Kỹ thuật hóa học đại cương chương 5 sản xuất muối khoáng và phân bón hóa học

CHƯƠNG 5: SẢN XUẤT MUỐI KHOÁNG VÀ PHÂN HÓA HỌC
5.1. Giới thiệu chung
Sản xuất các muối vô cơ là một mảng quan trọng ngành công nghiệp hóa chất của tất cả các
nước trên thế giới. Muối vô cơ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp,
tiêu dùng.
Các muối vô cơ được sử dụng rất đa dạng ví dụ như: dùng làm nguyên liệu sản xuất thủy tinh,
xoda, clo, xút, thuốc nhuộm, chất dẻo, cao su, thuốc tẩy.
Trong công nghiệp luyện kim, muối vô cơ dùng để làm giàu quặng, làm tác nhân các quá trình
thủy luyện, hỏa luyện, điện phân, để gia công bề mặt kim lọai, hàn kim loại và hợp kim.
Phân khoáng hay phân hóa học có nguốn gốc vô cơ là các muối khoáng được sử dụng rộng rãi
trong nông nghiệp nhằm làm tăng độ phì nhiêu của đất, tăng năng suất cây trồng đồng thời làm tăng
chất lượng sản phẩm.
Các muối vô cơ còn là nguyên liệu chính trong công nghiệp gốm sứ, vật liệu chịu lửa,công
nghiệp dệt tơ, len, dạ, công nghiệp mỏ,CN gỗ giấy…
5.2 Các phương pháp sản xuất muối vô cơ
Các phương pháp sản xuất được xếp vào 3 nhóm công nghệ chính là: (1) công nghệ khai thác
và tinh chế, (2) công nghệ hóa học và (3) công nghệ điện hóa.
5.2.1. Khai thác và chế biến muối thiên nhiên hòa tan
Khai thác và chế biến muối hòa tan trong tự nhiên là tổ hợp các quá trình hóa tách, hóa hơi, kết
tinh và làm mất nước.
Muối hòa tan tự nhiên thường gặp ở dạng: muối vỉa hoặc nước muối tự nhiên ở hồ biển và các
nguồn nước ngầm.
Các vỉa muối hay nước hồ mặn có thành phần: natri clorua, natri sunfat, clorua và sunfat kali,
magiê, canxi, các muối brôm, bo và cacbonat.
 Một trong những phương pháp khai thác muối là làm bay hơi nước biển: nước biển
chứa muối NaCl, MgCl và hàm lượng nhỏ một số các muối khác như muối Ca, K, Sr. Quá trình
được tiến hành như sau:
Trước hết người ta làm những sân chạt lớn (ruộng muối) rồi dẫn nước biển vào, nhờ
năng lượng mặt trời làm bay hơi nước, nồng độ muối tăng dần. Qua vài lần cứ dẫn thêm nước
biển vào rồi lại phơi nắng, nồng độ muối vượt quá nồng độ bão hòa; muối sẽ kết tinh và chìm
xuống dưới.

Khi lượng muối kết tinh được một lớp đủ để thu gom, người ta sẽ tháo nước chạt xuống
một hố chứa và tiến hành thu họach muối. Khi muối đã được lấy lên hết, nước chạt được đổ
trở lại sân phơi, thêm nước biển và tiếp tục chu trình sản xuất tiếp theo.
 Phương pháp chính để khai thác mỏ muối rắn là đào và hòa tách dưới đất:
+Đào muối theo phương pháp lộ thiên hay ngầm phụ thuộc và độ sâu của vỉa.
+Hòa tách dưới đất là khai thác muối dưới dạng nước muối ( chủ yếu là muối ăn)
Quá trình hòa tách dưới đất tiến hành như sau: rửa vỉa quặng bằng cách bơm nước qua lỗ khoan.
Nước muối tự nhiên sẽ được ra do sự hòa tan các vỉa quặng bằng nước bơm. Khai thác nước muối
bằng cách dùng những bơm hút sâu hoặc bơm nén khí mạnh. Dung dịch muối ăn tự nhiên được dùng
trược tiếp làm nguyên liệu cho các nhà máy xoda và clo hay đem cô bay hơi để làm muối ăn.
5.2.2. Quá trình chuẩn cho công nghiệp muối
Các quá trình sản xuất muối khoáng rất khác nhau. Tuy nhiên sơ đồ công nghiệp để sản xuất
đa số các muối được thâu tóm trong quá trình chuẩn chung cho công nghiệp muối. Gồm các bước:
-Nghiền các vật liệu rắn
- Làm giàu nguyên liệu
- Sấy
- Nung
- Thiêu kết
- Hòa tách
- Lắng
- Lọc
- Cô hóa hơi
- Làm lạnh dung dịch
- Kết tinh
Phần lớn các quá trình sản xuất muối xảy ra trong vùng khuếch tán và được biểu diễn bằng
phương trình chuyển khối.
Để tăng tốc độ quá trình có thể dùng các biện pháp tăng động lực ∆C và phát triển bề mặt tiếp
xúc pha. U=k∙∆C∙F
1. Tăng bề mặt tiếp xúc pha: đối với công nghệ muối thì các quá trình thường xảy ra trong hệ
lỏng –rắn (L-R). Đề tăng bề mặt tiếp xúc pha có thể thể dùng phương pháp khuấy trộn hay

sục khí những hạt rắn nghiền mịn trong pha lỏng.
2. Tăng ∆C:để tăng động lực quá trình người ta thường dùng những biện pháp tăng nồng độ đầu
của các tác nhân rắn, lỏng, khí.
3. Tăng hệ số k:có thể dùng biện pháp khuấy trộn hoặc tăng nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ đôi khi
làm tăng vọt hệ số khuếch tán và bề mặt tiếp xúc giữa tác nhân do sự chuyển pha của tác
nhân.
Trong công nghệ muối đặc biệt không sử dụng các quá trình xúc tác.
Khi chế biến các khóang tự nhiên, ngòai các phương pháp vật lý như hòa tách, cô đặc, kết
tinh người ta còn dùng phương pháp phân hủy trao đổi và oxy hóa khử. Ví dụ: khi chế biến
photphat tự nhiên bằng các lọai axit, người ta đã chuyển photphat không tan thành dạng tan được
trong nước.
5.2.3. Phân loại các loại phân bón
Phân vô cơ là những muối khóang có chứa các nguyên tố cần thiết tạo nguồn dinh dưỡng cho
cây trồng và bồi bổ cho đất trồng trọt để thu được mùa màng có năng suất cao.
Trong số các chất khoáng, đặc biệt quan trọng đối với cây là nitơ, photpho và kali. Những chất
này tăng cường khả năng trao đổi trong các tế bào thực vật, sự phát triển của cây và đặc biệt đối với
quả. Chúng tăng hàm lượng cấu tử quý (tinh bột, trong khoai tây, đường trong củ cải đường, protit
trong hạt), tăng độ chịu giá rét, chịu khô hạn của cây cũng như tăng sức đề kháng chống sâu bệnh.
Khi trồng trọt lâu ngày thì đất dần dần bị bạc màu,bị giảm những chất khóang cho cây. Sự bạc
màu của đất trồng làm cho mùa màng kém năng suất. Vì vậy bón phân hóa học là cách bổ sung chất
màu trong đất và công nghiệp hóa học có nhiệm vụ cung cấp hàng chục triệu tấn phân bón hóa học
phục vụ nông nghiệp.
Có nhiều cách phân lọai phân bón hóa học:
a) Theo ý nghĩa nông hóa: phân bón được chia thành trực tiếp và gián tiếp
-Trực tiếp là phân bón có chứa cấu tử dinh dưỡng ở dạng trực tiếp làm mạnh lên cho cây.
-Gián tiếp là phân bón dùng để huy động những chất dinh dưỡng đã có sẵng trong đất trồng
trọt, để kích thích những tính chất lý học, hóa học và sinh học của đất.
Các phân bón trực tiếp lại chia thành nhóm nguyên tố dinh dưỡng như:
+Phân lân chứa P
+Phân đạm chứa N

