Tình hình sản xuất và tiêu thụ vôi ở việt nam và trên thế giới

Đồ án tốt nghiệp

HUST

LỜI NÓI ĐẦU
Vôi là một loại vật liệu rất quan trọng từ thời cổ đại, được sử dụng trong ngành
công nghiệp xây dựng. Ngoài ra, vôi cũng được sử dụng rộng rãi trong tinh chế kim
loại, đặc biệt là thép chế tạo, trong nông nghiệp, trong ngành công nghiệp thực phẩm,
và trong sản xuất xi măng… Hiện nay, sản xuất vôi là một ngành công nghiệp lớn, đòi
hỏi đầu tư lớn trong các thiết bị vốn để hoạt động cạnh tranh.
Trong giai đoạn phát triển kinh tế tiếp theo của Việt Nam, vôi công nghiệp là một
sản phẩm thiết yếu, quan trọng, hỗ trợ cho các ngành công nghiệp khác phát triển. Các
nhà máy, chủ đầu tư có ưu thế về nguyên liệu, công nghệ, thiết bị... cần có những bước
chuẩn bị, để sẵn sàng đầu tư, gia nhập thị trường.
Với mong muốn áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế sản xuất, với sự nỗ
lực của bản thân cùng với sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo, TS. Tạ Hồng Đức, mà sau
một thời gian tìm hiểu các tài liệu, em đã hoàn thành việc nghiên cứu, mô phỏng quá
trình nung vôi trong lò đứng. Tuy đã hết sức cố gắng, nhưng do thời gian và hiểu biết
còn nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiết sót, vì vậy em mong nhận
được những góp ý, nhận xét, đánh giá của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Tạ Hồng Đức, cùng
các thầy cô bộ môn Máy và thiết bị trong công nghiêp hóa chất đã tạo điều kiện giúp
em hoàn thành đồ án này.

Page 1


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Mục lục

Page 2


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Danh pháp
a
A

Độ dẫn nhiệt
Diện tích

[m2/s]
[m2]

B

Hệ số hình dạng

[-]

cp

Nhiệt dung riêng

[kJ/kg/K]

D

Kích thước hạt

[m]

DP

Hệ số khuếch tán lỗ mao quản

[m2/s]

F

Hệ số hình dạng

[-]

hu

Hệ số tỏa nhiệt

[kJ/kg]

DhCO2

Entanpi phản ứng liên quan đến CO2

[kJ/kg]

DH R

Entanpi phản ứng

[kJ/kmol]

K

Hệ số phản ứng

[m/s]

K CO2

Mật độ CO2 trong đá vôi

[kg/m3]

L

Chiều dài

[m]

M

Thông lượng khối lượng

[kg/m2/s]

M

Lưu lượng khối lượng

[kg/s]

M%

Lưu lượng mol

[kg/mol]

O

Diện tích bề mặt riêng

[m2/m3]

P

Áp suất, áp suất riêng phần

[Pa]

Q

Thông lượng nhiệt

[W/m2]

Q

Dòng nhiệt

[W]

R

Bán kính

[m]

R

Hằng số khí lý tưởng, R=8.314

[J/mol.K]

T

Thời gian

[s]

T

Nhiệt độ

V

Thể tích

[ ] hoặc [K]
[m3]

W

Vận tốc

[m/s]

X

Độ chuyển hóa

[-]

yCO2

Phần khối lượng CO2 trong đá vôi

[kg/kg]

°C

Page 3


Đồ án tốt nghiệp

Z

HUST
Tọa độ trục

[m]

Page 4


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Ký hiệu

α
β
γ
δ
ε
κ
λ
µ
ρ
σ
ν
ψ
λf

Hệ số truyền nhiệt
Hệ số chuyển khối

[W/m2/K]
[m/s]

Tỷ lệ khí – vôi

[m3/kg]

Độ dày

[m]

Độ phát xạ

[-]

Hệ số chuyển tiếp

[-]

Độ dẫn nhiệt

[W/m/K]

Độ nhớt động lực

[Pa.s]

Khối lượng riêng

[kg/m3]

Hằng số Stefan – Boltzman, 5,67.10-8

[W/m2/K4]

Độ nhớt động học

[m2/s]

Độ xốp

[-]

Hệ số dư không khí

[-]

Page 5


Đồ án tốt nghiệp

HUST

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nguyên liệu, nhiên liệu và sản phẩm
1.1.1. Đá vôi CaCO3

a. Thành phần chủ yếu của đá vôi là canxi cacbonat, ngoài ra còn có các tạp chất như

MgCO3, SiO2, Al2O3, Fe2O3…
Canxi cacbonat hay cacbonat canxi là một hợp chất hóa học với công thức hóa
học là CaCO3. Đây là một chất thường được sử dụng trong y tế như một chât bổ sung
canxi cho người bị loãng xương, cung cấp canxi cho cơ thể hay một chất khử chua.
Canxi Cacbonat là một thành phần cấu thành hoạt hóa trong vôi nông nghiệp. Chất này
thường được tìm thấy ở dạng đá ở khắp nơi trên thế giới, là thành phần chính trong
mai/ vỏ của các loài sò, ốc hoặc vỏ của ốc. Nó là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng
nước cứng.

Hình 1-1. Một số mẫu đá vôi
Canxi Cacbonat có chung tính chất đặc trưng của các chất cacbonat. Đặc biệt là:
Page 6


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Tác dụng với axit mạnh, giải phóng dioxit cacbon:
CaCO3+2HCl→CaCl2+CO2↑+H2O.
Khi bị nung nóng, giải phóng dioxit cacbon ( trên 825 oC trong trường hợp của
CaCO3), để tạo oxit canxi:
CaCO3→CaO+CO2↑
Canxi Cacbonat sẽ phản ứng với nước có hòa tan dioxit canxi để tạo thành
bicacbonat canxi tan trong nước:
CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2
Đây là phản ứng quan trọng trong sự ăn mòn núi đá vôi và tạo thành các hang
động, gây ra nước cứng.

