2.2.1. Ch ế độ thợ nghi m vỏ cõc thừng s c ệ ố ầ n xõc nh đị Húa tõch ng t bỳn th đồ ừ ải qũ trớnh sả n xu ất bả n m ạch đ ệ i n t ử
2.2.1.3. Nghiởn c u t ứ ối ưu hụa qũ trớnh húa tõch
Ca, Mg, Al, Mn, Fe, Ni.
Cõc kim loại nỏy húa tan d i d ng ion trong dung d ch nh ng khừng k t t a ướ ạ ị ư ế ủ trởn cat t; chỷng tợch lố ũy d n trong dung d ch gĩy c n trầ ị ả ở qũ trớnh phụng đ ệi n c a ủ đồng, tăng năng lượng tiởu thụ riởng [5, 81]. Tuy nhiởn hỏm lượng tạp chất nhụm nỏy nhỏ gần như khừng gĩy ảnh h ng n qũ trớnh ưở đế đ ệi n phĩn.
!$ Tạp chất cụ đ ện thế ĩm hơn khừng nhiều so với i đồng như: Mn, Ni. Theo lý thuyết, cõc ion kim lo i nỏy chạ ỉ cụ kh nả ăng phụng đ ệi n lởn catốt ở đ ệi n thế ĩm hơ đ ện i n thế phụng đ ệi n c a hydro. ủ Trong thự c tế, khi mật độ dúng đ ệi n lớn, qũ trớnh cấp ion Cu2+ cho lớp kờp bị hạn ch sẽ xuất hiệ n phĩn c c n ng . ế ự ồ độ Lớp kết tủa đồng cụ dạng bột vỏ sẽ lẫn tạp kim loại nhụm nỏy. Tuy nhiởn, nồng độ tạp chất nhụm nỏy nhỏ (< 1 g/L) ẽ khừng gĩy ả h h ng n qũ trớnh s n ưở đế đ ện phĩni khi tiến hỏnh ở m t dúng khừng qũ lậ độ ớn.
!$ Tạp chất sắt:
Khi cụ Fe2+trong dung dịch sẽ xảy ra phản ứng:
2Fe2+ + 3H2SO4 + 0,5O2 ↔ Fe2(SO4)3 + 3H2O (PT 1.7) Ion Fe3+/ Fe2+ (E0 = 0,77 V) cụ đ ện thế dương hơn Cui 2+/ Cu (E0 = 0,34 V), qũ trớnh đ ệi n phĩn ưu tiởn ph n ả ứng: Fe3+ +1e " Fe 2+, sau đụ Cu mới b t ắ đầu phụng đ ệi n kế t tinh bõm vỏo đ ệi n c c. Tuy nhiởn, sự ự cụ mặ ủt c a ion Fe3+ chỉ lỏm giảm hiệu suất dúng đ ệi n trong qũ trớnh đ ệi n phĩn chứ khừng ảnh h ng n chưở đế ất lượng s n ả phẩm đ ệi n phĩn. Mặc dỳ vậ , trong qũ trớnh đ ện phĩn thu hồi kim loại, ồy i n ng độ Cu2+giảm theo thời gian nởn khi đ ện phĩn trong khoảng thời gian dỏi, tạp sắt sẽ i ảnh hưởng l n n hiớ đế ệu su t qũ trớnh. Ngoỏi ra, qũ trớnh oxy hụa s t trởn an t ấ ắ ố cũng cụ thể xảy ra do vậy cần thiết phải loại bỏ triệt sđể ắt trước khi đ ện phĩn. i
!"#"#"B"$C&973$DE$89 )$+&:)$3&0$& 9$8 )*2 ; ; $
i
Thiết bị đ ện phĩn thu hồi đồng cụ nhiều loại khõc nhau vỏ được tổng hợp trởn bảng 1.5.