+ Phân Kali
+ Phâm magiê
b) Theo số lượng
Theo số lượng của cấu tử dinh dưỡng chính mà phân bón hóa học được chia thành phân đơn
hay phân phức hợp.
-Phân đơn chứa một nguyên tố.
-Phân phức chứa 2 hay 3 và nhiều nguyên tố.
c) Nhóm đặc biệt
Là phân hóa học vi lượng. Nhóm này chứa các nguyên tố Bo, Mangan, kẽm, đồng cần cho cây
trồng với số lượng rất nhỏ nhằm mục đích kích thích sự phát triển.
d) Theo phương pháp sản xuất
-Phân hỗn hợp là phân hóa học có chứa vài nguyên tố dinh dưỡng và được sản xuất bằng cách
trộn lẫn cơ học những lọai phân hóa học khác nhau.
-Phân phức cũng chứa vài nguyên tố dinh dưỡng nhưng được nhận trên cơ sở phản ứng hóa
học.
e) Theo mức độ hòa tan
Theo mức độ hòa tan các phân hóa học được chia thành:
-Hòa tan trong nước là tất cả các phân nitơ, kali. Những phân hóa học này dễ được cây trồng
hấp thụ nhưng cũng nhanh chóng bị nước mưa rửa khỏi đất trồng.
-Những phân hóa học tan trong axit thổ nhưỡng phần lớn chứa photphat. Chúng chuyển rất
chậm thành dạng hòa tan nhưng cũng được giữ lại trong đất trồng lâu hơn.
f) Theo tác dụng sinh học
Phụ thuộc vào tác dụng sinh học lên đất trồng mà phân hóa học được chia thành:
- Axit
- Kiềm
- Trung tính
g) Theo hình dáng bên ngòai: được chia thành
- Dạng bột.
- Dạng hạt. Dạng hạt ít bị hút ẩm, không bị vón vào khi bảo quản, không bị bay theo gió khi bón
xuống đất, khi gặp nước mưa thì hạt giữ trong đất lâu hơn.

5.3. Các loại phân photpho (phân lân)
Phân lân là những hợp chất chứa nguyên tố photpho. Chất lượng hay hiệu quả của phân lân
được đánh giá bằng hàm lượng P
2
O
5
hữu hiệu chứa trong nó mà cây có thể hấp thụ được. Hàm
lượng này thường nhỏ hơn hàm lượng tổng số P
2
O
5
có trong nó theo lí thuyết.
Supephôtphat là loại phân lân được dùng phổ biến. Tùy theo mức độ hòa tan mà người ta
chia phân phôtphat thành 2 loại: loại hòa tan trong nước và loại không hòa tan
Phôtphát là lớp khoáng chứa phôtpho chủ yếu dạng fluorapatit và các tạp chất khác. Hàm
lượng P
2
O
5
trong quặng phôtphat khoảng 20-30%.
Muốn điều chế phân phôtpho dễ dàng ngấm thấu để có thể sử dụng ở bất kỳ loại đất nào phải
tiến hành chuyển muối phôtphat không hòa tan thành muối hòa tan hoặc dễ dàng ngấm thấu. Đó là
mục đích chủ yếu của kỹ thuật phân lân.
- Supephôtphat đơn Ca(H
2
PO
4
)
2
.CaSO

4.
2H
2
O: còn chứa CaSO
4
.
- Supephôtphat kép Ca(H
2
PO
4
)
2
.

2H
2
O: không chứa CaSO
4
.
5.3.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu để sản xuất phân lân là các photphat tự nhiên( apatit, photphorit) và dung dịch axit
sunfuric.
Apatit: là nhóm các khoáng vật phosphat công thức chung là Ca
5
(PO
4
)
3
X ( X = Cl, F, OH‾).
Tinh thể apatit thuộc hệ lục giác, có màu sắc khác nhau ( xanh, xám, vàng, lục, lam, tím) tùy theo

lọai quặng.
Tỷ trọng 3,18 – 3,21g/cm
3
.
Nhiệt độ nóng chảy 1400 – 1500
o
C.
Khó tan trong nước.
Ở Việt Nam có quặng apatit Lào Cai có nhiều lọai khác nhau với hàm lượng P
2
O
5
từ 7% đến
37%.
Photphorit: là khoáng trầm tích được tạo thành do quá trình trầm tích của canxiphotphat từ nước
biển, có chứa photpho ở dạng florapatit và các tạp chất khác.
[xCa
10
(PO
4
)
6
F
2
+ yCa
10
P
5
CO
23

(F,OH)
3
]
Khóang photphoric có mà nâu hoặc vàng. Ít hút ẩm, không kết dính nhưng độ phân tán kém.
Một phần nguyên liệu photphat được dùng làm phân bón trực tiếp sau khi nghiền mịn và được
gọi là bột photphorit.
Để nhận được phân photpho dễ hấp thụ dùng cho bất kì loại cây trồng nào đòi hỏi phải chuyển
các muối không tan của photphat tự nhiên thành dạng dễ tan trong nước hay dễ hấp thụ.
Độ hòa tan của muối photpho tăng lên theo độ tăng của axit. Vì vậy khi sản xuất photpho cố gắng
nhận được photpho dưới dạng monocanxiphotphat Ca(H
2
PO
4
)- là muối tan trong nước.
Để chuyển các muối tự nhiên không tan thành dạng tan được có thể dùng các biện pháp sao:
- Phân hủy bằng axit hoặc kiềm.
- Nung chảy.
Ngòai yêu cầu kỹ thuật nhận được các muối tan người ta còn cố gắng sản xuất những muối có
nồng độ P
2
O
5
cao hơn.
5.3.2. Sản xuất supephotphat (lân đơn)
Supephotphat đơn là loại phân khóang phổ biến nhất, được sản xuất ra với lượng lớn nhất. Đó
là bột (hay hạt) màu xám, thành phần cơ bản là Ca(H
2
PO
4
)

2
.CaSO
4.
2H
2
O. Superphotphat đơn có
hàm lượng P
2
O
5
hữu hiệu khoảng 14-20%.
Cơ sở lí thuyết
Bản chất kỹ thuật sản xuất supephotphat là phân hủy các quặng photphat tự nhiên không tan
thành các muối photphat axit tan trong nước bằng axit sunfuric. Quà trình sản xuất supephotphat là
quá trình dị thể nhiều pha, xảy ra trong vùng khuếch tán.
Phản ứng giữa H
2
SO
4
và quặng fluorcanxi apatit Ca
5
F(PO
4
)
3
có thể chia thành 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: phân hủy quặng tạot hànhaxit photphoric
Đầu tiên phản ứng tiến hành trên bề mặt các hạt quặng, H
2
SO

4
dư do đó tạo thành H
3
PO
4
tự
do, CaSO
4
kết tinh tách ra dưới dạng khan và nằm lại trong phân lân
Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 5H
2
SO
4
= 3H
3
PO
4
+ 5CaSO
4
+ HF + Q
Phản ứng này diễn ra với tốc độ rất nhanh so với tốc độ của phản ứng sau. Thường kết thúc
sau 20 đến 40 phút kể từ khi trộn quặng apatit với dung dịch H
2
SO

4
. Nều phản ứng thực hiện hòan
tòan thì khỏang 70% apatit bị phân hủy ở giai đọan này.
Những yếu tố ảnh hưởng:
- Nồng độ H
2
SO
4
: rất quang trọng đối với quá trình sản xuất supephotphat. Trong điều kiện
khuấy trộn liên tục, nồng độ axit thích hợp là 62 - 69%, thấp hoặc cao hơn đều không thuận lợi.


