Công nghệ chế tạo sunfat đồng dạng hạt từ tinh quặng sunfua đồng bằng phương pháp Kết tinh được mô tả trong bài viết này. Các nguyên liệu đầu vào được đánh giá về chất lượng và thành phần hóa học để phù hợp với điều kiện chế tạo Sunfat đồng làm thức ăn chăn nuôi.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu chế tạo đồng sunfat dạng hạt đạt tiêu chuẩn thức ăn chăn nuôi bột oxit đồng điều chế từ quặng sunfua đồng Research on the production of copper sulphate in granular form meeting the standard of animal feed by using copper oxide prepared from sulfur ore Ngô Huy Khoa1,*, Phạm Đức Thắng1, Nguyễn Trung Kiên1, Nguyễn Huy Kiên2 Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội * Email: khoanh@ims.vast.ac.vn Điện thoại: 0984.797.760 Tóm tắt Từ khóa: Cấu trúc tế vi; Kết tinh; Sunfat đồng; EDS Công nghệ chế tạo sunfat đồng dạng hạt từ tinh quặng sunfua đồng phương pháp Kết tinh mô tả báo Các nguyên liệu đầu vào đánh giá chất lượng thành phần hóa học để phù hợp với điều kiện chế tạo Sunfat đồng làm thức ăn chăn nuôi Thành phần hóa học Cấu trúc tế vi sản phẩm sunfat sau chế tạo phân tích phương pháp EDS thiết bị JEOLJSM-6490, phương pháp SMEWW phương pháp phân tích hóa ướt Tính chất sản phẩm sau chế tạo nghiên cứu đánh giá Sản phẩm Sunfat đồng làm có thành phần đảm bảo làm thức ăn chăn nuôi Các tiêu sản phẩm sunfat đáp ứng đủ yêu cầu cạnh tranh với sản phẩm giới Abstract Keywords: Concentrates; EDS; Microstructure; Sunfat copper Ngày nhận bài: 12/06/2018 Ngày nhận sửa: 05/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 The technology of making sulfate co-formations from crystalline copper sulfide using concentrates method is described in this paper Input materials are evaluated for quality and chemical composition to conform to the conditions of producing copper Sulphate for animal feed The chemical composition and Microstructure of postmanufactured sulphate are analyzed by EDS method using JEOLJSM-6490 and wet chemical analysis The properties of the postmanufacturing product are also evaluated Copper sulphate products have appropriate ingredients to be used as are made animal feed The criteria of sulfate products meet the requirements of competing with other products in the world HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 GIỚI THIỆU Hiện nay, Nước ta có trữ lượng quặng sunfua đồng dồi dào, phân bố vùng Lào Cai, Hịa Bình, Sơn La, Lai Châu, Điện Biên, Thanh Hóa, Thái Nguyên… Hiện nay, nước có dây truyền luyện đồng từ quặng sunfua nhà máy Tằng Loỏng theo phương pháp nấu luyện sten Đây phương pháp phổ biến giới, nhiên, có nhược điểm hiệu suất thấp (60-70%) xỉ thải chứa hàm lượng đồng cao chất thải công nghiệp nguy hại Hiểu tính cần thiết việc sử dụng cơng nghệ thay cho công nghệ hỏa luyện trước đây, cán phịng Cơng nghệ kim loại nghiên cứu cơng nghệ theo hướng thủy luyện xem xét khả ứng dụng với quặng Chancopyrit Việt Nam nhằm tạo sản phẩm sunfat đồng chất lượng cao dùng làm thức ăn chăn nuôi hướng đến thay sản phẩm nhập ngoại NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Nguyên liệu thiết bị + Đối tượng nghiên cứu oxit đồng điều chế từ quặng sunfua đồng mỏ đồng Sao Tua, Mộc Châu, Sơn La Đối tượng nghiên cứu báo có hàm lượng bảng Bảng Thành phần hóa học bột oxit đồng Chỉ tiêu Đơn vị Kết FeOOH.nH2O mg/Kg 1,20 CuO % 99,52 CuClOH mg/Kg 8,90 + Thiết bị: Hệ thống hịa tách gia nhiệt dung tích 120 lít Bình kết tinh sunfat đồng dung tích 200 lít Bình chiết thu hồi đồng, tất chế tạo Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [1] 2.2 Phương pháp nghiên cứu Dựa vào độ tan đồng sunfat phụ thuộc vào nhiệt độ Dưới bảng độ tan đồng sunfat theo nhiệt độ [2] Bảng Độ tan CuSO4.5H2O nước tC Độ tan CuSO4.5H2O (g/l) 30 37,8 40 44,6 50 55 60 61,8 70 72 80 83,8 90 97,8 100 114 Sử dụng phương pháp hòa tách bột oxit đồng điều chế từ quặng sunfua đồng thành dịch sunfat đồng nồng độ cao gia nhiệt tạo dịch bão hòa (Cu > 90g/lit) kết tinh sunfat đồng từ dịch bão hòa: (1) CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O (2) CuSO4 + 5H2O CuSO4.5H2O - Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng độ PH dung dịch, tốc độ khuấy dung dịch tới trình kết tinh sunfat đồng - Thực nghiệm chế tạo sunfat đồng bột oxit đồng điều chế từ quặng sunfua đồng thực thiết bị hòa tách gia nhiệt thiết bị khuấy kết tinh Viện Khoa học vật HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 liệu; tính chất sản phẩm sunfat đồng phân tích đánh giá phương pháp như: nhiễu xạ tia X, ảnh hiển vi điện tử quét phương pháp phân tích hóa học [1,2] - Dựa vào bảng thành phần hóa học sunfat đồng làm thức ăn chăn nuôi, để kiểm tra sản phẩm sunfat đồng chế tạo có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật để làm thức ăn chăn nuôi hay không Bảng Tiêu chuẩn sunfat đồng làm thức ăn chăn nuôi Nguyên tố Cu Pb Fe Zn Cd As Đơn vị tính % % % ppm ppm ppm Thành phần ≥25 ≤0,1 ≤0,5 ≤20 ≤10 ≤10 pH Không tan nước % 3-4 ≤0,2 2.3 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo sunfat đồng phương pháp đun bão hòa oxit đồng - Nghiên cứu chế tạo sunfat đồng phương pháp chiết dịch hòa tan oxit đồng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo sunfat đồng phương pháp đun bão hòa oxit đồng 3.1.1 Ảnh hưởng độ pH đến khả kết tinh sunfat đồng phương pháp đun bão hòa - PH dung dịch khống chế thay đổi từ đến 3,5; dung dịch ban đầu giữ bão hịa 950C, sau để nguội nhiệt độ phòng 12h Kết đo lượng sunfat kết tinh theo bảng hình vẽ [3,4,5]: Bảng Ảnh hưởng độ pH dung dịch bão hòa đến lượng sunfat kết tinh (g), tính cho lit dung dịch 58 1,2 63 1,5 66 58 2,5 58 3,2 51 3,5 56 Khối lượng kết tinh (g) pH Sunfat kết tinh (gam) pH Hình Lượng sunfat đồng kết tinh phụ thuộc vào pH dung dịch ban đầu - Từ đồ thị hình thấy lượng sunfat đồng kết tinh phụ thuộc nhiều vào độ pH hay nói cách khác phụ thuộc nhiều vào độ dư axit dung dịch Theo kết thực nghiệm độ pH nên khống chế 1,5 thu khối lượng sunfat đồng lớn HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 3.1.2 Khối lượng kết tinh sunfat đồng phụ thuộc vào tốc độ làm nguội dung dịch bão hòa - Tốc độ nguội ảnh hưởng đến sản lượng Khảo sát tốc độ giảm nhiệt t = 2, ,5 ,6 ,7 ,10 1h Hình Lượng sunfat đồng kết tinh phụ thuộc vào tốc độ làm nguội - Đồ thị hình cho thấy tốc độ nguội dung dịch nên giữ 0C/h thu lượng sunfat kết tinh nhiều Như kết luận điều kiện tối ưu để thu lượng sunfat đồng lớn là: nhiệt độ gia nhiệt 1000C, độ pH 1,5; tốc độ nguội 0C/h [3,4,5,6] - Sau nghiên cứu thông số tối ưu cho trình kết tinh sunfat phương pháp đun bão hịa oxit là: độ PH kết tinh 1,5 tốc độ làm nguội 0C/h Tập thể tác giả tiến hành kết tinh sunfat đồng điều kiện tối ưu thu sản phẩm sunfat đồng có thành phần bảng Bảng Kết phân