lên tới 200.000 -
300.000 tấn/ năm, còn nếu kể cả các ngành như sản xuất nhôm ôxit, chế
biến hóa dầu và khai thác dầu thì nhu cầu sôđa từ nay đến 2020 phải
trên 500.000 tấn/ năm. Trong tương lai, khi ngành luyện nhôm, hóa dầu
và gang thép phát triển thì nhu cầu sôđa còn cao hơn.
3. Điều kiện phát triển sản xuất sôđa của Việt Nam
Việt Nam là nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nóng, nắng nhiều.
Nhiệt độ và lượng mưa hàng năm của các vùng như sau:

Khu vực Hà Nội TP.Hồ Chí Minh
Nhiệt độ
o
C 22,6 28
Lượng mưa 1600 1980
Điều kiện khí hậu nhiệt đới, nắng nóng nhiều tạo thuận lợi cho sản xuất
muối biển NaCl bằng phương pháp bốc hơi tự nhiên nhờ năng lượng
mặt trời, hơn nữa nước ta có trên 2000 km bờ biển dọc theo chiều dài
đất nước có khả năng khai thác muối từ nước biển (xin xem chi tiết
mục III, trang 24).
Để sản xuất sôđa, ngoài muối biển NaCl cần phải có đá vôi để tạo
nguyên liệu đầu là CO
2
và sữa vôi. Nước ta có nhiều đá vôi phân bố
chủ yếu ở các vùng đồi núi, hình thành các dãy núi đá vôi tập trung
như: Tràng Kênh (Hải Phòng); Tân Đức (Quảng Ninh); Nam Công (Hà
Nam); Mãn Đức (Hòa Bình); Chợ Mới (Bắc Cạn); Vĩnh Thịnh (Thanh
Hóa); Kim Nhan (Nghệ An) Hướng Phong (Hà Tĩnh); Hạ Trung
(Quảng Bình); Hà Tiên (Kiên Giang) Nhìn chung, đá vôi Việt Nam
có cấu trúc tinh thể lớn, sắp xếp xít đặc, do đó có tỷ trọng lớn, độ ẩm
nhỏ thuận lợi cho quá trình nung vôi.
Vùng nguyên liệu đá vôi ở phía Bắc rất phong phú, tạo điều kiện phát
triển công nghệ sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay hiện nay (xin
xem chi tiết mục III).
Đối với những vùng thiếu đá vôi, nhưng lại có nguồn khí thiên nhiên
hoặc khí đồng hành trong khai thác dầu mỏ và có thể sản xuất phân
đạm từ khí đồng hành hoặc khí thiên nhiên, như ở miền Nam nước ta
(xin xem chi tiết mục III), có thể sử dụng phương pháp Solvay cải tiến
để thu 2 sản phẩm là sôđa và phân đạm amoni clorua cung cấp cho cây
lúa nước. Việc kết hợp sản xuất phân đạm với sản xuất sôđa cho hiệu

