Quy trình nấu luyện hợp kim đồng thau trong lò nồi và lò phản xạ

Tài liệu tham khảo Quy trình nấu luyện hợp kim đồng thau trong lò nồi và lò phản xạ

Trang 1

MỞ ĐẦU

Hiện nay, nền công nghiệp nước ta đang có những bước phát triển rất khả quan, trong đó có một phần đáng được quan tâm là công nghiệp đúc và luyện kim Tuy nhiên, đi kèm với tốc độ phát triển như trên, vấn đề môi trường cũng đang là mối quan tâm của các nhà đầu tư

Trong thời gian tìm kiếm ý tưởng cho đề tài luận văn, em được biết có một công ty xử lý chất thải được giao nhiệm vụ xử lý các chất thải trong quá trình nấu luyện hợp kim đồng thau, công ty này nhận thấy trong chất thải này có các nguyên tố có giá trị kinh tế còn có thể thu hồi và tái sử dụng, vì vậy công ty

xử lý chất thải này đã đặt hàng nghiên cứu và xác định quy trình công nghệ nhằm thu hồi có hiệu quả các nguyên tố có hàm lượng cao trong chất thải như đồng, kẽm… mà chủ yếu là kẽm

Nhận thấy vấn đề này cũng còn khá mới mẻ tại nước ta, đồng thời trong quá trình học tại trường, em cũng có một ít thắc mắc về các vấn đề thu hồi, tái sinh kim loại và xử lý chất thải sinh ra trong quá trình hoạt động của các nhà máy luyện kim Do vậy em đã thực hiện đề tài luận văn này nhằm bổ sung thêm kiến thức đồng thời tìm hiểu thêm về các vấn đề sinh ra trong quá trình nghiên cứu, thực hiện một quy trình thực nghiệm

Trang 2

http://www.ebook.edu.vn 2 SVTH: TÔ HUỲNH THIÊN TỨ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Ta thấy rằng muốn xác định được phương pháp xử lý bùn thải phù hợp theo yêu cầu thì việc đầu tiên là cần phải nghiên cứu về nguồn sinh ra chất thải này, cũng như các nguyên tố, các hợp chất tồn tại trong bùn thải Từ đó tìm ra cách

xử lý phù hợp và có hiệu quả nhất trong điều kiện kinh tế và kỹ thuật cho phép Sau đây ta sẽ nghiên cứu về quy trình nấu luyện hợp kim đồng thau trong

lò nồi và lò phản xạ (là nguồn sinh ra chất thải trên), hiện trạng xử lý chất thải dạng này ở nước ta, cũng như đặt vấn đề, xem xét việc xử lý bùn thải này như thế nào

1.1 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NẤU LUYỆN HỢP KIM ĐỒNG THAU TRONG LÒ NỒI VÀ LÒ PHẢN XẠ

Đồng là kim loại màu có tầm quan trọng lớn trong nền kinh tế quốc dân Một nửa số đồng sản xuất ra hàng năm được dùng cho công nghiệp điện Phần còn lại dùng cho chế tạo hợp kim đồng làm các chi tiết chịu mài mòn và chịu ăn mòn trong các máy móc của các ngành công nghiệp; kỹ nghệ quốc phòng không thể thiếu đồng làm vỏ đạn và chi tiết chịu mài mòn trong các máy đo chính xác Trong nông nghiệp thì đồng dùng để chế tạo thuốc trừ sâu

Trong sản xuất, thường sử dụng một trong năm loại lò sau để nấu luyện hợp kim đồng : lò nồi, lò phản xạ, lò hồ quang, lò cảm ứng, lò chân không Tuy nhiên, ta chỉ xét đến hai loại lò đầu tiên, đó là lò nồi và lò phản xạ

Lò nồi thường sử dụng một trong bốn loại năng lượng sau: đốt bằng than, dầu, khí hoặc năng lượng điện Lò nồi được thiết kế theo hai kiểu: kiểu cố định hoặc kiểu quay Kiểu cố định tuy kết cấu đơn giản song phải múc kim loại ra lò

Trang 3

nên rất nóng; kiểu lò quay thao tác nhẹ nhàng, song kết cấu lại phức tạp hơn Lò nồi là phương tiện nấu luyện hợp kim màu khá tốt vì kim loại không tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu và khí cháy Nồi lò sâu, miệng nhỏ, mặt thoáng kim loại nhỏ, kim loại hòa tan khí ít Lò nồi quay thường được sử dụng để nấu lượng hợp kim nhỏ phục vụ sửa chữa, thí nghiệm, nấu hợp kim trung gian Thông thường, dùng loại nồi graphit để nấu đồng và hợp kim trung gian có nhiệt độ chảy cao

Lò phản xạ có hai loại chính: lò phản xạ ngọn lửa và lò phản xạ điện trở Loại lò này thường được sử dụng để đúc những chi tiết lớn, đúc phôi cho ngành cán, nấu hợp kim đồng… Đặc điểm của lò phản xạ là truyền nhiệt cho kim loại bằng sự bức xạ nhiệt từ ngọn lửa hoặc phản xạ nhiệt từ vòm lò xuống kim loại lỏng Nhờ sự truyền nhiệt trực tiếp vào kim loại nên hiệu suất nhiệt của lò này cao hơn so với lò nồi, năng suất nấu chảy cao, song kim loại bị cháy hao và hòa tan khí nhiều hơn so với nấu bằng lò nồi

Lò phản xạ nung bằng điện có những ưu điểm sau: tỷ lệ cháy hao ít hơn

so với dùng dầu và khí, hiệu suất sử dụng nhiệt cao, hợp kim hút khí ít, lao động nhẹ nhàng, dễ khống chế nhiệt độ Tuy nhiên, nhược điểm là không thể nấu được các loại hợp kim cần có lớp xỉ bảo vệ, tiêu thụ điện lớn, năng suất thấp hơn

so với lò phản xạ nung bằng dầu hoặc khí

Hợp kim đồng có rất nhiều loại khác nhau Song có thể quy về ba nhóm lớn đó là đồng thanh, đồng thau và hợp kim đồng có công dụng đặc biệt

- Đồng thanh là hợp kim của đồng với các nguyên tố kim loại màu khác (trừ kẽm) Đồng thanh lại có hai nhóm nhỏ khác là đồng thanh thiếc và đồng thanh không thiếc