Hình 6.1 Sự phụ thuộc của mức độ phân hủy quặng vào nồng độ axit sunfuric
Không thể dùng axit có nồng độ thấp được vì nó chứa nhiều nước làm sản phẩm bị ẩm, hàm
lượng P
2
O
5
bị giảm.
- Nhiệt độ phản ứng duy trì khoảng 110-120
0
C Để đảm bảo nhiệt độ này t
0
ban đầu của dung
dịch H
2
SO
4
dao động từ 60 - 70
o

C tuỳ thuộc thời tiết từng mùa và nồng độ H
2
SO
4
.

- Với nồng độ axit như trên thì thời gian lưu của hỗn hợp phản ứng 2-4 phút.
- Độ nhỏ hạt quặng: để tăng diện tích tiếp xúc, nghiền quặng. Theo tiêu chuẩn cỡ hạt > 150 μm
không vượt quá 14%, cỡ hạt < 75 μm không ít hơn 47 – 48%.
- Thời gian lưu bùn trong thùng phản ứng.
- Giai đoạn 2:
H
3
PO
4
sinh ra tiếp tục tác dụng với quặng apatit tạo thành muối canxi photphat, là giai đoạn
quyết định chất lượng của phân lân superphotphat.
7H
3
PO
4
+ Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 5H
2
O →5Ca(H

2
PO
4
)
2
. H
2
O + HF + Q
Ở giai đoạn 2, monocanxiphotphat đầu tiên tạo thành trong dung dịch, khi bão hòa thì bắt đầu
kết tinh. Lúc đầu phản ứng xảy ra rất nhanh, khi nồng độ Ca(H
2
PO
4
)
2
tăng lên thì tốc độ chậm dần
và kết thúc sau khi ủ supe trong kho 6 - 25 ngày đêm tuỳ thuộc vào nguyên liệu, nhiệt độ ủ 35-45
0
C.
Đây lá quá trình chậm chạp nhất. Muốn tăng nhanh tốc độ quá trình này có thể dùng biện pháp làm
lạnh khối supephotphat và làm bay hơi nước. Để đạt được mục đích trên có thể dùng biện pháp phun
và đảo trộn supephphotphat.
Sau khi ủ một lượng H
3
PO
4
tự do còn thừa phải qua gia đoạn trung hoà. Axit này sẽ làm tăng
khả năng hút ẩm của supephotphat. Để trung hòa axit tự do có thể dùng biện pháp trộn supephotphat
với các phụ gia rắn như bột xương, bột đá vôi hoặc đem amôn hóa bằng khí NH
3

:
CaCO
3
+ 2H
3
PO
4
= Ca(H
2
PO
4
)
2
+ CO
2
+ H
2
O
NH
3
+ H
3
PO
4
= NH
4
H
2
PO
4

Supephôtphat đơn phải đảm bảo các yêu cầu chất lượng sau:
P
2
O
5
không dưới 14-19%
Độ ẩm không quá 13-15%
H
3
PO
4
tự do (tính theo P
2
O
5
)

≤ 5-5,5%
Hiện nay có 3 phương pháp sản xuất:
-Gián đọan;
-Liên tục,
-Bán liên tục.
Ngày nay chủ yếu là thiết kế nhà máy theo phương pháp liên tục:

Tinh quặng đã được nghiền được đưa từ kho vào thùng cân liều lượng tự động (2). Sau
khi cân xong tinh quặng được đưa vào thùng trộn lẫn (1) họat động liên tục.
Axit sunfuric 75% liên tục được pha lõang bằng nước trong thùng đo liều lượng axit (5)
đến nồng độ 68% H
2

SO
4
, sau đó axit được đưa vào thùng trộn lẫn (1). Trong thùng trộn lẫn
có các cánh khuấy cơ học để trộn lẫn axit với tinh quặng photphat.
Trong thùng trộn lẫn tạo ra một lớp bùn nhão. Bùn nhão được đưa vào buồng hóa thành
họat động liên tục. Tại đây quá trình tạo thành supephotphat được thực hiện.
Từ bồn hóa thành, supephotphat tạo thành được chảy xuống băng tải và đưa sang kho ủ.
Tại đây nhờ máy phun (8) mà supephotphat được phân bố đều, Để tăng tốc quá trình ủ,
người ta dùng các gàu ngọam để đảo lộn supephotphat trong kho.
Khi phân hủy quặng photphat bằng axit sunfuric sẽ giải phóng khí HF. Khí HF sẽ tác
dụng với oxyt silic SiO
2
có chứa trong photphat và tạo ra khí tetraflorua silic SiF
4
và axit
hexaflosilisic H
2
SiF
6
. Khí HF có lẫn H
2
SiF
6
đưa qua cửa phía trên nắp buồng hóa thành, qua
các ống hút để vào thiết bị hấp thụ và được dùng để sản xuất florosilicat natri Na
2
SiF
6
.
Hình 5.2- Cấu thạo thiết bị buồng hóa thành:

1. Trụ;
2. Đáy;
3. Băng tải;
4. Tấm chắn cố định;
5. Ống tháo sản phẩm;
6. Dao gạt;
7. Hệ thống cắt sản phẩm;
8. Nạo;
9. Nắp cố định.



Buồng hình trụ đứng bằng bê tông cốt sắt có vỏ thép và bên trong có lót điaba là gạchchịu
axit, quay chậm (một vòng hết 1,5 – 2,5 giờ) quanh ống cố định ở tâm làm nhiệm vụ tháo sản
phẩm. Ống nối với nắp cố định và với tắm chắn gang để phân chia thiết bị thành các vùng
nạp liệu và tháo sản phẩm. Bùn nhão từ thùng trộn được nạp liên tục qua cửa phía trên nắp
buồng.
Bên trong buồng có một hệ thống dao gạt quay ngược chiều với chiều quay của buồng với
tốc độ 8-10 vòng/ phút. Khối supephotphat được dao gạt vào ống trung tâm rơi xuống băng
tải đến máy phun rồi vào kho ủ.
Supe đơn rất khó bón bằng máy vì nó dẻo, dễ vón cục và dính bết. Ngòai ra hạt supe nhỏ
dễ bị rữa trôi nhanh và dễ phản ứng với các oxit tạo thành photphat khó tan. Người ta khắc
phục nhược điểm này bằng cách tạo hạt. Trong thiết bị tạo hạt supephotphat được làm ẩm
bằng nước để phân bón dẻo dễ ve viên thành hạt. Sau đó được sấy khô và sang để phân chia
theo cỡ hạt và đóng bao.
5.4 SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC VÀ SUPEPHOTPHAT KÉP