Hòa tan trong nước: Canxi Cacbonat hòa tan rất kém trong nước. Cân bằng của
dung dịch của nó được đưa ra theo phương trình sau:
CaCO3↔Ca2++CO32- Ksp = 3,7x10-9 tới 8,7x10-9 ở 25 oC
Trong đó cân bằng đối với [Ca2+][CO32–] được đưa ra trong khoảng Ksp = 3,7x10-9
tới 8,7x10-9 ở 25 oC tùy theo nguồn dữ liệu. Nó có nghĩa là sản phẩm nồng độ mol của
các ion canxi (số mol Ca2+ hòa tan trên một lít dung dịch) với nồng độ mol của
CO32– hòa tan không thể vượt quá giá trị Ksp.
Nước trong các tầng ngậm nước ngầm dưới mặt đất có thể tiếp xúc với các mức
CO2 cao hơn của không khí. Do nguồn nước này thấm qua các lớp đá chứa CaCO 3 nên
CaCO3 bị hòa tan theo xu hướng thứ hai. Cũng nguồn nước này sau đó chảy ra ngoài
để tiếp xúc với không khí thì nó phải cân bằng với các mức CO 2 trong không khí bằng
cách giải phóng lượng CO2 dư thừa.
CaCO3 trở nên ít hòa tan hơn và kết quả là nó lắng đọng xuống như các lớp vảy
đá vôi. Quá trình tương tự là nguyên nhân hình thành nên các vú đá và nhũ đá trong
các hang động đá vôi.
Canxi cacbonat được tìm thấy trong tự nhiên trong các khoáng chất và đá sau:
•

Aragonit

•

Canxit

•

Đá phấn

•

Đá vôi
Page 7


Đồ án tốt nghiệp
•

Cẩm thạch hay đá hoa

•

Travertin

HUST

Vỏ trứng có tới 95% là Canxi Cacbonat.
b. Phân loại: Gồm 2 loại chính là loại dùng cho công nghiệp hóa chất và loại dùng cho

công nghiệp sản xuất xi măng.
c. Công dụng
Chất này được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp xây dựng như đá xây dựng,
cẩm thạch hoặc là thành phần cầu thành của xi măng hoặc từ nó sản xuất ra vôi. Trong
đá vôi thường có cả cacbonat magiê.
Canxi Cacbonat được sử dụng rộng rãi trong vai trò của chất kéo duỗi trong các
loại sơn, cụ thể là trong sơn nhũ tương xỉn trong đó thông thường khoảng 30% khối
lượng sơn là đá phấn hay đá hoa.
Canxi Cacbonat cũng được sử dụng rộng rãi làm chất độn trong chất dẻo. Một
vài ví dụ điển hình bao gồm khoảng 15 - 20% đá phấn trong ống dẫn nước bằng PVC
không hóa dẻo (uPVC), 5 đến 15% đá phấn hay đá hoa tráng stearat trong khung cửa
sổ bằng uPVC. Canxi Cacbonat mịn là thành phần chủ chốt trong lớp màng vi xốp sử

dụng trong tã giấy cho trẻ em và một số màng xây dựng do các lỗ hổng kết nhân xung
quanh các hạt Canxi Cacbonat trong quá trình sản xuất màng bằng cách kéo giãn
lưỡng trục.
Canxi Cacbonat cũng được sử dụng rộng rãi trong một loạt các công việc và các
chất kết dính tự chế, chất bịt kín và các chất độn trang trí. Các keo dán ngói bằng gốm
thường chứa khoảng 70-80% đá vôi. Các chất độn chống nứt trang trí chứa hàm lượng
tương tự của đá hoa hay đolomit. Nó cũng được trộn lẫn với mát tít để lắp các cửa
sổ kính biến màu, cũng như chất cản màu để ngăn không cho thủy tinh bị dính vào các
ngăn trong lò khi nung các đồ tráng men hay vẽ bằng thuốc màu ở nhiệt độ cao.
Canxi Cacbonat được biết đến là "chất làm trắng" trong việc tráng men đồ gốm
sứ nơi nó được sử dụng làm thành phần chung cho nhiều loại men dưới dạng bột trắng.
Khi lớp men có chứa chất này được nung trong lò, chất vôi trắng là vật liệu trợ chảy
trong men.

Page 8


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Nó cũng thường được gọi là đá phấn vì nó là thành phần chính của phấn viết
bảng. Phấn viết ngày nay có thể hoặc làm từ Canxi Cacbonat hoặc là thạch cao, sulfat
canxi ngậm nước CaSO4·2H2O.
Ở Bắc Mỹ, Canxi Cacbonat đã bắt đầu thay thế cao lanh trong việc sản xuất giấy
bóng. Châu Âu đã thực hiện việc sản xuất giấy kiềm hay sản xuất giấy không axit
trong nhiều thập kỷ. Cacbonat có sẵn dưới các dạng: Canxi Cacbonat ngầm hay Canxi
Cacbonat kết tủa. Loại kết tủa này rất mịn và có kích cỡ hạt khống chế được, có kích
thước ở mức đường kính khoảng 2 micron, hữu dụng trong việc làm lớp tráng ngoài
của giấy.

