Chƣơng 2 NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Dụng cụ, hóa chất, thiết bị và chuẩn bị mẫu nghiên cứu
2.3.1. Dụng cụ, hóa chất
- Nước cất được sử dụng trong luận án là nước cất hai lần. Đối với các thí nghiệm với As(III), nước cất trước khi dùng được sục khí nitơ khoảng 1 giờ để đuổi oxi hòa tan (DO < 2 mg/l), sau đây gọi tắt là nước deoxi.
- Dung dịch chuẩn gốc As(III) vơ cơ 7500ppm: Cân chính xác 0,9902g As2O3; 2,5g NaOH tinh khiết phân tích, chuyển vào bình định mức 100ml, thêm nước deoxi đến khoảng 70ml, lắc đều. Thêm tiếp 10ml dung dịch HCl 2M trong nước deoxi, định mức tới vạch bằng nước deoxi và lắc đều. Tất cả các thao tác được thực hiện trong hộp có khí quyển nitơ.
- Dung dịch chuẩn gốc As(V) 1000 mg/l trong HNO3 2%, Merck: được sử dụng để dựng đường chuẩn trong phép phân tích As(tổng), As(V) bằng phương pháp HVG-FAAS.
- Dung dịch chuẩn gốc Fe (III) 1000 mg/l trong HNO3 2%, Merck: được sử dụng để dựng đường chuẩn trong phép phân tích Fe(tổng) bằng phương pháp F-AAS.
- FeCl2.4H2O; Merck: được dùng để pha các dung dịch chuẩn Fe(II). - Dung dịch chuẩn các ion kim loại Cu2+, Pb2+, Mn2+, Ni2+, Zn2+ trong HNO3 2% (Merck): được sử dụng để dựng đường chuẩn trong phép phân tích các kim loại bằng phương pháp F-AAS.
- Axít HCl 37%, HNO3 65%, Merck.
- Các dung dịch HCl, HNO3 có nồng độ khác nhau được pha từ HCl đặc 37% và HNO3 65% có độ tính khiết phân tích của hãng Merck trong nước cất hay nước cất deoxi tùy theo yêu cầu của từng thí nghiệm.
- NaOH, NaBH4, NaI, axit ascobic (Merck) dùng để phân tích asen bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử.
- Dung dịch NaBH4 1% trong NaOH 0,5%: Cân 1,0g NaBH4 (Merck, tinh khiết phân tích), hịa tan trong 10ml dung dịch NaOH 5%, chuyển vào bình định mức 100ml, định mức tới vạch và lắc đều, dung dịch được chuẩn bị đo trong ngày.
- Nhựa trao đổi ion Lewatite M500 bazơ mạnh, Đức.
- Các dung dịch nước - dung mơi hữu cơ có tỉ lệ khác nhau được chuẩn bị bằng cách hịa tan các dung mơi hữu cơ (etanol) vào nước deoxi.
- Khí argon 99,9%; khí axetylen 99,5%; khí nitơ 99,9%.
2.3.2. Thiết bị
- Thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử Thermo kết hợp thiết bị sinh khí hydrua VP100, đèn catot rỗng để phân tích As, Fe, Mn, Cu, Pb, Zn, Ni.
- Thiết bị quang phổ hấp thụ phân tử hai chùm tia UV/Vis - DR5000. - Thiết bị đo pH, Eh, DO của hãng Hanna HI98304.
- Cột tách As(III) và As(V): Nhựa Lewatite M500 được nhồi trong cột PE (loại có đường kính 1,2 cm): Sử dụng nhíp chun dụng nhồi bơng thủy tinh vào đáy cột PE, cho 0,7g vật liệu Lewatite M500, chiều cao lớp vật liệu 10cm. Cột được đặt trong hộp cách ly có vịi cấp khí nitơ, áp suất 2 bar.
- Tủ cách ly: Các thí nghiệm với As(III) đều được tiến hành trong tủ cách ly có trang bị hệ thống sục khí nitơ với áp suất 2 bar trong suốt q trình thực nghiệm, nhiệt độ trong phịng được duy trì ở 250
C phù hợp với điều kiện mơi trường bởi hệ thống điều hịa khơng khí.
- Cân phân tích độ chính xác ± 10-4g.
