Nghiên cứu làm sạch một số tạp chất kim loại nặng (pb, as, cd) trong quặng tinh sericit vùng sơn bình hà tĩnh

Phạm vi nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu khả năng hòa tách các kim loại nặng As, Cd và Pb trong tinh quặng sericit của quá trình tuyển cơ học và ñề xuất sơ ñồ công nghệ hòa tách các

VÙNG SƠN BÌNH Ờ HÀ TĨNH

Chuyên ngành: Tuyển khoáng

Mã số:60.53.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS Nguyễn Văn Hạnh

2 TS đào Duy Anh

Hà Nội - 2011

Hà Nội, Ngày 05 tháng 08 năm 2011

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Trọng

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa 1

Lời cam ñoan 2

Mục lục 3

Danh mục các hình vẽ 4

Danh mục các bảng 5

Danh mục các ảnh chụp 7

Lời cảm ơn 8

Mở ñầu 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHOÁNG SẢN SERICIT 1.1 Khái niệm cơ bản về sericit 11

1.2 Tính chất vật lý của sericit 11

1.3 Các ứng dụng của sericit trong công nghiệp 12

1.4 Các công trình và kết quả nghiên cứu về thực tiễn tuyển khoáng sericit trên thế giới và ở Việt Nam 14

1.5 Tình hình khai thác, chế biến và tiêu thụ sản phẩm sericit 14

1.6 Tình hình nghiên cứu tuyển khoáng sericit trên thế giới 18

1.7 Tình hình nghiên cứu tuyển khoáng sericit ở Việt Nam 22

1.8 Các loại phản ứng hòa tách 22

1.9 Tính chất và ảnh hưởng của các kim loại nặng ñến sức khỏe con người 23

CHƯƠNG 2 MẪU NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mẫu nghiên cứu 28

2.2 Nghiên cứu mối liên kết giữakhoáng sericit và các tạp chất kim loại nặng 28

2.3 Phương pháp nghiên cứu 29

2.4 Thiết bị và ñiều kiện thí nghiệm 32

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG LÀM SẠCH KIM LOẠI NẶNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA TUYỂN 3.1 Sơ ñồ thí nghiệm 35

3.2 Thí nghiệm xác ñịnh các ñiều kiện và chế ñộ hòa tách tối ưu 36

3.3 Kết quả thí nghiệm 50

CHƯƠNG 4 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 4.1 Quy hoạch thực nghiệm xác ñịnh sự phụ thuộc giữa hiệu quả quá trình hòa tách Pb vào nhiệt ñộ, thời gian phản ứng và tỉ lệ R/L ñưa vào hòa tách 51

4.2 Ý nghĩa của các hệ số bi 57

CHƯƠNG 5 GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI, BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH 5.1 Tiêu chuẩn môi trường cho phép về nước thải trong công nghiệp 59

5.2 Một số phương pháp xử lý kim loại nặng trong môi trường nước 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

Kết luận 69

Kiến nghị 69

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 73

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

2 Hình 2.2 Sơ ñồ tuyển tách Pb, As và Cd ra khỏi bột khoáng sericit 32

3 Hình 3.1 Sơ ñồ tuyển tách Pb, As và Cd ra khỏi bột khoáng sericit 35

5 Hình 3.3 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nồng ñộ NaOH (%)

6 Hình 3.4 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ thời gian phản ứng

7 Hình 3.5 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ tỉ lệ R/L ñến hiệu suất hòa

8 Hình 3.6 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt ñộ phản ứng

9 Hình 3.7 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tốc ñộ khuấy

16

Sản phẩm sericit sản xuất tại Trung Quốc theo tiêu chuẩn của ðức của hãng Chuzou Grea Minerals Co.Itd theo phương pháp ướt, Standard Q/GR 001-2004 [6]

17

4 Bảng 1.4 Sản phẩm sericit của hãng Mineral and Pigmen

5 Bảng 1.5 Sản phẩm sericit sản xuất tại Trung Quốc theo tiêu chuẩn của ðức của hãng Chuzou Grea Minerals Co.Itd theo

phương pháp khô, Standard Q/GR 001-2004 [6]

17

6 Bảng 2.1 Thành phần hóa học bột khoáng sericit Sơn Bình, Hà

7 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thành phần của axit tới hiệu suất hòa

(1) (2) (3) (4)

16 Bảng 5.1 Giá trị giới hạn các thông số và nồng ñộ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi thải vào vực

nước sông dùng cho mục ñích bảo vệ thuỷ sinh

DANH MỤC CÁC ẢNH

1 Hình 1.1 Mô hình cấu trúc tinh thể khoáng vật (trái) và dưới

2 Hình 2.1a A…I- Các ñiểm phân tích F- Phát hiện phổ của P, Fe,

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn

Sericit là một trong những khoáng chất công nghiệp có nhiều tính năng ñặc biệt ñược ứng dụng nhiều trong nhiều ngành công nghiệp với vai trò là các chất ñộn, chất phủ bề mặt hoặc chất làm trương nở, nên là một sản phẩm có giá trị kinh tế cao Tuy nhiên ở Việt Nam sericit mới chỉ ñược xếp vào loại khoáng sản tiềm năng, trong khi ñó mỏ sericit Sơn Bình ñược ñánh giá có trữ lượng tới trên 1,5 triệu tấn và

là mỏ sericit lớn nhất cả nước cho ñến thời ñiểm hiện nay Nguyên liệu quặng sericit ñã ñược sử dụng ở dạng quặng thô do không có qua chế biến, xử lý các tạp chất kim loại nặng nên hiệu quả kinh tế không cao Hiện nay nhu cầu thị trường trong các ngành công nghiệp ngày càng cao nên việc nghiên cứu tuyển và chế biến nguyên liệu từ khoáng sericit là cần thiết trong ñó có vấn ñề “Nghiên cứu làm sạch một số tạp chất kim loại nặng (As, Cd và Pb) trong quặng tinh Sericit vùng Sơn Bình – Hà Tĩnh” là vấn ñề cần thiết giải quyết

2 ðối tượng nghiên cứu

ðối tượng nghiên cứu là quặng sericit Sơn Bình, Hà Tĩnh

Phạm vi nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu khả năng hòa tách các kim loại nặng (As, Cd và Pb) trong tinh quặng sericit của quá trình tuyển cơ học và ñề xuất

sơ ñồ công nghệ hòa tách các kim loại nặng

3 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

Từ kết quả nghiên cứu thành phần vật chất, cấu trúc quặng tinh sericit xác ñịnh khả năng hòa tách một số tạp chất kim loại nặng (As, Pb và Cd) trong khoáng sản Sericit của vùng mỏ Sơn Bình – Hà Tĩnh ðề xuất qui trình công nghệ làm sạch các tạp chất trên bằng phương pháp hòa tách ñược sản phẩm ñạt chất lượng tương ñương với một số sản phẩm sericit trên thị trường thế giới

4 Nội dung nghiên cứu

− Tổng quan về khoáng sản Sericit và khả năng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, phương pháp và thực tiễn tuyển khoáng Sericit trên thế giới và ở Việt nam

− Nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng tinh Sericit vùng mỏ Sơn Bình – Hà Tĩnh

− Nghiên cứu khả năng làm sạch kim loại nặng bằng phương pháp hòa tách

− Sơ ñồ kiến nghị công nghệ tuyển tách khoáng Sericit và các chỉ tiêu công nghệ

dự kiến

− Xử lý môi trường sau quá trình hòa tách

5 Phương pháp nghiên cứu

− Phương pháp hệ thống hóa ñể phân tích, tổng hợp tài liệu vê sericit và hòa tách quặng sericit trên thế giới và Việt Nam