Là một phụ gia thực phẩm, nó được sử dụng trong một số sản phẩm sữa đậu
nành như một nguồn bổ sung khẩu phần canxi.
Năm 1989, một nhà nghiên cứu đã cho CaCO 3 vào suối Whetstone ở
Massachusetts. Ông ta hy vọng rằng Canxi Cacbonat sẽ phản ứng với axit trong dòng
suối này do mưa gây ra nhằmg cứu loài cá hồi trước đó đã ngưng đẻ trứng. Dù cho thí
nghiệm của ông thành công, nhưng nó cũng là tăng lượng ion nhôm trong khu vực của
con suối không được xử lý bằng đá vôi. Điều này cho thấy rằng CaCO 3 có thể thêm
vào để trung hòa tác dụng của mưa axit ở trong các hệ sinh thái sông. Ngày nay, Canxi
Cacbonat được sử dụng để trung hòa tình trạng chua ở trong đất và nước (như ở ruộng
phèn).
d. Một số loại đá vôi:
Đá vôi có thể gặp ở đáy biển thềm lục địa nông có cấu tạo khối thuần khiết gọi là
đá vôi thềm (platform) ví dụ đá vôi Pecmi - Trias hệ tầng Đồng Giao phân bố ở Ninh
Bình, Hạ Long, Thanh Hoá, tiêu biểu là đá vôi dạng khối "hoang mạc" ở Phong NhaKẻ Bàng và Bắc Sơn. Nhưng cũng có thể gặp đá vôi phân lớp mỏng, phân dải chứa
silit dạng lớp mỏng, dạng ổ, dạng thấu kính và turbidit đặc trưng cho biển sâu, máng
nước sâu kiểu bồn hút chìm hay bồn rift dạng tuyến như đá vôi ở đảo Cát Bà. Sự đa
dạng và phức tạp này của đá vôi là do bị khống chế nhiều yếu tố nội và ngoại sinh dẫn
đến tính chất hoá lý môi trường nước biển thay đổi, đặc biệt là sự can thiệp một hay
nhiều hợp phần phi carbonat vào môi trường kết tủa carbonat như vụn cơ học, silit núi
lửa, tảo biển sâu, sét biển nông, biển sâu và vật liệu núi lửa ngầm.
Đá vôi chiếm khoảng 10% diện tích bề mặt Trái Đất nhưng ở Việt Nam còn
nhiều hơn, tới gần 20% diện tích lãnh thổ phần đất liền, tức là khoảng 60.000 km2 .
Đặc biệt, đá vôi tập trung hầu hết ở miền Bắc, có nơi chiếm tới 50% diện tích toàn tỉnh
như Hoà Bình (53,4%), Cao Bằng (49,47%), Tuyên Quang (49,92%), Hà Giang
(38,01%). Nhiều thị xã, thị trấn nằm trọn vẹn trên đá vôi như Mai Châu (Hòa Bình),
Page 9


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Mộc Châu, Yên Châu, Sơn La (Sơn La), Tủa Chùa, Tam Đường (Lai Châu), Đồng
Văn, Mèo Vạc (Hà Giang)…

Hình 1-2. Sơ đồ phân bố đá vôi ở Việt Nam (Nguồn: Viện nghiên cứu địa chất và
khoáng sản, 2005)
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.

Page 10


Đồ án tốt nghiệp

HUST

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.

Hình 1-3. Các núi đá vôi ở Hạ Long
-

Hình 1-4. Núi đá vôi Kiên Lương

Một số mỏ đá vôi:
Đá vôi hóa chất Thanh Nghị:
Đá vôi hóa chất Thanh Nghị ở huyện Thanh Liêm, Hà Nam là khu mỏ nằm sát
bờ phải sông Đáy, cách quốc lộ 1A gần 1.5 km. Đá vôi lộ ra từ độ cao 7.5 – 180 m tạo
ra những vách núi dốc, kéo dài theo phương kinh tuyến. Đá vôi ở đây thuộc hệ Đồng
Giao, chia thành 3 tầng đá vôi công nghiệp:
Đá vôi hóa chất (đá vôi sạch):
CaCO3
90 – 98%
CaCO3.MgCO3
0 – 3%
CaO
MgO
0.41 – 0.80%
SiO2
0.05 – 0.16%
Đá vôi xi măng:
CaCO3
90 – 95%
CaCO3.MgCO3
3 – 5%
CaO
MgO
1.16 – 1.43%
SiO2
0.09 – 0.20%
Đá vôi xây dựng: Có tỉ lệ nhỏ hơn, cấu trúc hạt mịn, nhỏ, phân lớp

Page 11

Đồ án tốt nghiệp

HUST

Hình 1-5. Khai thác đá vôi ở Việt Nam
-

Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê:
Mỏ đá vôi hóa chất Kiện Khê ở huyện Thanh Liêm là mỏ đá vôi lộ trong vùng
đồng bằng, diện tích thăm dò dài khoảng 500m, rộng 100m. Đây là mỏ đá vôi công
nghiệp, màu xám, xanh hoặc xám trắng, có hàm lượng CaCO3 lớn hơn 95%. Trữ lượng
tiềm năng khoảng 2.22 triệu tấn

-

Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn:
Mỏ đá vôi hóa chất Thanh Sơn ở huyện Kim Bẳng là khu mỏ nằm gần rìa tây
công ty xi măng Bút Sơn, với tổng diện tích khảong 3 km 2. Trữ lượng tiềm năng của
mỏ là khoảng 163.08 triệu tấn đá vôi cho công nghiệp hóa chất, 414.43 triệu tấn cho
công nghiệp xi măng và khoảng 12.46 triệu tấn cho công nghiệp xây dựng.

e. Các yêu cầu về đá vôi:
- Yêu cầu về chất lượng:

-

Yêu cầu nguồn nguyên liệu đá vôi sử dụng cho công nghiệp hóa chất phải sạch, ít
pha lẫn tạp chất cơ học, có hàm lượng CaO cao.