2.3.3. Chuẩn bị mẫu quặng và mẫu nước mưa nhân tạo 2.3.3.1. Chuẩn bị mẫu quặng 2.3.3.1. Chuẩn bị mẫu quặng
Do luận án này nghiên cứu khả năng chuyển hóa, vận chuyển và tích luỹ asen từ quặng đi pyrit và asenopyrit trên mơ hình thí nghiệm mơ phỏng điều kiện tự nhiên, nên việc đầu tiên nghiên cứu sinh cần phải lựa chọn mẫu cho tất cả nghiên cứu của luận án. Loại quặng được lựa chọn cho nghiên cứu như đã trình bày ở phần 2.1 là quặng đặc trưng pyrit và quặng giàu asenopyrit, hai loại quặng điển hình chứa asen có nguồn gốc sunfua ở Việt Nam, mặt khác do tỷ lệ thành phần của các chất trong quặng khác nhau ở từng mỏ và từng moong khai thác nên để nghiên cứu về khả năng giải phóng và cơ chế chuyển hóa nghiên cứu sinh đã chọn 2 mẫu dạng quặng trên cho nghiên cứu (mẫu quặng được lấy là mẫu quặng lưu tại Viện Cơng nghệ Địa chất và Khống sản, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, cụ thể: mẫu quặng giàu pyrit (có màu vàng rơm, tinh thể lập phương, dạng đặc xít) thuộc mỏ Minh Quang, Ba Vì, Hà Nội và quặng giàu asenopyrit (có màu ánh bạc, khơng rõ tinh thể, dạng đặc xít) được lấy tại mỏ suối Bắc, Châu Hồng, Quỳ Hợp, Nghệ An) để phân tích thành phần quặng, mẫu quặng được xử lý bằng phương pháp vơ cơ hóa ướt sử dụng axit HNO3 và HCl với tỷ lệ HNO3:HCl = 1:3, thành phần hóa học trong các mẫu trên có thành phần nguyên tố được thể hiện trên bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thành phần mẫu quặng pyrit và asenopyrit (mg/kg)
Thành phần Quặng As Cr Mn Pb Ni Cu Zn Cd Hg Fe Asenopyrit (mg/kg) 164,73 9,32 1253,52 100,64 47,96 5257,54 576,45 14,2 5,74 21377,45 Pyrit (mg/kg) 25,628 7,81 120,13 39,93 60,72 4,93 119,38 16,95 2,81 32015,50
a, Pyrit b, Asenopyrit
Hình 2.1. Hình ảnh các mẫu quặng
Trên thực tế, nếu mẫu lấy từ bãi thải quặng đi có thành phần khơng ổn định sẽ ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu, nghiên cứu sinh đã sử dụng mẫu có hàm lượng như bảng 2.1 sau đó trộn đều với cát thạch anh (tỷ lệ 1:20) để có thành phần và hàm lượng các nguyên tố ổn định phù hợp giống như ở bãi thải quặng đuôi.
Hỗn hợp quặng/cát đƣợc chuẩn bị nhƣ sau:
- Mẫu quặng đã được nghiền mịn và rây qua rây có kích thước 0,5mm. - Cát thạch anh: Kích thước hạt 0,5 ÷ 2,0mm đã được rửa sạch, ngâm trong axit HCl 1M trong 24 giờ, rửa lại sạch bằng nước cất và phơi khô trong khơng khí.
- Sỏi: đường kính d = 3 ÷ 5 mm.
- Quặng được trộn với cát theo tỉ lệ 1:20 (tỷ lệ này tương tự như tỷ lệ của quặng và các vật chất khác trên bãi thải quặng)
Kết quả phân tích thành phần trong hỗn hợp quặng cát tỷ lệ 1:20 được thể hiện trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. Kết quả phân tích thành phần trong hỗn hợp quặng/cát tỷ lệ 1:20 (mg/kg) Hỗn hợp (mg/kg) As Cr Mn Pb Ni Cu Zn Cd Hg Fe Asenopyrit: cát (1:20) 8,12 0,51 60,32 1,95 2,81 262,85 26,43 0,81 0,58 987,16 Pyrit: cát (1:20) 1,456 0,42 58,75 2,63 3,74 0,25 6,03 0,98 0,16 1671,81
2.3.3.2. Chuẩn bị mẫu nước mưa
Thành phần môi trường nước thấm qua bãi thải quặng đuôi tương tự như thành phần của nước mưa tự nhiên [1, 32, 34, 54, 109] được chuẩn bị như trên bảng 2.3.
Bảng 2.3. Thành phần nước thấm qua (tương tự nước mưa tự nhiên)
Thành phần Ca2+ Na+ Cl- SO42- NH4+ Mg2+ NO3- HCO3- pH
Nồng độ
(mg/l) 2,4 8,5 3,9 5,35 1,5 1,9 4,44 24,4 6,5