C: nồng độ chất điện phún.
3.1- Phương pháp thê tích:
Phương pháp này dùng trone quá trình xác định Pb và Zn với nồng độ khá lớn (> 10’4). Trong phương pháp phân tích cĩ thể xác định hàm lượng của Zn và Pb bằng cách chuẩn độ với EDTA.Sone do ở trona dun g dịch lượng Pb2+ rất nhĩ so với Z n 2+ , hơn nữa điếm tươne đương của Zn và Pb gán nhau. Do vậy phương pháp này chi
đư ợc áp d ụ n g để tính lượng tổng s ố chì và kẽm cĩ trong dưng d ị c h . N g u y ê n tắc c ủ a phương pháp là dựa trên phàn ứng tạo phức bề n c ủ a Z n 2+, P b :+ với EDTA ớ pH = 10.
Z n 2+ + H 2Y2' <-> Z n Y 2’ + 2 H +
Z n l n d + H 2Y 2‘ Z n Y 2' + H2Ind
d ỏ nho x a n h biếc
Do Pb tạo phức bền với ED TA ở pH trung tính hoậc kiềm
s o n e c ũ n g rất dễ thuỷ phân, do đĩ trước khi tăng pH ta c h o tạo phức với T ac trat trước rồi mới tiến hành ch u ẩ n độ.
N ồ n g độ tổ n a số c ủ a d u n g dịch được tính theo c ồ n g thức:
c „ = ^ - v .
/N /
3.2- P h ư ơ n g p h á p p h ổ h ấp thụ nguyên tử:
Phương pháp này dựa trèn n g uyèn tấc: N a u y è n tử c ủ a mỗi n e u v ê n tố khá n â n g hấp thụ nh ữ n g tia bức xạ do ch ín h nĩ phát ra
D = K .cb
T r o n g đĩ: D : cư ờ n g độ vạch p h ổ
K: H ệ sỏ nguyên tử hoứ, ở đ iêu kiện n h ấ t định K —C o n st. h: H ằ n g sơ b ản c h ấ t
C: N ồ n g độ nguyên t ố cẩ n x ú c định
Đ o giá trị D sẽ xác định được giá trị c
Phương pháp này cĩ độ nhạy cao ( 1 0 ’6 - 10’7).VÌ vậy nĩ được
n h iê n d o ỉàm việc trong mơi trườna Zn bão hồ nèn việc x ác định
lượntỉ P b : * d u n g dịch muối k ẽm gặp khĩ khăn,vì vậy phư ơn g pháp nàv m á c sai s ố lớn trone việc xác định luợng nhị chì trong kẽm.
Phương pháp V o n - A m p e hồ tan là m ộ t p h ư ơ n s pháp cĩ n h iề u ưu điểm. N ĩ khắc phục được hồn tồn nhữnsĩ k h u v ế t diè m m à các phương pháp ở trên m ắ c phải, làm tăng độ nhạy lên tới 10"' M /l .C ác un đ iể m nổi bật c ủ a ph ươne pháp này là: Đ ộ n h ạ v ca o ,k ỹ thuậ t phân tích đơn giản, độ chính xác và độ lặp lại c a o ,tín h c h ọ n lọc tốt. Chính n h ữ n e ưu đ iể m đĩ đà làm c h o phương p h á p được sử d ụ n g tr o n e phàn tích hà m lượng P b 2+ trong d u n g dịch Z n C ụ c ủ a c h ú n e tơi.
- N g u y ê n tắc c ủ a phương pháp: Q u á trình phàn tích theo p h ư ơ n g pháp V o n -A m p e hồ tan g ồ m 2 bước.
- Điện phàn để làm giầu chất phàn tích trona k h o ả n g thời g ia n xác định,tại th ế cực xác định.
- Hồ tan kết tủa làm giầu b ằn g cách phân cực ngư ợ c cực làm việc, ghi đườn g hồ tan. Chiều c a o của đ ư ờng phân cực ghi được tr o n e những điều kiện thích hợp tỷ lệ thu ận với nồ n g độ c ú a nĩ trong d u n a dịch. Điều đĩ c h o phép định lượne ch ất cầ n phân tích t he o phương pháp d ư ờn g ch u ẩ n hoặc phương pháp thèm. Cực làm việc cĩ thể là cực thưỷ n e à n treo hoặc cực đĩa q u av b ằ n g cá c loại than, đặc biệt là than thuỳ tinh (Glassy Cacbon). Việc đ iệ n phàn
là m 2Íầu tiến h àn h ớ th ế k h ơ n g đổi(tươn g ÚT12 với d ị n g giới hạn
c ủ a c h ấ t phản tích) trone điều kiện k h ơ n g rmừng k h u ấ y để tránh hiện tư ợ na n g h è o bề mặt.
