Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3.1.1. Sự biến thiờn của pH,ORP, asen,mangan và sắt trong quỏ trỡnh phong húa quặng asenopyrit.
phong húa quặng asenopyrit.
Để nghiờn cứu quỏ trỡnh biến thiờn của pH, ORP, asen, mangan và sắt trong điều kiện ngập nước, chỳng tụi sử dụng thiết bị mụ phỏng hỡnh 2.1 và tiến hành thớ nghiệm liờn tục 29 ngày ở điều kiện nhiệt độ và ỏp suất thường (30oC và 1 atm) với pha nước luụn luụn bóo hũa oxi khụng khớ (DO ≈ 8mg/l mg/l). Cỏc kết quả biến thiờn pH, ORP, nồng độ As tổng số, Fe tổng và Mn(II) được thể hiện trong bảng 3. 12
93
Bảng 3.12. Sự biến thiờn theo thời gian của pH, ORP, As(T), Mn(II),Fe(T) trong quỏ trỡnh phong húa quặng asenopyrit.
Ngày As(T) (ppb) Fe(T) (mg/l) Mn(II) (mg/l pH ORP (mV) 1 KPH 0,06 0,48 7,2 - 3,5 3 KPH 0,14 0,50 7,0 2,5 5 KPH 0,135 0,53 6,7 7,0 7 KPH 0,15 0,56 6,5 16,5 10 0,5 0,31 0,68 6,0 30,4 12 1,0 0,43 0,75 5,8 53,4 15 1,7 0,50 1,05 5,6 73,3 17 1,8 0.53 1,26 5,5 94,8 19 1,9 0,66 1,55 5,4 107,3 21 1,8 0,70 1,84 5,2 131,8 23 2,1 0,75 2,01 5,0 149,3 25 2,1 0,79 2,17 4,7 160,2 27 2,3 0,87 2,24 4,6 177,9 29 2,3 0,87 2,26 4,5 203,6
94 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 10 20 30 Thời gian(ngày) pH ,O R P , N ồng độ As (T ), Mn (II ), Fe (T ) As(T).0.1 (ppb) Fe(T) (mg/l) Mn(II) (mg/l pH.0.1 ORP.0.01 (mV)
Trong cỏc điều kiện như trỡnh bày ở trờn, trong 7 ngày đầu khi pH 6,5 – 7,2 pha nước chưa thấy sự xuất hiện asen chứng tỏ asen dự đó được giải phúng ra nhưng hầu hết cũng đó bị cộng kết và hấp phụ trở lại trờn sắt (III)hydroxit mới sinh ớt tan nằm dưới dạng kết tủa. Nhưng đến ngày thứ 10 khi pH giảm xuống 6 bắt đầu xuất hiện asen trong pha nước và nồng độ asen tăng dần theo thời gian nhưng chỉ với tốc độ khoảng 0,1 g - 0,3 g/ngày. Quỏ trỡnh oxi húa giải phúng sunphat đó xẩy ra đồng thời với quỏ trỡnh oxi húa giải phúng asenat và asenit từ quặng asenopyrit [67].
FeAsS + 3,25O2 + 1,5H2O Fe2+ + H3AsO4 + SO42- (3.6) logK = 198,17
Quỏ trỡnh oxi húa trờn đó giải phúng ra một lượng H+
nhất định; và chớnh lượng H+
này là một trong những nguyờn nhõn làm giảm pH của pha nước ngoài nguyờn nhõn do CO2 tan vào dung dịch.