quả sử dụng tài nguyên cao và không có chất thải trong sản xuất, phù
hợp với xu thế hiện nay trên thế giới là phát triển các công nghệ ít hoặc
không chất thải.
Phân tích về tình hình sản xuất, tiêu thụ sôđa, khả năng và điều kiện
của Việt Nam cho thấy nước ta cần sớm phát triển và đầu tư cho ngành
công nghệ sản xuất sôđa trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 21. Nhu cầu
sôđa tính theo đầu người dân ở các phát triển hiện nay đạt trên 25
kg/người, còn ở các nước đang phát triển mới chỉ đạt khoảng 2kg/người.
Nước ta chưa có công nghệ sản xuất sôđa hoàn chỉnh và ổn định. Trong
những năm 1980 Tổng cục Hóa chất đã nhận thấy có nhiều nhu cầu về
sôđa cho các ngành công nghiệp, do đó đã cho triển khai một số dự án
sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền thống. Nhưng do có
thay đổi về nhiên liệu đốt khi nung vôi, thay đổi thiết bị cacbonat hóa
và thiếu một số bộ phận trong dây chuyền sản xuất nên chất lượng sản
phẩm và hiệu suất sử dụng nguyên liệu không cao, sản phẩm kém sức
cạnh tranh, dẫn đến phải ngừng hoạt động các dự án này. Ngoài ra, việc
chế tạo vật liệu, thiết bị làm việc trong môi trường ăn mòn mạnh như
dung dịch NaCl cũng chưa được đặt ra. Vì những lý do đó, trong những
năm qua sản xuất sođa ở Việt Nam đã không duy trì và phát triển được.
Sôđa là hóa chất thuộc nhóm hóa chất cơ bản trong các hóa chất vô cơ,
có tác động đến sự phát triển của nhiều ngành sản xuất ở nước ta: sản
xuất thủy tinh, sản xuất giấy, sản xuất bột giặt tổng hợp, ngành luyện
kim loại màu (nhôm, côban), ngành công nghiệp chế tạo vật liệu, ngành
công nghiệp chế tạo thiết bị hóa chất, ngành sản xuất muối biển Vì
vậy, sự hình thành và phát triển của ngành sản xuất sôđa nội địa sẽ có
tác dụng thúc đẩy các ngành công nghiệp khác phát triển, đồng thời
phát huy được nội lực của đất nước là tài nguyên thiên nhiên sẵn có và
sức lao động dồi dào hiện nay, góp phần tạo xu thế phát triển bền vững
cho nền kinh tế nước ta trong thế kỷ 21 này.
Tuy nhiên, để phát triển ngành công nghiệp sản xuất sôđa nội địa chúng

ta không thể chỉ dựa vào nội lực của bản thân mình mà cần phải dựa
vào các thành tựu khoa học và công nghệ của các nước phát triển đã có
nền công nghiệp sôđa tiên tiến - trong đó có Mỹ, Nga, Đức, Nhật Bản
và Trung Quốc. Kết hợp tốt yếu tố nội lực và ngoại lực thì tính cạnh
tranh của sản phẩm sôđa sẽ cao, không những đảm bảo cho sự phát
triển bền vững nền kinh tế đất nước mà còn tạo đà phát triển cho một số
ngành công nghiệp khác. Vì vậy, trong giai đoạn đầu phát triển ngành
công nghiệp sản xuất sôđa cần phải nhập một nhà máy sôđa hiện đại và
công nghệ tiên tiến để tạo được khả năng đa dạng hóa các sản phẩm
sôđa: sôđa nặng, sôđa nhẹ, sôđa hạt, natri bicacbonat sạch, với những
sản phẩm có thể phục vụ cho các ngành công nghệ cao.
II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SÔĐA
1. Công nghệ sản xuất sôđa trên thế giới
Trên thế giới hiện nay, sôđa được sản xuất theo các phương pháp sau:
1.1. Sản xuất theo phương pháp hóa học
Khi sản xuất sôđa theo phương pháp hóa học, người ta cacbonat hóa
dung dịch xút (sản xuất bằng phương pháp điện phân) theo phản ứng
hóa học sau:
2 NaOH + CO
2
= Na
2
CO
3
+ H
2
O
Sôđa được tạo thành trong dung dịch xút, khi đạt nồng độ quá bão hòa
sẽ tách khỏi dung dịch dưới dạng muối ngậm nước, gọi là sôđa
nặng Na

2
CO
3
.xH
2
O. Nếu lọc kết tinh đem khử nước sẽ thu được sôđa
khan Na
2
CO
3
loại thương phẩm.
Phương pháp này chỉ thích hợp với những nước có điện năng rẻ, thiếu
clo và thừa xút. Hiện nay, sôđa sản xuất theo phương pháp hóa học chỉ
chiếm dưới 10% tổng sản lượng sôđa tổng hợp trên thế giới.
1.2 Sản xuất từ nguyên liệu tự nhiên.
Sôđa có thể tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều dạng khác nhau: trong tro
của một số loại cây, trong một số hồ nước khoáng, một số mỏ khoáng
dưới đất.
Các loại cây chứa sôđa hàm lượng thấp không có ý nghĩa khai thác
công nghiệp. Người ta chỉ tách được sôđa từ tro của chúng sau khi đốt
cháy. Các loại hồ nước chứa sôđa trên thế giới không nhiều và tập
trung ở những vùng ít mưa và không khí khô.
Trên thế giới có một số nơi có những nguồn sôđa thiên nhiên nổi tiếng,
phân bổ ở châu lục như sau:
- Châu Mỹ: Mỹ có khu mỏ Green River tại Wyoming với trữ lượng 47
tỷ tấn trona, đây là nguồn sôđa tự nhiên rất quan trọng. Mỹ còn có mỏ
nahcolit trữ lượng lớn tại Colorado và một số hồ nước khoáng như: hồ
Searles và Borak tại bang Califonia; hồ Rafoun tại bang Nevada; hồ
Albert tại Oregon. Ngoài ra, ở châu Mỹ còn có hồ Taxcoco tại Mehicô.
- châu Âu: Nga có biển Cacbiên; Hunggari có vùng Sagetin.