5.4.1 Các tính chất hóa lí:
Axit photphoric chúng ta thường gọi là axit tri-hydrophotphoric hay ortophotphoric H
3
PO
4
.
Axit photphoric tinh khiết có thể kết tinh dưới dạng các tinh thể rắn, không ngậm nước có tỷ trọng là
1,88 và điểm nóng chảy là 43,2
o
C, tự chảy rữa trong không khí ẩm. Dung dịch axit axit photphoric
đặc (98%) không màu, sánh như xiro, có tỷ trọng khoảng 1,84 g/cm
3
ở 20
o
C. H
3
PO
4
tan trong nước
với bất kì tỷ lệ nào.
Axit photphoric hiện nay được sản xuất chủ yếu bằng hai phương pháp:
(1) phương pháp chiết H
3
PO
4
từ các photphat tự nhiên nhờ các axit khác nhau (thông qua phản ứng
trao đổi giữa quặng photphat và axit mạnh như H
2
SO
4

),
(2) phương pháp nhiệt phân ( đốt photpho và đồng thời hợp nước)
Nguyên liệu:
Nguyên liệu gốc để sản xuất axit photphoric là các quặng photphat như apatit Ca
5
(PO
3
)
4
X,
photphorit Ca
3
(PO
4
)
2
hoặc than xương có chứa nhiều photphat.
Nguyên liệu thứ cấp là photpho nguyên tố. Photpho nguyên tố là sản phẩm nhiệt khử từ các
khoáng chứa photpho nói trên. Đây là lọai nguyên liệu tốt nhất để sản xuất axit photphoric chất
lượng cao.
Phương pháp chínhđể điều chế axit photphoric là chiết bằng axit sunfuric.
5.4.2. Sản xuất axit H
3
PO
4
theo phương pháp trao đổi (trích ly):
- Đầu tiên tinh quặng photphat tự nhiên đem nghiền nhỏ, sau đó đem chế biến với lượng dư
axit sunfuric để nhận được axit photphoric và canxi sunfat.
Các quặng này chứa photpho dưới dạng canxi photphat, nên khi trao đổi với axit sunfuric ta dễ
dàng thu dược axit photphoric vì canxi photphat hình thành sau phản ứng là chất ít tan trong nước,

dễ cho việc tách ra khỏi dung dịch. Quá trình được thực hiện theo phản ứng:
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 3H
2
SO
4
↔ 3CaSO
4
+ H
3
PO
4

Hay Ca
5
(PO
4
)
3
F + 3H
2
SO
4
↔5CaSO
4

+ 3H
3
PO
4
+ HF
Đây là phản ứng dị thể xảy ra trên bề mặt của các hạt quặng photphat chuyển hóa canxi
photphat hầu như không tan trong nước thành canxi sunfat ít tan và axit photphoric. Các tinh thể
canxi sunfat có thể tạo thành lớp vỏ bao xung quanh các hạt quặng và ngăn chặn các quá trình
khuếch tán qua lại. Để tránh những hiện tượng bất lợi trên và tăng cường hiệu suất của phản ứng,
người ta phải khuấy trộn hỗn hợp liên tục và tránh không sử dụng dung dịch axit sunfuric quá đặc
(nồng độ thường dùng là axit sunfuric 75%). Mặt khác để tăng bề mặt tiếp xúc người ta nghiền thật
nhỏ nguyên liệu) và ở giai đọan đầu quá trình chiết thì tăng nhiệt độ
Sản phẩm ra khỏi thiết bị có dạng dung dịch huyền phù của photphogips (kết tủa tạo thành sau
phản ứng) trong axit photphoric, được dẫn qua máy lọc, rửa kết tủa. Sản phẩm axit thu được thường
có nồng độ 40 – 50% (sau khi lọc gạn còn 30%).
Nếu sử dụng làm phân bón thì sản phẩm axit hầu như không cần phải xử lý gì tiếp theo ngòai
việc cô đặc để đạt nồng độ yêu cầu.

Hình 5.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric bằng phương pháp trao đổi
5.4.3. Phương pháp nhiệt luyện:
Quá trình sản xuất H
3
PO
4
bằng phương pháp nhiệt luyện gồm 3 giai đọan chính:
- Điều chế photpho bằng phản ứng nhiệt hóa học.
- Đốt photpho với oxi không khí.
- Ngưng tụ, hấp thụ tạo axit photphoric.
Phương pháp nhiệt điện để điều chế axit photphoric dựa trên cơ sở khử photpho từ photphat
canxi ở nhiệt độ cao (1400-1600

o
C) trong lò điện.
Quá trình điều chế photpho xảy ra các phản ứng sau:
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 8C = Ca
3
P
2
+ 8 CO
3Ca
3
(PO
4
)
2
+ 5Ca
3
P
2
= 4P
4
+ 24CaO
CaO + SiO
2
= CaSiO

3


2Ca
3
(PO
4
)
2
+ 6SiO
2
+ 10C = 6CaSiO
3
+ 10CO + P
4

Trước hết người ta trộn quặng photphat đã được nghiền mịn với bột than và nung trong lò ở
nhiệt độ cao khoảng 1500
o
C. Ở nhiệt độ này trước hết canxi photphat sẽ thực hiện phản ứng khử
bằng than để tạo ra sản phẩm trung gian tricanxi photphua. Sau đó tricanxi photphua tiếp tục phản
ứng với canxi photphat để tạo ra photpho dạng hơi và CaO. Để lấy xỉ ra người ta cho thêm SiO
2
vào
hỗn hợp chảy để tạo xỉ CaSiO
3
.
Hơi photpho đi ra khỏi lò, oxy hóa (cháy) để tạo thành pentaoxyt photpho, oxyt này sau khi
hydrat hóa sẽ tạo thành axit photphoric
4P + 5O

2
= P
4
O
10

P
2
O
5
+ H
2
O = 2HPO
3

HPO
3
+ H
2
O = H
3
PO
4

Hình 5.4 Sơ đồ công nghệ sản xuất axit photphoric nhiệt.
Axit thu được có nồng độ khoảng 80 – 90 %.
Những ưu điểm cơ bản của phương pháp nhiệt điện so với phương pháp chiết là:
+ Thu được axit photphoric có nồng độ bất kì và có độ sạch cao.
+ Nguyên liệu đa dạng hơn. Có thể dùng những photphat nghèo mà không cần làm
giàu.