95
Song song với cỏc quỏ trỡnh trờn tất yếu một lượng sắt tương ứng cũng đó được giải phúng ra. Nhưng hàm lượng sắt trong pha nước thực tế rất thấp và tăng lờn khụng đỏng kể trong khoảng pH 6,5 – 7,2. Nguyờn nhõn của sự trỏi ngược này cú thể giải thớch được bằng cỏc quỏ trỡnh xẩy ra tiếp theo sau quỏ trỡnh oxi húa phõn hủy quặng asenopyrit. Trong điều kiện giầu oxi như trong hệ thống thớ nghiệm và pH của mụi trường nằm trong khoảng 6,50 – 7,2 thỡ hầu hết ion Fe3+ giải phúng ra đó bị thủy phõn và kết tủa trở lại dưới dạng Fe(OH)3 ớt tan và nằm lại trong pha rắn. Chỉ một lượng nhỏ sắt tan vào trong pha nước là ở dạng Fe(OH)2
+ hoặc hydrocacbonat hoặc hydrocacbonat 4 Fe2+ + O2 + 2 H2O 4 Fe3+ + 4 OH- (3.7) Fe3+ + nH2O [Fe(OH)n](3-n) + nH+ (n <3 ) (3.8) Fe(OH)3 + H2CO3 Fe(OH)2 + + HCO3 - + H2O (3.9) Hiện tượng này đó kộo theo sự hấp phụ asenat và giữ chỳng lại trong pha rắn, ngăn cản quỏ trỡnh vận chuyển asen vào pha nước. Chớnh hiện tượng hấp phụ thứ cấp này đó làm giảm nồng độ của asen trong pha nước. Ion sunfat ớt bị hấp phụ hơn cho nờn thực tế nồng độ của nú trong pha nước cao hơn gấp nhiều lần so với asenat. Cơ chế hấp phụ của ion asenat cú thể mụ tả bằng cỏc phương trỡnh giả định tương ứng với bản chất bề mặt của cỏc hạt chất rắn sắt hydroxit như sau:
//{n[Fe(OH)3]} . mH2O. nFe(OH)2+// + nHAsO4 2-
//{n[Fe(OH)3]}.nFeAsO4. mH2O// + n H2O (3.10)
//{n[Fe(OH)3]}. m.H2O. nFe(OH)2+ // + n H2AsO4- //{n[Fe(OH)3]}.nFeAsO4
.mH2O + 2n H2O (3.11) Ký hiệu :
//{n[Fe(OH)3]}. mH2O. nFe(OH)2+ // và //{n[Fe(OH)3]}.mH2O.nFe(OH)2 +
// là để mụ tả dạng tồn tại của hạt keo sắt(III)hydroxit hấp phụ cỏc dạng ion sắt(II) và sắt(III). Trong suốt quỏ trỡnh oxi húa quặng như đó trỡnh bày ở trờn,
96
pH của pha nước cũng giảm đi nhưng chỉ giảm đến pH khoảng 4,5 sau đú hầu như khụng thay đổi nữa.
Đối mangan giai đoạn đầu sự thay đổi về nồng độ khụng đỏng kể. Song cựng với sự giảm pH, nồng độ mangan cú sự tăng nhẹ, thế oxy húa khử (ORP) của dung dịch tăng lờn. Điều này hoàn toàn hợp lý với lý thuyết. Trong 10 ngày đầu pH 6,5 – 7,2 asen, mangan và sắt chủ yếu tồn tại ở dạng khụng hũa tan nờn trong pha nước nồng độ As(T), Mn(II) và Fe(tổng) cũn rất nhỏ. Thế ORP tăng chậm do nhu cầu tiờu thụ oxy của cỏc phản ứng oxy húa, nhưng những ngày sau pH giảm thỡ lượng asen, mangan và sắt tăng nhanh trong dung dịch do cỏc phản ứng oxy húa khử hũa tan cỏc kết tủa chứa asen, mangan và sắt xảy ra làm thế oxy húa khử của dung dịch cũng tăng mạnh.
3.3.1.2. Sự biến thiờn nụ̀ng độ của HCO3- -
, SO42- 2-
, NO3
-
Cựng với sự biến thiờn nồng độ của asen, mangan và sắt trong quỏ trỡnh phong húa quặng asenopyrit thỡ cỏc ion HCO3-, SO42-, NO3 cũng biến thiờn theo. Kết quả thể hiện trờn bảng 3.13.