Yêu cầu về lích thước, hình dáng:
Căn cứ vào kiểu lò và nhiên liệu đốt để quyết định kích thước và hình dạng đá
thích hợp, như vậy mới đảm bảo lò hoạt động tốt và sản phẩm chín đều. Hình dạng
viên đá phải có bề mặt tiếp xúc lớn để CO 2 thoát ra nhanh và nhanh chín. Kích thước
viên đá phải đồng đều để tránh hiện tượng vôi chín không đều.
Trên thực tế, để thuận tiện cho quá trình vận hành và thu sản phẩm, người ta
thường dùng kích thước hạt nguyên liệu khá lớn (60 – 200 mm).
Theo TCVN:
Bảng 1-1. Một số chỉ tiêu về vôi.
Page 12


Đồ án tốt nghiệp

HUST
Tên chỉ tiêu

1.
a.
b.
c.

Vôi cục và vôi bột nghiền
Loại I Loại II Loại III

Tốc độ tôi vôi, phút
Tôi nhanh, không lớn hơn
Tôi trung bình, không lớn hơn
Tôi chậm, lớn hơn

2. Hàm lượng MgO (%), không lớn hơn
3. Tổng hàm lượng CaO và MgO hoạt tính
4.
5.
6.
a.
b.

(%), không nhỏ hơn
Độ nhuyền của vôi tôi, l/kg, không nhỏ hơn
Hàm lượng hạt không tôi được của vôi cục
(%), không lớn hơn
Độ mịn của vôi bột (%), không lớn hơn
Trên sàng 0.063
Trên sàng 0.008

10
20
20

10
20
20

10
20
20

5
88

5
80

5
70

2.4
5

2.0
7

1.6
10

2
10

2
10

2
10

1.1.2. Canxi oxit (CaO, vôi sống)

Khi cho vôi vào nước, nó trở thành vôi tôi Ca(OH)2 được sử dụng trong các loại
vữa để tăng độ liên kết và độ cứng. Phản ứng này diễn ra rất mãnh liệt và tỏa nhiều
nhiệt. Nó cũng được sử dụng trong cong nghiệp xử lý nước, nước thải, giảm độ chua,

trong công nghiệp sản xuất đồ gốm, xi măng, sơn, công nghiệp thực phẩm…
Tại Việt Nam, sản xuất vôi công nghiệp đang được các nhà đầu tư quan tâm và
thường được gắn với các nhà máy xi măng do ưu thế về nguồn nguyên liệu đá vôi.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành công nghiệp vôi
cũng đã phát triển từ thô sơ đến hiện đại, từ giản đơn đến phức tạp, chất lượng vôi
ngày càng được nâng cao.
1.1.3. Nhiên liệu và lựa chọn nhiên liệu

Nhiên liệu là nguồn nhiệt chủ yếu dùng trong các lò nung và sấy vôi. Khi cháy,
nhieu liệu sẽ tỏa nguồn nhiệt lớn cung cấp cho quá trình. Trong phần này chỉ xét đến
những nhiên liệu hữu cơ thông dụng nhất
a. Phân loại
-

Nhiên liệu rắn bao gồm: Củi, than bùn, than đá, antraxit, đá dầu (bitum)

-

Nhiên liệu lỏng bao gồm: Dầu mỏ, xăng, dầu hỏa, dầu mazut, DO…
Page 13


Đồ án tốt nghiệp
-

HUST

Nhiên liệu khí bao gồm: Khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí đá phiến, khí hóa lỏng,
khí nhà máy lọc dầu, khí lò cao…

b. Yêu cầu chung
-

Khi cháy phải tỏa một lượng nhiệt lớn tính theo đơn vị thể tích hay khối lượng

-

Khi cháy không tạo ra khí độc ảnh hưởng đến con người, hay các vật liệu nung, vật
liệu xây lò.

-

Nhiên liệu phải dễ khai thác, dễ vận chuyển và rẻ tiền.

-

Phải có khả năng bảo quản lâu dài.

-

Đảm bảo các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật

c. Lựa chọn nhiên liệu

Nhiên liệu dùng trong lò công nghiệp được lựa chọn trên cơ sở tính toán kinh tế
và kỹ thật. Khi lựa chọn nhiên liệu, đầu tiên phải xuất phát từ khả năng sử dụng nhiên
liệu địa phương để công việc nhà máy được thực hiện đều đặn và liên tục. Song phải
dựa trên yêu cầu môi trường, công nghệ, điều kiện kinh tế.
Về giá thành tính theo 1 tấn nhiên liệu của một số khí, quy ước khi coi khí thiên
nhiên là một đơn vị (giá dầu thô 10-12 USD/thùng), ta có thể so sánh như sau:

Khí thiên nhiên

1.0

Mazut

1.5

Propan, butan

1.7

Khí lò cốc

1.4

Khì lò cao

0.9

Khí than từ than đá

2.3

Khí than từ than bùn

4.5

Số liệu này của Nga chỉ mang tính tham khảo.
Từ số liệu trên ta thấy rằng nhiên liệu có giá trị và ưu việt nhất là khí thiên nhiên

(bao gồm cả khí đồng hành). Sau đó là LPG hay gas lỏng rất sạch và tiện dụng. Nếu
Page 14


Đồ án tốt nghiệp

HUST

nhà máy gần khu luyện thép và tại đấy có khả năng cung cấp thì tốt nhất nên dùng khí
lò cốc và khí lò cao.
Những lò hiện đại làm việc liên tục được tự động hóa cho nên quá trình cháy của
nhiên liệu cũng được điều khiển tự động. Vì vậy ở những lò này tốt nhất dùng nhiên
liệu khí. Việc sử dụng nhiên liệu lỏng như dầu mazut hay DO có phực tạ hơn do
những đặc điểm của vòi đốt cũng như quá trình đốt. Đặc biệt đối với với dầu mazut do
chứa lưu huỳnh, và xỉ nên dễ bị cốc hóa, tắc lỗ vòi phun gây độc hại và phải xử lý
nhiều vấn đề kỹ thuật.
Sản xuất và tiêu thụ vôi trên thế giới

1.2.