Nhược điểm chính của phương pháp này là tiêu tốn nhiều điện năng.
5.4.4. Sản xuất supephotphat kép
Supephotphat kép được sản xuất trên cơ sở phân hủy quặng photphat bằng axit photphoric
70-80%.
Các phản ứng cơ bản xảy ra khi sản xuất superphotphat kép:
7H
3
PO
4
+ Ca
5
F(PO
4
)
3
+ 5H
2
O = 5Ca(H
2
PO
4
)
2
.H
2
O + HF + Q


Về hình dáng bên ngòai cũng như về thành phần các pha, supephophat kép về căn bản không
khác supephotphat đơn. Nó chỉ hầu như không có canxi sunfat. Supephotphat kép là lọai phân lân

đậm đặc, có hàm lượng P
2
O
5
hữu hiệu khỏang 40- 50% có nghĩa là giàu hơn lân đơn 2-3 lần, tồn tại
chủ yếu dưới dạng monocanxi photphat Ca(H
2
PO
4
) và một số axit photphoric H
3
PO
4
tự do.
Điều kiện: Nồng độ H
3
PO
4
đậm đặc, t
o
80-90
o
C. Hiệu suất phân huỷ 70%.
Qua quá trình ủ 25 ngày, apatit còn lại tiếp tục bị phân huỷ, hiệu suất chuyển hoá tăng lên 77-83%.
Sau đó sản phẩm được đem nghiền và tạo hạt.
Thiết bị dùng sản xuất lân kép cũng tương tự như để sản xuất phân đơn. Trong một số sơ đồ
sản xuất lân kép, quá trình đóng rắn bùn nhão được thực hiện trên băng tải chuyển sản phẩm vào khi
chứa (phương pháp không dùng buồng). Theo đó, bùn nhão được đưa trực tiếp từ thùng trộn vào
thiết bị tạo hạt và buồng sấy. Sản phẩm hạt thì không qua giai đọan ủ.

Hình 5.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất supephotphat kép theo phương pháp dây chuyền
1. Bunke; 2. Cân; 3.Thiết bị trộn; 4.Thùng cao bị; 5. Máng dẫn; 6.Máy sấy; 7.Máy nâng; 8.Sàng;
9.Máy nghiền; 10. Băng tải; 11. Thiết bị trung hòa 12.Máy sấy kiểu trống quay. 13. Thiết bị tạo hạt.
Bột photphat từ bunke (1) theo hai nhánh qua các cân (2) được đưa vào thiết bị trộn (3) để hỗn
hợp với axit photphoric nóng từ thùng cao vị (4) xuống. Quá trình phản ứng xày ra tại các thiết bi6
trộn này trong khỏang 1h ở nhiệt độ 60-80
o
C, với hiệu suất 52 – 53%.
Một nhánh theo máng (5) xuống máy sấy (6) được đánh tơi bằng nhiệt độ của khí lò (khỏang
700
o
C). Từ máy sấy (6) ra, sản phẩm ở dạng bột, qua máy nâng (7) trộn với phần bùn của nhánh thứ
hai trong thiết bị tạo hạt (13). Hạt supephotphat đượcđưa xuống máy sấy kiểu trống quay (12), sấy
bằng khí lò.
Hạt đã sấy khô, được máy nâng đưa lên sàng (8), phân thành 3 lọai:
 Hạt thô (> 4mm) được đưa vào máy nghiền (9) đề rồi đưa vòng trở lại sàng (8)
 Hạt có kích thước trong khỏang 1 – 4 mm, được đem trộn với phấn bột và vào
thiết bị trung hòa (11) để trung hòa axit dư.
 Supe vụn ( < 1mm) được đưa vể máy tạo hạt (13).

5.5. Các loại phân nitơ (phân đạm)
Trong ba loại phân khóang chính (đạm , lân, kali) thì phân đạm là loại có tốc độ phát triển cao
nhất, đồng thời cũng chiếm một tỷ trọng cao nhất trong sản lượng phân bón thế giới.
Phân đạm là tên gọi chung của các loại phân bón vô cơ cung cấp đạm cho cây dưới dạng NO
3
-
,NH
4
+

. Phân đạm kích thích quá trình sinh trưởng, làm tăng tỉ lệ protein thực vật nên phân đạm là
chất dinh dưỡng rất cần thiết và rất quan trọng đối với cây - thành phần chính của clorophin, prôtit,
các axit amin, các enzym và nhiều loại vitamin trong cây.
Có 3 nhóm đạm chính
 Nhóm đạm amoni: (NH
4
)
2
SO
4
,NH
4
Cl, …
 Nhóm đạm Nitrat: NaNO
3
,KNO
3
, NH
4
NO
3
, …
 Nhóm đạm amit: CaCN
2
, CO(NH
2
)
2.

- Phần lớn phân đạm được sử dụng ở dạng rắn, trong đó khoảng 80% ở dạng phân đơn và 20%

ở dạng phân phức hợp. Loại phân đơn chủ yếu là amôn nitrat NH
4
(NO)
3
, urê (NH
2
)
2
CO. Nguyên tố
dinh dưỡng tồn tại trong chúng là ion amôn (NH
4+
), nitrat (NO
3
-
), và nhóm amin (NH
2
). Nhược điểm
cơ bản của lọai phân amôn nitrat là có thể gây nổ mạnh, nên khó bảo đảm an tòan trong quá trình
sản xuất, tàn trữ và vận chuyển. Phân urê có hàm lượng đạm cao, không gây nổ, ít hút ẩm nên đang
trở thành loại phân đạm chủ yếu.
- Tất cả các loại phân đạm đều hòa tan trong nước, thực vật hấp thụ tốt, dễ ngấm sâu vào đất.
Thực tế mọi loại phân đạm đều sản xuất từ amoniac, mà giá amoniac chiếm khoảng 60-75%
tổng giá thành. Do đó chi phí sản xuất một tấn phân đạm các loại đều gần bằng nhau. Dưới đây ta
xét công nghệ sản xuất hai lọai phân đạm chính: amôn nitrat và urê.
5.5.1. Sản xuất nitrat amôn NH
4
NO
3
Amoni nitrat là loại phân bón có tinh thể màu trắng chứa 35% nitơ, là một trong những loại
phân đạm thường dùng. Nó có thể dùng cho bất kỳ loại đất nào và bất kỳ loại cây cối nào. Nhược

điểm cơ bản của loại phân này là:
- Có khả năng gây nổ rất mạnh  khó bảo đảm an toàn trong quá trình sản xuất, lưu trữ và
vận chuyển.
- Dễ hút nước và khi thay đổi nhiệt độ, dễ chuyển một phần thành dạng tinh thể, dễ vón cục.
- Nitrat amon có độ hòa tan trong nước cao.
Phương pháp phổ biến nhất để điều chế amôn nitrat là trugn hòa ammoniac bằng axit nitric.
Nguyên tắc sản xuất dựa vào phản ứng
NH
3
+ HNO
3
= NH
4
NO
3
+ Q
Là phản ứng dị thể, tỏa nhiệt mạnh nên tận dụng nhiệt toả ra để cô đặc NH
4
NO
3
.
Quá trình sản xuất gồm 4 giai đoạn.
1. Giai đoạn trung hoà:
Để tăng bề mặt tiếp xúc người ta xếp trong thùng trung hoà những tấm đệm. Dùng vòi phun
NH
3
qua lớp HNO
3
tẩm trên các tấm đệm.
- Nhiệt độ phản ứng: 110 - 135

0
C
Axit nitric có nồng độ 45 – 50% HNO
3
và amonic
2. Giai đoạn cô đặc
Sau khi ra khỏi thiết bị trung hoà phải tiến hành cô đặc ở nhiệt độ 150
0
C, P= 9 atm để nâng cao
nồng độ chuẩn bị cho giai đoạn kết tinh.
Cuối gia đoạn này nồng độ NH
4
NO
3
đạt 82-84%
3. Giai đoạn kết tinh tạo hạt
Trước khi qua thiết bị kết tinh dung dịch NH
4
NO
3
được chảy qua thiết bị cô đặc thứ 2 để nâng
cao nồng độ lên 98%.
4. Sấy
Làm giảm độ ẩm của hạt NH
4
NO
3
xuống còn 0,9-1%. Phương pháp thường dùng là thổi luồng
không khí lạnh -10
0