- Đồng thau là hợp kim của đồng với kẽm, nếu có pha thêm một ít nguyên

tố khác gọi là đồng thau đa nguyên

Trang 4

- Hợp kim đồng đặc biệt có những tính chất cơ lý đặc biệt dùng trong các thiết bị đo, thiết bị điện

Ta xét chủ yếu về hợp kim đồng thau Đồng thau đơn có đặc điểm là màu hợp kim thay đổi rõ rệt theo tỷ lệ kẽm: màu đỏ (10 % Zn); đỏ tươi (20 % Zn); vàng xanh (28 – 33 % Zn); vàng hồng (37 – 40 % Zn); vàng kim (vàng giả, 50

% Zn)

Ảnh hưởng của một số nguyên tố có trong hợp kim đồng thau:

- Kẽm: làm cho lõm co trong đồng thau phát triển theo chiều rộng hơn là chiều sâu

- Nhôm: là nguyên tố dùng nhiều trong các mác hợp kim đồng Nhờ có nhôm mà tính chất hợp kim khá đồng đều do không có thiên tích thành phần Trong hợp kim đồng dưới 8 % Al làm tăng độ bền mà không làm giảm độ dẻo

- Chì: có tác dụng xấu đến tính gia công cơ của đồng thau, song có tác dụng tốt đến độ chảy loãng

- Silic: nếu pha trên 2% silic sẽ xuất hiện tổ chức dòn làm giảm tính dẻo của hợp kim Còn nếu pha ít silic (dưới 1%) vào đồng thau sẽ tăng được

cơ tính và tính đúc, hạn chế được sự bốc hơi của kẽm khi nấu và rót Ngoài ra, silic còn có tác dụng tăng tính chịu mài mòn và sự ăn mòn nếu

có thêm chì

- Photpho: với đồng thau, photpho có tác dụng xấu, làm tăng độ cứng, giảm độ dãn dài và độ dai va đập

- Mangan: nếu pha thêm 1 – 5% Mn sẽ cho hợp kim có cơ tính cao, chịu

ăn mòn tốt, chịu nóng và chịu mài mòn

- Sắt: nói chung sắt là tạp chất có hại cho các hợp kim đồng

Trang 5

- Niken: với đồng thau, niken không ảnh hưởng rõ rệt đến cơ tính, song có tác dụng nâng cao rõ rệt tính chịu ăn mòn và xâm thực trong môi trường nước biển và làm chậm quá trình khử kẽm

- Crôm: hợp kim đồng – crôm vừa có độ dẫn điện cao, vừa có cơ tính và

độ chịu nóng cao Tuy nhiên cần phải có công nghệ đúc và nhiệt luyện phù hợp

- Ngoài ra còn có Asen, antimon, molipden, bitmut, titan, coban, vonfram, vanadi …

Trong quá trình nấu hợp kim đồng, ta còn phải cho thêm các chất trợ dung vào để khử và tách những tạp chất có hại khỏi hợp kim đồng Nấu đồng thau thường dùng xỉ kiềm là các hóa chất như xút, cacbonat natri, criolit, clorua natri, clorua canxi…

Người ta còn nấu các hợp kim đồng (chủ yếu là đồng thanh và đồng thau)

từ các phế liệu đồng phân loại trong lò phản xạ Để nấu được, người ta phải chừa lại một lượng kim loại lỏng (do mẻ nấu trước chừa lại, nếu không có thì phải nấu riêng lượng kim loại này) và khoảng 25 – 35% khối lượng liệu của mẻ nấu Trước khi nạp liệu, lò được nung nóng đến 1350 – 14500C, sau đó nạp liệu nhẹ vào trước, phối liệu cỡ lớn và đồng thanh thô cho vào lò sau cùng

Thành phần trợ dung che phủ gồm Natri cacbonat Na2CO3 (60%) và huỳnh thạch (40%) Trợ dung tinh luyện có thể có các thành phần sau: 96% vảy đồng, 4% cát ; 30% natri nitrat, 45% vảy đồng, 25% cát hoặc 60% natri cacbonat, 33% canxi florua, 7% borac không ngậm nước

Hợp kim được khuấy trộn trong lò nhờ máy chất liệu Xỉ tạo thành được tháo qua cửa nạp liệu vào bể lắng chứa xỉ, ở đó một phần hợp kim cuốn theo xỉ được lắng xuống đáy bể Khi kết thúc tinh luyện, người ta đưa các thành phần

Trang 6

hợp kim vào lò và khuấy trộn kỹ để được hợp kim đồng nhất Nhiệt độ trước khi rót vào khoảng 1080 – 11500C, khi nấu chảy liệu trong lò, người ta giữ môi trường trung tính hay gần trung tính

Trong xỉ nấu đồng thanh, hàm lượng hợp kim vào khoảng 7 – 12%, hàm lượng các thành phần khác như sau: 22 – 28% SiO2 ; 12 – 17% Al2O3; 5 – 9% Ca; 8 – 14% Na2O; 0.4 – 8% Fe Xỉ này thường dùng để nấu đồng thô thứ sinh

và đồng thanh

Xỉ nấu đồng thau từ phế liệu chứa 15 – 30% Cu; 30 – 50% Zn; 0.5 – 1% Pb; 2 – 13% SiO2; 1.5 – 6% Na2O; 0.5 – 3.5% Fe (chủ yếu ở dạng hợp kim và oxit) Lượng xỉ phụ thuộc vào đặc tính và thành phần liệu, thay đổi từ 3 – 5% khối lượng liệu

Sau quá trình nấu luyện, ta tiếp tục tinh luyện các hợp kim đồng nhằm mục đích giảm hàm lượng khí hòa tan (hyđro, oxy), khử các tạp chất phi kim và tạp chất kim loại (sắt, lưu huỳnh, nhôm, silic, mangan )

Phần lớn các tạp chất kim loại có hại trong hợp kim đồng có thể được khử bằng cách thổi không khí, hơi nước hay vảy đồng vào kim loại lỏng Để hoàn nguyên đồng oxit hòa tan trong hợp kim đồng, người ta dùng các chất khử oxy: silic, liti, bo, canxi (lưu ý rằng việc khử oxy trong đồng thau bằng photpho là không hợp lý, vì kẽm trong hợp kim đồng – kẽm có ái lực cao đối với oxy)

Trong quá trình nấu luyện, đa số các nhà máy đều chế tạo bộ phận xử lý bụi nhẳm đảm bảo các yêu cầu về môi trường, các bộ phận này đơn giản được lắp phía trên miệng lò, hút bụi trong quá trình nấu luyện (các hạt bụi này có kích thước rất bé và nhẹ, sẽ theo dòng khí nóng bay lên trên) sau đó cho vào bao và