tích sunfat đồng điều chế phương pháp đun bão hòa oxit đồng Nguyên tố Đơn vị tính Thành phần Cu % 25,21 Pb ppm Fe % 0,035 Zn ppm 18 As ppm 2,7 Cd ppm - Từ kết sản phẩm sunfat đồng bảng điều chế phương pháp đun bão hòa oxit đồng so sánh với bảng thành phần sunfat đồng làm thức ăn chăn nuôi bảng Có thể thấy sản phẩm sunfat đồng làm phương pháp đun báo hòa oxit đồng cho kết tốt, sunfat đồng chế tạo đủ tiêu chuẩn dùng làm thức ăn chăn nuôi 3.2 Chế tạo sunfat đồng phương pháp chiết dịch hòa tan oxit đồng 3.2.1 Ảnh hưởng độ pH đến hiệu suất thu hồi đồng phương pháp chiết - Nồng độ axít (hay pH) ảnh hưởng lớn đến khả chiết nguyên tố hóa học Sự tạo chelat tác nhân với kim loại cần chiết làm phụ thuộc lớn vào nồng độ axit [H+] Nồng độ axit cao tạo phức kim loại với tác nhân chiết thấp việc nghiên cứu lựa chọn nồng độ axit thích hợp làm tăng hệ số phân bố trình chiết đồng cần thiết Thí nghiệm tiến hành sau nồng độ đồng sulfat ban đầu 20 g/l với nồng độ tác nhân chiết LIX860-I (40%) pha loãng với 60% dầu hỏa, chiết thời gian phút, phân pha 10 phút Nồng độ đồng pha nước pha hữu đem phân tích tính tốn Kết ghi lại bảng [3,4,5,6] HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Bảng Ảnh hưởng PH tới phân bố chiết đồng TT Co (Nồng độ ban đầu g/l) 20 20 20 20 20 20 20 pH 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Tác nhân chiết 40% 40% 40% 40% 40% 40% 40% Thời gian chiết (phút) 5 5 5 Hệ số phân bố D 7,96 8,01 8,13 9,10 8,60 8,63 6,55 - Kết bảng cho thấy hệ số phân bố phụ thuộc lớn vào nồng độ axit (pH) Ở pH thấp khả chiết tăng pH lên hệ số phân bố tăng, pH = 3-5 hệ số phân bố cao Khi pH tăng lên tiếp hệ số phân bố lại giảm khả phân pha Hệ phố phân bố định đến khả chiết đồng khỏi hợp chất hữu giàu đồng định đến hiệu suất thu hồi đồng Với pH = cho hệ số phân bố D = 9,1 lớn đồng nghĩa với việc cho hiệu suất thu hồi đồng lớn 3.2.2 Ảnh hưởng chất chiết đến hiệu suất thu hồi đồng phương pháp chiết - Để đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ tác nhân chất chiết dung môi đến hệ số phân bố Cu(II) hiệu suất thu hồi đồng tác nhân chiết LIX860-I, thực sau: Dung môi chiết pha theo tỉ lệ 20%, 30%, 40%, 60%, 100% tác nhân chiết LIX860I pha lỗng dầu hỏa Dung dịch Cu(II) có nồng độ ban đầu Co = 20g/l Cho dung dịch Cu(II) dung môi chiết vào phễu chiết với tỉ lệ thể tích 1÷1, thời gian chiết phút, phân pha 10 phút Dung dịch sau chiết đem phân tích nồng độ Cu, kết ghi bảng Hệ số phân bố (D) đại lượng đánh giá hệ tác nhân chiết Hệ số phân bố nguyên tố A phụ thuộc vào nồng độ theo hệ thức [6]: D = Chc/Cnc Chc: Nồng độ ion Cu(II) pha hữu (M) Cnc: Nồng độ ion Cu(II) pha nước (M) Bảng Ảnh hưởng nồng độ tác nhân chiết dung môi đến hệ số phân bố Cu(II) TT Nồng độ tác nhân chiết dung môi 20% 30% 40% 60% 80% 100% Nồng độ Cu(II) ban đầu Co (g/l) 20 20 20 20 20 20 Nồng độ Cu pha nước Cnc (g/l) 2,44 1,05 1,01 0,72 0,68 0,66 Nồng độ Cu pha hữu Chc (g/l) 2,56 3,95 3,99 4,28 0,43 4,34 Hệ số phân bố D 1,049 3,76 3,95 5,941 6,352 6,576 - Kết thí nghiệm bảng 7, cho thấy nồng độ tác nhân chiết cao hệ số phân bố cao tức khả chiết kim loại đồng lớn Tuy nhiên tuyến tính nồng độ tác nhân chiết với hệ số phân bố tăng tới giới hạn xác định Hơn nồng độ tác nhân chiết tăng làm cho trình phân pha chậm, khơng thuận lợi cho q trình rửa giải chiết sau lựa chọn nồng độ tác nhân chiết 40% đủ để chiết tách