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 quyển

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Hà Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƢU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - NĂM 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Thị Hà Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƢU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN Chuyên ngành : Hóa môi trường Mã số : 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRẦN HỒNG CÔN HÀ NỘI - NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy giáo, cô giáo khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập. Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến PGS. TS. Trần Hồng Côn, đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, anh chị, các bạn đang làm việc tại Bộ môn Hóa môi trường đã giúp đỡ tôi trong việc thu thập, tìm tài liệu, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu, và cho tôi những lời khuyên quý giá để luận văn có thể hoàn thiện hơn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ, anh chị em trong gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh hỗ trợ và động viên về cả vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể toàn tâm, toàn ý cho công việc. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2014 Học viên Vũ Thị Hà Mai MỤC LỤC Lời cảm ơn Danh mục các bảng Danh mục các hình Mở đầu 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN 3 1.1. Sơ lược về trữ lượng quặng đồng tại Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền 3 1.1.1. Trữ lượng và phân bố quặng đồng sunfua tại Việt Nam 3 1.1.2. Trữ lượng quặng đồng sunfua tại mỏ đồng Sinh Quyền 4 1.1.3. Một số loại quặng đồng sunfua 5 1.1.4. Các quy trình khai thác quặng tại Việt Nam 8 1.2. Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng do các bãi thải khai thác chế biến khoáng sản 13 1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm 13 1.2.2. Con đường phát tán kim loại nặng và các chất độc hại vào môi trường 15 1.3. Tình trạng ô nhiễm tại các khu vực khai thác quặng ở Việt Nam 16 1.3.1. Tại các mỏ quặng ở Việt Nam 16 1.3.2. Tại khu vực mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai 18 1.4. Quá trình phong hóa quặng sunfua 19 1.4.1. Phong hóa vật lý 19 1.4.2. Phong hóa hóa học 21 1.4.3. Phong hóa sinh học 24 1.5. Các quá trình sau phong hóa quặng sunfua 24 1.5.1. Quá trình kết tủa 25 1.5.2. Quá trình tạo phức 26 1.5.3. Quá trình thủy phân 26 1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân và tạo kết tủa 27 1.6. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến cơ thể sống và con người 28 1.6.1. Sắt 28 1.6.2. Cadmi 29 1.6.3. Chì 30 1.6.4. Coban 31 1.6.5. Crom 32 1.6.6. Đồng 33 1.6.7. Kẽm 34 1.6.8. Mangan 35 1.6.9. Niken 36 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Đối tượng nghiên cứu 37 2.2. Mục tiêu nghiên cứu 37 2.3. Phương pháp nghiên cứu 37 2.4. Danh mục hoá chất. thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 38 2.5. Thực nghiệm 41 2.5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính có trong quặng 41 2.5.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 42 2.5.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 43 2.5.4. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng có thành phần giống quặng khi thủy phân trong điều kiện tương tự phong hóa 44 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính có trong quặng 45 3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 50 3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 61 3.4. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng có thành phần giống quặng đến sự thủy phân và tồn lưu trong điều kiện tương tự phong hóa 72 KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Bảng tích số tan của một số hidroxit kim loại nặng có trong quặng đồng Bảng 2.1.a Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu Bảng 2.1.b Danh mục hoá chất cần thiết cho nghiên cứu Bảng 2.2. Danh mục thiết bị cần thiết cho nghiên cứu Bảng 2.3. Tỷ lệ các kim loại trong quặng Bảng 3.1. Kết quả nồng độ các ion kim loại còn lại sau khi thủy phân khi pH thay đổi Bảng 3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Pb 2+ Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Co 2+ Bảng 3.4. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Ni 2+ Bảng 3.5. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Cr 3+ Bảng 3.6. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Mn 2 + Bảng 3.7. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Cd 2+ Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Zn 2+ Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Pb 2+ Bảng 3.10. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Co 2+ Bảng 3.11. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Ni 2+ Bảng 3.12. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Mn 2+ Bảng 3.13. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Cr 3+ Bảng 3.14. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Cd 2+ Bảng 3.15. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Zn 2+ Bảng 3.16. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các ion có thành phần, tỷ lệ tương tự quặng đối với sự thủy phân của các ion còn lại DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH. Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Pb 2+ Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Co 2+ Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Ni 2+ Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Cr 3+ Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Mn 2 + Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Cd 2+ Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của Zn 2+ Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Pb 2+ Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Co 2+ Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Ni 2+ Hình 3.12 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Mn 2+ Hình 3.13 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Cr 3+ Hình 3.14 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Cd 2+ Hình 3.15 Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của Zn 2+ Hình 3.16 Ảnh hưởng của pH và tương tác của các ion có thành phần, tỷ lệ tương tự quặng đối với sự thủy phân của các ion còn lại 1 MỞ ĐẦU Hiện nay, với sự phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp, nhu cầu sử dụng kim loại ngày càng tăng. Ngoài việc nhập một lượng kim loại với chi phí cao thì nước ta tận dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản tương đối lớn và đa dạng. Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản đã và đang để lại những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường. Trong tự nhiên có khoảng hơn 70 kim loại nặng, đó là các kim loại có tỉ khối lớn hơn 5 gam/cm 3 . Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác nhau. Trong các kim loại nặng, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thể sống và con người ở một giới hạn cho phép nào đấy, chúng là các nguyên tố vi lượng như: Cu, Zn, Mn, Mo… nhưng khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép đó, chúng sẽ gây độc hại nghiêm trọng cho cơ thể. Tuy nhiên khả năng gây độc của các kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng. Trong hoạt động khai thác khoáng sản, con người đã làm biến đổi trạng thái tồn tại của các kim loại nặng, chuyển chúng thành các dạng ion tự do đi vào môi trường đất, môi trường nước hoặc các hạt bụi có kích thước nhỏ bé trong không khí có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua đường tiêu hóa và hô hấp, dẫn đến sự nhiễm độc. Đa số các kim loại nặng với đặc tính bền vững trong môi trường, có khả năng gây độc ở liều lượng thấp và tích luỹ lâu dài trong chuỗi thức ăn, vì vậy nó cũng được xem là một chất thải nguy hại. Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ lượng gần 100 triệu tấn quặng, là nguồn lợi cho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác. Do năng lực có hạn, trang thiết bị đang còn thô sơ, lạc hậu, các quy trình khai thác phần lớn theo thủ công, chưa đảm bảo các quy định về bảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phần quặng giàu và các kim loại cần khai thác thì bỏ đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng sản đi cùng. Các kim loại nặng có trong quặng, dưới tác 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 to lớn đến môi trường sinh thái tại địa phương, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và động thực vật Vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lƣu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng Sinh Quyền” 2 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc về trữ lƣợng quặng đồng tại Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền 1.1.1 Trữ lƣợng và phân. .. 