Trên thế giới, các lò nung vôi thường được sử dụng với công suất 50-500
tấn/ngày, chỉ có khoảng 10% số lò có công suất thấp hơn 50 hoặc cao hơn 500
tấn/ngày. Số lượng các lò vôi ở các nước được thống kê ở trên chưa bao gồm các lò
vôi tự cung tự cấp cho các nhà máy công nghiệp khác.
Trong giai đoạn từ năm 2009 đến năm 2012 sản lượng vôi thế giới vẫn tiếp tục
tăng trưởng, tuy nhiên tốc độ không cao như những giai đoạn trước, theo số liệu điều
tra của Mỹ, năm 2010 sản lượng vôi trên thế giới đạt 311 triệu tấn tăng 11% so với
năm 2009; năm 2011 đạt 331 triệu tấn tăng so với 2010 là 6,4%; năm 2012 đạt 340
triệu tấn tăng 2,7%.
Qua các số liệu trên cho thấy tính hình sản xuất và tiêu thụ vôi trên thế giới trong

gia đoạn 2007 đến 2013 vẫn có sự tăng trưởng, tuy nhiên mưc tăng không ổn đỉnh,
bình quân mức tăng trưởng trong 2 năm là 4,1%/năm.
Bảng 1-2. Giá bán vôi bình quân giao tại nhà máy (Mỹ) giai đoạn 2006 – 2011
(USD/tấn)
Chủng loại

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Vôi sống

78.1

84.6

89.9

102

102.7

112

Vôi Hydrated

98.3

102.4

107.2

126.4

125

131

(Nguốn số liệu: US Geological Survey Mineral commonidity summaries của các năm)

Bảng 1-3. Giá trị xuất nhập khẩu của Mỹ giai đoạn 2008 - 2012
Page 15


Đồ án tốt nghiệp

Nội dung

HUST

ĐVT

2008

2009

2010

2011

2012

Xuất khẩu
Khối lượng
Giá trị

Nghìn tấn

174

108

215

231

212

Nghìn USD

27.100

18.500

36.200

40.100

360.700

Nhập khẩu
Khối lượng
Giá trị

Nghìn tấn

307

422

445

512

468

Nghìn USD

39.400

53.200

61.500

69.900

68.300

Hình 1-6. Biểu đồ sản lượng các nước sản xuất vôi năm 2011

Page 16


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Bảng 1-4. Chi tiết sản lượng vôi của các nước và khu vực năm 2007- 2013
(Đơn vị: 1.000 tấn)

STT

Nước

2007 2008 2009 2010 2011 2012

2013

I

Châu Mỹ

36.01 35.9 35.87 30.05 33.7 35.1

35.46

1

Mỹ

21

2

Brazil

6.9

7

7.4

7.45

7.7

7.7

8.3

3

Canada

2.41

2.2

2.07

1.6

1.9

1.9

1.96

4

Mexico

5.7

6.5

6.5

5.5

5.8

6.4

6.4

II

Châu Âu

35.5 35.12 34.9 35.75 42.37 43.4

1

Pháp

3.5

4

4

3.5

3.5

3.9

3.9

2

Đức

7

7.12

7

6

6.85

7

6.67

3

Ý

4.8

6

6

6

6

6.2

6.2

4

Ba Lan

2

2

1.9

1.95

1.8

1.8

2

5

Rumani

2

2

2

2

2

6

Nga

7

8

8.2

10.5

7

Tây Ban Nha

2

2.2

2.1

1.8

8

Thổ Nhĩ Kỳ

3.8

4.3

4.5

4.5

9

Ucraina

4.22

4.2

4.2

10

Anh

11

Bỉ

III

Châu Á

1

Trung Quốc

2

Ấn Độ

3

Iran

2.5

2.6

4

Nhật Bản

8.9

9.15

5

Triều Tiên

6

Việt Nam

IV

8.2
3.6

20.2 19.9 15.5 18.3 19.1

8.2
3.6

8.2
3.6

18.8

45.67

2

2

2

1.5

1.5

1.5

1.5

2.4

2.2

2.2

2

2

2

2.4

173.4 185.8 196.4 216.4 221.4 234.8 254.9
160

170

185

190

200

220

13

14

15

15.5

2.7

2.7

2.7

2.8

2.8

9.5

8.4

7.2

9

8.2

3.6

3.9

3.9

5.2

1.7

1.6

2.1

1.5

Khác

23.6 26.09 28.79 16.88 13.19 18.1

16.9

V

Tổng cộng

268.5 282.9 295.9 299.0 310.6 331.4 352.93

VI

Tốc độ
tăngsốtrưởng
5.4%
4.6%
1.1%
3.9% 6.7%
6.5%
(Nguốn
liệu: US Geological
Survey
Mineral
commonidity
summaries
của các năm)

2.12

180

2.2

Page 17


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Qua các số liệu trên cho thấy tính hình sản xuất và tiêu thụ vôi trên thế giới trong
gia đoạn 2007 đến 2013 vẫn có sự tăng trưởng, tuy nhiên mưc tăng không ổn đỉnh,
bình quân mức tăng trưởng trong 2 năm là 4,1%/năm.
Thực trạng sản xuất, xuất khẩu vôi tại Việt Nam

1.3.