C ngược chiều với NH
4
NO
3

* Yêu cầu công nghệ:
- Nồng độ HNO
3
45-50%; amoniac 60-80%, áp suất 2,5- 3,8 atm.
Sơ đồ cô bay hơi


Hình 6.4 Sơ đồ sản xuất nitrat amon có sử dụng cô bay hơi.
1.Thân thiết bị trung hòa 7. Thiết bị cô bay hơi bậc 2
2.Bình thu bên trong 8. Thiết bị phân ly
3.Bộ phận phân bố axit HNO
3
9. Tháp tạo hạt
4.Bộ phận phân bố NH
3
10. Băng tải
5.Van thủy lực 11. Áp kế
6.Thiết bị trung hòa hòan tòan 12. Thùng chứa

Cấu tạo của thiết bị trung hòa
1.Vỏ; 2. Vùng trung hòa; 3. Dd NH
4
NO
3

Thiết bị trung hòa là một bình hình trụ làm bằng
thép không rỉ. Không gian bên trong hình trụ là phần trung
hòa của thiết bị có dạng hình cốc có các lỗ ở phía dưới và
hệ thống đảo ở phía trên, còn không gian bên ngòai là phần
cô bay hơi. Dung dịch nitrat amôn tạo thành sẽ rót qua bờ
phía trên hình trụ để vào phần cô bay hơi, tại đấy nước bay
hơi nhờ nhiệt của phản ứng truyền qua. Việc tỏa nhiệt từ
vùng trung hòa cần thiết không những để làm bay hơi nước
mà còn có tránh hiện tượng đốt nóng quá làm phân hủy
axit nitric và amôn.


Axit nitric có nồng độ 45-50% HNO
3
. ở nhiệt độ 50
o
C và ammoniac 6 – 80
o
C, áp suất 2,5 –
3,8 atm vào thiết bị trung hòa (2) bằng hệ thống vòi phun (3) (4). Dung dịch nitrat amon tạo ra sẽ rót
ra bờ phía trên hình trụ để vào phần cô bay hơi, tại đây nước bay hơi nhờ nhiệt của phản ứng truyền
qua. Dung dịch nitrat amon ra (lúc này có nồng độ là 60-80%) qua van thủy lực (5) để đi vào đi vào
thiết bị trung hòa hòan tòan (6) để trung hòa tiếp bằng ammoniac cho đến hềt axit. Hơi ra khỏi thiết
bị trung hòa được dùng để tiếp tục sấy dung dịch nitrat amon ở thiết bị cô bay hơi bậc 2. Lúc này
nồng độ dung dịch được nâng đến 98-99% NH
4
NO
3
, dung dịch nóng lỏng sau đó được đưa vào hệ
thống phân ly để tách hơi thứ và sau đó được đưa vào tháp tạo hạt.

Quá trình tạo hạt tiến hành bằng cách phun dung dịch nitrat amon nóng lỏng vào tháp tạo hạt
bêtông cốt sắt có độ cao 30-35m qua vòi phun tạo thành tia. Các giọt nitrat amon rơi xuống gặp
luồng không khí lạnh sẽ đông lại thành hạt (không khí được quạt hút thổi vào ngược chiều dòng dịch
nóng lỏng). Sau đó các hạt phân bón sẽ được đưa vào băng tải chuyển vào thiết bị sấy và đóng gói.









Sơ đồ không bay hơi:

Sơ đồ điều chế nitrat amôn bằng phương pháp không cơ bay hơi
1.Sấy nóng ammoniac; 2. Sấy nóng axit nitric; 3. Thiết bị phản ứng; 4. Thiết bị phân ly; 5.
Thiết bị trao đổi nhiệt; 6. Dao cắt.
Trong một số nhà máy, nitrat amôn được sản xuất ở dạng tinh thể hình vảy. Muốn vậy quá trình
kết tinh dịch nóng lỏng tiến hành trên bề mặt trống quay có làm lạnh từ bên trong.
Dựa trên cơ sở sự tác dụng nhanh giữa cáctác nhân amiac và axit nitric 60% đã được sấy nóng sơ
bộ trong các thiết bị trao đổi nhiệt. Phản ứng được tiến hành dưới áp suất 4 atm. Nhũ tương hơi-lỏng
khi ra khỏi thiết bị phản ứng sẽ được phân tách trong thiết bị phân ly, sau đó dịch móng lỏng 97-98%
NH
4
NO
3
được đưa đi tạo hạt.
5.5.2. Sản xuất karbamit (phân urê)CO(NH
2

)
2
1. Lý thuyết chung :

Phân urê là lọai phân chứa nitơ có giá trị nhất. Urê có thể sử dụng như chất thêm N
2
vào thức
ăn nuôi gia súc.
Urê sạch [(NH
2
)
2
CO] là những tinh thể không màu có hàm lượng nitơ theo lý thuyết là
46,6%. Urê kỹ thuật có màu trắng hơi vàng. Nó là loại phân đạm có giá trị nhất và được sử dụng
rộng rãi nhất. Urê hòa tan nhiều trong nước, một phần tạo thành amôn cacbonat. Trong điều kiện
nhiệt độ và độ ẩm thông thường urê không háo nước, còn khi độ ẩm không khí cao (95%) thì urê háo
nước mạnh. Nó ít vón cục, không cháy nổ.
Ngòai tác dụng làm phân bón, ure còn dùng trong công nghiệp để điều chế nhựa formaldehit
dùng trongviệc sản xuất chất dẻo, keo dán, sợi tổng hợp…
Urê được tổng hợp từ amoniac và khí dioxit carbon (cacbonic).
Nguyên tắc sản xuất được dựa theo phản ứng
CO
2
+ 2NH
3
↔CO(NH
2
)
2
+ H

2
O
Trên thực tế quá trình này gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: điều chế cacbamat-amon
2NH
3
+ CO
2
→NH
2
COONH
4
(Carbamat) + Q
- Giai đoạn 2: Khử nước amon cacbamat ở nhiệt độ cao thành urê
NH
2
COONH
4
→CO(NH
2
)
2
+ H
2
O - Q
Nước tạo thành, lúc đầu làm tăng mức độ chuyển hoá vì nó tạo thành pha lỏng. Nhưng khi
lượng nước sinh ra nhiều phản ứng sẽ chậm lại vì vậy trong quá trình phản ứng người ta cho tháo
nước ra liên tục để tăng nồng độ ure tạo thành. Công ty phân đạm Bắc Giang áp dụng quá trình sản
xuất này.
Tóm lại quá trình điều chế urê là quá trình dị thể trong hệ khí – lỏng xảy ra trong vùng động

học và tốc độ của nó được giới hạn bởi giai đọan chậm nhất là giai đọan dehydrat hóa karbamat
amon.
Cân bằng và tốc độ của quá trình tổng hợp karbamat chịu ảnh hượng của áp suất, nhiệt độ và
thành phần hệ.
Áp suất
Vì karbamat amôn có áp suất hơi lớn và quà trình tổng hợp xảy ra với sự giảm thể tích nên
hiệu suất cân bằng của karbamit sẽ tăng cùng với sự tăng áp suất.