B ng 1.5.ả T ng h p m t s ổ ợ ộ ố loại thi t b i n phĩn ph bi n [40, 51, 74, 95, 96, 102 ] ế ị đ ệ ổ ế Loại
thi t b ế ị Nguyởn t c ắ Ư đ ểu i m Nhược đ ểi m
Thiết bị loại thỳng Lỏ loại thiết bị ổ c đ ểi n, g m cõc i n ồ đ ệ cực thẳng đứng đặt
- Thiết kế đơn gi n, chi ả phợ th p. ấ
- Khụ kh ng ch l u ố ế ư
(b n ả ph ng) ẳ trong thỳng đ ệi n phĩn hớnh ch nhữ ật chứa dung d ch i n ị đ ệ phĩn. - D dỏng di chuy n i n ễ ể đ ệ c c. ự - V t li u n gi n. ậ ệ đơ ả trớnh chuy n kh i khụ ể ố đ ềi u ch nh. ỉ - B giị ới hạn v vỳng ề khừng gian, ph m vi ạ hoạt động khừng r ng. ộ Thiết bị lo i bạ ản song song Thiết bị lo i bạ ản song song g m nhi u i n ồ ề đ ệ cực đặt gần nhau, cõc anốt vỏ catốt xếp xen k . ẽ - Thi t b n gi n. ế ị đơ ả - Vật liệ đ ệu i n c c vỏ ự cõch i n ph bi n. đ ệ ổ ế - T ng tă ốc độ ph n ng ả ứ d dỏng b ng cõch: t ng ễ ằ ă kợch thước đ ệi n c c, s ự ử d ng thởm ụ đ ệi n c c, ghờp ự cõc thỳng i n phĩn. đ ệ - S phĩn b i n th ự ố đ ệ ế khừng ng u. đồ đề Thiết bị đ ệi n c c ự đĩa quay Thiết bị nỏy nhằm
lỏm tăng chuy n khể ối
c a cõc ion kim loủ ại t trong dung d ch ừ ị đến b m t i n c c. ề ặ đ ệ ự
- Tốc độ chuy n khể ối
cao.
- L p kim loớ ại kết tủa t ng i ch t sợt. ươ đố ặ - Thiết bị cụ c u trỷc ấ ph c t p. ứ ạ Thiết bị đ ệi n c c ự 3 chi u ề x p ố (Porocell) Thiết bị nỏy cụ i n đ ệ c c 3 chi u x p lỏm ự ề ố t ng giõ tr di n tợch ă ị ệ b m t hoề ặ ạt động đ ệi n c c trởn mự ột đơn v ị thể tợch ph n ng. ả ứ
- Thu h i kim loồ ại từ
dung dịch loọng đến rất loọng. - C u t o phấ ạ ức tạp, chi phợ ban u cao. đầ - Khừng phỳ h p cho ợ đ ệi n phĩn dung d ch cụ ị n ng cao. ồ độ
Bảng 1.5. chỉ nởu một số dạng thiết bị đ ệ i n phĩn đ ểi n hớnh, trong thực tế, tỳy
mục đợch sử ụng cõc thiết bị cụ thể được biến đổi linh động để phỳ hợ p với qũ d
trớnh đ ệi n phĩn. Đối v i quớ õ trớnh đ ệi n phĩn thu hồi, thớ thi t bế ị đư c sử ụợ d ng nhi u ề hơn cả lỏ thiết bị đ ện phĩn đ ện cực phẳng vỏ thiết bị đ ện phĩn dạng đ ện cực xố p i i i i Porocell.
Thiết bị đ ệ i n phĩn đ ệi n cực phẳ ng
i i i
Thiết bị đ ện phĩn đ ện cực phẳng lỏ thiết bị đ ện phĩn thừng thường cụ cõc đ ệi n c c d ng t m ph ng, an t th ng lỏm b ng nh ng v t li u ch u n mún cao ự ạ ấ ẳ ố ườ ằ ữ ậ ệ ị ă như titan… vỏ catốt th ng lỏm b ng thờp khừng g ườ ằ ỉ304để ễ d dỏng l y s n ph m ấ ả ẩ đ ệi n phĩn ra kh i i n c c cat t. Thi t b d ng nỏy th ng s d ng i n phĩn ỏ đ ệ ự ố ế ị ạ ườ ử ụ để đ ệ dung dịch cụ hỏm lượng kim loại cao để đả m bảo hi u suệ ất qũ trớnh thu h i t t vỏ ồ ố
th i gian thu h i ngờ ồ ắn. Trong mộ ố ườ ng h p, t s tr ợ để nĩng cao hi u suệ ấ ủa qũ t c trớnh đ ệi n phĩn, người ta gắn nhi u ề đ ệi n cực song song với nhau trong thiế ị đ ệt b i n phĩn đ ệi n cực phẳng.