Ngành sản xuất vôi tại Việt Nam hiện nay còn rất sơ khai đa phần được sản xuất
theo công nghệ nung thủ công. Các sơ sở sản xuất mang tính chuyên nghiệp, công
nghiệp rất khiêm tốn. Cả nước chỉ có khoảng 6 đến 7 cơ sở, với công suất thiết kế của
mỗi lò khoảng 150 tấn đến 200 tấn/ngày. Còn lại đa số là các lò thủ công công suất từ
5 đến 7 tấn/mẻ hoặc từ 15 đến 20 tấn/ngày.

Về tiêu thụ, với nền kinh tế của Việt Nam hiện nay chủ yếu vẫn là lấy nông
nghiệp và gia công các hàng công nghiệp nhẹ, công nghiệp nặng hoặc công nghiệp cơ
bản đang rất khiêm tốn và hiện tại đang trong giai đoạn đẩy nhanh công nghiệp hóa,
hiện đại hóa với những ngành công nghiệp có công nghệ cao, do vậy việc tiêu thụ vôi
ở Việt Nam cũng rất khiêm tốn và không có thị trường, sản lượng vôi tiêu thụ chủ yếu
là dựa vào xuất khẩu.
Theo số liệu điều tra từ các Sở Xây dựng, Niên giám thống kê các tỉnh năm
2010-2012 và quy hoạch phát triển VLXD tại địa phương thì sản lượng vôi ở Việt
Nam năm

Page 18


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Bảng 1-5. Sản lượng vôi ở Việt Nam từ 2010 – 2012 (Nguồn số liệu: Viện chính
sách chiến lược và Tổng cục Hải quan)
Chỉ tiêu
Tiêu thụ trong nước
Xuất khẩu
Tổng lượng vôi tiêu thụ

2010

2011

2012

1.628.606

1.689.193

1.150.000

300.000

450.000

2.000.000

1.928.606

2.139.193

3.150.000

Trong lượng vôi xuất khẩu, các nước có nhu cầu nhập khẩu nhiều bao gồm Hàn
Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Thái Lan, Myamar. Qua các số liệu trên cho thấy tốc độ sản
xuất và tiêu thụ vôi bình quân của cả nước trong giai đoạn 2009 đến 2012 khoảng
28%/năm. Với số liệu sản xuất và tiêu thụ vôi như nêu trên sẽ xác định được tỷ trọng
tiêu thụ vôi giữa các khu vực của Việt Nam, cụ thể như sau:
Bảng 1-6. Tỷ trọng tiêu thụ vôi ở Việt Nam năm 2009 – 2012.
STT Vùng kinh tế

2009-2012

%

1

Đồng bằng sông Hồng

5.449.854

62.69

2

Trung du và miền núi phía Bắc

1.035.142

11.91

3

Bắc trung bộ và duyên hải miền Trung

1.413.917

16.26

4

Đông Nam Bộ

140.880

0.16

5

Đồng bằng sông Cửu Long

780.158

8.98

6

Tổng

8.693.151

100

Như vậy, việc sản xuất và tiêu thụ vôi ở Việt Nam chủ yếu được tập trung tại khu
vực Đồng bằng Sông Hồng, Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung. Đây là các khu
vực tập trung nhiều mỏ đá vôi của Việt Nam.

Page 19


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Quy hoạch phát triển sản xuất vôi công nghiệp ở Việt Nam

1.4.

Bộ Xây dựng cũng cho biết, hiện nay, Bộ Xây dựng đang tiến hành lập quy
hoạch phát triển sản xuất vôi công nghiệp ở Việt Nam đến năm 2020 và định hướng
đến năm 2030 chính là một trong những chính sách nhằm thực hiện Chỉ thị số 02/CTTTg của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường công tác quản lý Nhà nước đối với
các hoạt động thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng và xuất khẩu khoáng sản, tiến tới
xóa bỏ các cơ sở sản xuất vôi tự phát, thủ công thiếu quy hoạch, gây ô nhiễm môi
trường.
Theo quy hoạch phát triển ngành vôi dự kiến đến năm 2020 xóa bỏ 100% lò vôi
thủ công gián đoạn và cho đến năm 2025 xóa bỏ hoàn toàn lò thủ công liên hoàn.
Để thực hiện được Quy hoạch, Bộ Xây dựng đề nghị UBND các tỉnh, thành phố
trực thuộc Trung ương tạm dừng cấp phép đầu tư mới các cơ sở sản xuất vôi khi chưa
có ý kiến thống nhất của Bộ Xây dựng.
Đồng thời, thu hồi Giấy chứng nhận đầu tư khai thác, chế biến vôi đã cấp khi
chưa thẩm định về mỏ nguyên liệu phù hợp với Quy hoạch thăm dò, khai thác, chế
biến và sử dụng khoáng sản làm vật liệu xây dựng, trong đó có khoáng sản làm vôi (tại

Quyết định số 45/QĐ-TTg ngày 09/01/2012 của Thủ tướng Chính phủ); hoặc chưa
thẩm định nội dung về trình độ, quy mô công nghệ, đánh giá tác động môi trường, sự
phù hợp với quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch xây dựng.
Công nghệ

1.5.