đổ bỏ (hoặc tái sinh); ngoài ra, còn có thể dẫn dòng khí này đi qua một bể nước, khi đó ta sẽ thu được chất thải của quá trình nấu luyện dưới dạng bùn nhão

Trang 7

Như ta đã thấy ở trên, thành phần bùn (hoặc bột) thải có những nguyên tố rất có hại (asen, chì ) đồng thời cũng có chứa các nguyên tố có giá trị kinh tế cao (đồng, nhôm ) với hàm lượng đáng kể Vì vậy, thay vì thải bỏ hẳn, ta có thể nghiên cứu quy trình tái sinh, thu hồi các nguyên tố này để phục vụ cho nền kinh

9 SiO2 do bụi tường lò sinh ra, theo dòng khí bay lên phía đỉnh lò

9 ZnO do kẽm bay hơi lên, gặp oxy trong không khí bị oxy hóa

9 Nhiệt độ hóa hơi của nhôm cũng khá thấp, vì vậy cũng như kẽm, Al hóa hơi sớm và tác dụng với oxy trong không khí tạo thành nhôm oxit

9 Tương tự, natri tồn tại trong bùn dưới dạng Na2O, canxi tồn tại dưới dạng CaO, kali tồn tại dưới dạng K2O

9 Chì cũng có nhiệt độ bay hơi thấp, có thể tồn tại dưới dạng hợp chất với oxy là PbO hoặc chì nguyên chất

9 Sắt trong lò ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra phản ứng biến Fe Æ FeO, một phần bay lên theo dòng khí lò thoát ra

1.2 TÌNH HÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI SINH RA TRONG QUÁ TRÌNH ĐÚC ĐỒNG THAU Ở VIỆT NAM

Trang 8

Hiện nay, ở Việt Nam, việc xử lý các chất thải trong quá trình nấu luyện hợp kim đồng nói chung và đồng thau nói riêng nói riêng được chia làm hai dạng chính

Đối với các cơ sở sản xuất nhỏ, sản lượng thấp thì thường là thải thẳng ra môi trường Điều này có tác hại rất xấu đến môi trường vì trong thành phần chất thải có các chất ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe con người

Đối với các sơ sở sản xuất lớn, sản lượng cao và có khả năng mở rộng mô hình sản xuất thì sẽ có các biện pháp thu hồi và xử lý tiếp các chất thải này nhằm tận thu các kim loại có giá trị kinh tế cao (đồng, kẽm ) đồng thời giảm tác hại của các chất thải này trước khi thải chúng ra ngoài môi trường

Phổ biến hiện nay, các cơ sở nấu luyện hợp kim ở nước ta có quy mô không lớn lắm, khả năng mở rộng cơ sở còn khó khăn Do vậy, các cơ sở này thường không tự thu hồi, xử lý cũng như tái sử dụng các loại chất thải này, mà thay vào đó, họ thuê một đơn vị chuyên thực hiện việc xử lý các chất thải sau quá trình nấu luyện hợp kim của cơ sở mình Điều này gây lãng phí về mặt tài nguyên và kinh tế, vì như ta đã biết, trong các chất thải này vẫn còn rất nhiều nguyên tố có giá trị có thể thu hồi và tái chế

1.3 VẤN ĐỀ XỬ LÝ TIẾP BÙN THẢI

Trong phạm vi đề tài này, ta sẽ xem xét cách xử lý chất thải dạng bùn của một nhà máy nấu luyện hợp kim Cu-Zn Cụ thể là nghiên cứu đề xuất quy trình

xử lý thu hồi kẽm trong chất thải này

Các nguyên tố có hàm lượng đáng kể cần lưu ý trong mẫu bùn thải như sau:

Zn ≈ 53.1 %

Trang 9

( Chi tiết về thành phần mẫu bùn này xem ở bảng phụ lục 1 )

Từ phụ lục 2: kết quả đo phổ của mẫu bùn, ta có thể xác định được chắc chắn kẽm tồn tại trong bùn dưới dạng oxit ZnO, Silic tồn tại dưới dạng SiO2 …

Ta thấy rằng hàm lượng kẽm trong mẫu bùn này khá cao (53.1%), đồng thời kẽm tồn tại trong mẫu dưới dạng oxit ZnO, vì vậy nếu ta xử lý mẫu bùn này bằng phương pháp thủy luyện sẽ khá thuận lợi và có hiệu quả tốt

Hàm lượng đồng trong mẫu cũng khá cao (5%) Nếu ta tiến hành xử lý bằng phương pháp thủy luyện thì sẽ có một giai đoạn tạo kết tủa đồng riêng rẽ Việc tách bã đồng này và xử lý riêng cũng mang lại lợi ích kinh tế đáng kể

Đánh giá độ hạt của nguyên liệu: ta sử dụng bộ rây tiêu chuẩn với 10 cỡ rây; kích thước các mắt rây như sau (mm): 0.71; 0.5; 0.355; 0.25; 0.18; 0.125; 0.09; 0.063; 0.045 và 0

Kết quả phân tích thành phần độ hạt của nguyên liệu

Cỡ hạt (µm) 710 500 355 250 180 125 90 63 45 < 45

Trang 10

Do độ hạt nhỏ như vậy nên trong quá trình hòa tách sẽ dễ dàng, nhưng trong giai đoạn lọc sẽ khá khó khăn khi các hạt mịn này dễ dàng bít các lỗ lọc

Có hai cách để thu hồi kẽm đó là thủy luyện hoặc hỏa luyện Ta sẽ xem xét hai quá trình này sau đó chọn lựa quá trình phù hợp với tình hình thực tế

a Quá trình hỏa luyện: bao gồm ba quá trình quan trọng sau: hoàn

nguyên làm cho kẽm bốc hơi và tách ra khỏi các chất tạp; ngưng tụ hơi kẽm thành kẽm lỏng; tinh luyện kẽm thô

Trang 11

Hình 1.1: Sơ đồ hỏa luyện kẽm

Từ sơ đồ trên ta có một số nhận xét trong quá trình hỏa luyện như sau:

9 Nhiệt độ trong quá trình hoàn nguyên kẽm có thể làm cho các tạp chất khác trong hỗn hợp cùng bay hơi, có thể kể đến như asen, chì, cadimi…