Thiết b Porocellị
i i
Thiết bị Porocell lỏ bớnh đ ện phĩn sử dụng đ ện cực xốp cụ di n tợch bệ ề mặt lớn, thừng th ng lỏ ườ đ ện cực dạng sợi cacbon. Với diện tợch bề mặi t riởng l n, dỳ ớ mật độ dúng đ ệi n phĩn nhỏ thớ dúng đ ệi n phĩn c a thiủ ết bị vẫ đạt giõ trị cao, tn ỷ lệ thu hồ ủi c a thiết bị trởn một đơn v thể tợch cao. Vớị i thi t b i n phĩn Porocell, cụ ế ị đ ệ thể tiến hỏnh i n phĩn thu h i v i cõc dung d ch cụ n ng độ r t th p mỏ v n đảm đ ệ ồ ớ ị ồ ấ ấ ẫ bảo hiệu suất dúng đ ệi n l n. Hớnh ớ ảnh bởn trong c a mủ ột thi t bế ị đ ệi n phĩn với đ ệi n cực xốp (Porocell) vỏ hớnh ảnh cả hệ đ ệ i n phĩn Porocell được trớnh bỏy trởn hớnh 1.5:
Hớnh 1.5. H thi t b i n phĩn Porocell ệ ế ị đ ệ
H ệ đ ệi n phĩn Porocell đọ được một số nhụm nghiởn c u ứ ứng d ng trong viụ ệc thu h i vỏ lo i bồ ạ ỏ hoỏntoỏn ion kim lo i kh i h thạ ỏ ệ ống mừi tr ng nườ ước. Bõo cõo cừng nghệ ố s 4643 của nhụm tõc giả Tyson vỏ Tilston đ ọ nởu rử việc ứng d ng thiết ụ b ị Porocell trong việc thu hồi đồng từ dúng dung dịch cụ chứa axit nitric. Mật độ dúng thợch hợp cho thiết b lỏ 300ị A/m2 vỏ l u l ng dúng ch y lỏ 2ư ượ ả lợt/phỷt. Trong khi đụ, bõo cõo số 3942 của cõc tõc giả Bancroft vỏ Dalrymple lại ứng d ng Porocell ụ trong việc lỏm s ch n c khạ ướ ỏi cõc ion kim lo i nạ ặng [12].
Do rượu whiskey được ch ng cư ất qua cõc thiết bị cụ ch a ứ đồng nởn phải cụ khĩu loại bỏ đồ ng tuyệt i. V i thi t bđố ớ ế ị Porocell, đồng đư c loại gần như tuyệt i ợ đố tới xấp xỉ ppm sau 60 phỷt. 0
Hớnh 1.6. Loạ đồi ng kh i dung d ch r u whiskey b ng Porocell [12] ỏ ị ượ ằ
$
1.3.$Tối$ ưu$hụa qũ$trớnh$ húa tõ$ $ ch$ vỏ$mừ$hớnh$hụa qũ$trớnh$đi n$$ ệ phĩn$thu$hồi$đồng$ $
Song song với qũ trớnh thực nghiệm húa tõch, đ ệi n phĩn thu hồ đồng, lu n i ậ
õn c ng tiũ ến hỏnh nghiởn c u ứ để ố t i ưu hụa qũ trớnh húa tõch bỳn đồng vỏ mừ ph ng qũ trớnh ỏ đ ệi n phĩn thu hồi đồng.
Nhiều cừng trớnh nghiởn cứu khoa học cừng nghệ ườ th ng đư đếa n giải bỏi tõn cực trị, tớm đ ềi u ki n tệ ố ưu, để ến hỏnh cõc qũ trớnh hoi ti ặc l a chự ọn thỏnh ph n tầ ối ưu để ếti n hỏnh cõc qũ trớnh hoặc l a chự ọn cõc giõ trị ố t i ưu của hệ nhi u ề ph n tầ ử. Ngỏy nay người ta thường đề ậ c p n ph ng phõp kđế ươ ết hợp giữa lý thuyết vỏ thực nghiệm. Tỳy theo mức độ ể hi u biết cơ chế qũ trớnh, ý ngh a của nghiởn cứu ĩ lý thuyết thường được gi i hạn ở tõc dụng định h ng ban ớ ướ đầu, hỗ ợ tr giảm bớt kh i ố lượng cừng việc, rỷt ngắn thời gian cho nghiởn c u thứ ực nghiệm. Bởn cạnh ụ, thực đ nghiệm cỏng lớn thớ mục tiởu đề ra cho chỷng cỏng cao, vớ vậy thực nghiệm cũng cụ nhu cầu phõt tri n vỏ trể ở thỏnh i tượđố ng nghiởn c u, mứ ột ngỏnh khoa học.
