Như trên đã trình bày, do có nhiều ưu điểm, phương pháp chiết – điện phân đã được lựa chọn để nghiên cứu thu hồi đồng trong dung dịch CuCl2 thải của các nhà máy sản xuất mạch điện tử. Sơ đồ nghiên cứu dự kiến gồm các công đoạn chính như Hình 2.1.
- Lựa chọn chất chiết, chuẩn bị pha hữu cơ:
Như đã trình bày ở trên, chất chiết sử dụng để thu hồi đồng từ dung dịch có hai loại phổ biến là “Alodoxime – Ketoxime mixtures” (điển hình là LIX 984N) và “Alodoxime modifiers” (điển hình là Acorga M5640). Trong đó LIX 984N có sức hấp thụ đồng thấp nhưng độ ổn định cao và ít bị ảnh hưởng bởi các chất rắn lơ lửng. Nó thích hợp cho việc thu hồi đồng từ quặng. Acorga M5640 cho sức hấp thụ đồng cao và tính chất lắng tách pha tốt, tuy nhiên về độ ổn định kém hơn so với LIX 984N.
Dung dịch đồng clorua thải từ sản xuất mạch điện tử nhìn chung là “sạch”
hơn nhiều so với dung dịch đồng hòa tách từ quặng hoặc các nguyên liệu khác.
Nó không chứa các thành phần rắn lơ lửng, do đó có thể loại trừ tác hại của yếu tố này tới pha hữu cơ. Cũng từ thực tế, Acorga M5640 đang được sử dụng tại Nhà máy chế biến đồng kim loại từ quặng đồng oxit thuộc Công ty Cổ phần Khoáng sản Tây Bắc (Sơn La). Từ đó, đề tài lựa chọn chất chiết Acorga M5640 để nghiên cứu thu hồi đồng từ dung dịch ăn mòn bảng mạch thải.
Về dung môi để hòa tan chất chiết cần lựa chọn đảm bảo yêu cầu hòa tan tốt chất chiết và tỉ trọng nhẹ để tách pha dễ dàng. Trong nghiên cứu này, sử dụng dầu hỏa làm dung môi hòa tan chất chiết do có tính phổ biến trên thị trường và tương đối rẻ tiền.
Pha hữu cơ cho chiết đồng được chuẩn bị bằng cách hòa tan chất chiết Acorga M5640 trong dung môi dầu hỏa theo các tỉ lệ khác nhau. Yêu cầu đối với pha hữu cơ là tính đồng nhất tốt. Việc chuẩn bị pha hữu cơ đã được thực hiện với các điều kiện sau:
- Nhiệt độ: nhiệt độ thường.
- Tốc độ khuấy: khuấy chậm 50 vòng/phút, tránh tạo bọt.
- Thời gian khuấy: 30 phút.
Đại học Bách Khoa Hà Nội 30 Hình 2.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu thu hồi đồng từ dung dịch CuCl2 thải.
Sau khi khuấy để pha hữu cơ tĩnh trong vòng 2 giờ để đồng nhất trước khi tiến hành các thí nghiệm chiết. Một số pha hữu cơ với tỉ lệ chất chiết khác nhau được chuẩn bị có màu sắc và trạng thái như trong Hình 2.3.
Hình 2.3: Pha hữu cơ với các tỉ lệ chất chiết khác nhau.
Dung dịch ăn mòn bảng mạch (CuCl2, HCl)
Nghiên cứu quá trình chiết - Xác định pH chiết, nồng độ
chất chiết, nồng độ Cu2+, thời
Dung dịch thải Nghiên cứu định hưởng xử lý chất thải thu hồi sản phẩm phụ Nghiên cứu quá trình giải chiết
- Xác định nồng độ axit H2SO4, tỉ lệ dung dịch/pha hữu cơ, thời gian giải chiết
Thử nghiệm điện phân thu hồi đồng kim loại
Pha hữu cơ giàu đồng
Dung dịch CuSO4
Đánh giá các thông số công nghệ thu được trên hệ thống thiết bị liên tục
Chuẩn bị pha hữu cơ
Dung dịch H2SO4
Đại học Bách Khoa Hà Nội 31 Có thể thấy, với các tỉ lệ chất chiết khác nhau thì dung môi dầu hỏa đều có khả năng hòa tan tốt, pha hữu cơ thu được là một pha đồng nhất. Trong các tỉ lệ khảo sát đều không có sự tách lớp nào xảy ra sau khi đã khuấy trộn.