− Phương pháp quang học và hóa học ñể xác ñịnh cấu trúc, thành phần khoáng vật, hóa học và phân bố của các kim loại nặng có ảnh hưởng trực tiếp ñến quá trình hòa tách quặng sericit

− Phương pháp thực nghiệm với mẫu quặng sericit là sản phẩm của quá trình tuyển thô sericit tù quặng sericit nguyên khai Sơn Bình, Hà Tĩnh

− Phương pháp phân tích hệ thống, so sánh ñể ñánh giá hiệu quả của quá trình hòa tách

− Phương pháp sử dụng lý thuyết thống kê ñể lập quy hoạch thực nghiệm

6 Ý nghĩa khoa học của ñề tài

− Kiến nghị qui trình hòa tách các kim loại nặng trong quặng sericit Sơn Bình, Hà Tĩnh nhằm nâng cao chất lượng, giá trị kinh tế

− Bằng qui hoạch thực nghiệm ñã tìm ra ñược phương trình biểu diễn mối quan

hệ giữa hiều suất quá trình hòa tách với các yếu tố công nghệ tuyển

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm: phần mở ñầu và 5 chương với 72 trang, 9 hình vẽ, 18 bảng và 4 ảnh chụp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHOÁNG SẢN SERICIT

1.1 Khái niệm cơ bản về Sericit

Sericit là tập hợp hạt mịn các khoáng vật dạng mica (Hiệp hội Khoáng vật học Thế giới - International Mineralogical Association) [6] Chúng thuộc nhóm khoáng alumosilicat với ñặc tính ñiển hình là tính phân lớp, nên có thể tách thành nhiều lớp mỏng, ñộ dày có thể ñạt tới 1 nm xem Hình 1.1 Công thức hóa học chung cho nhóm khoáng vật này là: K0.5-1(Al,Fe,Mg)2 (SiAl)4O10(OH)2.nH2O.

Thành phần hóa học ñơn khoáng của sericit là SiO2 = 43-49%, Al2O3 = 37%, K2O+Na2O = 9-11%, H2O = 4-6% [2] Thành phần hóa học này của sericit thay ñổi trong từng mỏ tùy theo thành phần khoáng vật cũng như thành phần nguyên tố hóa học tham gia cấu trúc các khoáng vật

27-1.2 Tính chất vật lý của sericit

Hiện nay trên thế giới, sericit ñã ñược nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp (nhờ những tính chất của nó như: rất ñồng nhất, trong Hình 1.1 Mô hình cấu trúc tinh thể khoáng vật (trái) và dưới kính hiển vi ñiện tử

(phải, [3]) của sericit

suốt, không màu, ñồng ñẳng về quang học, không bị nén ép, không bị thấm nước, các tinh thể ñược bóc tách thành tấm, phiến nhỏ) Rất bền và trơ trong hầu hết các môi truờng hoá học (ngoại trừ axit flouric và axit sulfuric ñậm ñặc); có khả năng cách ñiện, cách nhiệt tốt, bền vững trong môi truờng nhiệt ñộ từ 600-1100 0C; mềm dẻo, không ngậm nước, nhẹ, có sức bền cao khi căng giãn hoặc uốn cong Sericit có những tính chất vật lý cơ bản như sau:

- Sericit có ánh lụa, ánh kim Các khối sericit sạch có mầu xám trắng, phớt hồng, trắng

- Có khả năng phân tấm rất mỏng, tỷ lệ ñường kính bề mặt/ ñộ dày (aspect ratio)>80, ñộ hạt mịn – rất mịn

- Bền hóa học, khó phá hủy trong dung dịch axit và kiềm

- Có khả năng chống các tia tử ngoại (ultraviolet-UV)

Ngoài ra thành phần và cấu trúc khoáng vật tương tự kaolinit, khoáng sericit

có một số tính chất của sét như có khả năng phân tán tốt trong dung dịch và trong dung môi hữu cơ, ñộ nhớt cao, màu trắng và ñộ hạt mịn Vì thế sericit có nhiều ñặc tính không chỉ của khoáng mica mà còn của cả khoáng sét

1.3 Các ứng dụng của sericit trong công nghiệp

Với nhiều ñặc tính hóa-lý ưu việt như trên, cùng với chất lượng và giá cả và hợp lý, sericit ñược ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau Tùy thuộc vào thành phần và nhu cầu, sericit ñược ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp với vai trò là các chất ñộn, chất phủ bề mặt hoặc chất làm trương nở

Sericit bắt ñầu ñược khai thác và sử dụng mạnh mẽ từ khoảng giữa thế kỉ XIX Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kĩ thuật, sericit ñược sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sau:

- Trong công nghiệp ximăng: Làm tăng ñộ kết dính, ñộ bám và ñộ bền cơ học, tăng ñộ nhẵn, chống co ngót và rạn nứt bề mặt bê tông

- Trong công nghiệp cao su: Làm phụ gia và chất ñộn ñể tăng cường tính chịu lực, ma sát, cách ñiện, bền axit, bazơ và chịu nhiệt tương tự như cácbon ñen và trắng ðối với cao su trắng và mầu có thể sử dụng sericit thay thế cho cácbon trắng

từ 5 – 30 % làm giảm thời gian lưu hóa và hạ giá thành sản phẩm

- Trong xây dựng: Làm các vật liệu trang trí, kết dính, các tấm phủ tường, tấm trần, sơn phủ chống thấm và chịu phong hóa do ảnh hưởng của thời tiết

- Trong công nghiệp nhựa, polyme: Sử dụng làm chất ñộn cho các loại nhựa cứng và mềm; làm tăng ñộ bền nhiệt, bền va ñập, tiết kiệm nhựa; chất gia cường cho một số chi tiết ôtô thay thế cho cácbon ñen giảm tỉ lệ giá thành rất lớn

- Trong công nghiệp gốm sứ: Làm tăng ñộ kết dính, ñộ bóng, bền nhiệt và tính cách ñiện

- Trong công nghiệp luyện kim: Làm các chất phủ bề mặt kim loại, ñặc biệt tạo ñộ kết dính, màng phủ mỏng mịn, chịu nhiệt ñộ cao, chống oxy hóa tốt ngay cả trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao ñến 10000C

- Trong công nghiệp giấy: Tăng ñộ bóng, ăn mực in, chống thấm, làm giấy dán tường, giấy trang trí, giấy phủ tính năng ñặc biệt

- Trong công nghệ sơn, phẩm màu: Tăng tính huyền phù cho sơn, làm tăng ñộ bám dính bề mặt, giảm ñộ co ngót, chống rộp và tác ñộng của thời tiết, chống tác hại môi trường, giảm ñộ chảy ðặc biệt sericit là chất không thể thiếu trong chế tạo sơn ôtô, nhất là sơn nhũ

- Trong công nghệ chế tạo dầu mỡ bôi trơn cho ñộng cơ: Làm tăng ñộ chịu nhiệt, mài mòn và tuổi thọ

- Trong công nghiệp hóa mỹ phẩm: Làm phụ gia hoặc các chất phủ, chất ñộn, chất nền cho sản xuất các loại son, phấn mắt, phấn màu khô và ướt, kem dưỡng da

do các tính năng chống tia UV, giữ ẩm, kết dính, ñộ trong, tính lấp lánh, ñộ mịn cho

bề mặt da và không ñộc ðặc biệt sericit làm cho các loại sản phẩm không mất ñộ bóng khi hút ẩm