9 Đồng nằm trong bùn dưới dạng đồng oxit rất dễ hoàn nguyên thành đồng kim loại, tuy nhiên đồng lại rất khó hóa hơi nên nằm lại trong

bã, xỉ hoặc hòa tan vào chì, không thể tách riêng đồng ra được

9 Cadimi dễ bốc hơi hơn cả kẽm, trong quá trình hỏa luyện, cadimi sẽ

bị hoàn nguyên và bốc hơi cùng kẽm Tuy nhiên nhiệt độ ngưng tụ của cadimi thấp nên phần lớn cadimi không ngưng tụ vào kẽm lỏng

mà ngưng tụ vào trong bột xanh Đây là nguồn nguyên liệu cadimi tốt

9 Oxit của asen và antimon cũng dễ bị bốc hơi và ngưng tụ chung với kẽm, vì vậy làm giảm chất lượng kẽm Một phần nhỏ còn lại thì ngưng tụ vào bột xanh

9 Nhôm oxit có thể kết hợp với kẽm oxit tạo thành aluminat ZnO.Al2O3 dạng spinel rất khó chảy, có hại cho việc thu hồi kẽm vì

nó vào bã hoặc xỉ

Ưu điểm:

• Có nhiều loại lò để lựa chọn như lò ống ngang, lò ống đứng, lò quạt gió… với các thông số và nguyên liệu khác nhau Tùy vào tình hình thực tế có thể đưa ra lựa chọn tối ưu Ví dụ nếu trong bùn thải

có chứa nhiều chì thì nên dùng lò quạt gió vì lò này dễ dàng xử lý tốt chì

Trang 12

• Tương tự, đồng cũng có thể được xử lý tốt nếu dùng lò quạt gió vì stên đồng trong quá trình hoàn nguyên có thể được thu hồi và xử lý riêng rẽ

• Nếu trong bùn chứa nhiều cadimi thì nên dùng quá trình hỏa luyện

vì sẽ cho ra nguyên liệu luyện cadimi tốt

• Đối với lò quạt gió, CaO và SiO2 trong bùn có tác dụng đặc biệt tốt

vì tạo thành pha xỉ dễ chảy

Nhược điểm:

• Quá trình hoàn nguyên kẽm oxit là quá trình thuận nghịch, hơi kẽm

dễ bị khí CO2 oxy hóa ngược lại thành kẽm oxit

• SiO2 kết hợp với CaO tạo thành xỉ dễ chảy, không tốt cho lò ống ngang và ống đứng

• Sự có mặt của sắt làm tăng hàm lượng kẽm oxit trong xỉ, gây mất mát kẽm

• Chì sau khi hoàn nguyên, một phần bay hơi rồi ngưng tụ cùng kẽm làm giảm chất lượng kẽm; phần còn lại ở dạng kim loại đi vào bã hoặc xỉ Vì chì là chất rất có hại, do vậy đòi hỏi an toàn trong quá trình sản xuất cao, cần đầu tư thêm thiết bị xử lý nên tốn kém

• Đồng khó hoặc không thể tách riêng sau quá trình hỏa luyện

• Nhôm oxit có trong bùn cũng làm tăng sự mất mát kẽm vào bã hoặc

xỉ

b Quá trình thủy luyện: bao gồm các quá trình chính sau: hòa tách, khử

chất tạp, điện phân Một số nhận xét trong quá trình thủy luyện như sau:

9 Sắt phần lớn tồn tại ở dạng Fe2O3 , do vậy không tan trong dung môi acid sunfuric loãng

9 Alumin ở dạng hợp chất hay tự do chỉ tan một lượng rất nhỏ vào dung dịch

Trang 13

9 Đồng: khoảng một nửa số đồng có trong bùn sẽ tan vào dung dịch hòa tách, còn lại đi vào bã

9 Chì tồn tại dưới dạng oxit tự do hay silicat Các hợp chất này đều

dễ tan trong acid sunfuric và tạo thành sunfat chì kết tủa, đi vào bã

9 Silic oxit trong bùn tồn tại dưới dạng tự do nên rất khó tan trong dung dịch hòa tách Tuy nhiên chúng là những hạt lơ lửng rất khó

tụ kết và lắng, gây khó khăn cho quá trình lắng, lọc

- Tóm lại, trong quá trình hòa tách bùn chứa kẽm oxit, ngoài kẽm ra thì sắt, đồng, cadimi, niken, asen, antimon… và nhiều chất tạp khác cũng ít nhiều

có tan vào dung dịch Sau giai đoạn hòa tách, ta cần thực hiện tốt giai đoạn khử tạp để tạo điều kiện cho giai đoạn điện phân có được kết quả tốt

Ưu điểm:

• Thích hợp để xử lý các oxit của kẽm, đồng, sắt…

• Chì không bị bay hơi mà nằm lại trong bã, giúp ta xử lý triệt để được chì, giảm nguy cơ có hại trong quá trình thực hiện

• Tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn 1000C

• Bã sau khi hòa tách còn chứa nhiều kim loại có ích, dễ dàng được

xử lý tiếp tục để thu hồi

Trang 14

Trước quá trình xi măng hóa, dung dịch có màu xanh trong, đó là do trong dung dịch có chứa đồng sunfat Ta cho đồng kết tủa bằng cách cho bột kẽm vào Hàm lượng đồng trong dung dịch càng ít khi màu xanh của dung dịch càng nhạt dần

Tách kẽm trong dung dịch bằng phương pháp điện phân với cực âm là nhôm, cực dương là chì

Sơ đồ công nghệ dự kiến:

Trang 15

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ thủy luyện kẽm dự kiến.