- Thực nghiệm nghiên cứu quá trình chiết:
Ion Cu2+ được tách ra khỏi dung dịch ăn mòn bảng mạch thải bằng cách khuấy trộn dung dịch chứa đồng với pha hữu cơ chứa chất chiết. Các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới hiệu quả hấp thụ đồng của pha hữu cơ gồm: pH dung dịch trước khi chiết, nồng độ chất chiết trong pha hữu cơ, nồng độ đồng trong dung dịch, thời gian chiết lần lượt được khảo sát.
Mỗi thí nghiệm khảo sát quá trình chiết đồng tiến hành với lượng 100 ml dung dịch ăn mòn bảng mạch thải và 100 ml pha hữu cơ chứa chất chiết (tỉ lệ 1/1 theo thể tích). Thời gian khấy trộn giữa hai pha được tính là thời gian chiết. Sau khi kết thúc khuấy, đổ hỗn hợp vào phễu chiết thủy tinh dung tích 500 ml và chờ trong vòng 5 phút để tách pha hoàn toàn sau đó mở van của phễu chiết, tháo phần dung dịch phía dưới ra cốc thủy tinh. Bằng cách phân tích nồng độ đồng trong dung dịch sau khi chiết ta xác định được nồng độ đồng trong pha hữu cơ theo công thức (2-1) như sau:
[Cu]hc (g/l) = [Cu]dd trước chiết – [Cu]dd sau chiết (2-1) -[Cu]hc: Nồng độ Cu2+ được pha hữu cơ hấp thụ,
-[Cu]dd trước chiết: Nồng độ Cu2+ trong dung dịch trước khi chiết, -[Cu]dd sau chiết : Nồng độ Cu2+ còn lại trong dung dịch sau chiết.
Nồng độ đồng trong pha hữu cơ càng cao thì chứng tỏ quá trình chiết càng hiệu quả. Hiệu suất quá trình chiết được xác định theo công thức: (2-2):
chiết= [Cu]hc / [Cu]dd trước chiết x 100%. (2-2) -Thực nghiệm nghiên cứu quá trình giải chiết:
Pha hữu cơ giàu đồng thu được từ sau công đoạn chiết được cho khấy tiếp xúc với dung dịch axit H2SO4 để chuyển đồng ra khỏi pha hữu cơ và phục hồi pha hữu cơ về trạng thái ban đầu. Quá trình này gọi là giải chiết. Các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình giải chiết bao gồm: Nồng độ axit của dung dịch giải chiết, tỉ lệ dung dịch giải chiết so với pha hữu cơ, thời gian giải chiết lần lượt được tiến hành khảo sát.
Mỗi thí nghiệm khảo sát quá trình giải chiết tiến hành với lượng 100 ml pha hữu cơ và một lượng axit H2SO4 ở các nồng độ khác nhau. Quá trình thí nghiệm giải chiết cũng tương tự với các thí nghiệm chiết trong đó thời gian khấy trộn giữa hai pha được tính là thời gian giải chiết. Sau khi kết thúc khuấy, đổ hỗn hợp vào phễu chiết thủy tinh dung tích 500 ml và chờ trong vòng 5 phút để tách pha hoàn toàn sau đó mở van của phễu chiết, tháo phần dung dịch đồng sunfat phía dưới ra cốc thủy tinh. Bằng cách phân tích nồng độ đồng trong dung dịch sau khi giải chiết ta xác định được nồng độ đồng đã bị giải chiết khỏi pha hữu cơ theo công thức (2-3) như sau:
Đại học Bách Khoa Hà Nội 32 [Cu]hc giải chiết(g/l) = [Cu]dd H2SO4 . 2 4
c H S
d O
d
Vh
V
(2-3) Nồng độ đồng đã giải chiết khỏi pha hữu cơ càng lớn nghĩa là quá trình giải chiết càng triệt để. Hiệu suất giải chiết được tính theo công thức (2-4) như sau:
giải chiết = [Cu]hc giải chiết / [Cu]hcban đầu x 100%. (2-4) - [Cu]hc ban đầu là nồng độ đồng trong pha hữu cơ trước khi giải chiết.
- [Cu]dd H2SO4 là nồng độ đồng trong dung dịch H2SO4 sau giải chiết.
- Vdd VH S2O4
hc là tỉ lệ thể tích giữa pha dung dịch H2SO4 và pha hữu cơ.