Nếu d ù n g cực dĩa q u a y để xác định các kim loại để tạo hỗn h ố n g với thuỷ ngàn Ag, Zn, Cu, Pb... người ta dừng cực m à n g thuv n g â n trẻn cực rắn và m à n g đĩ được tạo ra n e a v trone q u á trình đ i ệ n phân d u n g dịch phân tích bàng cách th êm vào d u n e dịch một lượng H a 24” sao c h o nổn g độ củ a nĩ trong d u n a dịch là 10'4 ->10'°
Chì là n g u y ê n tố khá nhạy với việc xác dịnh b ằn g phương pháp này. Giá trị t h ế diện phân tốt nhất là để xác định P b :+ theo
ph ương pháp V o n - A m p e h ị a tan là -0,9(V). Nên đ ù n e là NH4SCN.
Phân tích chì bằn g phương pháp này c h ú n g ta cĩ thè trực tiếp tiến h àn h m à k h ơ n g phải q u a các giai đoạn xử lý m ẫ u trung gian phức tạp khác, hơn nữa cĩ thể dễ d à n e loại bỏ cá c vếu tố ảnh h ư ớn g xấu đ ến q uá trình xác định.
P HẨ N III
P H Ẩ N T I Iự c X p I I I Ộ I
I- QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT Ơ XÍT KÊM(ZnO) T Ừ Q U Ậ Ní;
Z n C 0 3 VÀZnS
S ơ dồ cơng nghệ đươc biểu diễn trên hình 2.
Q u ặ n g kẽm mới khai thác, ch ất lượng k h ơ n g đ ổ n g đều theo từng via. nếu hàm lượng kẽ m thấp phải tuyển để cĩ h àm l ư ợ n s cao . D ù n g lị ph ản xạ thì yêu cầu hàm lượne kẽm trong q u ặ n g > 2 5 % .
D ù n g lị q u a y thì chỉ cầ n h àm lượng Zn từ 18-20% là cĩ thể đ ố t được.
Khi phân tích m ẫ u q u ặ n g chúntĩ tơi đã đ ù n g m á y c ự c phổ củ a Liên X ơ Y PC - 50 U M
- Ơ n g phát C o lọc tia ß
- C h ế đ ộ ghi: Điện t h ế 3 0 K V , dị n g 8 m A (m ẫ u bột).
M ẫ u ghi tại trung tâm phân tích thí n g h iệ m Địa c h ấ t cụ c Địa c h ấ t Việt Nam . K ết q u ả n h ư sau: 274 1.69 1.94 2,55 l . đ \09 2,14 i>21 2,32 261 2.70 2J82.8IÌ 3.01 3.34 3,10 3.56 I I 5 05 55 50 /5 ■10 35 30 25
Hình 6: Giản đồ nhiễu xạ tia X c ủ a q u á n g ca c b o n a t k ẽ m
1,92 • 7 , , '
1.94 2.70 2.87
2.39
2,56 2,96 3,46 3,59 115
00 50 45 40 35 30 25
B âng 6: Thành Ịìhún chính của cỊuặng kẽ m sau khi d ã tuyển
^ v''<ỊTiành phần Quặng
ZnO(%) PbO(%) Fe20 3(%) Các thành phần khác
1 Cacbonat kẽm 25,94 5,12 14.2 54,74
Sunfua kẽm 42,34 13,66 12,6 31,4
Q u á trinh sản xuất gồ m các giai đoạn:
ỉ - G i a i d o ạ n n u n g
M ụ c đích nu n g là phân hủy cá cb onat, k h ứ khí CO-) k h ử nước kết tinh và nước ẩm, khử m ộ t phần tạp ch ất đổ n g thời làm cho q u ặ n g x ố p cĩ lợi c h o quá trình đập nghiề n sau này.
Phản ứng chủ yếu là c ủ a q uá trình n u n s q u ặ n e là phàn ứng
phàn húy c ú a cá cb o n a t M e C 03 = M e O + CO', - Q
P h ả n ứng phàn húy cá cbona t là phản ứng thu nhiệt vì th ế áp
su ất phân ly P'CO'. tăng theo nhiệt độ. Mối q u an hệ giữa áp suất
phân ly với nhiệt độ nu n g được trình bầy trên giản đổ hình 8.
T ừ gián đ ổ đĩ ta cĩ thè xét đ o án được ch iều phản ứng và nhiệt độ cần c ủ a phán ứng . Đ ư ờ n g b iể u diễn chia mặt p h ẩ n a làm 2 miền. Các điểm
nằm tr o n g m iề n 1 biểu diễn
q u a n hệ Pccb>P'co2 .
Hình 8 : Q u a n hệ giữa áp suất phân
li c a c b o n a t với nhiệt độ. P’c o 2 : áp suất phân húy củ a iM eC03,
Pco-,: áp suất riẻng phán cùa C 02 trong m í rường.