Dung dịch Bã đồng

Trang 16

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O (2.1)

Đem lọc tách dung dịch và bã Dung dịch kẽm sunfat sạch đem đi điện phân Trong bể điện phân có cực âm bằng nhôm, cực dương bằng chì, cho dòng điện một chiều có điện thế và mật độ dòng điện nhất định tác dụng, kẽm sẽ tiết

ra ở cực âm, oxy thoát ra ở cực dương

ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 + ½ O2 (2.2)

Thủy luyện kẽm là phương pháp tiên tiến, có nhiều ưu điểm nổi bật so với phương pháp hỏa luyện: hiệu suất thu hồi kim loại cao, chất lượng kẽm tốt không cần qua tinh luyện, điều kiện làm việc không ô nhiễm môi trường, có thể sản xuất với quy mô nhỏ hay lớn, không tốn gạch chịu lửa và nhiên liệu đắt tiền,

có khả năng cơ giới hóa và tự động hóa…

Trong phạm vi đề tài này, chúng ta sẽ chỉ quan tâm đến quá trình thủy luyện

Trang 17

Hình 2.1: Dây chuyền thủy luyện kẽm thường thấy

2.1 CƠ SỞ HÓA LÝ CỦA QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH BÙN CHỨA KẼM OXIT

a/ Nhiệt động học của quá trình hòa tách bùn chứa kẽm oxit:

Hòa tách bùn chứa kẽm oxit là quá trình phản ứng dị thể giữa pha rắn và pha lỏng Vấn đề quan trọng đặt ra là phải biết rõ khả năng xảy ra các phản ứng

Bùn chứa kẽm oxit

Hòa tách

Khử tạp Xử lý tiếp

Xử lý tiếp Điện phân

Trang 18

hòa tan chính và tốc độ của quá trình, biết rõ hai vấn đề này nhằm đề ra biện pháp kỹ thuật thích hợp để đưa các nguyên tố có ích vào dung dịch, giữ các nguyên tố có hại ở lại trong bã, đồng thời có biện pháp cường hóa quá trình nhằm đạt tốc độ hòa tan cao nhất

Từ các tính toán về nhiệt động học thấy rằng, khi hòa tách bằng dung môi acid sunfuric loãng ở nhiệt độ thấp hơn 10000C và áp suất thường, các oxit của kẽm, đồng, cadimi, niken, coban, sắt đều hòa tan tốt (có ∆G0T < 0), các kim loại quý và các sunfua của kẽm, đồng, niken, coban, chì… và một số hợp chất khác thì không tan (có ∆G0T > 0)

b/ Động học của quá trình hòa tách:

Các phản ứng dị thể giữa pha rắn và pha lỏng gồm các giai đoạn chính sau:

9 Khuếch tán các phân tử dung môi lên bề mặt pha rắn

9 Tương tác giữa phân tử dung môi với pha rắn

9 Khuếch tán các phân tử dung môi qua lớp rắn của sản phẩm phản ứng

9 Khuếch tán chất tan qua lớp rắn của sản phẩm phản ứng

9 Khuếch tán sản phẩm phản ứng vào dung dịch

Trong quá trình hòa tách bùn chứa kẽm oxit, tốc độ chung của quá trình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Tốc độ của phần lớn các phản ứng hóa học đều tăng lên khi tăng nhiệt độ của quá trình

Trang 19

Tốc độ khuếch tán tăng khi giảm độ nhớt của dung dịch Độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng Vậy khi tăng nhiệt độ, tốc độ khuếch tán sẽ tăng

Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến tốc độ hòa tan:

Trong điều kiện hòa tan phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán thì nó sẽ phụ thuộc vào tốc độ vận động tương đối của dung dịch so với hạt rắn Với tốc độ chuyển động của dung dịch nhỏ thì khi tăng tốc độ khuấy sẽ làm tăng sự chảy vòng của dung dịch và tốc độ hòa tan tăng lên

Ảnh hưởng của nồng độ dung môi:

Độ hòa tan của kẽm vào dung dịch acid sunfuric sạch, mới lớn hơn trong dung dịch acid tái sinh Nồng độ acid càng lớn, tốc độ hòa tan càng cao Nồng

độ kẽm trong dung dịch càng bé, kẽm tan càng nhanh Nồng độ kẽm càng nhỏ hơn nồng độ bão hòa, tốc độ kẽm tan càng nhanh Tuy nồng độ dung môi càng cao, hòa tan càng triệt để, song vì còn nhiều nguyên nhân khác nên trong luyện kẽm vẫn dùng dung môi có nồng độ loãng để hòa tách bùn chứa kẽm oxit

Ảnh hưởng của độ hạt quặng:

Độ hạt quặng càng bé, tỷ số diện tích bề mặt trên đơn vị trọng lượng càng lớn, tốc độ hòa tan càng cao

Ảnh hưởng của thành phần và dạng tồn tại của kẽm:

Trong quặng hàm lượng quặng dễ tan cao (oxit kẽm tự do, sunfat dễ tan), tốc độ hòa tan càng lớn và ngược lại

Các nhân tố ảnh hưởng khác:

Độ nhớt của dung dịch có ảnh hưởng lớn tới tốc độ hòa tan, độ nhớt lớn sẽ làm giảm hệ số khuếch tán Tỷ lệ rắn/lỏng càng lớn độ nhớt càng lớn, tốc độ hòa tan càng thấp Trong luyện kẽm thường dùng tỷ lệ này từ 1/25 đến 1/14

Trang 20

Tính thấm ướt cũng ảnh hưởng tới tốc độ hòa tan

c/ Phản ứng của các chất trong quá trình hòa tách:

Sắt:

Sắt phần lớn tồn tại ở dạng Fe2O3 tự do hay kết hợp, một số ít ở dạng hóa trị II Sắt (II) oxit hay sunfat, sắt (III) sunfat hòa tan tốt trong dung môi acid sunfuric loãng, còn sắt (III) oxit không tan Trong quá trình hòa tách có 3 – 10% sắt tan vào dung dịch, phải cho chất oxy hóa và khống chế độ pH để kết tủa sắt ở dạng hydroxit tách khỏi dung dịch

Nhôm:

Nhôm ở dạng tự do hay hợp chất chỉ tan một lượng rất nhỏ vào dung dịch theo phản ứng:

Al2O3 + 3 H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3 H2O (2.3)

Trang 21

Chì ở dạng sunfua, sunfat không tan trong dung dịch acid sunfuric

Các kim loại kiềm K, Na, Mg:

Chúng tồn tại ở dạng clorua, sunfat đều dễ tan trong dung dịch hòa tách Canxi, bari ở dạng sunfat, oxit, cacbonat đều dễ tan vào dung dich acid sunfuric Chúng làm tốn acid nên cần hạn chế các kim loại kiềm trong quặng

Silic oxit:

Silic oxit tồn tại dưới dạng tự do hay hợp chất (MeO.SiO2) SiO2 tự do rất khó tan, nhưng ở dạng hợp chất dễ bị phân hủy tạo thành SiO2 dạng keo làm cho dung dịch khó lắng và lọc Để kết tụ và gia tốc quá trình lắng người ta phải cho thêm các chất kết tụ bằng nhựa hữu cơ vào dung dich

