Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng sinh quyền (tóm tăt)

Qua đồ thị ta nhận thấy rằng, trongkhoảng pH = 3 – 8, khi pH tăng đần nồng độCoban trong dung dịch giảm dần, và cũngtrong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăngthì quá trình thủy phân c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Vũ Thị Hà Mai

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƯU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG

SINH QUYỀN

Chuyên ngành: Hóa môi trường

Mã số: 60440120

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Trần Hồng Côn

Hà Nội - 2014

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Trần Hồng Côn

Phản biện 1: PGS.TS Trần Thị Dung

Khoa Hóa học - Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Phản biện 2: TS Nguyễn Mạnh Tường

Viện Hóa học vật liệu – Viện KHCN Quân sự

Luận văn được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại: Phòng Hội thảo – khoa Hóa – ĐH Khoa học Tự nhiên, lúc 14 giờ 00 ngày 27 tháng 01 năm 2015

Có thể tìm thấy luận văn tại: Thư viện trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

MỞ ĐẦU

Hiện nay, với sự phát triển như vũ bãocủa các ngành công nghiệp, nhu cầu sử dụngkim loại ngày càng tăng Ngoài việc nhập mộtlượng kim loại với chi phí cao thì nước ta tậndụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sảntương đối lớn và đa dạng Tuy nhiên, việc khaithác khoáng sản đã và đang để lại những hậuquả nghiêm trọng cho môi trường

Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏkhoáng sản với hàm lượng khác nhau, tuỳthuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùngđịa chất khác nhau Trong các kim loại nặng,chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thểsống và con người ở một giới hạn cho phépnào đấy, nhưng khi hàm lượng vượt quá giớihạn cho phép đó, chúng sẽ gây độc hại nghiêmtrọng cho cơ thể Tuy nhiên khả năng gây độc

của các kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vàotrạng thái tồn tại của chúng.

Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữlượng gần 100 triệu tấn quặng, là nguồn lợicho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác.Tuy nhiên, do chưa đảm bảo các quy định vềbảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phầnquặng giàu và các kim loại cần khai thác thì bỏ

đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng sản đicùng Các kim loại nặng có trong quặng, dướitác dụng của quá trình phong hóa tự nhiên sẽ

bị phân hủy, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa

để vận chuyển hoặc tồn lưu, có ảnh hưởng tolớn đến môi trường sinh thái, sức khỏe của conngười và động thực vật Vì vậy, chúng tôi lựa

chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một

số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng Sinh Quyền”.

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Sơ lược về trữ lượng quặng đồng tại

Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền

1.1.1 Trữ lượng và phân bố quặng đồngsunfua tại Việt Nam

1.1.2 Trữ lượng quặng đồng sunfua tại

mỏ đồng Sinh Quyền

1.1.3 Một số loại quặng chủ yếu ở mỏđồng Sinh Quyền

1.1.3.1 Chalcopyrit CuFeS21.1.3.2 Pyrotin Fe1-xS

1.1.3.3 Magnetit1.1.3.4 Pyrit FeS21.1.4 Các quy trình khai thác quặng tạiViệt Nam

1.1.4.1 Thăm dò địa chất1.1.4.2 Khai thác

1.1.4.3 Tuyển quặng

1.1.4.4 Tuyển nổi1.1.4.5 Tuyển trọng lực1.1.4.6 Lọc

1.1.4.7 Quản lý chất thải1.1.4.8 Luyện và tinh chế1.1.4.9 Cải tạo

1.2 Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng do các bãi thải khai thác chế biến khoáng sản

1.2.1 Nguồn gây ô nhiễm

1.2.2 Con đường phát tán kim loại nặng

và các chất độc hại vào môi trường

1.3 Tình trạng ô nhiễm tại các khu vực khai thác quặng ở Việt Nam

1.3.1 Tại các mỏ quặng ở Việt Nam1.3.2 Tại khu vực mỏ đồng Sinh Quyền

1.4 Quá trình phong hoá quặng

1.4.1 Phong hoá vật lý

1.4.2 Phong hoá hoá học

1.5 Các quá trình sau phong hóa quặng

1.5.1 Quá trình tạo kết tủa

1.5.2 Quá trình tạo phức

1.5.3 Quá trình thủy phân

1.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quátrình thủy phân và tạo kết tủa

1.6 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến cơ thể sống và con người

Chương 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.2 Mục tiêu nghiên cứu

2.3 Các phương pháp nghiên cứu

2.4 Danh mục hoá chất thiết bị cần

thiết cho nghiên cứu

2.5 Thực nghiệm

2.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới

sự thủy phân của các kim loại nặng chính cótrong quặng

2.5.2 Ảnh hưởng của pH và nồng độ Fe3+đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 2.5.3 Ảnh hưởng của pH và nồng độ Cu2+đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 2.5.4 Ảnh hưởng của pH và tương táccủa các kim loại nặng có thành phần giốngquặng khi thủy phân trong điều kiện tương tựphong hóa

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính có trong quặng

Hình 3.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH.

