- Quá trình hòa tách axit:
3. Hoà tách sắt và titan bằng hóa chất
3.2.1. Cơ sở lý luận
Từ thí nghiệm hoà tan sắt và titan bằng axit sulfuric ở trên, rõ ràng chỉ sử dụng axit sulfuric để hoà tan là không khả thị Để sắt và titan hòa tan thì điều kiện rất khắc nghiệt, thậm chí tinh quặng còn bị hòa tan. Do đó ta chỉ lựa chọn giải pháp hòa tách sắt nâng cao độ trắng tinh quặng. Sau đây là cơ sở lý luận áp dụng các chất khử để hoà tan sắt:
Thông th−ờng loại oxit sắt tồn tại trong các khoáng sét nói chung là oxit sắt 3. Loại oxit sắt này không hoà tan trong n−ớc, ngay cả trong điều kiện nhiệt độ bình th−ờng cũng khó hoà tan trong axit loãng. Vì thế không thể dùng axit loãng để khử sắt. Thế nh−ng muối sắt 2 lại dễ hoà tan trong n−ớc, và nếu dựa theo tiêu chuẩn điện cực, điện thế E0
Fe+++/Fe++ là +0,771 V thì về mặt lý luận chỉ cần sử dụng một loại hoá chất có điện thế tiêu chuẩn nhỏ hơn +0,771 V là có thể
49
chuyển từ sắt 3 sang sắt 2 để hoà tan. Sau đó tiến hành lọc rửa để loại sắt. Những chất hoá học thoả mãn điều kiện này có rất nhiều ví dụ nh− axit oxalic, sodium dithionite, axit sulfuric, thiosulfatẹ Điện cực và điện thế của những chất hoá học này đ−ợc trình bày ở bảng 4. Từ bảng 4 có thể thấy trong môi kiềm khả năng hoàn nguyên của là mạnh nhất. Còn trong môI tr−ờng axit khả năng hoàn nguyên của các hoá chất hoá học trên lần l−ợt nh− sau:
Sodium Dithionite > Axit Oxalic > Axit Sulfuric>Thiosulfate Điện cực điện thế tiêu chuẩn của một số chất hoá học (298K)
Điện cực S2O4 2- /SO32- H2C2O4/CO2 HS2O4- /H2SO3 H2SO3/SO4 2- S2O32-/ H2SO3 Điện thế (V) -1,12 -0,49 -0,23 +0,17 +0,40
Do thế điện cực của Oxi là E0=1,23 V cao hơn so với E0Fe+++/Fe++, Fe++ rất dễ bị oxy hoá thành Fe+++ trong không khí, mà độ hoà tan của Fe(OH)3 lại rất thấp (Kap = 4.10-8). Qua tính toán, nếu hàm l−ợng Fe2O3 là 0,8%, tỷ lệ khử sắt là 50%, nồng độ pha rắn/lỏng là 1/3, độ pH >2 thì Fe(OH)3 sẽ kết tủạ Điều này khiến việc tẩy trắng mất đi tác dụng của nó. Do đó không nên tiến hành tẩy trắng trong môi tr−ờng kiềm.
Dù phản ứng tẩy trắng có thể đ−ợc tiến hành trong môi tr−ờng axit nh−ng trong quá trình lọc rửa, nồng độ của Fe++ và Fe+++ sẽ giảm dần. Khi tốc độ giảm nồng độ axit này nhanh hơn tốc độ giảm nồng độ các ion phân tử của các Fe++ và Fe+++, Fe(OH)3 sẽ kết tủạ Và d−ới tác dụng của không khí, sản phẩm sẽ bị ngả sang màu vàng. Do đó, có thể thấy các ion phân tử sắt tồn tại d−ới dạng Fe2O3 còn đọng lại trong sản phẩm là nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện t−ợng sản phẩm bị ngả sang màu vàng.
Từ những phân tích trên có thể thấy có hai ph−ơng pháp để làm cho sản phẩm không bị ngả vàng, một là nâng cao mức độ hoà tan trong dung dịch của các ion phân tử sắt, hai là đảm bảo tính ổn định của các ion phân tử sắt. Về mặt
50
lý luận, nếu thêm chất ổn định các phân tử sắt vào dung dịch thì có thể thoả mãn đ−ợc yêu cầu trên.
Có rất nhiều loại chất hoá học có thể làm tăng độ ổn định các ion phân tử sắt, trong đó th−ờng sử dụng các chất nh− axit oxalic, EDTA, axit axetic, natri sulfate 3. Do đó các hoá chất có thể làm tăng độ ổn định khi kết hợp với các ion phân tử kim loại th−ờng tạo thành các nhóm chức đồng thời tăng khả năng hoà tan trong n−ớc của các nhóm chức. Mà nhóm chức này (oxalic) khi kết hợp với các ion phân tử sắt sẽ tạo nên kết cấu ổn định. Nhóm chức khác khi kết hợp với các ion phân tử sắt sẽ tăng c−ờng tính hoà tan trong n−ớc làm cho khả năng hoà tan trong dung dịch của các ion phân tử sắt tăng mạnh. Ví dụ nh− axit oxalic, nó vừa chứa cacbonyl có thể thấm n−ớc lại vừa chứa cacbonyl hữu cơ. Khi tác dụng với Fe+++ sẽ tạo thành nên cấu trúc phân tử sắt hai axit ngậm n−ớc sau:
Các ion phân tử sắt này có kết cấu ổn định, hơn nữa lại có khả năng hoà tan trong n−ớc. Vì vậy, trong quá trình tẩy trắng đất sét bằng công nghệ hoá học, nếu cho thêm các loại hỗn hợp làm tăng tính ổn định có chứa axit oxalic sẽ khiến các ion phân tử sắt trở thành thể hoà tan trong n−ớc. Sau khi lọc rửa, tách n−ớc, sản phẩm thu đ−ợc sẽ có độ trắng ổn định.