Ngoài ra sericit còn ñuợc sử dụng trong các ngành ñiện tử, công nghiệp sản xuất nhựa compozit, sản xuất giấy cách ñiện, que hàn, Những quốc gia hiện ñang

sử dụng sericit: Mỹ, Brazin, Canada, Pháp, Ấn ðộ, Hàn Quốc, Nga, Malaysia Trong lĩnh vực mỹ phẩm có Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc, Pháp,…

1.4 Các công trình và kết quả nghiên cứu về thực tiễn tuyển khoáng sericit trên thế giới và ở Việt Nam

- Trên thế giới: Công nghệ chế biến sericit ñã ñược nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ ở Nhật Bản, Mỹ, ðức, Hàn Quốc và Trung Quốc Nhiều bằng sáng chế ñược ñăng ký tại Mỹ ñã tạo ra các sản phẩm sericit có những tính năng ñặc biệt, có khả năng hấp phụ dầu mỡ cao, tính kị nước tuyệt ñối, tính linh ñộng cao, mềm dẻo, mịn và bóng mượt sử dụng trong các lĩnh vực sơn, polyme và hóa mỹ phẩm

1.5 Tình hình khai thác, chế biến và tiêu thụ sản phẩm sericit

* Trên thị trường thế giới: Các sản phẩm sericit ñang ñược tiêu thụ rất ña dạng tuỳ theo chất lượng và mục ñích sử dụng khác nhau Một số hãng sản xuất nổi tiếng trên thế giới như: Shanshin, Myoshi Kasei, Nikko Toryo (Nhật Bản), CAS cosmetics (Hàn Quốc), Chuzhou Grea Mineral, Mitsui China (Trung Quốc) Những

nước khai thác và sản xuất sericit hàng ñầu thế giới là Nga, Mỹ, Phần Lan, Hàn Quốc, Pháp, Canaña, Brazin, Na Uy và Ấn ðộ

Sản lượng sản xuất sericit của một số nước trên thế giới ñược trình bày trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Sản lượng sản phẩm mica - sericit một số nước/năm trên thế giới [4]

Nguồn: http: //U.S Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2010

Chất lượng sản phẩm sericit ñang ñược tiêu thụ trên thế giới rất ña dạng, tuỳ thuộc vào mục ñích sử dụng Sản phẩm thương mại của một số hãng trên thị trường ñược trình bày trong các Bảng 1.2, 1.3, 1.4 và Bảng 1.5

Bảng 1.2 Sản phẩm sericit dùng trong công nghiệp giấy, sơn, chất phủ trên thị

trường (sản phẩm của hãng Bejin THC Lmd – Trung Quốc) [4]

Bảng 1.3 Sản phẩm sericit sản xuất tại Trung Quốc theo tiêu chuẩn của ðức của

hãng Chuzou Grea Minerals Co.Itd theo phương pháp ướt,

Bảng 1.4 Sản phẩm sericit của hãng Mineral and Pigmen

Solutions, Inc cho mỹ phẩm [4]

Fe2O3 – Ferric Oxide (% max) 1,0 1,0

Bảng 1.5 Sản phẩm sericit sản xuất tại Trung Quốc theo tiêu chuẩn của ðức của

hãng Chuzou Grea Minerals Co.Itd theo phương pháp khô,

Giá trị của các loại sản phẩm sericit phụ thuộc vào ñộ sạch, ñộ mịn, ñộ trắng

và hàm lượng của các tạp chất kim loại nặng Giá trung bình của bột sericit chế biến theo phương pháp khô khoảng 200 USD/tấn Loại chế biến theo phương pháp ướt thường có giá trị cao hơn nhiều so với chế biến khô Giá trung bình của sản phẩm chế biến ướt năm 2003 là 1000 USD/tấn ðặc biệt bột sericit “sạch” (trên 60%) có giá trị cao trong công nghiệp hoá mỹ phẩm Sản phẩm ñã ñược xử lý bề mặt có chất lượng cao có thể ñạt giá trị từ 15.000 – 40.000 USD/tấn

* Ở Việt Nam: Sericit là loại khoáng sản mới ñược nghiên cứu, hiện tại chưa

có mỏ nào ñược ñưa vào khai thác, chế biến phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu Vì vậy, nhu cầu của thị trường trong nước về sericit thương phẩm và giá trị của nó trên thị trường chưa có tài liệu nào ñề cập ñến Hiện nay, các ngành công nghiệp của nước ta như cao su, gốm sứ, sơn, giấy, ximăng và hoá mỹ phẩm ñang phát triển mạnh ðặc biệt là chuyển ñổi từ chế biến thô sang chế biến sâu ñể có các sản phẩm chất lượng cao phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu Vì vậy, về mặt

lý thuyết và thực tế có thể thấy việc sử dụng sericit làm phụ gia và chất ñộn của một

số ngành công nghiệp trong nước ñể nâng cao chất lượng, tăng số lượng là tất yếu

và phù hợp với quy trình công nghệ sản xuất trên thế giới

1.6 Tình hình nghiên cứu tuyển sericit trên thế giới

Cho ñến nay ñã có một số công trình từ các nước phát triển trên thế giới như

Mỹ, ðức, Australia công bố về nghiên cứu tuyển khoáng, biến tính và ứng dụng sericit, trong ñó ñặc biệt phải kể ñến các công trình từ các nước Châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc [4]

Trong quặng sericit thường có các tạp chất như thạch anh, kaolinit và các silicat khác; các khoáng vật quặng như oxit và hydroxit sắt, rutil/anatas và các khoáng vật của các kim loại nặng ñộc hại như arsen, chì, kẽm, thủy ngân… Vì vậy, chất lượng sericit nguyên khai thường không cao và chưa ñáp ứng tiêu chuẩn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác nhau ðể có sản phẩm sericit chất lượng cao và ổn ñịnh, người ta phải chế biến ñể loại bỏ các tạp chất bằng nhiều

phương pháp tuyển khoáng khác nhau như tuyển từ, xyclon thủy lực… [4] Các công nghệ tuyển khoáng sericit ñược chia thành 2 nhóm: tuyển cơ học và hóa tuyển 1.6.1 Tuyển cơ học

Mục ñích của khâu tuyển cơ học là tách các thành phần tạp chất chính ñể có tinh quặng thô Trong bước này thường sử dụng các phương pháp tuyển vật lý và hóa lý như tuyển trọng lực, tuyển từ và tuyển nổi… Tùy thuộc vào thành phần vật chất của quặng nguyên khai mà công nghệ chế biến thô có khác nhau Công nghệ chế biến thô ñược áp dụng phổ biến trên thế giới hiện nay là kết hợp giữa các phương pháp tuyển phân ly trọng lực, tuyển nổi và tuyển từ Sơ ñồ nguyên tắc của quá trình tuyển cơ học trình bày trong Hình 1.2