Từ đồ thị trên ta thấy khi pH có giá trị

3 - 4 nồng độ các ion kim loại giảm nhưngkhông đáng kể Điều này có thể giải thích là

do tại giá trị pH này Mn+ đã bị thủy phân tạocác phức hydroxo và bắt đầu tạo một lượngnhỏ kết tủa M(OH)n Dạng tan của các kim

loại ở pH này chủ yếu vẫn là Mn+, một phầnchứa các phức M(OH)(n-1)+, M(OH)(n-2)+

Khi pH > 4, nồng độ các ion kimloại giảm nhiều hơn và không giống nhau docác kim loại khác nhau thì tích số tan cáchidroxit tương ứng cũng khác nhau, nên khảnăng thủy phân tạo kết tủa cũng khác nhau

Khi môi trường có tính bazơ (pH >8), đa số các kim loại dễ dàng tạo kết tủaM(OH)n theo phương trình:

Khi pH > 10, hầu hết các kim loại( như Ni, Co, Cd ) đều nằm trong kết tủadạng hidroxit, nồng độ ion kim loại nặngtrong dung dịch giảm, các ion kim loại bịlắng đọng tại chỗ, không phát tán gây ônhiễm môi trường

Riêng đối với mangan, tích số tan củaMn(OH)2 Ks = 10-12,8, lớn nhất trong các ionkim loại nặng mà chúng ta nghiên cứu nênkết tủa Mn(OH)2 tạo thành khó hơn các kimloại khác (khi pH > 8 nồng độ ion Mn2+ mớibắt đầu giảm nhanh nhưng vẫn không tạokết tủa hoàn toàn như các kim loại khác) Vìvậy nồng độ Mn2+ trong dung dịch còn lạitrương đối lớn

Một số kim loại mà hidroxit có tínhlưỡng tính như Zn, Pb, kết tủa sẽ bị hòa tanmột phần trong môi trường bazơ Khi đónồng độ các ion kim loại trong dung dịch sẽtăng

Cr3+ có độ dương điện cao và Cr(OH)3

có tích số tan khá nhỏ (Ks = 10-31 ) nên ionCrom thủy phân khá sớm, ngay từ pH = 4)

và chưa bị hòa tan khi môi trường có tính

bazơ mặc dù nó là hợp chất lưỡng tính Vìvậy môi trường sẽ không bị ô nhiễm crom.

Như vậy, pH ảnh hưởng khá là khácnhau đến sự thủy phân của các ion kim loạinặng

3.2 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của các ion kim loại nặng

3.2.1 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Pb 2+

Từ kết quả thu được, ta thấy trongkhoảng pH = 3 – 5, và nồng độ của Fe3+ thayđổi từ 10 – 20 ppm thì thấy sự giảm nồng độchì trong dung dịch Nếu nồng độ của Fe3+ là

20 – 100 ppm thì nồng độ của chì trong dungdịch giảm xuống thấp ngay từ khi pH bằng 3.Khi pH tăng dần, lượng kết tủa Pb(OH)2 tạothành nhiều hơn, đủ lớn để tách ra tạo hidroxitlắng xuống

3.2.2 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Co 2+

Hình 3.3: Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion

Qua đồ thị ta nhận thấy rằng, trongkhoảng pH = 3 – 8, khi pH tăng đần nồng độCoban trong dung dịch giảm dần, và cũngtrong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăngthì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnhhơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng Trongquá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấpphụ các ion coban trong dung dịch làm nồng

độ coban cũng giảm dần

3.2.3 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Ni 2+

Từ kết quả thu được, ta thấy trongkhoảng pH = 3 – 9, khi pH tăng đần nồng độNiken trong dung dịch giảm dần, và cũngtrong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăngthì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnhhơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng, nó sẽhấp phụ các ion Niken trong dung dịch làmnồng độ niken cũng giảm dần Ta thấy rõ ràngnhất trong khoảng pH = 6 – 8, khi nồng độ sắt

là 50 – 100 ppm, nồng độ niken giảm nhanhnhất bởi ngoài lượng niken bị hấp phụ, khidung dịch có môi trường bazơ, niken bị thủyphân và tách ra dưới dạng kết tủa một lượngkhá lớn làm nồng độ ion này giảm mạnh