Do đặc tính của sản phẩm vôi được rất nhiều ngành công nghiệp sử dụng làm
nguyên liệu đầu vào cho sản xuất sản phẩm như đã nêu trên do vậy ở hầu hết các nước
trên thế giới đều có các dây chuyền sản xuất sản phẩm vôi để phục vụ cho các ngành
sản xuất khác. Tuy theo sự phát triển công nghiệp của từng quốc gia mà đầu tư các dây
chuyền sản xuất vôi theo dạng sản xuất thủ công hay dạng sản xuất công nghiệp hiện
đại với hai dạng của lò nung là lò đứng và lò quay. Công nghệ sản xuất bằng lò đứng
được sử dụng phổ biến hơn và chiếm đa số trong ngành sản xuất vôi hiện nay. Tại
châu Âu, năm 2006 số lò vôi chỉ chiếm 7,7% tổng số lò nung vôi.
Theo thống kê năm 2006, ở châu Âu có 46 lò quay nung vôi trong đó có 26 lò
quay dài, 20 lò quay có tháp sấy sơ bộ, 551 lò đứng trong đó có 158 lò đứng PFR, 74
lò vành khuyên, 116 lò đứng cấp liệu hỗn hợp và 203 lò loại khác, song số lượng sử
dụng không phổ biến như: Lò đứng đa buồng, lò đứng đốt buồng trung tâm, lò đứng
buồng đốt ngoài, lò ghi chuyển động, lò đốt nhiệt luân phiên.
1.5.1. Quá trình nung vôi

Page 20


Đồ án tốt nghiệp

HUST

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 và sau này người ta sử dụng than đá, than cốc hay khí
thiên nhiên.
Thực chất quá trình nung vôi là dùng nhiệt độ cao để phân hủy Canxi Carbonat
của đá vôi thành CaO theo phản ứng:
1
CaCO3 ‡ˆ ˆ†
ˆ2 ˆ CaO +CO2

Sau khi nung, hình dạng và kích thước vôi không đổi (giống như hình dạng lúc
nhập liệu).
Muốn phản ứng diễn ra theo chiều thuận thì phải giảm áp suất khí CO 2 bằng cách
tạo điều kiện cho khí CO2 bay ra khỏi lò nung nhanh và tăng thêm nhiệt độ nung so
với lý thuyết.
Trong thí nghiệm, CaCO3 phân hủy ở nhiệt độ 900
phân hủy, nhưng rất yếu, đến khi nhiệt độ đạt 850

°C

°C

. Thực ra ở 600

°C

nó đã

nó mới phân hủy mạnh. Để đá

vôi phân hủy hoàn toàn chúng ta cần giữ nhiệt độ từ 600 – 900
nhất định.

Trong thực tế, đá vôi nung ở 1000 – 1200

°C

°C

trong một thời gian

vì thường phải nung một lượng

nguyên 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 CaCO 3 giảm đi 44% do mất đi CO 2,
nhưng vì thể tích chỉ giảm 10 – 15% nên vôi có độ xốp lớn và 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 tăng khả năng
phân hủy.
Trong quá trình nung nếu ta khống chế nhiệt đọ không chính xác thì sản phẩm có
thể là vôi sống, vôi chín hay vôi quá lửa.
Page 21


Đồ án tốt nghiệp

HUST

1.5.2. Lò vôi đứng

Việc lựa chọn lò vôi là một điều tối quan trọng cho một nhà sản xuất vôi. Nó

phải phù hợp cho việc đốt cháy nguồn đá vôi đầu vào và cung cấp chất lượng vôi sống
theo yêu cầu. Nó phải có vốn và chi phí đủ thấp để sản xuất vôi sống với một giá cả
cạnh tranh. Công suất của nó cũng phải phù hợp với yêu cầu thị trường. Một lượng lớn
công nghệ và thiết kế lò đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ và trên thế giới. Khái
niệm của lò nung trục đã được hiện đại hóa trong một số thiết kế; các đặc điểm chính
của một số lò thường được tóm tắt trong bảng 1-7, [16-19]
Bảng 1-7. Thông số cơ bản của một vài loại lò vôi phổ biến
Lò đứng
thường

Cấp liệu
hỗn hợp

Hình khuyên

PFR

Công suất, tấn/ngày

150 – 300

100 – 200

200 – 600

200 – 800

Đường kính trong, m

2.0 – 3.0

2.5 – 5.0

3.0 – 4.5

2.5 – 3.5

3–7

6 – 30

20 – 23

6 – 10

Chiều cao lớp rắn, m

10 – 15

15 – 20

15 – 25

15 – 20

Lượng ra, t/d/m2

40 – 45

10 – 25

15 – 30

20 – 30

Vận tốc hạt rắn, m/h

1.8 – 2.0

0.5 – 1.0

0.6 – 0.7

0.6 – 1.4

Dòng khí, m3STP/m2/h

0.6 – 0.7

0.1 – 0.12

0.6 – 0.8

0.8 – 1.1

Kích thước phần min,
mm

30

20

30

20

Kích thước phần max,
mm

150

200

250

160

200 – 250

10 – 30

200 – 400

300 – 400

Diện tích cắt ngang, m2

Sự giảm áp, mbar

Nguyên liệu

Page 22


Đồ án tốt nghiệp

Năng
lượng
cung cấp

HUST

MJ/kgLime

3.8 – 4.8

kcal/kgLime 910 – 1150

3.9 – 4.5

3.8 – 4.1

3.3 – 4.0

930 – 1080

910 – 980

790 – 950

Nhiệt độ lớn nhất của 1400 – 1500

hạt rắn, C

1100 – 1300 1100 – 1200 1100 – 1200

Nhiệt độ lớn nhất của 1500 – 1600
dòng khí, C

1300 – 1400 1200 – 1300 1200 – 1300

Vôi

Loại
Kn phản
ứng

Thấp

Thấp/trung Trung bình/
bình
cao

Cao

Một vài thiết kế phù hợp hơn với loại năng suất thấp (dưới 100 tấn/ngày), trong
khi số khác có thể được sử dụng cho những loại năng suất lớn hơn (lên đến 800
tấn/ngày). Kích cỡ thông thường có thể chấp nhận của đá đầu vàotrong dải từ nhỏ nhất
là 20 mm đến 200 mm và thậm chí đến 250 mm.
1.5.3.