Tóm lại, khi hòa tách bùn chứa kẽm oxit đã thiêu bằng dung dịch acid sunfuric loãng, ngoài kẽm ra, sắt, đồng, cadimi, coban, niken, asen, antimon và nhiều chất tạp khác ít nhiều có tan vào dung dịch Chúng có ảnh hưởng xấu tới quá trình điện phân Cho nên ngay trong quá trình hòa tách, cần tìm cách hạn chế chúng vào dung dịch Dung dịch sau hòa tách phải tiến hành khử chất tạp tốt mới điện phân có kết quả

2.2 LỌC DUNG DỊCH ĐÃ HÒA TÁCH

Trang 22

Ngoài ra, tốc độ lọc còn tỉ lệ thuận với áp suất lọc, với bình phương diện tích mặt lọc và tỉ lệ nghịch với độ nhớt, trở suất, thể tích bã trong huyền phù và tổng thể tích huyền phù Để giảm độ nhớt và trở suất thường phải nâng cao nhiệt

độ huyền phù trước khi lọc

b/ Máy lọc:

Ta có các loại máy lọc sau:

9 Máy lọc chân không kiểu thùng

9 Máy lọc chân không kiểu tấm

9 Máy lọc chân không kiểu tấm quay

9 Máy lọc chân không đĩa quay

9 Máy lọc ép kiểu ống

9 Máy lọc ép tự động

9 Máy lọc khung bản

2.3 KHỬ TẠP CHẤT

1 Ý nghĩa và mục đích khử tạp chất trong dung dịch hòa tách:

a/ Những tạp chất có thế điện cực tiêu chuẩn cao hơn của kẽm:

Trang 23

Nhóm các chất tạp antimon, asen, gecmani, đồng, coban, niken: điện thế phân giải sunfat của chúng bé hơn acid sunfuric, quá thế đối với hydro rất bé nên khi điện phân chúng cùng tiết ra với kẽm ở cực âm tạo nên những vùng quá thế hydro làm cho hydro tiết ra Các chất tạp này cùng với kẽm tạo thành pin tế

vi làm cho kẽm đã kết tủa ở cực âm tan lại vào dung dịch, do đó làm giảm hiệu suất dòng điện

Nhóm sắt: sắt làm tiêu hao điện năng, giảm hiệu suất dòng điện vì khi điện phân, sắt (II) bị oxi hóa thành sắt (III) ở cực dương và sắt (III) lại bị khử thành sắt (II) ở cực âm

Chì và cadimi: Điện thế phân giải sunfat của hai chất này bé hơn của kẽm sunfat, nên chì và cadimi sẽ tiết ra ở cực âm làm bẩn kẽm

b/ Những tạp chất có thế điện cực tiêu chuẩn thấp hơn của kẽm:

Các tạp chất này gồm kali, natri, magie, canxi, nhôm Muối sunfat của chúng có điện thế phân giải lớn hơn của kẽm sunfat nên chúng không tiết ra ở cực âm, chúng không có ảnh hưởng xấu đến chất lượng kẽm

Để khử các tạp chất trong dung dịch hòa tách, người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau Sau đây ta sẽ tìm hiểu sơ qua các phương pháp đó

2 Khử tạp chất bằng thủy phân:

Khử tạp chất bằng thủy phân là phương pháp biến các ion chất tạp thành các hydroxit khó tan và tách khỏi dung dịch theo phản ứng:

Men+ + nOH - = Me(OH)n

Trang 24

Muốn khử được tạp chất trong điều kiện kẽm hydroxit không bị kết tủa, phải khống chế độ pH nhỏ hơn 5.9

Khử sắt: muốn khử tốt phải biến sắt (II) thành sắt (III), có thể dùng MnO2Ngoài MnO2 ra có thể dùng các chất oxy hóa khác như kali pemanganat, oxy trong không khí, dùng hợp chất của đồng…

Silic oxit: SiO2 vào dung dịch dưới dạng keo, keo này rất có hại đối với quá trình lắng, lọc và quá trình xi măng hóa

Trong quá trình hòa tách trung tính, silic oxit kết tụ thành hạt to và lắng xuống cùng cặn sắt hydroxit Các muối silicat kết tụ tốt khi dung dịch có pH từ 5.2 – 5.4 , nếu đun nóng 60 – 700C, quá trình kết tụ sẽ xảy ra nhanh và tốt hơn

3 Khử tạp chất bằng phương pháp xi măng hóa:

a/ Nguyên lý của quá trình:

Đây là quá trình thay thế kim loại trong dung dịch bằng một kim loại khác, dựa trên phản ứng hóa điện giữa ion kim loại cần khử với kim loại mới đưa từ ngoài vào

xMe1y+ + yMe20 = xMe10 + yMe2x+ (2.4) Phản ứng trên xảy ra khi thế điện cực của kim loại dùng để xi măng hóa

âm hơn so với kim loại được xi măng hóa

Trong quá trình khử tạp chất trong dung dịch kẽm sunfat bằng xi măng hóa, để tránh đưa tạp chất bên ngoài vào thường phải dùng chính kẽm làm chất

xi măng hóa

b/ Khử đồng, cadimi:

Trang 25

Khi cho bột kẽm vào dung dịch trung tính có các ion đồng và cadimi, sẽ xảy ra các phản ứng xi măng hóa sau:

c/ Thiết bị xi măng hóa:

Khử tạp chất bằng xi măng hóa thường được thực hiện trong các thiết bị chính sau: bể khuấy bằng máy, thiết bị kiểu lớp sôi, thiết bị có tạo xung, máy phản ứng phân chia ly tâm và cột lọc

âm Vì vậy phải chú ý khử clo, nhất là khi xử lý các loại liệu có chứa nhiều clo

Trang 26

như bột kẽm oxit, bụi kẽm, bã đúc thỏi v.v… Hàm lượng clo trong dung dịch cần khống chế thấp hơn 500 mg/l, nếu cao hơn phải tiến hành khử bớt

Có nhiều phương pháp khử clo Có thể khử clo trước khi hòa tách bằng cách rửa quặng bằng nước nóng, phương pháp này chỉ có thể khử được khoảng 50% lượng clo trong liệu