- châu Á: TQ đã phát hiện được hơn 50 mỏ trona, trong đó 13 mỏ đang
được khảo sát kỹ. Chỉ riêng 3 mỏ Wucheng (Hoa Nam), Oagan và
Yanhaizi (Nội Mông) đã chiếm trên 90% trữ lượng trona của TQ.
Ngoài ra, châu Á còn có hồ Luner ở Ấn Độ.
- Châu Phi: Phía Nam Ai Cập có mỏ Uodi - Natron, Kenia có hồ
Magadi, Botswana có hồ nước muối Sua Pan.
Tuy phương pháp Solvay đã ngự trị trong sản xuất sôđa thế giới từ
cuối thế kỷ 19, nhưng từ đầu thập niên 1970 Mỹ bắt đầu khai thác khu
mỏ trona tại Wyoming. Từ thời gian đó đến nay, sản xuất sôđa ở Mỹ
chủ yếu dựa trên nguồn nguyên liệu trona quan trọng này. Từ năm 1986,
sản xuất sôđa quy mô lớn theo phương pháp Solvay ở Mỹ thực tế đã
chấm dứt. Hiện nay, khu mỏ tại Wyoming đang được khai thác với tốc
độ 15 triệu tấn quặng/năm, tương đương 8,3 triệu tấn sôđa /năm.
Năm 1999, Mỹ cũng bắt đầu sản xuất sôđa từ nguyên liệu nahcolit
được phát hiện ở vùng Colorado. Công ty America Soda đã xây dựng
nhà máy sản xuất sôđa tại đây với công suất 1 triệu tấn sôđa/năm và
150.000 tấn NaHCO
Â3
Â/năm.
Trước đây, ở Mỹ người ta sản xuất sôđa theo phương pháp khai thác
đào lấy quặng, sau đó chở đến nhà máy xử lý để tiến hành chiết, thu
được sản phẩm sôđa. Ngày nay, người ta áp dụng công nghệ hòa tan để
sản xuất sôđa từ quặng. Trước tiên, nước nóng được bơm vào mỏ
quặng, sau đó người ta bơm dung dịch lên và tiến hành tách CO
Â2
Â.
Bùn chứa Na
Â2
ÂCO
Â3

thu được sẽ được bơm đến nhà máy xử lý để
tách nước và lấy sản phẩm sôđa khan. Một phần sôđa khan được
chuyển hóa ngược lại thành NaHCO
Â3
 nhờ phản ứng với CO
Â2
 đã
được tách ra trước đó từ dung dịch ban đầu. Phương pháp sản xuất này
cho phép giảm nhiều giá thành sản xuất, vì chi phí nhân công chỉ bằng
1/3 so với phương pháp đào lấy quặng trực tiếp từ mặt đất.
Hiện nay, Mỹ là nước sản xuất sôđa với giá thành thấp nhất thế giới.
Nhìn chung, chi phí sản xuất sôđa từ quặng tự nhiên thấp hơn chi phí
sản xuất sôđa theo phương pháp tổng hợp và cũng ít kéo theo các vấn
đề về ô nhiễm môi trường hoặc an toàn lao động hơn.
Mặc dù sản xuất sôđa từ các khoáng thiên nhiên như trona,
nahcolit có nhiều ưu điểm và giá thành hạ hơn, nhưng đối với những
quốc gia không có những nguồn tài nguyên đó mà lại có nguồn đá vôi,
than đá và muối ăn dồi dào thì phương pháp Solvay để sản xuất sôđa là
công nghệ thích hợp nhất.
1.3 Phương pháp Solvay:
Trong sản xuất sôđa theo phương pháp tổng hợp, hiện nay trên thế giới
hầu như chỉ áp dụng phương pháp Solvay, đi từ các nguyên liệu NaCl,
CO
2
và NH
3
. Phương pháp sản xuất này đã tồn tại gần 140 năm. Công
nghệ của nó thay đổi rất ít. Quá trình sản xuất gồm các công đoạn sau:
- Chuẩn bị dung dịch nước muối NaCl bão hòa có độ sạch yêu cầu.
- Chuẩn bị sữa vôi và khí CO