Lò vôi đứng thông thường

Hình ảnh 1-7 và 1-8 minh họa cho những những sơ đồ của lò đứng thông
thường. Những loại lò nung này cũng được đặt tên như lò RCE. Về nguyên tắc, lò
đứng thông thường là 1 trục thẳng đứng nơi mà đá vôi được nạp vào ở phía trên cùng
của trục và vôi sống được thải ra từ phía dưới. Chất rắn di chuyển từ từ xuống dưới
thông qua lò nung bằng trọng lực. Nhiệt để nung đá vôi được tạo ra bởi quá trình đốt
cháy nhiên liệu nơi nhiên liệu được đưa vào cùng với không khí ở giữa lò. Chính vì
thế, chất rắn phía trên được làm nóng sẵn bởi khí thải nóng trong dòng chảy ngược và
chất rắn phía trên được làm mát bởi không khí mát tiếp xúc với phần dưới lò. Theo
cách này, nguyên liệu đi vào lò nung ở phía trên được làm nóng sẵn đầu tiên, rồi nung
và cuối cùng được làm mát trong thời gian trao đổi của nó thông qua lò. Khí ở lại trên
cùng của lò bao gồm khí đốt và co2 được tách ra từ đá vôi.
Lò nung theo lý thuyết được chia làm 3 vùng:
- Vùng sấy sơ bộ : phần phía trên của lò nơi đá vôi được nung bởi khí thải nóng
đến nhiệt độ nung trung bình của nó khoảng 810-840 (0 C).
- Vùng nung : phần giữa của lò trong đó đá vôi được tách ra thành vôi và CO2,
nhiên liệu bị đốt cháy trong không khí nóng sẵn.
- Vùng làm mát: Phần phía dưới của lò nơi vôi đi xuống từ vùng đốt cháy được
làm mát bởi không khí trước khi thải.
Page 23


Đồ án tốt nghiệp

HUST

Thông thường vùng sấy chiếm 25% thể tích lò, phần nung chiếm 50% thể tích lò
và còn lại là vùng làm nguội.
Sự phân chia trên chỉ mang tính ước lượng. Trong quá trình nung vôi khoảng
cách của các phần đó đài ngắn phụ thuộc vào các thao tác nhập liệu, thông lò, khối
lượng mỗi lần tháo…

Hình 1-7. Nguyên lý hoạt động

Hình 1-8. Lò đứng thông thường

Page 24


Đồ án tốt nghiệp

1.5.4.

HUST

Lò vôi đứng PFR
Lò vôi PFR là loại lò vôi hiện đại với 2 hoặc 3 lò xác định bởi sự xen kẽ hoạt
động lò đốt và không đốt. Hình 1-9 và 1-10 chỉ ra đặc điểm đặc trưng của một lò PFR,
gồm 2 lò đứng nối liền nhau của mặt cắt ngang hình chữ nhật hoặc tròn. Mỗi lò chịu
hai chế độ làm việc khác nhau, đốt và không đốt. Trong khi một lò hoạt động trong
chế độ đốt bởi dầu và khí cháy thì lò kia hoạt động ở chế độ không đốt.
Ở chế độ đốt, một lò được mô tả bởi dòng song song của khí cháy và đá, trong
khi ở lò kia có dòng ngược chiều không khí và đá. Khí đốt được đưa vào ở đỉnh của
vùng gia nhiệt, trên lớp đá. Hệ thống lò hoàn chỉnh được tăng áp. Khí được làm nóng
trước bằng đá rồi mới trộn với nhiên liệu. Khí-off trao đổi nhiệt với đá trong chế độ
không đốt và đá lấy nhiệt của khí trong chế độ đốt.
Các phương pháp hoạt động trên kết hợp 2 yếu tố chính:

-

-

Đá ở vùng sấy sơ bộ trong mỗi lò đóng vai trò như một bộ trao đổi nhiệt tái sinh. Nhiệt
dư thừa trong khí được truyền cho đá trong chế độ không cháy. Sau đó nó được
chuyển từ đá để đốt nóng không khí ở chế độ đốt. Bởi vì truyền nhiệt thay thế này, lò
PFR có nhiệt lượng riêng tiêu thụ thấp nhất so với các loại lò nung.
Trong dòng song song của lò PFR, nhiên liệu được cấp vào ở phía trên của vùng đốt
và khí đốt đi song song với vật liệu. Kết quả là, sức nóng phát ra từ quá trình đốt cháy
nhiên liệu chủ yếu được hấp thụ bởi rắn cho sự nung đá vôi để nhiệt độ trong vùng
cháy đạt trung bình 900 - 1200 ° C . Bởi vì dòng nhiệt chảy song song, PFR lò rất
thích hợp cho việc sản xuất các soft-burnt, độ phản ứng cao.
Tùy thuộc vào các nhà sản xuất lò, khái niệm khác nhau của việc tối ưu hóa các
quá trình trong lò đã được phát triển để thiết kế các lò PFR. Ví dụ, các dạng mặt cắt
ngang có thể là tròn, chữ nhật, thiết kế đặc biệt với hình chữ D… Một số thiết kế khác
của lò có thể được nhìn thấy từ hình 1-11.

Page 25