làm Cu(II) Với nồng độ tác nhân chiết 40% LIX860-I pha với 60% dầu hỏa cho hệ số phân bố D hợp lý thuận lợi cho trình chiết rửa giải chiết để đạt hiệu suất thu hồi đồng lớn HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 - Sau nghiên cứu thơng số tối ưu cho q trình kết tinh sunfat phương pháp chiết dịch hòa tan oxit đồng lá: độ PH chiết Với nồng độ tác nhân chiết 40% LIX860-I pha với 60% dầu hỏa Tập thể tác giả tiến hành kết tinh sunfat đồng điều kiện tối ưu thu sản phẩm sunfat đồng có thành phần bảng [5,6] Bảng Kết phân tích sunfat đồng điều chế phương pháp chiết dịch hịa tan oxit đồng Ngun tố Đơn vị tính Thành phần Cu % 25,18 Pb % 0,035 Fe % 0,027 Zn ppm 12 As ppm 3,2 Cd ppm 3,7 - Từ kết sản phẩm sunfat đồng bảng điều chế phương pháp chiết dịch hòa tan oxit đồng, so sánh với bảng thành phần sunfat đồng làm thức ăn chăn ni bảng Có thể thấy sản phẩm sunfat đồng làm phương pháp chiết dịch hòa tan oxit đồng cho kết tốt, sunfat đồng chế tạo đủ tiêu chuẩn dùng làm thức ăn chăn nuôi KẾT LUẬN Việc nghiên cứu chọn lựa nguyên liệu phù hợp cho trình kết tinh sunfat đồng làm thức ăn chăn nuôi mô tả báo Chế độ kết tinh nư thông số kết tinh sunfat đồng tối ưu lựa chọn đánh giá Kết phân tích thành phần hóa học sản phẩm sunfat đồng sau kết tinh cho kết tốt, sunfat đồng điều chế có đủ tiêu chuẩn làm thức ăn chăn nuôi Các phương pháp kết tinh sunfat trình bày báo đóng vai trị quan trọng việc hồn thiện cơng nghệ thủy luyện quặng sunfua đồng Việt nam tiến đến áp dụng cho quy mơ tồn giới LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ kinh phí từ đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam “Nghiên cứu hồn thiện công nghệ luyện đồng áp dụng cho nguồn quặng sunfua đồng Việt Nam” (mã số: VAST.03-06/16-17) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Đức Thắng cộng sự, Xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo Niken điện phân từ nguồn quặng Niken việt nam, Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học công nghệ cấp Viện Khoa học công nghệ Việt Nam (2010) [2] Phương Ngọc, Quang Minh, Điều chế sử dụng hóa chất tinh khiết Nhà xuất Giao Thơng Vận Tải TP Hồ Chí Minh (2005) [3] Bùi Văn Mưu, Nguyễn Văn Hiền, Nguyễn Kế Bính, Trương Ngọc Thận, Lý thuyết trình luyện kim, Nhà xuất Giáo dục (1997) [4] Phạm Đức Thắng, Ngô Huy Khoa, Nguyễn Trung Kiên, Tô Duy Phương, Nguyễn Thị Kim Chi, Nguyễn Phúc Hải, Phương hướng luyện đồng từ nguồn quặng sunfua đồng Việt nam, Tuyển tập cơng trình Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học Vật liệu tồn quốc (2011) [5] Lê Cơng Dưỡng, Vật liệu học, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật (2002) [6] Nguyễn Đức Vận, Hóa học vơ tập 2, Nhà xuất KHKT, (2000) ... dung nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo sunfat đồng phương pháp đun bão hòa oxit đồng - Nghiên cứu chế tạo sunfat đồng phương pháp chiết dịch hòa tan oxit đồng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Chế tạo sunfat. .. kết tốt, sunfat đồng chế tạo đủ tiêu chuẩn dùng làm thức ăn chăn nuôi KẾT LUẬN Việc nghiên cứu chọn lựa nguyên liệu phù hợp cho trình kết tinh sunfat đồng làm thức ăn chăn nuôi mô tả báo Chế độ... phương pháp đun báo hòa oxit đồng cho kết tốt, sunfat đồng chế tạo đủ tiêu chuẩn dùng làm thức ăn chăn nuôi 3.2 Chế tạo sunfat đồng phương pháp chiết dịch hòa tan oxit đồng 3.2.1 Ảnh hưởng độ