2
.
- Amôn hóa nước muối NaCl bão hòa bằng khí NH
3
tái sinh.
- Cacbonat hóa dung dịch sau amon hóa để tạo bán thành phẩm
NaHCO
3
ẩm tách khỏi dung dịch.
- Lọc tách NaHCO
3
khỏi dung dịch huyền phù sau cacbonat hóa, rửa
các tạp chất bám trên NaHCO
3
.
- Nhiệt phân NaHCO
3
ẩm đã rửa để chuyển thành sản phẩm
sôđa Na
2
CO
3
.
- Tái sinh NH
3
từ nước lọc sau khi tách NaHCO
3
để tuần hoàn NH
3
cho

quá trình sản xuất.
Phương pháp Solvay có những ưu điểm như sau:
- Nguyên liệu sản xuất chủ yếu là muối ăn, đá vôi, đó là những
nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có. Quy trình có thể sử dụng các loại nguyên
liệu muối chất lượng khác nhau và CO
2
thu hồi khi đốt nhiên liệu hoặc
nung đá vôi.
- Các phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ không cao (dưới 100
0
C)
và áp suất gần áp suất khí quyển.
- Quá trình sản xuất được thực hiện liên tục trong dòng nguyên
liệu khí - lỏng là chủ yếu, do đó dễ cơ giới hóa và tự động hóa sản xuất.
- Quá trình sản xuất được phân đoạn cho phép thu hồi tối đa các
khí nguyên liệu NH
3
, CO
2
theo khí phóng không, do đó đảm bảo tổn
thất NH
3
nhỏ, môi trường sản xuất sạch, điều kiện lao động tốt.
- Công đoạn làm sạch nước muối và amôn hóa nước muối cho
phép loại triệt để các tạp chất tan làm bẩn sản phẩm sôđa, do đó chất
lượng sôđa của phương pháp Solvay rất cao thỏa mãn yêu cầu sử dụng
sôđa cho các ngành công nghệ truyền thống và công nghệ cao.
Với phương pháp Solvay, nếu kết hợp tốt việc sử dụng các nguyên liệu
NaCl, CO
2

, NH
3
thì có thể tạo được thế cạnh tranh về giá thành sản
phẩm sôđa trong khu vực và trên thế giới.
Nhưng phương pháp Solvay cũng có một số nhược điểm như sau:
- hiệu suất sử dụng nguyên liệu ban đầu thấp.
- thải ra một lượng phế thải lớn cần xử lý.
- chi phí năng lượng cao.
- đầu tư cơ bản cho xây dựng khá lớn.
Ở quy trình Solvay, nguyên liệu NaCl không được tận dụng triệt để vì
hiệu suất chuyển hóa tối đa chỉ đạt 73%, còn lại 27% NaCl theo dung
dịch nước lọc ra ngoài bãi thải. Ngoài ra, lượng CaCl
2
tạo thành khi tái
sinh NH
3
bằng sữa vôi cũng bị thải ra ngoài theo dung dịch sau tái sinh.
Vì vậy, khi sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền thống (tuần
hoàn NH
3
) cần phải có bãi thải chứa các chất không phản ứng và các
chất không sử dụng. Do đó, khi xây dựng nhà máy sản xuất sôđa cần
phải lưu ý đến diện tích chứa chất thải.