A G > 0 do đĩ M e O kết hợp với CO', tạo thành M e C 0 3(theo c h i ề u n g h ịc h ) và làm g iả m áp suất riêng phần c ủ a CO-> trong hệ
c h o tới khi Pcơt = P 'c o T .M eC 03 trong m iề n đĩ bền. Cá c đ i ể m nằm
t r o n e m iề n II đều biểu thị Pcch< P’cOt và V l e C 03 bị phàn ly .
M e C 03 trong m iề n đĩ k h ổ n g bển.
Khi n u n g c á c b o n a t trị số áp suất phàn ly sẽ tănơ th e o nhiệt độ c h o tới khi cà n b ằ n g với Pccb c ủ a hệ thống, c á c b o n a t mới bắt đầu phản ly (Tj trên g i ả n đồ).
N u n g c á c b o n a t áp suất phân ly b ằn g tổ ng áp suấ t p c ủ a hệ
t h ố n g , M e C 03 sẽ phân ly m ạ n h m ẽ (điể m T2 trên giản đ ồ ) nhiệt độ
này gọi là nhiệt độ sơi hĩa học. Do đĩ nhiệt độ sơi h ĩ a h ọc quyết đ ịnh t ổ n a áp suấ t c ủ a hệ thống.
B ảng 7 : N hiệt dộ sơi hĩa học của s ố c á c b o n a t
T ê n C á c b o n a t Nhiệ t độ sơi hĩ a học(°C) Tên c á cb o n a t N h iệ t độ sơi h ĩ a học(°C) C11C O3 2 0 0 Z n C 03 4 0 0 P b C Ơ3 2 80 M g C 03 6 4 0 - 6 6 0 C d C 03 344 C a C 03 9 1 0
N h ư vậy để đạt được m ục đích nu n g phải đưa n h iệ t độ lên c a o hơn n h iệ t độ sơi hĩa học củ a các c á c b o n a t đối với q u ặ n g kẽm c á c b o n a t phải tiến h à n h nung ở 600-800°C.
N h ữ n g phản ứng phàn hủy khi nung q u ặ n e kẽm
Z n C 0 3. l / 4 H 20 = Z n O + l ỉ 4 H2O + C O2
Z n C 0 3 = Z n O + C O z
P b C 0 3 = P bO + C O :
3 F e C O s = Fe30 4 + 2 C 0 2 + c o
CO-, sau khi phàn ly từ muơi sát và m ã n g gan ra, tiếp tục ơxy h ĩ a sát và m ã n g g a n ơ x y t hĩa trị thấp (FeO, MnO). T h à n h sát và
m ã n g g a n ỏxít hỏa trị ca o ( F e , 0 4, M n30 4). Khỉ nu ng nước kết tinh
và nước ẩm sẽ b ố c hơi thốt khỏi quặn g.
Khi nu n g q u ặ n g kẽm c á c b o n a t c ĩ thể g iả m tr ọ n g lưựns q u ặ n c 18-3 0% (Q u ặ n g Bản Thi e i ả m 18%) tỷ lệ kẽm trong q u ặn g tă ng lên, d o đĩ q u ậ n e đã nu n g làm tã n e n ân g suất lị luyện, gi ảm tý lệ tiêu hao nhièn liệu, tăng tỷ lệ thu hồi kim loại, g iả m chi phí
về lu yện 1 tấn kẽ m , vì vậy người ta thường trang bị hệ th ố n g nun g
q u ặ n g trước khi luyện.
T rư ớc kia người ta nun g q u ặ n g bằ ng c ách ch ấ t đ ơ nQ và bằng
lị phán xạ. N h ữ n g thiết bị nu n g này k h ơ n g hồn thiện, ch á t lượne k h ơ n g tốt, năn g suất thấp. Lị phan xạ chi xử lv được q u ặ n e c á m và hợp với sả n xuất thủ cơng.
N g à y nay người ta d ù n g lị đứng , lị ố n g quay , lị lớp sơi ... c ơ n g ty luyện kim màu Thái N g u y ê n d ù n g kiểu lị đứng.
Đ ây là một kiểu g iỏ n g lị n u n e vơi q u ặ n e và than được xếp
vào lị th e o thứ tự 1 lớp than, 1 lớp qu ặn g, tỷ lệ t h a n / q u ặ n g 6-10%
n ă n g suất lị 10 tấn /n g à y .
Q u a n hệ giữ a nhiệt độ phàn ly của ZnCO-, với thời gian được chì ra trên hình 9.
Thời gian n u n s tă n a lên thì mức phân h úy c ủ a Z11C O3 tăng
n h ư n g tới m ộ t giới hạn nào đĩ. T ro n g thirc tế ‘1 d uy trì thời gian
n u n g q u ặ n g là 4 eiờ.
Hình 9 : Qiuin hệ giữư độ p h à n ly của Z n C O j với nhiệt độ và thời gitin.