- Phương pháp gia công chuẩn bị nguyên liệu thường sử dụng các thiết bị nghiền chọn lọc ñể giải phóng khoáng sericit ra khỏi các liên kết quặng Khoáng sericit thường có ñộ cứng thấp hơn, nên bị nghiền mịn hơn các khoáng khác Có nhiều loại thiết bị và phương pháp nghiền chọn lọc khác nhau, như máy nghiền tang quay, máy nghiền khuấy chà xát… ðối với vật liệu có ñộ hạt nhỏ như sericit thì máy nghiền khuấy chà xát phù hợp, hiệu quả và tiết kiệm năng lượng hơn máy nghiền tang quay Phương pháp này sử dụng lực va ñập, kết hợp giữa quá trình nghiền và quá trình chà xát các vật liệu với nhau làm vỡ hoặc mòn có chọn lọc các thành phần khác nhau trong khối liên kết vật liệu ban ñầu, dẫn ñến sự phân bố không ñồng nhất của chúng theo ñộ hạt, tiếp ñó sử dụng phương pháp phân cấp ñể tách các thành phần có ích trong các cấp hạt khác nhau thành các sản phẩm riêng rẽ

- Ikazaki và nnk còn công bố một phương pháp nghiền khô, trong ñó ngoài sericit người ta còn cho thêm vào các loại bột hóa khác trợ nghiền như LiNO3, NaNO3, KNO3 hoặc RbNO3 [4] Các chất trợ nghiền này sẽ giúp làm cho sericit vỡ vụn trở thành các hạt nhỏ hơn, sau ñó sẽ có thể loại bỏ bằng quá trình hòa tan và cuối cùng sẽ thu ñược sericit hạt mịn, ít tạp chất hơn so với cách nghiền thông thường Các tác giả này cho rằng sở dĩ có kết quả nói trên là do quá trình trao ñổi ion lớp xen giữa ñã xảy ra trong quá trình nghiền và hàm lượng K+ giảm ñi ñã phản

ánh ñiều ñó Tuy nhiên, bất lợi của phương pháp này là bột sericit sản phẩm không phân tán tốt trong nước

Hình 1.2 Sơ ñồ tuyển cơ học sericit

- Phương pháp tuyển trọng lực thường sử dụng xyclon thủy lực ñể phân cấp tách bùn mịn sericit ra khỏi các tạp chất hạt thô và tỉ trọng nặng

- Phương pháp tuyển nổi: Do tính nổi của sericit tốt hơn so với các tạp chất ñất

ñá và kim loại, nên hầu hết áp dụng phương pháp tuyển nổi thuận, có nghĩa là làm nổi khoáng sericit vào sản phẩm bọt, còn ñè chìm các khoáng tạp khác trong ngăn máy Thuốc tập hợp là các hợp chất hữu cơ, ñược hấp phụ chọn lọc lên bề mặt khoáng vật cần thu hồi Có 2 nhóm chính là thuốc tập hợp không cực và thuốc tập hợp dị cực Trong nhóm thuốc tập hợp dị cực, tùy thuộc vào cấu trúc của nhóm có cực còn ñược

Sản phẩm thạch anh

Quặng thải

chia thành 2 nhóm nhỏ là thuốc tập hợp anion và thuốc tập hợp cation ðể tuyển nổi sericit người ta thường dùng thuốc tập hợp cation trong môi trường axit yếu Trong nhiều trường hợp còn sử dụng phối hợp với thuốc ñè chìm ñất ñá và các khoáng vật khác ñi kèm

Các chu trình tuyển tương tự như trình bày trên ñã ñược nghiên cứu ở nhiều nước bao gồm cả Châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc Chẳng hạn, Kim

và nnk áp dụng quá trình tuyển thủy lực và tuyển từ cho sericit thì hàm lượng SiO2giảm từ 60.9% xuống còn 51.4%, Fe2O3 giảm từ 1.64% xuống còn 0.91% [4]

1.6.2 Hóa tuyển

Thông thường trong sản phẩm quặng tinh thô sericit thu ñược sau quá trình tuyển cơ học ñã có các chỉ tiêu kỹ thuật chính ñạt yêu cầu, tuy nhiên phần lớn vẫn còn chứa vi lượng một số thành phần kim loại nặng ñộc hại như As, Pb, Cd và Hg

… ðối với sản phẩm sericit dùng trong công nghiệp dược và hóa mỹ phẩm, các nguyên tố ñộc hại sẽ ñi vào cơ thể người thông qua da hay ñường tiêu hóa, ảnh hưởng trực tiếp ñến sức khỏe con người, vì vậy, hàm lượng của chúng trong sản phẩm ñược khống chế rất nhỏ (< 10 ppm) mà thông thường thì các phương pháp tuyển vật lý không giải quyết ñược triệt ñể Do vậy cần xử lý hóa tuyển ñể loại bỏ triệt ñể các thành phần kim loại nặng ñộc hại nói trên và sấy hoặc nung ñể có sản phẩm bột khô

Do khoáng sericit trơ với axit và kiềm, thông thường ñể loại bỏ các tạp chất có hại kể trên người ta hay dùng phương pháp hòa tách trong môi trường axit (HCl, HNO3 hay H2SO4) loãng, hoặc kiềm (NaOH) ñặc ñể hòa tan chúng vào dung dịch sau ñó lọc và rửa nhiều lần Quá trình hòa tách các kim loại nặng, ñộc hại bằng axit thường ñược thực hiện ở nhiệt ñộ cao trong thời gian từ 1 ñến 3 giờ

Trong quá trình tuyển sericit, các công ñoạn lọc bùn khoáng cũng không dễ dàng do bùn sericit là một trong các loại bùn khoáng khó lọc nhất Mới ñây, một nhóm hợp tác nghiên cứu giữa Nhật Bản và Hàn Quốc ñã phát triển hệ thống lọc liên tục ña chức năng cho sản phẩm với ñộ tập trung cao và không ñóng vón [4]

Bên cạnh các phương pháp tuyển nói trên, ựối với những nguyên liệu sericit cụ thể, người ta có thể phát triển các phương pháp tuyển phù hợp khác Chẳng hạn năm

2008, nhóm nghiên cứu ở đài Loan ựã công bố phương pháp tuyển tách sericit ra khỏi hỗn hợp với pyrophyllit [4] Phương pháp này dựa vào khả năng tương tác biến ựổi khác nhau của sericit và pyrophyllit khi cho nung ở khoảng 200-1000 oC trong 2 giờ ựể tách nước, sau ựó cho phản ứng nhiệt dịch với dung dịch LiNO3 ở 90-270 oC trong 48 giờ; sericit ựầu tiên bị phá hủy nhóm OH khi nung sau ựó ựược tái tạo trở lại khi phản ứng nhiệt dịch, nhưng pyrophyllit không thể tái tạo ựược Cuối cùng sericit và pyrophyllit sẽ ựược tách ra khỏi nhau bằng phương pháp thủy ựộng lực do lúc này chúng có ựộ trương nở khác hẳn nhau

1.7 Tình hình nghiên cứu tuyển khoáng sericit ở Việt Nam

Hiện tại, ở Việt Nam chưa có ngành công nghiệp khai thác và chế biến sericit, toàn bộ nhu cầu về nguyên liệu sericit cho một số ngành công nghiệp ở trong nước như gốm sứ, sơn, hoá mỹ phẩm vẫn ựang phải nhập khẩu từ nước ngoài Cho tới nay, mới chỉ có một số nghiên cứu thăm dò công nghệ chế biến quặng sericit với các mẫu khác nhau ựược tiến hành tại Phòng Nghiên cứu vật liệu khoáng - Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Các kết quả ban ựầu thu ựược rất khả quan, có thể ựịnh hướng tốt cho công tác nghiên cứu công nghệ tiếp theo