Khi pH > 9, nồng độ niken còn lại trongdung dịch thấp nên khi tăng pH hay nồng độsắt thì nồng độ niken giảm không đáng kể

3.2.4 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Cr 3+

Nồng độ com trong dung dịch giảm rấtnhanh ngay tại pH = 3 khi có mặt ion sắt vìCrom có tích số tan bé, có khả thủy phân tạokết tủa tại các pH thấp nên ở pH = 3 đã bắt đầuxảy ra quá trình thủy phân Lượng Cr(OH)3cộng kết với lượng Fe(OH)3 do ion sắt thủyphân tạo kết tủa lắng xuông, vì vậy ngay tại

pH = 3, nồng độ ion crom đã giảm đi rõ rệt.Khi nồng độ sắt càng tăng, lượng kết tủa sắt(III) hidroxit do thủy phân càng lớn, quá

trình cộng kết xảy ra nhanh hơn, đồng thờilượng sắt tạo thành lớn có khả năng hấp phụđáng kể các ion Cr3+ làm nồng độ crom giảm

đi nhiều hơn

Khi pH = 5, crom gần như thủy phânhoàn toàn thành Cr(OH)3 nên lượng ion Cromtrong dung dịch còn không đáng kể, vì vậy ởcác khoảng pH > 5, nồng độ crom giảm khôngđáng kể

3.2.5 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Mn 2+

Ta nhận thấy, khi có mặt ion sắt trongdung dịch, nồng độ mangan trong dung dịchgiảm mạnh, có thể giảm còn 0,003 ppm tại pH

= 11 khi có mặt ion Fe3+, bé hơn nhiều so vớikhông có mặt ion sắt trong cùng điều kiện

Nồng độ ion Mn2+ giảm nhiều nhất trongkhoảng từ pH = 6 – 10 bởi khi môi trường cótính bazơ, sắt thủy phân khá mạnh tạo hidroxitkhông tan Tuy nhiên, mangan có tích số tantương đối lớn nên ít bị thủy phân, vì vậy chủyếu các ion Mn2+ bị hấp phụ trong kết tủaFe(OH)3 là nồng độ mangan trong dung dịchgiảm đi đáng kể

Khi pH > 10, nồng độ Mangan trongdung dịch ít giảm hơn bởi một lượng lớnmangan đã bị thủy phân và hấp phụ trước đó

3.2.6 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Cd 2+

Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+

Qua đồ thị ta nhận thấy rằng, trong khi

pH tăng dần từ pH = 3 đến pH = 8, nồng độCadimi trong dung dịch giảm dần, và cũngtrong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăngthì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnhhơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng Trongquá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấpphụ các ion cadimi trong dung dịch làm nồng

độ cadimi cũng giảm dần

Khi pH > 8, cadimi đã bị thủy phân trongkhoảng pH trước đó và Fe(OH)3 do sắt thủy

phân đã cộng kết với lượng Cd(OH)2 tạo thànhlắng xuống Nồng độ cadimi còn lại trongdung dịch thấp nên khi tăng pH hay nồng độsắt thì nồng độ cadimi giảm không đáng kể

3.2.7 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Zn 2+

Khi 3 < pH < 9, nồng độ kẽm trong dungdịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này,khi nồng độ ion sắt tăng thì quá trình thủyphân của sắt xảy ra mạnh hơn làm nồng độ kếttủa Fe(OH)3 tăng Trong quá trình kết tủa này

lắng xuống, nó sẽ hấp phụ các ion kẽm trongdung dịch làm nồng độ kẽm cũng giảm dần Nồng độ ion Zn2+ giảm nhiều nhất trongkhoảng từ pH = 6 – 8 do sắt thủy phân khámạnh tạo hidroxit không tan, hấp phụ mạnhnhất các ion kẽm, đồng thời, tại khoảng pHnày, kẽm cũng bắt đầu thủy phân mạnh, kếttủa Zn(OH)2 tạo thành nhanh hơn, đủ lớn đểtách ra, cộng kết với Fe(OH)3 lắng xuống.Khi pH > 8, trong điều kiện không có mặtion sắt, một lượng lớn Zn(OH)2 bị hòa tan vàodung dịch làm nồng độ kẽm trong dung dịchtăng nhanh Nhưng khi có mặt in Fe3+ trongdung dịch, nồng độ kẽm hầu như không tăng.