Có thể dùng bạc sunfat khử clo trong dung dịch Trong môi trường acid, bạc clorua kết tủa thành tinh thể khá lớn cho nên hiệu quả khử rất cao Thường trong quặng có chứa bạc, khi thiêu nó biến thành sunfat, khi hòa tách bạc sunfat tác dụng với clorua tạo thành bạc clorua vào bã Trong trường hợp liệu nhiều bạc thì không cần xử lý riêng biệt và không cần cho thêm bạc sunfat

Thực tế người ta ít dùng phương pháp này trong công nghiệp vì rất tốn kém

Hiện nay trong công nghiệp chủ yếu dùng phương pháp khử clo bằng bã đồng thu được sau khi khử đồng Các ưu điểm khi dùng phương pháp này: giảm chi phí bột kẽm và đồng sunfat, sử dụng hợp lý bã đồng và bã đồng cadimi vì sau khi khử clo, hàm lượng đồng sẽ tăng lên

5 Khử tạp chất kim loại kiềm:

Các chất tạp kim loại kiềm như kali, natri, magie tuy không ảnh hưởng tới chất lượng kẽm điện phân và ảnh hưởng không lớn lắm tới các chỉ tiêu điện phân, nhưng cao quá cũng có tác hại nhất định Với nồng độ cao, chúng sẽ làm tăng độ nhớt, tăng tỷ trọng của dung dịch, cặn bùn khó lắng đồng thời làm tăng điện thế giáng của dung dịch điện phân Do đó đến một nồng độ nhất định, phải tiến hành khử các chất tạp này bằng cách rút một lượng dung dịch ra thay bằng

Trang 27

dung dịch mới không chứa các chất tạp trên Dunh dịch rút ra đó đem chế tạo kẽm sunfat và tái sinh acid sunfuric

2.4 ĐIỆN PHÂN

1 Cơ sở hóa lý của quá trình điện phân kẽm

Điện phân là quá trình tách kẽm từ dung dịch bằng phản ứng điện hóa Trong bể chứa dung dịch acid sunfuric và kẽm sunfat sạch, do quá trình điện ly nên tồn tại các ion chính sau:

Trang 28

Để điện phân được kẽm một cách thuận lợi phải tìm mọi cách làm tăng quá thế hydro, nhằm làm chậm quá trình phóng điện của nó ở cực âm

Ảnh hưởng của vật liệu làm điện cực, mật độ dòng điện và nhiệt độ đến quá thế của hydro

Mật độ dòng điện càng lớn, quá thế của hydro càng lớn

Cấu tạo của bề mặt cực âm có ảnh hưởng tới quá thế của hydro Mặt cực bằng phẳng, diện tích bé, mật độ dòng điện lớn nên quá thế lớn Nhiệt độ dung dịch càng cao, quá thế của hydro càng bé

Ảnh hưởng của chất keo

Keo có tác dụng làm tăng quá thế của hydro vì nó hấp phụ ion dương Khi dùng keo quá giới hạn sẽ làm giảm quá thế của hydro Lượng keo sử dụng khoảng 10 mg/l dung dịch

Ảnh hưởng của hoạt độ ion hydro và nồng độ ion kẽm Zn 2+

Nồng độ ion kẽm càng lớn, quá thế hydro càng bé

Trang 29

sự phóng điện của chì và sự phóng điện của gốc hydroxin

Chì phóng điện tạo oxit chì PbO2 phủ kín bề mặt cực dương và làm cho kim loại chì không tan vào dung dịch nữa Với sự có mặt của ion mangan, clo, flo sẽ làm tăng khả năng hòa tan cực dương

Sự phóng điện của OH- sẽ tiết ra oxy Điện thế phóng điện oxy ở cực dương là 2,42 V, nhưng với mật độ dòng điện 500 A/m2 điện thế của cực dương chỉ bằng 2,1 V nên oxy không phóng điện được

c/ Hiệu suất dòng điện

- Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất dòng điện:

Ảnh hưởng của nồng độ kẽm trong dung dịch

Hàm lượng kẽm trong dung dịch càng cao, nồng độ acid càng thấp thì hiệu suất dòng điện sẽ cao Trong sản xuất phải bảo đảm nồng độ kẽm lớn hơn

50 g/l, hiệu suất dòng sẽ cao hơn 88 %

Ảnh hưởng của nồng độ acid và mật độ dòng điện

Trang 30

Nồng độ acid càng thấp, mật độ dòng điện càng cao thì hiệu suất dòng điện lớn vì tạo quá thế hydro lớn

Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch điện phân

Nhiệt độ dung dịch càng cao, hiệu suất dòng điện càng thấp vì nhiệt độ cao sẽ làm quá thế hydro giảm Vì vậy để nâng cao hiệu suất dòng điện, phải làm nguội dung dịch điện phân

Ảnh hưởng của tạp chất

Các tạp chất như sắt, mangan, đồng… sẽ làm tiêu hao điện năng hoặc làm giảm quá thế của hydro nên làm giảm hiệu suất dòng điện

Ảnh hưởng của trạng thái kẽm tiết ra ở cực âm

Nếu kẽm tiết ra không bằng phẳng hay có dạng nhánh cây sẽ làm tăng diện tích thực tế của cực âm, do đó làm giảm mật độ dòng điện, từ đó làm giảm quá thế hydro và giảm hiệu suất dòng điện Để cải thiện bề mặt cực âm, cần cho thêm keo

Ảnh hưởng của thời gian điện phân

Thời gian điện phân càng ngắn, hiệu suất dòng điện cạng cao Thường điện phân 24 giờ phải thay cực mới

d/ Sự kết tinh của kẽm cực âm và tác dụng của keo

Bình thường kẽm tiết ra ở cực âm có màu xám bạc, kết tinh hạt nhỏ, mịn, chắc và bằng phẳng Mật độ dòng điện lớn, quá thế của hydro cao, tốc độ tan lại của kẽm nhỏ, không xảy ra đoản mạch thì kẽm kết tinh tốt, mặt cực rất mịn, đẹp

và phẳng

Trang 31

Khi kết tinh không tốt sẽ có dạng nhánh cây, sẽ làm tăng diện tích thực tế của cực điện dẫn đến làm giảm mật độ dòng điện, dễ tạo nên đoản mạch làm hạ các chỉ tiêu khác

Có khi kẽm kết tinh thành dạng bọt bể, xốp lỏng lẻo và có màu đen Hiện tượng này là do kẽm hydroxit hấp phụ trên cực âm gây nên hiện tượng kết tủa rất phân tán của kẽm Zn(OH)2 tạo thành khi nồng độ ion H+ ở lớp dung dịch sát cực âm quá thấp làm cho kẽm sunfat bị thủy phân và bám vào cực âm Khi độ

pH gần bằng 6, hiện tượng này xảy ra và xuất hiện kẽm bọt bể Các biện pháp khắc phục hiện tượng này:

9 Khống chế nồng độ acid của dung dịch đủ và đồng nhất, tránh hiện tượng acid loãng cục bộ ở gần cực âm

9 Dùng mật độ dòng điện lớn ngăn sự phóng điện của hydro

9 Bảo đảm nồng độ kẽm ở cực âm lớn

9 Tuần hoàn dung dịch lớn

9 Dùng dung dịch điện phân sạch không chứa tạp chất kim loại có thế điện cực cao hơn của kẽm và những hạt tạp chất lơ lửng trong dung dịch

Kẽm kết tinh ở cực âm có thể bị tan lại, tốc độ tan kẽm tăng theo nhiệt độ, nồng độ acid và lượng tạp chất

Tác dụng của keo

Tốc độ tan lại của kẽm giảm rõ rệt khi cho thêm keo vào dung dịch Chất keo thường dùng gồm: gelatin, keo arabic, acid silicic, keo dán, chất béo, crêzol, octanol …

Trong quá trình điện phân, keo hấp phụ lên bề mặt tinh thể nhô lên ở cực

âm làm cho các tinh thể này không phát triển được và thúc đẩy tạo thành các mầm tinh thể mới

Trang 32

2 Thiết bị điện phân:

Thanh treo và cực dương nên hàn nối thật tốt Cực dương dày 6 - 8mm có nhiều lỗ vuông Lỗ có tác dụng tuần hoàn dung dịch trong bể điện phân, và giảm khối lượng cực

Trang 33

Hai mép cực âm lắp hai dải cao su để tránh đoản mạch và dễ bóc kẽm bám ở cực âm Trước khi lắp vào bể, phải tẩy sạch dầu mỡ bằng nước nóng hay acid, đồng thời chải cho mặt cực ráp để kẽm dễ bám

d/ Thiết bị làm nguội dung dịch

Trong quá trình điện phân, do nhiệt Jun làm cho dung dịch nóng dần lên Dung dịch càng nóng, tốc độ khuếch tán càng lớn, do đó điện thế bể sẽ giảm và điện năng cũng tốn ít Nhưng nhiệt độ cao, quá thế của hydro ở cực âm giảm đi, hiệu suất dòng điện giảm, kẽm ở cực âm bị tan nhanh Vì vậy phải khống chế nhiệt độ trong bể 30 – 400C

2.5 NẤU CHẢY KẼM CỰC ÂM VÀ ĐÚC THỎI

Trang 34

Hình 2.2: Quy trình tổng thể

Hòa tách trung tính

Dung dịch Bã rắn

Hòa tách Làm sạch dung dịch

Bã thải Dung dịch

5 g/l H2SO4 Điện phân thu kẽm

Dung dịch

100 g/l H2SO4 Kẽm tấm sạch

Nấu đúc

Kẽm thỏi

Bùn chứa kẽm oxit

Trang 35

- Clo tồn tại trong dung dịch sẽ có tác hại rất xấu đến quá trình điện phân

và chất lượng kẽm bám trên cực âm Vì vậy, trước quá trình hòa tách, ta rửa bùn bằng nước nóng Phương pháp này có thể khử được khoảng 50% clo trong dung dịch Lượng clo còn lại được khử bằng bã đồng thu được sau khi khử đồng Các

ưu điểm khi dùng phương pháp này: giảm chi phí bột kẽm và đồng sunfat, sử

Trang 36

dụng hợp lý bã đồng và bã đồng cadimi vì sau khi khử clo, hàm lượng đồng sẽ tăng lên

- Đồng trong bùn tác dụng với acid sunfuric tạo thành CuSO4 trong quá trình hòa tách Đồng là kim loại có giá trị kinh tế cao, vì vậy ta cần tìm cách thu hồi đồng trong bùn và trong dung dịch sau hòa tách càng nhiều càng tốt Sau quá trình hòa tách và lọc tạp chất, ta có thể tách đồng ra bằng cách cho bột kẽm vào dung dịch, kẽm sẽ đẩy đồng ra khỏi đồng sunfat Lượng đồng này được lọc, sấy khô và đóng bánh

- Kẽm tồn tại trong bùn dưới dạng kẽm oxit ZnO Đây là nguyên tố chính

ta cần quan tâm trong phạm vi đề tài luận văn này Vì vậy mục tiêu chính của ta là:

• Trong quá trình hòa tách, hòa tan càng nhiều kẽm vào trong dung dịch càng tốt, đồng thời hạn chế tối đa các chất tạp không mong muốn hòa tan vào dung dịch

• Trong quá trình xi măng hóa, khử đồng thật triệt để nhằm nâng cao chất lượng dung dịch điện phân, đồng thời thu hồi đồng tốt

• Trong quá trình điện phân, các thao tác và các chỉ tiêu kỹ thuật cần được đảm bảo tốt để thu được kẽm cực âm có chất lượng cao

3.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

Phản ứng thủy phân pH thủy phân

Mg 2+ + 2 H2O = Mg(OH)2 + 2 H+ 8.4

Ni 2+ + 2 H2O = Ni(OH)2 + 2 H+ 7.1

Cd 2+ + 2 H2O = Cd(OH)2 + 2 H+ 7.0

Trang 37

Bảng 3.1: Trị số pH thủy phân của một số ion kim loại [3]

Ta thấy kẽm có độ pH thủy phân là 5.9 Nếu muốn khử được chất tạp trong điều kiện kẽm hydroxit không bị kết tủa, phải khống chế độ pH thấp hơn 5.9 Với dung dịch chứa 100 – 130g/l Zn2+ khống chế độ pH từ 5.2 – 5.4 thì có thể khử được các ion kim loại có độ pH thủy phân thấp hơn 5.4, trong đó có

Al3+, Fe3+

a Tính toán lượng acid sunfuric cần thiết trong quá trình hòa tách:

Giả sử trong quá trình hòa tách chỉ có kẽm và đồng tan vào dung dịch, các tạp chất khác không tan, đi vào trong bã của quá trình hòa tách

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình:

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O (3.1) CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O (3.2)

Theo dự tính, kẽm và đồng sẽ được hòa tách khoảng 60% vào dung dịch Giả sử ta hòa tan 1 kg bùn thải