- Hòa tan ựơn giản: áp dụng phổ biến ựối với các loại khoáng vật có liên kết ion hoặc có mạng tinh thể bị phân cực mạnh

- Hòa tan theo phản ứng trao ñổi: Phản ứng trao ñổi giữa oxit kim loại hoặc muối với axit, kiềm hoặc dung dịch các muối

- Hòa tan gắn liền với sự oxi hóa cation hoặc anion: Các liên kết hóa học trong mạng tinh thể bị phá hủy bởi sự thay ñổi thành phần ñiện tử, kích thước các nguyên

tử cũng như lực và ñặc trưng tương tác giữa các nguyên tử Kết quả của quá trình là

sự tạo thành hợp chất mới ở dạng hòa tan

- Hòa tan tạo thành phức chất: làm tăng khả năng hòa tan chọn lọc của dung môi ñối với các cấu tử có ích cần thu hồi

Hiệu quả của quá trình tuyển tách ñược xác ñịnh theo tỉ lệ kim loại bị hòa tách

ra khỏi bột khoáng sericit theo công thức sau:

ε = 100-[(γ x β)/α] (1.1) Trong ñó:

- ε là tỉ lệ kim loại nặng bị hòa tách ra khỏi tinh quặng (%)

- γ là tỉ lệ thu hoạch tinh quặng sau thí nghiệm hòa tách (%);

- β là hàm lượng kim loại nặng còn lại trong tinh quặng (ppm)

- α là hàm lượng kim loại nặng có trong tinh quặng trước khi thí nghiệm hòa tách (ppm)

1.9 Tính chất và ảnh hưởng của các kim loại nặng ñến sức khỏe con người 1.9.1 Tính chất của các kim loại nặng (As, Cd và Pb ) và hợp chất của chúng

Trong tự nhiên các kim loại nặng thường tồn tại ở dạng oxit và muối

Asen: Asen ít tồn tại ở dạng ñơn chất chủ yếu là oxit, oxit asen tan trong dung dịch kiềm theo các phương trình phản ứng sau:

As2O3 + 6 Na++ 6 OH- → 2 Na3AsO3 + 3 H2O (1.2)

As2O5 + 6 Na++ 6 OH- → 2 Na3AsO4 + 3 H2O (1.3)

Trong không khí As bị oxi hoá trên bề mặt; khi ñun nóng, cháy tạo thành oxit; tác dụng với brom, iot, lưu huỳnh, các kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại khác tạo thành asenua; thường tạo phức với các kim loại khác

As2S3 + 3(S)2- → 2 (AsS3)3- (1.4)

As2S5 + 3(S)2- → 2 (AsS4)3- (1.5)

As2S3 + 8HNO3 + 4 H2O → 2H3AsO4 +3 H2SO4 + 8 NO (1.6)Cadimi: Cd tan trong axit HCl và H2SO4 loãng giải phóng H2, dễ tan trong HNO3 loãng giải phóng khí NO

Cd + 2HCl → CdCl2 + H2 (1.7) 3Cd + 8HNO3 → 3Cd(NO3)2 + 2NO + 4H2O (1.8)

Cd + 2 H+ + SO42+ → CdSO4 + H2O (1.9)

Cd tạo kết tủa trong dung dịch kiềm nhưng ñộ bền nhiệt không cao dễ bị phân hủy khi ở nhiệt ñộ cao Có khả năng tạo phức

Cd + 2OH- → Cd(OH)2 (1.10) Cd(OH)2 → Cd(OH)+ + OH- K = 5,9.10-15 (1.11) Cd(OH)2 → HCdO2- + H+ K = 2.10-19 (1.12) Các dung dịch kiềm tác dụng với dung dịch muối Cadimi tạo kết tủa hiñroxit keo trắng không tan trong nước nhưng tan trong axit

Cd2+ + 2OH- → Cd(OH)2 (1.14) Cd(OH)2 + 2H+ → Cd2+ + 2H2O (1.15) Chì: Với axit nitric ở bất kỳ nồng ñộ nào chì cũng tương tác

3 Pb + 8 H+ + 8 NO3- → 3 Pb(NO3)2+ 2 NO + 4 H2O (1.16) Khi ñun nóng chì tác dụng với dung dịch kiềm:

Pb + 2NaOH + 2H2O → Na2[Pb(OH)4] + H2 (1.17)

Chì 2 oxit và chì 4 oxit ñều tan trong bazơ nhưng PbO2 lưỡng tính tan trong kiềm dễ dàng hơn trong axit

PbO + 2 OH - + H2O → Pb(OH) 42- (1.18) PbO2 + 2 OH- + 2 H2O → Pb(OH)62- (1.19) Ion chì tan trong môi trường kiềm dư

Pb2+ + 2OH- → Pb(OH)2 (1.20) 1.9.2 Ảnh hưởng của các kim loại nặng ñến sức khỏe con người

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 Các kim loại quan trọng nhất trong việc xử lý nước là As, Zn, Cu, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, As, Một vài các kim loại trong số này có thể cần thiết cho cơ thể sống (bao gồm ñộng vật, thực vật, các vi sinh vật) khi chúng ở một hàm lượng nhất ñịnh như Zn, Cu, Fe tuy nhiên khi ở một lượng lớn hơn hoặc nhỏ hơn nó sẽ trở nên ñộc hại Những nguyên tố như As, Pb, Cd, Ni không có lợi ích nào cho cơ thể sống Những kim loại này khi ñi vào cơ thể ñộng vật hoặc thực vật ngay cả ở dạng vết cũng có thể gây ñộc hại Thường trong sản phẩm quặng tinh thô sericit thu ñược sau quá trình tuyển cơ học ñã ñều ñạt ñược các chỉ tiêu kĩ thuật yêu cầu, tuy nhiên vẫn còn tồn tại vi lượng một số thành phần kim loại nặng ñộc hại như As, Pb, Cd ñối với sản phẩm sericit dùng trong công nghiệp dược và hóa mỹ phẩm các nguyên tố sẽ ñi vào cơ thể con người thông qua dạ dày ñường tiêu hóa, ảnh hưởng trực tiếp ñến sức khỏe con người Ảnh hưởng của các kim loại nặng ñến sức khỏe con người như sau:

- Chì (Pb): chì là nguyên tố kim loại có ñặc tính mềm, nặng và khi bị nhiễm nguyên tố này thì có các tác hại ñối với cuộc sống và cơ thể con người như các tác ñộng của chì lên quá trình sinh hóa, ñặc biệt lên quá trình tổng hợp heme cả ở người lớn và trẻ em Khi nồng ñộ chì trong máu cao người ta thấy:

+ Tăng tỷ lệ protoporphyrin tự do ở hồng cầu

+ Tăng ñào thải coproporhyrin và axit δ- aminolevulinic(δ-ALA) trong nước tiểu Do vậy δ- ALA không ñược tích luỹ trong cơ thể

+ Do thiếu heme ñể tổng hợp hemoglobin nên gây bệnh thiếu máu khi nồng ñộ chì lên tới 1,92 µmol/l (40µg/dl)

+ Chì ảnh hưởng ñến hệ thần kinh, hệ sinh sản và máu của con người và ñộng vật Chì ñược tích luỹ trong xương, mề và máu

+ Trẻ em dễ bị ngộ ñộc chì hơn người lớn vì cơ thể của trẻ em hấp thụ chì dễ dàng hơn và ít có khả năng ñào thải chúng