1.5.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình thủy phân và tạo kết tủa Các ion kim loại nặng phân tán trong nước, tham gia quá trình thủy phân và tạo kết tủa Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thủy phân và tạo kết tủa của chúng gồm có các yếu tố như: nhiệt độ, độ pH, nồng độ ion trong nước và bản chất của từng loại ion Thật vậy, khi nhiệt độ môi trường tăng lên, cũng như khi tăng nồng độ các ion kim loại trong. .. nước, chuyển động của các ion và mật độ các ion tăng lên, số va chạm có hiệu quả tăng lên thì quá trình thủy phân xảy ra nhanh hơn Độ pH có ảnh hưởng rất lớn đến sự thủy phân của các ion kim loại nặng Thông thường, ở pH càng cao, sự thủy phân càng xảy ra mạnh mẽ do môi trường có tính bazơ, xảy ra phản ứng trung hòa với ion H+ của nước, làm quá trình phân ly của nước xảy ra nhanh hơn, đồng thời cũng làm... nào của chuỗi biến đổi đấy, kim loại nặng đều có thể xâm nhập vào cơ thể sống và tích tụ trong nó Việc giảm thiểu các dòng kim loại nặng là điều mà các nhà khoa học quan tâm Tuy nhiên quá trình di chuyển của các kim loại có thể khống chế được nếu xác định được quy luật của các quá trình oxi hóa, hòa tan và vận chuyển Điều kiện hóa lý và thành phần ion của dung dịch quyết định dạng tồn tại của kim loại. .. quặng vào sỉ bằng cách kết hợp quặng với silicat và đốt nóng chúng ở nhiệt độ cao Đồng thời, các kim loại kết hợp với lưu huỳnh để tạo thành một hỗn hợp không tinh khiết của các loại khoáng sun phua kim loại Loại bỏ lưu huỳnh từ các sun phua kim loại, ôxi hóa sắt còn lại, và loại bỏ nó Sau khi xỉ silicat được bỏ đi, chỉ có các kim loại gần như tinh khiết vẫn còn Rang, nấu chảy và chuyển đổi có thể... thời cũng làm tăng nồng độ ion OH- trong nước làm cho sự kết hợp giữa ion kim loại và ion OH- xảy ra dễ dàng hơn, quá trình thủy phân xảy ra nhanh hơn và hiệu quả hơn Các ion khác nhau thì sự thủy phân cũng khác nhau Mỗi kim loại đều có tích số tan của các hidroxit tương ứng khác nhau Do đó, trong quá trình phân ly của nước tạo ion H+ và OH-, khi nồng độ ion OH- đủ lớn để tích số tan Ks = [Mn+].[OH-]n... hợp chất bền vững với các ion kim loại, mặt khác chúng cũng ảnh hưởng đến pH của đất M2+ + nL → M(L)n2+ 1.5.3 Quá trình thủy phân Quá trình thủy phân là phản ứng hóa học giữa các chất hóa học với các phân tử nước, được mô tả là sự trao đổi giữa ion OH- và H+ của nước với thành phần các chất hóa học Đối với các ion kim loại khi đi ra môi trường nước sau khi phong hóa sẽ bị thủy phân tạo hidroxit không... Các thân quặng của mỏ đồng Sinh Quyền chủ yếu phân bố trong các đá amphibolit và granitogneiss bị migmatit hóa, ngoài ra có một phận nhỏ phân bố trong đá granit và pegmatite.[10] Trong thiên nhiên, quặng đồng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như tinh thể, cục, mẩu, tấm.…Về mặt hóa học, đồng tồn tại phổ biến nhất là ở quặng chứa đồng có gốc sunfua, ngoài ra cũng ở dạng cacbonat hoặc oxit.Những quặng đồng. .. tủa M(OH)n, ảnh hưởng mạnh đến sự thủy phân của mỗi kim loại Ngoài các yếu tố trên, trong quá trình hình thành, các kết tủa có khuynh hướng hấp thu các ion lạ mặt có trong dung dịch Sự hấp phụ xảy ra có thể do cộng kết, sự hấp tàng hoặc sự kết tủa sau Một số trường hợp có tạo thành dung dịch keo mà bản chất là do các phần tử hấp thụ các ion tích điện, tạo nên một lớp điện kép ngăn cản các hạt keo tự... ra hematit, và cặp khoáng vật hình thành một vùng đệm có thể khống chế sự phá hủy của ôxy Các đá mácma thông thường chứa các hạt của 2 dung dịch rắn, một bên là giữa magnetit và ulvospinel còn một bên là giữa ilmenit và hematit Các hạt magnetit nhỏ có mặt trong hầu đết các đá macma và các đá biến chất.Magnetit cũng được tìm thấy trong một số loại đá trầm tích như trong các thành hệ sắt phân dải 1.1.3.4 . sự thủy phân của các kim loại nặng 42 2.5.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 43 2.5.4. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng. Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƢU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN Chuyên ngành : Hóa môi trường Mã số : 60440120. chính có trong quặng 45 3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 50 3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu 2+ đối với sự thủy phân của các kim loại