Ta có thể giải thích hiện trượng này là dolượng Zn(OH)2 tạo thành không nhiều đã cộngkết với Fe(OH)3 nên khó bị hòa tan hơn, đồngthời một lượng lớn ion kẽm bị hấp phụ bởiFe(OH)3 vẫn ở dạng ion nên không bị hòa tan

ở môi trường bazơ

3.3 Ảnh hưởng của pH và nồng độ Cu 2+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 3.3.1 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Pb 2+

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion

Từ đồ thị ta thấy, tại pH = 3, khi nồng

độ ion Cu2+ tăng dần, nồng độ Pb2+ thay đổikhông đáng kể do ở điều kiện này, môitrường axit mạnh, các kim loại ít bị thủyphân

Khi pH = 4 – 6, môi trường đột ngộtthay đổi chuyển từ môi trường axit sang môi

trường trung tính nên Pb2+ thủy phân đáng

kể làm nồng độ ion Pb2+ trong dung dịchgiảm mạnh Nhưng cũng trong khoảng pHnày, khi nồng độ Cu2+ tăng dần, thì sự thủyphân của Pb2+ xảy ra chậm hơn

Còn trong khoảng pH = 7 – 11, khimôi trường có tính bazơ, Cu2+ thủy phânđáng kể, tạo hidroxit không tan Ở điều kiệnnày, Pb2+ cũng bị thủy phân và toàn bộ kếttủa Pb(OH)2 hấp phụ hết vào Cu(OH)2 vàlắng xuống nên mặc dù trong điều kiện môitrường bazơ mạnh, Pb(OH)2 bị hoàn tankhông đáng kể tạo PbO2-, do đó hàm lượngchì trong dung dịch tăng không đáng kể ởkhoảng pH này

3.2.2 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Co 2+

Hình 3.10 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+

3.3.3 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Ni 2+

Từ đồ thị ta thấy trong khi pH tăng dần,nồng độ niken trong dung dịch giảm dần, vàcũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ionđồng tăng thì quá trình thủy phân của đồngxảy ra mạnh hơn làm lượng kết tủa Cu(OH)2tăng Trong quá trình kết tủa này lắng xuống,

nó sẽ cộng kết các ion niken trong dung dịchlàm nồng độ niken cũng giảm dần

Ta thấy khi [Cu2+ ] = 100 ppm và tại giátrị pH lớn nhất trong thí nghiệm (pH = 11) thìnồng độ của niken trong dung dịch vẫn caohơn các nguyên tố khác ([Ni2+ ] = 1,042 ppm)

3.3.4 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Mn 2+

Hình 3.12 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion

Khi chưa có mặt ion đồng trong dungdịch, nồng độ ion mangan trong dung dịch khálớn và bắt đầu giảm ở pH = 9 Nhưng khi cómặt ion đồng thì nồng độ mangan trong dungdịch giảm bắt đầu từ pH = 5 và khi nồng độ

đồng tăng thì nồng độ mangan giảm nhanhhơn trong cùng điều kiện

Bắt đầu từ pH = 5, đồng bắt đầu thủyphân tạo hidroxit không tan, chính kết tủa nàytạo thành hấp phụ một phần ion mangan trongdung dịch làm nồng độ ion này trong dungdịch giảm đi nhanh hơn Nồng độ đồng trongdung dịch càng lớn, quá trình thủy phân củađồng xảy ra nhanh hơn, lượng kết tủa tạothành nhiều hơn sẽ cộng kết được lượngmangan lớn hơn làm nồng độ mangan trongdung dịch giảm đi nhiều hơn

Khi pH > 9, mangan cũng thủy phân tạoMn(OH)2 không tan, lượng kết tủa này lắngxuống cùng với Cu(OH)2 làm nồng độ ion

Mn2+ trong dung dịch giảm

3.3.5 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Cr 3+

Hình 3.13 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+

Từ đồ thị ta thấy rằng, khi có mặt ionđồng trong dung dịch thì sự thủy phân củaCrom thay đổi không nhiều Có thể giảithích rằng, Ks của Cr(OH)3 khá bé nên đãthủy phân trước cả Cu2+, ngay trong khoảng

pH = 4 – 5, và ở các khoảng pH > 5, lượng

Cr3+ trong dung dịch còn lại khá ít nên khiđồng thủy phân cũng ảnh hưởng khôngnhiều đến sự thủy phân của crom

3.3.6 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Cd 2+