* Dấu hiệu và triệu chứng:

+ Sau một vài tháng tiếp xúc với chì ở nồng ñộ thấp: kém thông minh, mất trí,

da tái do thiếu máu, chán ăn, ñau ñầu, nôn, ñau bụng, mệt mỏi, có vị kim loại trong miệng

+ Với nồng ñộ cao có thể bị nôn dữ dội, ñau khớp, cổ tay, bàn chân rã rời, co giật, ñau bụng

Nồng ñộ cho phép tối ña của chì trong nước uống của tổ chức WHO là 0,05 mg/l Tiêu chuẩn cho phép của chì trong nước sinh hoạt của Việt Nam là 0,05 mg/l

- Acsen (As): Asen tồn tại trong môi trường dưới dạng: As(III), As(V) và là một nguyên tố có ñộc tính cao nhất trong số các nguyên tố ñã ñược phát hiện, trong các hợp chất thì As (III) là hợp chất có ñộc tính nhất, As gây ra tác hại ñặc biệt nghiêm trọng ñối với cơ thể con người như: rụng tóc, sút cân, giảm trí nhớ, mạch máu bị tổn thương, rối loạn nhịp tim, ñau mắt, viêm ñạ dày, ruột, làm kiệt sức Có nguy có bị ung thư rất cao như ung thư da, phổi, gan, dạ dày và ung thư máu Ngoài

ra As còn có khả năng làm biến ñổi hệ gen trong tế bào cơ thể

+ Tiêu chuẩn của As của tổ chức WHO ñối với nước uống là 0,05 mg/l

+ Tiêu chuẩn Việt Nam cho nồng ñộ tối ña của As trong nước sinh hoạt là: 0,05 mg/l

- Cadimi (Cd): là kim loại nặng có màu trắng bạc, Cd thâm nhập vào cơ thể qua con ñường hô hấp và ăn, uống Sau khi thâm nhập vào cơ thể Cd tồn tại ở dạng

Cd2+ liên kết với các protein tạo thành metalthionein rồi ñược giữ lại trong thận khoảng 1% và thải ra ngoài khoảng 99% Phần còn lại này ñược tích luỹ tăng dần theo tuổi, và ñến một lúc nào ñó lượng Cd2+ này ñủ lớn có thể thay thế Zn2+ trong các enzim và gây ra rối loạn trao ñổi chất Ở nồng ñộ cao Cd gây các bệnh thiếu máu, ñau thận và phá hủy tủy xương Nồng ñộ ngưỡng của Cd gây tác hại thận là 0,2 mg/l Ngoài ra còn cadimi còn làm giảm khả năng thu thai và tăng nguy có sảy thai cho phụ nữ, giảm chức năng hệ cơ, gây rối loạn tâm lý và tăng khả năng mắc bệnh ung thư

+ Giới hạn ñộc tính của Cd lên cơ thể người là: PTWI = 0,007 mg/kg trọng lượng cơ thể người/ tuần

+ Tiêu chuẩn của WHO ñối với nồng ñộ tối ña của nước uống là: 0,005 mg/l + Tiêu chuẩn Việt Nam cho phép nồng ñộ Cadimi trong nước sinh hoạt là: 0,005 mg/l

Trong lịch sử thế giới có nhiều vụ ngộ ñộc cadmi Nổi tiếng nhất là ngộ ñộc cadmi ở Nhật, người ta gọi là bệnh itai-itai Ở con sông Dinxa của Nhật Bản có mỏ thiếc, qua quá trình khai thác và tuyển nổi quặng ñã thải cadmi vào dòng sông, do vậy nước con sông bị nhiễm cadmi Nông dân vùng này thường lấy nước sông ñể tưới tiêu trồng trọt lúa và ñậu nành Sau 15-30 năm ñã có 150 người chết vì ngộ ñộc cadmi mãn tính kèm theo bệnh teo xương ở toàn bộ xương Và từ ñó bệnh nhiễm ñộc cadmi này ñã ñi vào lịch sử nhiễm ñộc kim loại nặng với cái tên "itai-itai" Các ảnh hưởng của kim loại nặng lên cơ thể con người là rất nguy hiểm, nó có thể gây ra các rối loạn trong cơ thể con người ngay cả khi ở nồng ñộ nhỏ, và có thể gây ra những bệnh không có khả năng hồi phục, thậm chí có thể gây tử vong nếu ở nồng ñộ lớn Do vậy ñể giảm thiểu và tránh ảnh hưởng tiêu cực của kim loại nặng lên cơ thể con người nên ta cần có những biện pháp hạn chế, giảm thiểu, xử lý bột sericit có chứa các kim loại nặng trước khi ñưa làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa mỹ phẩm và dược phẩm vì các sản phẩm này ñược con người sử dụng trực tiếp thông qua hệ tiêu hóa, tiếp xúc qua da hay các vùng hở như tai, mắt, mũi

CHƯƠNG 2 MẪU NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mẫu nghiên cứu

Mẫu nghiên cứu ñược lấy nghiên cứu là quặng sercit Sơn Bình, Hà Tĩnh sau quá trình xử lý nghiền chọn lọc, phân cấp thủy lực có các chỉ tiêu chất lượng như Bảng 2.1

Bảng 2.1 Thành phần hóa học bột khoáng sericit Sơn Bình, Hà Tĩnh

sau tuyển cơ học

* Tính theo ppm (ñơn vị phần triệu)

Theo số liệu trong Bảng 2.1 thấy rằng quá trình tuyển cơ học như nghiền chọn lọc, phân cấp ñã cho ra sản phẩm sercit có các chỉ tiêu kỹ thuật như SiO2, Al2O3,

Fe2O3, FeO, MgOvàK2O tương ñương với một số chủng loại sericit thương phẩm trong Bảng 1.4, tuy nhiên hàm lượng của một số kim loại nặng như As, Pb, và Cd còn cao so với tiêu chuẩn về thương phẩm sericit thương mại làm nguyên liệu cho ngành hóa mỹ phẩm

2.2 Nghiên cứu mối liên kết giữakhoáng sericit và các tạp chất kim loại nặng

ðể có cơ sở lựa chọn tuyển tách các kim loại nặng nói trên cần phải nghiên cứu xác ñịnh dạng tồn tại cũng như mối liên kết giữa chúng và khoáng sericit Mẫu bột sericit ñã ñược nghiên cứu xác ñịnh cấu trúc trên kính hiển vi ñiện tử truyền qua (TEM) có kết nối xử lý dữ liệu trên hệ ño tán xạ (EDX)

Trên Hình 2.1a và Hình 2.1b thể hiện một trong những ảnh phân tích mẫu bột sericit trên kính hiển vi ñiện tử truyền qua (TEM) có kết nối xử lý dữ liệu trên hệ ño tán xạ (EDX) Kết quả phân tích thể hiện trên hình cho thấy, tại ñiểm phân tích F ñã phát hiện các phổ của P có As, Cd và Pb Việc xác ñịnh khoáng vật trên dựa trên thành phần các nguyên tố từ kết quả phân tích cho thấy các nguyên tố này nằm trong thành phần các khoáng apatit, khoáng chứa sắt và một số loại khoáng riêng rẽ khác mà có thành phần không rõ ràng ñể xác ñịnh chính xác tên khoáng vật

Ngoài ra kết quả phân tích cũng cho thấy các thành phần kim loại nặng không nằm trong mạng tinh thể của sericit mà tồn tại ở các hạt khoáng riêng rẽ và có kích thước hạt rất mịn (một vài micromet), thường nhỏ hơn rất nhiều so với sericit