Vấn đề phế thải và bãi thải khi sản xuất sôđa
Tùy theo biện pháp công nghệ và nguyên liệu đầu vào, khi sản xuất
sôđa tổng hợp hoặc sôđa thiên nhiên đều có những chất thải dạng lỏng
hoặc dạng rắn cần loại bỏ khỏi quá trình.
Trong sản xuất sôđa thiên nhiên từ các mỏ khoáng chứa sôđa, các tạp
khoáng không chứa sôđa phải loại bỏ ở dạng rắn, tạo thành nguồn chất

thải rắn. Còn nếu sản xuất sôđa thiên nhiên từ các hồ nước muối chứa
sôđa thì thường thu được sản phẩm phụ là các muối khác tách khỏi
sôđa, nếu không dùng được cũng phải thải bỏ ở dạng rắn hoặc lỏng.
Trong sản xuất sôđa tổng hợp theo phương pháp Solvay truyền thống,
người ta dùng đá vôi để tạo ra CO
2
và vôi, vì vậy có chất thải rắn là các
tạp chất trong đá vôi và vôi chưa bị phân hủy. Nếu nhiên liệu đốt là
chất rắn thì còn tạo thêm nguồn chất thải rắn là xỉ than. Ngoài chất thải
rắn, còn có chất thải lỏng là dung dịch chứa NaCl, CaCl
2
với tạp chất
rắn sau khi tái sinh NH
3
bằng sữa vôi. Lượng nước thải này là khoảng
7,0 m
3
/ tấn sôđa, cần thải bỏ ra môi trường xung quanh khu vực sản
xuất.
Để giảm thiểu lượng chất thải lỏng này, trong sản xuất sôđa tổng hợp
người ta áp dụng một số biện pháp như sau:
- Lọc bỏ chất thải ở dạng rắn khỏi dung dịch sau tái sinh NH
3
, nước lọc
trong đem cô đặc kết tinh thu được phụ phẩm là NaCl và CaCl
2
, có thể
dùng cho các ứng dụng cần CaCl
2
và NaCl sạch. Tuy nhiên, khi sản

lượng sôđa lớn thì lượng sản phẩm phụ cũng tăng. Trong thực tế sản
xuất, khi sản xuất một tấn sôđa thì sẽ thải ra ngoài 6,55 m
3
dung dịch
thải (đã lọc bỏ bã rắn), nếu cô đặc sẽ thu hồi được khoảng 450 kg NaCl
sạch và 428 kg CaCl
2
100%. Song do nhu cầu sử dụng CaCl
Â2
khá hạn
chế nên chỉ có thể dùng một phần nước lọc để sản xuất CaCl
2
, phần còn
lại phải thải ra môi trường xung quanh, gây ô nhiễm nguồn nước sinh
hoạt và canh tác. Vì vậy, khi sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay
truyền thống vẫn cần phải có bãi thải để chứa các chất thải rắn và lỏng
ở địa điểm xây dựng nhà máy.
- Tuần hoàn dung dịch nước lọc về công đoạn amon hóa và cacbonat
hóa. Đây là chính bản chất của phương pháp Solvay cải tiến.
1.4. Phương pháp Solvay cải tiến
Để khắc phục nhược điểm về bãi thải của phương pháp Solvay truyền
thống, đã có một số nước như Trung Quốc nghiên cứu cải tiến phương
pháp Solvay truyền thống thành phương pháp Solvay cải tiến: Thay
tuần hoàn NH
3
bằng tuần hoàn NaCl, còn các quá trình khác thay đổi
không giống nhau.
Quá trình sản xuất sẽ tạo ra 2 sản phẩm là sôđa và phân đạm NH
4
Cl, bỏ

qua công đoạn tái sinh NH
3
và nung vôi, nhưng phải bổ sung thường
xuyên lượng NH
3
cần thiết cho giai đoạn amon hóa. Nước lọc sau tách
NaHCO
3
được tuần hoàn trở lại quá trình amon hóa và bổ sung NaCl
rắn cho đủ nồng độ yêu cầu.
Như vậy, quá trình sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến sẽ
không có chất thải lỏng như phương pháp Solvay truyền thống. Tuy
nhiên, phương pháp Solvay cải tiến đòi hỏi phải có nguồn NH
3
bổ sung
và nguồn CO
2
không lấy từ lò vôi.
Do không dùng sữa vôi cho tái sinh NH
3
nên công đoạn nung vôi cũng
bỏ qua. Như vậy, sản xuất sôđa theo Solvay cải tiến công nghệ sẽ gọn
hơn và không phải đầu tư cho công đoạn nung vôi và tái sinh NH
3
là
hai công đoạn có chi phí đầu tư lớn và làm việc ở nhiệt độ cao. Nhưng
nhà máy sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến cần phải kết
hợp với nhà máy sản xuất NH
3
trong cùng một khu vực để có nguồn