Lý thuyế ềt v quy ho ch th c nghi m ra i ọ cụ nh ng ụng gụp õng k ạ ự ệ đờ đ ữ đ đ ể cho sự nghiởn c u củứ a cõc nhỏ khoa h c. Nhọ ững u ư đ ểi m rử rệt của ph ng phõp ươ nỏy so với thực nghiệm cổ đ ể i n lỏ:
- Hỏm lượng thừng tin nhiều hơn rử rệt, nhờ đõnh giõ được vai trú qua lại giữa cõc yếu t vỏ nh h ng cố ả ưở ủa chỷng đến hỏm mục tiởu. Nhậ được mừ hớnh n tõn học thống kở thực nghiệm theo cõc tiởu chuẩn th ng kở, õnh giõ ố đ được sai số của qũ trớnh th c nghiự ệm theo cõc tiởu chuẩn th ng kở cho phờp xờt ố ảnh h ng của ưở cõc yếu tố ớ v i mứ độc tin c y c n thiậ ầ ết.
- Cho phờp xõc đ ịnh được đ ều kiện tối ưu đa yếu tố ủa đối tượng nghiởn i c cứu một cõch khõ chợnh xõc bằng cõc cừng cụ tõn học, thay cho cõch giải gần đỷng, tớm t i ố ưu cục bộ nh thựư c nghiệm thụ độ ng.
Quy hoạch th c nghiự ệm lỏ cơ sở ph ng phõpươ lu n c a nghiởn c u th c ậ ủ ứ ự nghiệm hiệ đạn i, trong ụ cừng cụ tõn học giữ vai trú tợch cực. Cđ ơ sở tõn học nền tảng của lý thuyết quy hoạch th c nghiự ệm lỏ tõn học xõc suất thống kở với hai lĩnh vực quan trọng lỏ phĩn tợch ph ng sai vỏ phĩn tợch hươ ồi quy. Quy hoạch th c nghiự ệm lỏ tập h p cõc tõc ng nhợ độ ằm đưa ra chiến thuật lỏm thực nghiệm từ giai o n n đ ạ đế giai đ ạo n kết thỷc của qũ trớnh nghiởn cứ đối tư ợ u ng (t nh n thừng tin mừ ph ng ừ ậ ỏ đến việc tạo ra mừ hớnh tõn, xõc nh cõc đị đ ềi u ki n tệ ối ưu), trong đ ềi u ki n ệ đọ hoặc
ch a hiư ểu biết đầ đủ ề ơy v c chế ủ đố ượ c a i t ng. Đố ượi t ng c a quy ho ch th c ủ ạ ự nghiệm trong cõc ngỏnh cừng nghệ: Lỏ m t qũ trớnh hoộ ặc hiệ ượn t ng nỏo ụ cụ đ nh ng tợnh chữ ất, đặc đ ểi m chưa biết cần nghiởn c u. Ngứ ười nghiởn cứu cụ thể ch a ư hi u biể ết đầ đủ ề đốy v i tượng, nh ng ọ cụ mư đ ột s thừng tin tiởn nghiố ệm dỳ chỉ lỏ s ự liệt kở sơ lược những thừng tin biến đổi, ảnh hưởng đến tợnh chất đối tượng. Cụ thể hớnh dung chỷng như một “hộ đp en” trong hệ thống đ ềi u khi n gồm cõc tợn hiệu ể đầu vỏo vỏ u ra. đầ
Cõc phương phõp quy hoạch th c nghiự ệm [4]:
- Thực nghiệm sỏng lọc: lỏ thực nghiệm mỏ nhiệm vụ ủa nụ lỏ tõch những c