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Từ kết quả nghiên cứu thành phần vật chất, cấu trúc quặng tinh sericit thấy ñược ñể tách các kim loại nặng này ra khỏi sericit phương pháp duy nhất là xử lý hòa tách chúng bằng các loại hóa chất thích hợp như axit hay bazơ do sericit là khoáng chất trơ với các dung dịch axit và bazơ Do ñó hoàn toàn có thể tách các tạp chất kim loại nặng nói trên ra khỏi bột khoáng sericit bằng phương pháp hòa tách hóa học với các hóa chất và ở các ñiều kiện phản ứng thích hợp Các phản ứng cùa

As, Cd và Pb ñược tóm tắt bằng các phương trình sau

Hình 2.1a A…I- Các ñiểm phân tích F- Phát hiện phổ của P, Fe, As, Pb[4]

Hình 2.1b A…G- Các ñiểm phân tích G- Phát hiện phổ của P, As, Pb [4]

Việc tuyển tách các kim loại nặng ra khỏi bột khoáng sericit tập trung vào nghiên cứu hiệu suất hòa tách các kim loại nặng với axit hay kiềm, cũng như nghiên cứu các ñiều kiện, chế ñộ tối ưu của các thông số ảnh hưởng ñến quá trình hòa tách

ñó Do vậy công tác nghiên cứu ñược tiến hành như sau:

+ Các thí nghiệm ñiều kiện: hòa tách là quá trình của phản ứng hóa học nên có rất nhiều yếu tố tác ñộng vào quá trình này trong phản ứng, ảnh hướng của các yếu

tố này có tính chất quyết ñịnh tới hiệu quả của quá trình hòa tách, các nhân tố chính ảnh hưởng tới quá trình hòa tách như sau:

- Hóa chất: xác ñịnh loại hóa chất thích hợp cho các phản ứng hòa tách là yếu

tố quan trọng quyết ñịnh ñến cả quá trình hòa tách

- Nồng ñộ hóa chất: là nhân tố quan trọng ñảm bảo cho quá trình phản ứng có xảy ra hoàn toàn hay không, nồng ñộ hóa chất thích hợp không thể tính theo phương trình phản ứng lý thuyết vì mẫu quặng là một tập hợp bao gồm không chỉ các khoáng chính mà còn nhiều thành phần khác cũng có thể phản ứng với các hóa chất

ñó, do vậy nồng ñộ hóa chất thích hợp ñể hòa tan một thành phần nào ñó phải thông qua các thì nghiệm khảo sát cụ thể

- Tỷ lệ rắn lỏng (R/L): xác ñịnh tỷ lệ R/L thích hợp ngoài việc ñảm bảo cho phản ứng xảy ra hoàn toàn còn ảnh hưởng tới năng xuất của quá trình hòa tách hay hiệu quả của quá trình sản xuất

- Thời gian phản ứng: tương tự như tỉ lệ R/L cũng có ảnh hưởng lớn ñến năng suất và hiệu quả của quá trình hòa tách

- Nhiệt ñộ: trong quá trình phản ứng nhiệt ñộ có vai trò quan trọng ñối với quá trình hòa tách, nó giúp ñẩy nhanh tốc ñộ và làm cho các phản ứng xảy ra hoàn toàn theo phương trình lý thuyết

- Tốc ñộ khuấy: vận tốc quay của cánh khuấy có ảnh hưởng tới sự khuyếch tán của hóa chất trong dung dịch, giúp cho hóa chất và các hạt khoáng tiếp xúc tốt hơn,

ngoài ra nó còn làm tăng ñộng lực học của hỗn hợp dung dịch trong bình phản ứng, một yếu tố làm tăng tốc ñộ phản ứng hóa học

Từ việc nghiên cứu thí nghiệm ñiều kiện sẽ xác lập các giá trị tối ưu của các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hòa tách nâng cao hiệu quả của quy trình công nghệ + Biện pháp giảm thiểu và xử lý môi trường trong quá trình hòa tách

2.4 Thiết bị và ñiều kiện thí nghiệm

Mẫu quặng nghiên cứu ñược tiến hành thí nghiệm tại phòng Nghiên cứu Vật liệu khoáng, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam với sơ

ñồ khối các bước thí nghiệm hòa tách Pb, As và Cd ra khỏi bột sericit như Hình 2.2

- Hệ thống thiết bị thí nghiệm hòa tách bao gồm: Nguồn gia nhiệt, bình bảo

ôn, bình phản ứng, nhiệt kế, máy khuấy lắp ñặt và bố trí theo sơ ñồ thiết bị Hình 2.3

Bột sericit sau khâu tuyển cơ học

Hòa tách

Trung hòa hóa chất

Rửa,lắng sản phẩm

Sản phẩm sericit

Dung dịch hóa chất loãng

A xít hoặc bazơ

Sấy khô

Hình 2.2 Sơ ñồ tuyển tách Pb, As và Cd ra khỏi bột khoáng sericit

Nước thải

+ Nguồn gia nhiệt: là bếp ñiện gia nhiệt 0÷6000C (1) do Nga sản xuất

+ Bình bảo ôn: bình ổn ñịnh nhiệt ñộ chứa thủy tinh lỏng (2)

+ Bình phản ứng: bình cầu thủy tinh 3 cổ dung tích 500ml (3), do ðức sản xuất

+ Nhiệt kế: nhiệt kế có thang nhiệt 0÷2000C (4) do Trung Quốc sản xuất + Máy khuấy tốc ñộ khuấy từ 0 ÷ 1200 vòng/phút (5), do Trung Quốc sản xuất

- Các sản phẩm của quá trình hòa tách ñược rửa, lọc, sấy, cân và gia công phân tích hóa

- H2SO4 là loại a xít tinh khiết có nồng ñộ 95-98 %, ký hiệu sản phẩm CAS [7664-93-9] do Trung Quốc sản xuất

- HNO3 là loại a xít tinh khiết có nồng ñộ 65-68 %, ký hiệu sản phẩm CAS [7697-37-2] do Trung Quốc sản xuất

- NaOH là loại bazơ có ñộ tinh khiết ≥ 96 %, ký hiệu sản phẩm CAS 73-2] do Trung Quốc sản xuất

[1310 Nước sử dụng cho các thí nghiệm và rửa sản phẩm là nước lọc tinh khiết, hàm lượng các kim loại nặng rất nhỏ (<1 ppm)

sau khi hòa tách ñược ñem lọc hóa chất, r

lượng và phân tích hàm lư

ñánh giá và so sánh k

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

ớc thí nghiệm ñược tiến hành theo sơ ñồ Hình 3.1 sau:

Sơ ñồ tuyển tách As, Cd và Pb ra khỏi bột khoáng sericit

ồ thí nghiệm Hình 3.1 và sơ ñồ thiết bị Hình 2.2

ển tách cơ học như ñánh tơi, chà xát và phân cấp

ỉ lệ ñã ñịnh với dung dịch hòa tách trong bình, quá trình hòa tách ành trong ñiều kiện khuấy (5) liên tục cùng với thiết bị gia nhiệt

và kiểm soát nhiệt (4) cho quá trình phản ứng

ợc ñem lọc hóa chất, rửa sản phẩm, sấy khô cân xác ñịnh khối hàm lượng các chỉ tiêu kim loại nặng Chỉ ti

và so sánh kết quả giữa các thí nghiệm là hàm lượng các kim loại nặng

ình 3.1 sau:

ỏi bột khoáng sericit Hình 2.2 thì bột khoáng sau

ấp ñược cấp vào bình

òa tách trong bình, quá trình hòa tách

ới thiết bị gia nhiệt (1) ñể

ản ứng Các sản phẩm

ửa sản phẩm, sấy khô cân xác ñịnh khối

ỉ tiêu ñược sử dụng ñể ợng các kim loại nặng

như As, Cd và Pb còn lại trong sản phẩm bột khoáng sericit Phương pháp phân tích ñược sử dụng ñể xác ñịnh hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng cần hòa tách là phân tích hóa trên các hệ phân tích hấp phụ nguyên tử (ASS) và hệ ño cảm ứng quang phổ plasma (ICP)

Hiệu quả của quá trình tuyển tách ñược xác ñịnh theo hiệu suất hòa tách các kim loại nặng ra khỏi bột khoáng sericit theo phương trình (1.1)

3.2 Nghiên cứu các ñiều kiện và chế ñộ tuyển tách Pb, As và Cd ra khỏi bột khoáng sericit

3.2.1.Thí nghiệm ảnh hưởng của axit ñến hiệu suất hòa tách As, Cd và Pb

Thí nghiệm tiến hành khảo sát ảnh hưởng của axit H2SO4 và HNO3 ñến việc hòa tách As, Cd và Pb ðiều kiện ban ñầu ñược thiết lập và giữu cố ñịnh ñể thực hiện các thí nghiệm là:

- Mẫu thí nghiệm là bột sericit sau tuyển phẩn cấp, có thành phần vật chất như nêu trong Bảng 2.1, mỗi mẫu có khối lượng là 60g

- Tỷ lệ rắn/lỏng: R/L = 20% (60g quặng trong 300ml dung dịch)

- Nồng ñộ axit (hỗn hợp axit H2SO4/HNO3) = 4%

- Thời gian hòa tách: t = 60 phút

- Nhiệt ñộ phản ứng là nhiệt ñộ phòng thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm ñánh giá ảnh hưởng của hỗn hợp axit tới hiệu suất hòa tách

kim loại nặng trong bột khoáng sericit ñược trình bày trong Bảng 3.1 và biểu diễn

trên Hình 3.2, hàm lượng các nguyên tố khác xem thêm [4] trong phần phụ lục

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thành phần của axit tới hiệu suất hòa tách As, Cd và Pb

Hình 3.2 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ lệ H2SO4:HNO3 (ml)

ñến hiệu suất hòa tách As, Cd, Pb

Các ñường ñồ thị trên Hình 3.2 cho thấy, khi dung môi hòa tách hoàn toàn là

H2SO4 thìhiệu suất hòa tách của cả As và Cd ñều thấp Khi tăng tỉ lệ axit HNO3trong hỗn hợp dung môi axit H2SO4 / HNO3 thì khả năng hòa tách các kim loại tăng lên Tuy nhiên tại ñiểm tỉ lệ H2SO4 / HNO3 = 5/5 ñồ thị phản ánh hiệu suất hòa tách của As và Cd bị giảm ñi Trên hướng tăng dần của ñồ thị thì ñây có thể là một trường hợp sai số trong quá trình thí nghiệm hoặc phân tích Trong khi ñó hiệu suất hòa tách Pb chỉ thay ñổi không ñáng kể khi thay ñổi tỉ lệ H2SO4 / HNO3 từ 10/0 ñến 3/7 Tại ñiểm dung môi hỗn hợp axit nói trên bằng 0/10 (tức là chỉ hoàn toàn HNO3) thì tỉ lệ hòa tách của Pb giảm ñi chút ít, có lẽ cũng là một ñiểm sai số thí nghiệm hoặc phân tích vì Pb tan tốt trong HNO3

Kết quả thu ñược từ các thí nghiệm trên cho thấy, khi sử dụng dung môi axit

ñể hòa tách các kim loại nặng (As, Cd và Pb), bột khoáng sericit thu ñược sau quá trình hòa tách ñã hòa tách ñược cơ bản hàm lượng Pb và Cd (≤1 ppm) và từ ñiểm có

tỉ lệ H2SO4 / HNO3 = 7/3 ñến 0 /10, thí nghiệm hòa tách cho kết quả tốt với Cd và

Pb tuy nhiên hàm lượng As (4÷6 ppm) trong bột khoáng sericit vẫn cao hơn tiêu chuẩn cho phép ở Bảng 4 (≤ 3ppm) Do ñó cần phải thực hiện thêm các thí nghiệm

ñể tìm ra dung môi phù hợp cho quá trình hòa tách ñược cả As

3.2.2.Thí nghiệm ảnh hưởng của bazơ ñến hiệu suất hòa tách As, Cd và Pb

Thí nghiệm tiến hành khảo sát ảnh hưởng của bazơ ñến việc hòa tách As, Cd

và Pb Thiết bị và trình tự thí nghiệm tương tự như trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của axit tới quá trình hòa tách kim loại nặng, bao gồm các ñiều kiện giữ ổn ñịnh là:

- Mẫu thí nghiệm là bột sericit sau tuyển phẩn cấp, khối lượng mỗi mẫu 60g

- Tỷ lệ rắn/lỏng: R/L = 20%

- Thời gian hòa tách: t = 60 phút

- Nhiệt ñộ phản ứng là nhiệt ñộ phòng thí nghiệm

- Tốc ñộ khuấy 400 vòng/ phút

NaOH ñược sử dụng làm dung môi trong quá trình hòa tách, nồng ñộ NaOH trong mỗi thí nghiệm thay ñổi như sau: 10%; 20% và 30%

Sản phẩm bùn sau quá trình hòa tách ñược ñem lọc, rửa NaOH bằng nước tinh khiết ñể trung hòa kiềm sau ñó khử nước, sấy khô, cân xác ñịnh khối lượng và lấy mẫu phân tích hóa ñể xác ñịnh hàm lượng các kim loại nặng (As, Cd, Pb) còn lại trong bột khoáng sericit Trên cơ sở ñó tính hiệu suất hòa tách của chúng

Kết quả thí nghiệm ñánh giá ảnh hưởng của bazơ tới hiệu suất hòa tách kim loại nặng trong bột khoáng sericit ñược trình bày trong Bảng 3.2 và biểu diễn trên Hình 3.3, hàm lượng các nguyên tố khác xem thêm [4] trong phần phụ lục

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nồng ñộ bazơ tới hiệu suất hòa tách As, Cd và Pb

Nhìn trên ñồ thị Hình 3.3 cho thấy, quá trình hòa tách As, Cd và Pb ñạt hiệu quả nhất tại ñiểm có nồng ñộ NaOH 10%, khi tăng nồng ñộ NaOH lên 20% trong dung dịch, ngoại trừ As thì hiệu suất hòa tách của Cd và Pb tăng lên theo xu hướng tăng của nồng ñộ NaOH Nhưng khi tăng nồng ñộ NaOH lên 30% thì hiệu suất hòa tách của cả As và Pb ñều giảm xuống so với ở nồng ñộ NaOH 10% Theo các phương trình phản ứng (26) và (28) trong ñó khi nồng ñộ NaOH tăng quá cao thì lượng cation Na+ và anion OH- trong dung môi hòa tách cũng tăng làm cho ñộ nhớt