CO
2
và NH
3
phục vụ cho sản xuất sôđa, và cần có nguyên liệu là NaCl
sạch bậc công nghiệp.
Với phương pháp tuần hoàn dung dịch NaCl, cần phải bổ sung NaCl
rắn có độ sạch yêu cầu theo các chỉ số sau:
Hàm lượng NaCl ≥ 99,5%
Tạp chất tan Mg
2+
≤ 0,1%
Ca
2+
≤ 0,02%
SO
4
2-
≤ 0,19%
Tạp chất không tan 0,03%
Hiện nay muối NaCl thu từ các đồng muối nói chung không đạt chất
lượng này, cần phải có biện pháp xử lý tiếp. Dự án của Tổng Công
ty Muối Việt Nam đang triển khai ở một vài cơ sở đã cho phép sản
xuất NaCl đạt chất lượng này. Vì vậy, vấn đề sản xuất muối NaCl rắn
đạt chất lượng cho sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến đã
có cơ sở để triển khai. Nếu dùng NaCl chất lượng cao thì trong hệ
thống sản xuất sôđa không cần công đoạn tinh chế nước muối như
phương pháp Solvay truyền thống với nguyên liệu là muối công nghiệp
hay nước muối bão hòa khai thác ngầm từ các mỏ muối dưới đất. Đầu
tư cho xưởng làm sạch nước muối ở phương pháp Solvay cải tiến nhỏ

hơn đầu tư cho bộ phận tinh chế muối thô thành muối tinh. Với thành
phần tạp chất tan trong muối tinh chế nêu trên, sau quá trình amôn hóa
và cácbonat hóa sơ bộ để tách NH
4
Cl thì các tạp chất này cũng bị tách
theo, đảm bảo nước muối bão hòa cho giai đoạn kết tinh NaHCO
3
có độ
sạch yêu cầu. Do đó chất lượng sôđa tổng hợp không thay đổi khi dùng
muối rắn NaCl vào sản xuất sôđa thay cho dung dịch nước muối sạch.
2. Tình hình sản xuất sôđa tại Việt Nam
Từ trước tới nay, nước ta chưa có sản xuất sôđa quy mô công nghệ ổn
định. Hàng năm, nước ta vẫn phải nhập sôđa để phục vụ cho nhu cầu
sản xuất thủy tinh, bột giặt và hóa chất, với số lượng nhập ngày càng
tăng, từ 30.000 tấn những năm 1960 - 1970 lên 50.000 - 60.000 tấn
những năm 1980 - 1990 và 100.000 - 120.000 tấn sau những năm 1990
- 2000.
Trong những năm sau ngày thống nhất đất nước, do nhu cầu tiêu thụ
sôđa tăng nhanh, phải nhập nhiều sôđa và tiêu tốn nhiều ngoại tệ, nên
Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam đã có chủ trương đầu tư nghiên cứu
và sản xuất sôđa trong nước với quy mô ≤ 3.000 tấn/năm để khẳng định
thiết bị và công nghệ do ta tự xây dựng ở 3 địa điểm khác nhau: Tràng
Kênh - Hải Phòng, Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc, Văn Điển -
Hà Nội, đều áp dụng phương pháp Solvay truyền thống.
Các dự án đã thực hiện về sản xuất sôđa tổng hợp theo phương pháp
Solvay truyền thống thường dùng nhiên liệu đốt lò là than antraxit Hòn
Gai, thiết bị công nghệ chưa hoàn thiện nên các quá trình amon hóa và
cacbonat hóa không liên kết được với nhau. Do đó, các chỉ tiêu kỹ thuật
và kinh tế không đảm bảo, dẫn đến chất lượng sản phẩm sôđa thấp, chi
phí nguyên nhiên liệu cao hơn định mức. Vì vậy các dự án không thu

được kết quả mong muốn về chất lượng và kinh tế nên đã phải ngừng
họat động.
Nếu chúng ta đầu tư về mặt công nghệ và vật liệu chế tạo thiết bị thì có
thể thực hiện quá trình tổng hợp sôđa theo phương pháp Solvay, nhưng