2- N g h iề n s ả n g q u ặ n g
Q u ặ n g sau khi nu n g để nguội đ em đi ngh iền (bằng máy đậ p bú a) c h o q u a sà ng 5 - 1 0 m m , m ục đích để q uá trình luyện sau tốt hơn.
3- P h ố i liệu
T h a n ( loại than cá m 4 Q u ả n g Ninh) trộn với q u ặ n e theo tỷ lệ tr ọ n e lượng th a n /q u ặ n g = 6/10, phun thêm nước trộn đều đ ảm bào độ ẩm c ủ a phối liệu 5-7%
4- Q u á trìn h lu yện
N ế u clùne lị phản xạ (lị Vêtơrin):
T rè n ghi lị được dải m ộ t lớp than c ụ c , n h ĩ m lị c ho lớp than c há y đ ề u rồi nạp liệu vào lị, liệu được giải đều trong lị sau đĩ đ ĩ n g c ử a lị để n ân g nhiệt, c h o th èm than cục (chiều dày liệu 10- 20 c m ) khi nhiệt độ trong lị đạt tới nhiệt độ ca o >1000°c, kẽm được hồn n g u y ê n và bốc hơi (m àu ngọn lứa xa nh) .Cứ sau 15-20 phút đ á o liệu m ộ t lần khi k h ơ n g thấy cịn hơi kẽm bốc, than cháy tàn ( n g ọ n lửa c h u y ế n sa ng m à u đỏ yếu ớt) thì kẽm đã bay hơi hết
'1\ d ừ n e lị, cà o xí và ch u á n CT 7 bi luyên mỏ khác. Duy trì nhiệt độ7 J J .
b u ồ n g lị 1000-1200°c, lượng than cụ c cầ n k h o ả n g 3 0 - 4 0 % so với
lư ợna q u ặ n g vào lị. Nếu nhiệt độ q uá cao làm c h ả y liệu gảy tắc lị, nhiệt đ ộ q u á thấp q ú a trình hồn n e u y è n sẽ kéo dài.
Thời g ia n tiến hành m ộ t mẻ luyện từ lúc nạp đến khi kết thúc là 3-4 giờ. Lị phán x ạ th ơ n g thường cĩ c ơ n g suất nhỏ. k h oảng 4 00 tấn Z n O 8 0 % / n ă m , mỗi lần nạp liệu k h o ản g 120 kg quặng. Dùng
loại lị này cáu tạo đơn giản, dễ c h ế tạo và thi c ơ n s , vốn đầu tư ít,
q u á trình thao tác kỹ thuật tương đối giản đơn. Cĩ nhược đ iể m tỷ lệ thu hổi k ẽ m k h ị n g cao, tiêu tốn nhiều nhiên liệu.
T r o n g q u ặ n g khi gia nhiệt cĩ hợp ch ấ t c h ín h sau:
Z n O , F e20 3, Z n 0 . F e20 3, Z n S i ơ 3, Z n S ,C u20 , C u2S,PbO, MgO,
CaO.... tr o n g đ ĩ Z n O và Fe-,03 ch i ếm trơn 9 0 % vì vậy quá trình
hồn n e u y ê n phụ th uộc ch ín h vào phàn ứng hồn n e u y ê n cúa 2
c h ấ t này. Yêu cầu c ơ bản củ a quá trình luyện kẽm là cố g ấ n s hồn
n g u v ê n và thu hồi k ẽm ở d ạn g k im loại tới mức tối đa. đưa các tạp
c h ấ t ở d ạ n g hợp ch ấ t vào bã.
T r o n g các tạp c h ấ t đĩ qu an trọng là sắt. Vì vậy phải nghiên cứu đ iể u kiện h ĩa lý củ a q uá trình hồn n g u y ê n kẽm ơxít và các ơxít kim loại q u a n trọng khác.
T r o n a q u á trình n u n e xảy ra các phản ứng . M e O + c = Me + C O 2 M e O + c = 2Me + C 0 2 C 0 2 + c = 2CO M eO + C O = Me + C 0 2 Th ự c t ế tác d ụ n g c ủ a phản ứng hồn n g u y ê n trực tiếp bằn e
các bon rán rất hạn c h ế do điều kiện tiếp xúc gữa c và M e O là sự
tiếp xúc giữ a hai pha rắn rất k hĩ khăn. Q u á trình hồn n g u y ê n tiến hành th u ậ n lợi c h ủ yếu n h ờ sự tham gia củ a pha khí c o . ở nhiệt
độ c a o khi c ĩ m ặ t c rắn CO-, k h ơ n g bền. Ta cĩ thể viết phán ứng
hồn n g u y ê n ơ xít kim loại bằn g các bon rắn như sau:
M e O + C O = M e + C02 C 0 2 +c - 2CO