Tốc độ quá trình và hiệu suất thực tế của karbamit cũng tăng rõ rệt khi tăng áp suất do tăng
động lực quá trình, có nghĩa là tăng nồng độ các tác nhân khí.
Nhiệt độ

Tốc độ và hiệu suất quá trình tăng rõ rệt khi tăng nhiệt độ.
Từ hình ta thấy ở nhiệt độ >180
o
C đường cong hiệu suất sẽ có điểm cực đại. Khi tăng thời
gian lưu của khói phản ứng trong vùng đốt nóng thì hiệu suất karbamit giảm xuống do tăng phản ứng
phụ.
2. Sơ đồ công nghệ
Trong thực tế, tổng hợp karbamit được tiến hành ở áp suất 180- 200 atm, nhiệt độ 180 –
200
o
C và không dùng chất xúc tác. Việc nâng nhiệt độ cao hơn bị hạn chế do sự ăn mòn thiết bị.
Nguyên liệu sản xuất urê là khí sản phẩm của CN sản xuất ammoniac chứa đến 90% CO
2
và
ammoniac lỏng 100 – 125% so với tỷ lệ lý tưởng.


Hình 6.5. Sơ đồ sản xuất urê

1. Bơm; 2. Máy nén; 3. Tháp tổng hợp; 4. Buồng phản ứngbên trong;
5. Cột chưng cất; 6. Thiết bị bay hơi; 7. Hộp thu dịch lỏng;
8. Tháp tạo hạt; 9. Băng tải chuyền
Quá trình tổng hợp tiến hành trong tháp tổng hợp (3) chế tạo bằng thép hợp kim; bên trong
tháp có một trụ (4) để bảo vệ than tháp chịu áp suất sao khỏi môi trường phản ứng ăn mòn.
Amoniac lỏng nhờ có bơm (1) được đưa vào khỏang không gian giữa thân tháp và ống trụ,
nó sẽ rửa thành tháp và bảo vệ tháp khỏi tác dụng của môi trừơng ăn mòn. Tai đó ammoniac lỏng
tác dụng với CO
2
đi từ dưới lên vào không gian bên trong ống trụ (3).
Dịch lỏng urê được giải phóng ra từ phần trên tháp và chuyển vào tháp chưng cất (5). Tháp
được gia nhiệt bằng hơi nước. Trong tháp tiến hành chưng cất tách amiac khỏi dung dịch urê và tách
cả những muối cacbon –amôn khác nữa. Sau khi chưng cất khỏi ammoniac dung dịch urê khỏang
65% đem cô bay hơi trong thiết bị bay hơi (6) đến 99,5% và kết tinh tạo hạt urê trong tháp tạo hạt(8).
Khí chưng (ra chứa 56-57% NH
3
, 32 – 33% CO
2
và 10 – 11 % hơi nước) đem đi tái sinh. Các
sơ đồ sản xuất urê thường khác nhau do dùng những phương pháp khác nhau để phân chia và tái sinh
lại các khí này: sử dụng chúng để sản xuất đạm nitrat amôn; phân chia bằng cách hấp thụ chọn lọc
CO
2
và NH
3
, bằng những chất hấp thụ khác nhau và hồi lưu cả 2 chất này về quá trình đầu.
5.6. Xô đa
5.6.1 Khái niệm chung về soda:
Các muối kiềm chứa Natri trong công nghiệp được gọi là sản phẩm soda. Các sản phẩm soda là
những chất: carbonat natri Na

2
CO
3
, bicarbonate Natri NaHCO
3
(soda thực phẩm), soda tinh thể
Na
2
CO
3
∙10H
2
O, soda nặng Na
2
CO
3
∙H
2
O, xút ăn da NaOH. Trong số này Na
2
CO
3
được sản xuất với
quy mô lớn và là một trong những sản phẩm hóa học quan trọng nhất được dùng làm nguyên liệu
cho nhiều nền công nghiệp khác.
Carbonat natri là bột tinh thể màu trắng, tỷ trọng d = 2,53 g/cm
3
, nhiệt độ nóng chảy 853
o
C.

Xôđa Na
2
CO
3
được dùng nhiều trong công nghiệp các chất vô cơ để điều chế các sản phẩm xôđa
khác, dùng trong luyện kim để nhận các muối, trong công nghiệp thủy tinh, để làm sạch các sản
phẩm dầu mỏ, trong công nghiệp giấy, sơn màu dệt da…
Xôđa Na
2
CO
3
là muối tính chất kiềm. Công nghệ sản xuất xôđa là kiểu mẫu của kỹ thuật sản xuất
muối dựa trên cơ sở những quá trình hấp thụ hóa học trong hệ lỏng – khí.
5.6.2. Sản xuất xoda bằng phương pháp amiac Solvay
Đâu là phương pháp phổ biến để sản xuất Na
2
CO
3
. Người ta chuyển hóa dung dịch muối ăn
bằng ammoniac và khí CO
2
.
Nguyên liệu: đá vôi, dung dịch muối ăn gần bão hòa và ammoniac.
Cơ sở hóa lí quá trình sản xuất:
- Điều chế bicacbonat natri theo phản ứng:
NaCl + NH
3
+ CO
2
+ H

2
O ↔ NaHCO
3
+ NH
4
Cl
Phản ứng trên bao gồm nhiều phản ứng nới tiếp nhau:
-Phản ứng monocarboncat hóa: 2NH
3
+ CO
2
+ H
2
O ↔ (NH
4
)
2
CO
3

-Phản ứng bicarbonate hóa: (NH
4
)
2
CO
3
+ CO
2
+ H
2

O ↔ 2NH
4
HCO
3

-Phản ứng phân hủy trao đổi: NH
4
HCO
3
+ NaCl ↔ NaHCO
3
↓+ NH
4
Cl
- Rồi từ NaHCO
3
điều chế Na
2
CO
3
.
2NaHCO
3
↔ Na
2
CO
3
+ CO
3
+ H

2
O
Các bước cơ bản của quá trình:
1) Sản xuất CO
2
từ đá vôi và tái sinh NH
3
:
CaCO
3
↔ CaO + CO
2
∆H= -177.9 Kj
Yếu tố quyết định cân bằng và tốc độ phân ly là nhiệt độ và áp suất. Muốn tăng nhanh quá
trình phân ly cần phải tăng nhiệt độ, giảm kích thước các cục đá vôi.
Các chế độ hợp lý là nhiệt độ vùng nung 1100-1200
o
C, kích thước đá vôi 40 – 120 mm và than
40 – 80 mm. Hàm lượng CO
2
trong khí lò không cao quá 40%.
CaO nung sẽ được dùng để điều chế sữa vôi Ca(OH)
2
dùng trong phản ứng tái sinh NH
3
từ
NH
4
Cl. Sữa vôi nhận được bằng cách tôi vôi với nước:
CaO + H

2
O → Ca(OH)
2

Sữa vôi được dùng để tái sinh lại ammoniac từ nước cái
2NH
4
Cl + Ca(OH)
2
→ CaCl
2
+ 2 NH
3
↑ + 2H
2
O
2) Giai đọan chuẩn bị nước muối:
Hòa tan muối rắn đến nồng độ gần bão hòa hoặc nước muối tự nhiên được bão hòa thêm muối
đến nồng độ 300-310 g/L. Trước khi đem dùng để sản xuất soda. Nước muối phải được làm sạch các
ion Ca
2+
và Mg
2+
. Người ta tách các tạp chất theo phương pháp soda – vôi, sao cho hàm lượng của
chúng trong dung dịch không quá 6 – 7 g/l
Mg
2+
+ Ca(OH)
2
→ Ca

2+
+ Mg(OH)
2
↓
Ca
2+
+ Na
2
CO
3
→ 2Na
+
+ CaCO
3
↓
Các kết tủa được lọc trong bể lắng.
3) Giai đọan amon hóa:
Mục đích của công đọan này là cho nước muối hấp thụ ammoniac để thành nước muối amôn
hóa.
Amoniac tái sinh từ thiết bị chưng cất, và các khí thải của các thiết bị khác nhau trong xưởng
(các tháp hấp thụ, carbonat hóa và lọc có chứa ammoniac). Để bù vào lượng ammoniac bị tổn thất
người ta đưa nước ammoniac vào tháp hấp thu (cứ sản xuất 1 tấn soda cần 2.5 kg ammoniac bổ
sung).
Thực chất giai đọan này là tạo dung dịch ammoniac hydrat:
NH
3
+ H
2
O ↔ NH
3

.n H
2
O + Q
NH
3
+ CO
2
+ H
2
O = (NH
4
)
2
CO
3

(NH
4
)
2
CO
3
+ CO
2
+ H
2
O = 2NH
4
HCO
3

3NH
3
+ CO
2
+ H
2
O = NH
2
COONH
4

Đây là giai đọan trung tâm của quá trình, quá trình này được thực hiện trong thiết hấp thu/
Hiệu suất NaHCO
3
( tính theo NaCl) khỏang 65 – 75%. Gía trị hiệu suất này phụ thuộc vào nhiệt độ,
hàm lượng NaCl trong nước muối, mức độ bão hòa NH
3
, CO
2
và những yếu tố khác.
Muốn tăng mức độ chuyển hóa (tính theo NaCl) cần tăng hàm lượng NaCl và NH
3
trong dung
dịch muối đã amon hóa,
4) Giai đoạn cacbon hóa nước muối amôn hóa:
Trong công đọan này, nước muối amôn hóa tác dụng với CO
2
tạo thành huyền phù natri
bicacbonat.

Lúc bắt đầu quá trình cacbon hóa, chủ yếu vẫn là phản ứng như ở công đoạn điều chế nước
muối amon hóa:
NH
3
+ CO
2
+ H
2
O = (NH
4
)
2
CO
3

(NH
4
)
2
CO
3
phản ứng với CO
2
dư tạo thành NH
4
HCO
3
:
(NH
4

)
2
CO
3
+ CO
2
+ H
2
O = 2NH
4
HCO
3

Khi lượng HCO
3
‾ đủ lớn, bắt đầu xảy ra phản ứng trao đổi ion tạo thành NaHCO
3
kết tủa:
NH
4
HCO
3
+ NaCl ↔ NaHCO
3
+ NH
4
Cl

Chế độ nhiệt độ trong tháp cacbonat hóa rất quan trọng. Ở phần giữa của tháp có sự hình thành
các tinh thể NaHCO

3
nên cần duy trì nhiệt độ khỏang 40 – 50
o
C ( nhiệt độ này có được nhờ nhiệt tạo
thành của phản ứng) nhằm tạo điều kiện thu được những tinh thể có kích thước lớn, dễ lọc.
Ở phần dưới của tháp, ở đó xảy ra giai đọan cuối của quá trình kết tinh nên phải giảm nhiệt độ
để giảm độ tan của NaHCO
3
do đó sẽ làm tăng hiệu suất tạo NaHCO
3
.
5) Giai đọan nung:
Sản phẩm NaHCO
3
được nung nóng đến 160 – 230
o
C để bay hơi nước và phân hủy, cuối
cùng sẽ thu được Na
2
CO
3
.
2NaHCO
3
(rắn) = Na
2
CO
3
(rắn) + CO
2

+ H
2
O (hơi)
Khí CO
2
tỏa ra được thu hồi và sử dụng lại.


Nước muối sau khi được khai thác, làm sạch khỏi ion Ca
2+
và Mg
2+
cho thêm muối tinh
thể cho đến nồng độ gần bão hòa 305 – 310g/l và làm lạnh được đưa vào thùng chứa (4) đặt
ở tầng trên, sẽ tự chảy vào tháp hấp thụ (6). Tại đây xảy ra sự bão hòa nước muối bằng
ammoniac và CO
2
ở mức độ nào đó.
Người ta dùng ammoniac tái sinh từ tháp chưng cất (11) cũng như các khí thải của các
thiết bị khác có chứa những phần ammoniac và CO
2
còn lại.
Từ công đọan hấp thụ I, nước muối đã amôn hóa được đưa vào tháp cacbon hóa (8).
Khí CO
2
đậm đặc từ lò nung CaCO
3
được làm sạch khỏi bụi và làm lạnh trong tháp rửa
(2) có hàm lượng 38% CO
2

và khí lò lõang từ các lò vôi được máy nén (5) nén từ đáy tháp
lên, ngược dòng với nước muối amôn hóa. Nhờ nước muối đã được amôn hóa nên CO
2
được
hấp thụ hòan tòan hơn. Quá trình hấp thụ có tỏa nhiệt nên ở những đĩa dưới tháp. Dung dịch
được làm lạnh bằng hệ thống làm lạnh bằng nước.
Lúc này NaHCO
3
tạo ra kết tinh thành tinh thể. Huyền phù bicacbonat từ tháp sẽ chảy vào
công đọan lọc. Trong thiết bị lọc chân không dạng trống (10) người ta tách bicacbonat ẩm ra
khỏi nước cái.Sau đó bicacbonat ẩm cho vào băng tải và đưa đến lò nung (12). Nhiệt độ
trong lò là 140 -170
o
C.
Khí lò nung chứa hơi nước và gần 90% CO
2
được tách ra từ phần nạp của lò và sau khi
làm lạnh, rửa bằng nước trong các thiết bị rửa (7) người ta dùng máy nén đưa vào quá trình
cacbon hóa (9) và (8).
Nước cái từ thiết bị lọc (10) đưa ra phân xưởng tái sinh ammoniac (11). Sữa vôi được
nhận bằng cách tôi vôi torng thùng tôi (3). Phần dưới của tháp chưng sử dụng hơi nước làm
chất mang nhiệt.
5.5.2. Những phương hướng chính hoàn thiện sản xuất xoda
Tăng năng suất thiết bị, nâng cao hiệu suất sử dụng nguyên liệu, giảm các hệ số tiêu tốn và tăng
cường sử dụng phế thải của các nền sản xuất khác.
Nhược điểm chính của phương pháp amiac sản xuất soda làm cản trở sự phát triển, đó là tạo ra
một lượng quá lớn nước thải – dung dịch clorua canxi làm ô nhiễm môi trường xung quanh.
Con đường hiện thực để sử dụng những thải này là sản xuất clorua canxi từ nước thải và sản
xuất phân nitơ (NH
4

Cl) từ nước lọc. Nhưng những phương pháp này chỉ tận dụng không quá 15%
lượng thải chung các clorua. Do đó hiện nay thế giới vẫn đang tìm kiếm những phương pháp mới
sản xuất xoda để ít ô nhiễm hơn và tăng hiệu quả kinh tế.